4.1. Xác định mục đích và nội dung thí nghiệm
4.1.1. Mục đích của thí nghiệm
Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, thí nghiệm sẽ tập trung giải quyết các mục đích chính sau đây:
- Xây dựng và hoàn thiện phương pháp đo tầm nhìn thấy đối tượng trên đường của người lái ô tô trong điều kiện sử dụng đèn chiếu sáng phía trước;
- Tiến hành đo, xác định các thơng số đầu vào nhằm mục đích tính tốn vận tốc an tồn của ơ tơ ứng với hệ thống đèn chiếu sáng phía trước đã được trang bị trên xe.
- Xây dựng phương pháp thí nghiệm đánh giá an tồn chuyển động của ơ tơ trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước.
- Thơng qua kết quả thí nghiệm đánh giá an tồn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước để kiểm chứng kết quả tính tốn lý thuyết.
4.1.2. Nội dung thí nghiệm
Tồn bộ nội dung thí nghiệm được chia thành hai phần chính:
Phần 1: Thí nghiệm, xác định các thơng số đầu vào để tính tốn vận tốc an tồn của ơ tơ.
Phần 2: Thí nghiệm, đánh giá an tồn chuyển động của ô tô trên đường thử khi vận hành ở vận tốc an toàn và ở vận tốc giới hạn khác khi tham gia giao thông.
4.1.2.1. Lựa chọn xác định thông số đầu vào để tính tốn vận tốc an tồn của ơ tơ
Các thông số đầu vào cần phải xác định là các thông số trong cơng thức lý thuyết tính tốn vận tốc an tồn của ô tô (3.12). Cụ thể như sau:
j j 2 p nt 0 p at T T 0,2K S S K g v trong đó: vat - vận tốc an tồn của ơ tơ, m/s ;
g - gia tốc trọng trường lấy bằng 9,8 m/s2;
Snt - khoảng cách nhìn thấy đối tượng trên đường của người lái, m. Tầm
nhìn của người lái trong điều kiện sử dụng đèn chiếu sáng phía trước của ơ tơ là thơng số quyết định để tính tốn vận tốc an tồn của ơ tơ. Vì vậy, sẽ tiến hành thí nghiệm đo tầm nhìn thấy đối tượng trên đường của người lái.
φ - hệ số bám có ý nghĩa quan trọng tới tính chất kéo, tới chất lượng phanh và tính ổn định chuyển động của ô tô. Thông số này sẽ được xác định thơng qua
các thí nghiệm để xác định hệ số bám j của đường thử.
Kp - hệ số hiệu quả phanh. Hệ số hiệu quả phanh sẽ được xác định tương
ứng với xe thí nghiệm thơng qua việc đo gia tốc phanh lớn nhất của xe thí nghiệm.
TΣ - tổng thời gian từ lúc nhận biết vật cản trên đường, phản ứng của lái xe
và sự chậm tác động của hệ thống phanh. Trên cơ sở các nghiên cứu, lý luận tại 3.3.1. và việc lựa chọn mơi trường thí nghiệm, xe thí nghiệm, người lái…, hệ số này được chọn bằng 1,2 giây.
S0 - khoảng cách giữa điểm ô tô dừng lại và chướng ngại vật, để bảo đảm đủ
an tồn trong thí nghiệm và thực tiễn, khoảng cách này được chọn là 5 m.
4.1.2.2. Đánh giá an tồn chuyển động của ơ tơ trên đường thử khi vận hành ở vận tốc an toàn và ở các vận tốc giới hạn khác
- Trên cơ sở đã xác định được tầm nhìn thấy đối tượng trên đường, hệ số bám của đường thử, hệ số hiệu quả phanh, tính tốn xác định vận tốc an tồn của ô tô trong điều kiện vận hành đó.
- Tiến hành các thí nghiệm đánh giá an tồn chuyển động của ô tô trong đêm trong điều kiện vận hành ở vận tốc an toàn.
- Tiến hành các thí nghiệm đánh giá an tồn chuyển động của ơ tô trong đêm với cùng điều kiện chiếu sáng nhưng ở vận tốc giới hạn theo quy định.
4.2. Thí nghiệm
4.2.1. Thí nghiệm đo tầm nhìn của người lái 4.2.1.1. Xây dựng mơ hình thí nghiệm 4.2.1.1. Xây dựng mơ hình thí nghiệm
Mục tiêu của thí nghiệm này là xác định tầm nhìn thấy đối tượng trên đường của người lái khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước của ơ tơ.
Để bảo đảm tính thống nhất và độ chính xác của các phép đo khi thực hiện thí nghiệm, sẽ phải hạn chế một số yếu tố ảnh hưởng tới tầm nhìn của người lái. Ngoài ra, cũng cần làm rõ khoảng cách nhìn thấy sẽ được xác định với mức độ nhìn thấy như thế nào.
Do việc đo thực hiện trong điều kiện chỉ sử dụng chiếu sáng bằng đèn chiếu sáng phía trước của ơ tơ, các nguồn chiếu sáng khác được loại bỏ hoặc hạn chế tối đa. Khi đó, vùng quan sát của mắt người lái sẽ bị hạn chế bởi vùng chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước. Vùng quan sát là một vùng của hình ảnh bao quanh tâm trường nhìn của mắt. Khi lái xe, vùng quan sát sẽ được xác định nhằm tìm kiếm các thơng tin giúp cho việc lái xe an tồn. Các tín hiệu loại này gồm: Tín hiệu giao thơng trên đường, hình thù của chướng ngại vật hoặc sự thay đổi của luồng giao thông… Khi người lái xe nhận thấy một điều gì đó đáng lưu tâm, sự dịch chuyển của đầu và mắt người lái sẽ đưa hình ảnh cần quan sát về tâm trường nhìn của mắt mình. Nói một cách khác là người lái sẽ hướng đầu và mắt tới đối tượng hoặc sự việc cần quan sát. Như vậy, tâm hình ảnh sẽ được dùng để định vị, nhận biết và ghi nhận đối tượng mà người lái quan sát.
Vì vậy, trong thí nghiệm khoảng cách nhìn thấy sẽ được đo từ mắt người lái
tới tâm hình ảnh (vật quan sát) mà người lái quan sát được.
Về mức độ nhìn thấy đối tượng, yêu cầu trong thí nghiệm là người lái phải
nhận biết được hình dáng của vật quan sát cũng như mầu sắc của vật.
Mơ hình thí nghiệm được xây dựng trên cơ sở mơ hình hóa sơ đồ tai nạn giữa ô tơ với người đi bộ qua đường. Có hai mơ hình thí nghiệm đo tầm nhìn khác nhau ứng với khi được chiếu sáng bằng đèn chiếu gần và đèn chiếu xa như trong hình 4.1 và 4.2.
Người qua đường Người qua đường bên trái bên phải
35 30 25 20 15 10 5 0 35 30 25 20 15 10 5 0
Người qua đường Người qua đường bên trái bên phải
Hình 4.1: Mơ hình thí nghiệm đo tầm nhìn khi sử dụng đèn chiếu gần
35 30 25 20 15 10 5 0 35 30 25 20 15 10 5 0
4.2.1.2. Vật quan sát sử dụng trong thí nghiệm
Khi vật quan sát có mầu tối gần với mầu của phông nền (mặt đường) và hệ số phản xạ ánh sáng thấp thì người lái sẽ rất khó quan sát vì khi đó, độ tương phản giữa vật quan sát và nền đường tối là rất thấp.
Hai đặc trưng cơ bản của vật quan sát ảnh hưởng trực tiếp đến tầm nhìn là kích thước của vật quan sát (ảnh hưởng tới góc nhìn của mắt) và mầu sắc (hệ số phản xạ ánh sáng).
Lựa chọn vật quan sát:
- Kích thước: Tương ứng với người đi bộ qua đường, diện tích Q ≈ 0,5 m2;
Phương án 1: Sử dụng bảng dán giấy mầu hình chữ nhật kích thước 1,7m x 0,33m.
Phương án 2: Sử dụng hình nộm mặc quần áo với các mầu khác nhau.
Phương án lựa chọn khi thí nghiệm: Sử dụng bảng dán giấy mầu kích thước 1,7m x 0,33m.
- Mầu sắc: Mầu của vật quan sát sử dụng trong thí nghiệm được lựa chọn là một số mầu thông dụng cụ thể như sau: Giấy mầu trắng (hệ số phản xạ 0,8), giấy mầu đỏ sẫm (hệ số phản xạ 0,3), giấy mầu xanh sẫm (hệ số phản xạ 0,2).
4.2.1.3. Điều kiện chiếu sáng và xe mẫu thí nghiệm
Điều kiện chiếu sáng trong thực tế là hết sức đa dạng và chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố. Tuy nhiên, với thí nghiệm xác định tầm nhìn thì đây là yếu tố rất quan trọng. Do vậy, để thống nhất ta sẽ lựa chọn một điều kiện chiếu sáng như sau:
Đèn chiếu sáng phía trước lắp trên xe là đèn mới, đã được lắp đặt, điều chỉnh theo đúng quy định của nhà sản xuất. Các giá trị đo về đặc tính quang học của đèn thỏa mãn tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam.
Xe thí nghiệm ở trong điều kiện hoạt động bình thường, khơng chất tải, các lốp bơm đúng áp xuất hơi quy định. Động cơ xe hoạt động trong quá trình đo.
Loại trừ các đèn chiếu sáng khác trong khu vực thí nghiệm. Khu vực thí nghiệm bằng phẳng, nền đường bê tơng xi măng. - Xe mẫu thứ nhất: Ơ tơ con Nhãn hiệu: KIA Sorento
- Xe mẫu thứ hai: Ơ tơ tải Nhãn hiệu: CỬU LONG
Cả hai loại xe trên đều đã được Cục Đăng kiểm Việt Nam kiểm tra, thử nghiệm theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành và đã được cấp Giấy chứng nhận chất lượng an tồn kỹ thuật và bảo vệ mơi trường theo quy định của Bộ Giao thông vận tải.
Hình 4.4: Xe mẫu thí nghiệm
4.2.1.4. Điều kiện khí hậu
Do điều kiện hiện tại trong nước khơng có phịng tối có độ dài đủ lớn để tiến hành thí nghiệm. Vì vậy, thí nghiệm sẽ được thực hiện ở khu vực ngoài trời trong
điều kiện trời tối. Nhiệt độ ngoài trời nằm trong khoảng 150C đến 300C; độ ẩm
Lựa chọn khu vực đo ít bị ảnh hưởng của các nguồn sáng bên ngồi khơng mong muốn: xa khu dân cư, xa khu vực có đèn chiếu sáng cơng cộng, chọn ngày có ít ánh sáng trăng. Trường hợp có sương mù sẽ được ghi nhận lại.
Địa điểm đã tiến hành thí nghiệm: Khu vực sân bay Hịa Lạc, thỏa mãn các yêu cầu thí nghiệm đề ra.
Hình 4.5: Hình ảnh khu vực thí nghiệm
4.2.1.5. Vị trí xuất hiện của vật quan sát trên đường
Do kết cấu chùm sáng của đèn chiếu gần (các đèn theo hệ tiêu chuẩn Châu Âu) là khác nhau giữa bên phải và bên trái nên đối với trường hợp đo tầm nhìn thấy đối tượng trên đường khi sử dụng đèn chiếu gần sẽ thực hiện hai lần riêng biệt ứng với vật quan sát ở hành lang bên trái hoặc bên phải.
4.2.1.6. Người quan sát
Sử dụng các đăng kiểm viên của Cục Đăng kiểm Việt Nam để thực hiện việc đo và quan sát, thị lực 10/10, khơng có các khuyết tật về mắt.
4.2.1.7. Dụng cụ phục vụ thí nghiệm
- Thiết bị đo độ rọi:
+ Nhãn hiệu: EXTECH 401036; + Model: 20409813;
+ Xuất xứ: Mỹ; + Độ phân giải: 0.1 lux; + Cấp chính xác: 3%;
+ Hiệu chuẩn: Thiết bị được hiệu chuẩn theo quy định (có tem hiệu chuẩn của cơ quan nhà nước có thẩm quyền).
Hình 4.6: Thiết bị đo độ rọi - Thước dây đo khoảng cách; - Thước dây đo khoảng cách;
- Bộ đàm liên lạc khơng dây.
4.2.1.8. Quy trình thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm
- Bước 1: Chuẩn bị thí nghiệm, xe thí nghiệm đỗ tại chỗ, động cơ hoạt động, đèn chiếu sáng phía trước bật (ở từng chế độ chiếu xa hoặc chiếu gần); người quan sát ngồi trên xe, ở vị trí người lái xe, quan sát vùng chiếu sáng phía trước, ghế lái điều chỉnh như khi đang lái xe;
- Bước 2: Cho vật quan sát di chuyển tịnh tiến từ xa về gần theo hướng song song với trục dọc của xe. Đối với đèn chiếu gần, sẽ có hai phép đo lần lượt tương ứng với vật quan sát di chuyển theo mép hành lang bên trái hoặc bên phải của làn đường; đối với đèn chiếu xa, vật quan sát di chuyển tịnh tiến theo trục dọc của xe.
- Bước 3: Khi người ở trong ô tô phát hiện thấy vật sẽ nháy đèn. Người di chuyển vật quan sát sẽ dừng lại tại đó;
- Bước 4: Đo khoảng cách từ người quan sát đến vị trí vật quan sát đã dừng lại;
- Bước 5: Dùng thiết bị đo độ rọi để đo độ rọi tại vị trí vật quan sát đã dừng lại (điểm đo tại tâm vật quan sát, độ cao tính từ nền đường tương ứng với độ cao từ tâm đèn chiếu sáng phía trước xe mẫu thí nghiệm tới nền đường);
- Ghi nhận các kết quả đo, sử dụng mẫu biên bản tại Phụ lục 1; - Lặp lại quá trình đo và ghi nhận kết quả;
- Thay đổi người quan sát và thực hiện lại thí nghiệm. Một số hình ảnh thí nghiệm:
Hình 4.7: Hình ảnh q trình thí nghiệm
Xử lý số liệu thí nghiệm
Số liệu thí nghiệm là các đại lượng đo ngẫu nhiên, số lần đo không nhỏ hơn 20 lần cho một phép đo. Vì vậy, các số liệu thí nghiệm sẽ được xử lý bằng lý thuyết thống kê, việc tổng hợp và xử lý số liệu dùng phần mềm Excel.
Kết quả xử lý số liệu là xác định kỳ vọng tốn học và phương sai của nhóm số liệu thí nghiệm.
4.2.1.9. Kết quả thí nghiệm đo tầm nhìn
Kết quả từng lần đo được trình bầy trong các Bảng PL 1.1, PL 1.2, PL 1.3, PL 1.4, PL 1.5 và PL 1.6. Kết quả thí nghiệm sau khi đã xử lý số liệu được trình bầy trong Bảng 4.1 và Bảng 4.2
Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm mẫu 1 (ơ tơ con)
Đối tượng quan sát
Đèn chiếu gần Đèn chiếu xa
Vật quan sát đặt
bên phải đường Vật quan sát đặt bên trái đường Vật quan sát đặt giữa đường
K. cách (m) Độ rọi (lux) K. cách (m) Độ rọi (lux) K. cách (m) Độ rọi (lux) Mầu xanh sẫm 49,8 0,8 38,8 0,8 156,7 2,3 Mầu đỏ sẫm 54,7 0,8 46,5 0,6 165,8 2,2 Mầu trắng 62,7 0,7 54,5 0,5 232,6 1,5
Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm mẫu 2 (ơ tơ tải)
Đối tượng quan sát
Đèn chiếu gần Đèn chiếu xa
Vật quan sát đặt bên phải đường
Vật quan sát đặt bên trái đường
Vật quan sát đặt giữa đường K. cách (m) Độ rọi (lux) K. cách (m) Độ rọi (lux) K. cách (m) Độ rọi (lux) Mầu xanh sẫm 61,3 1,5 53,8 1,2 211,2 2,2 Mầu đỏ sẫm 69,1 1,7 55 1,1 236,7 2,0 Mầu trắng 73,6 1,3 62 0,7 273 1,4 Nhận xét kết quả thí nghiệm:
- Ảnh hưởng của chất lượng chiếu sáng đến tầm nhìn:
Đặc tính quang học của chùm sáng đèn chiếu sáng phía trước ảnh hưởng rất lớn tới tầm nhìn thấy đối tượng trên đường của người lái. Với chùm sáng đèn chiếu xa, toàn bộ ánh sáng phát ra đều hướng thẳng về phía trước, tâm trục chiếu sáng song song với đường, do vậy, tầm nhìn phụ thuộc chủ yếu vào công suất chiếu sáng của đèn. Đối với chùm sáng chiếu gần, do kết cấu chùm sáng được thiết kế đặc biệt (hạn chế gây chói cho xe ngược chiều), do vậy, tầm nhìn phụ thuộc nhiều vào đặc tính quang học chùm sáng chiếu gần. Quan sát vật ở phía bên phải xe tốt hơn so với vật ở phía bên trái xe.
Chiều cao lắp đặt đèn cũng có ảnh hưởng tới tầm nhìn, đèn lắp cao hơn thì thuận lợi hơn cho tầm nhìn của người lái.
- Ảnh hưởng của mầu sắc vật quan sát tới tầm nhìn thấy đối tượng:
Kết quả thí nghiệm cho thấy mầu sắc của vật quan sát ảnh hưởng rất lớn tới tầm nhìn thấy đối tượng trên đường của người lái.
Trong cùng một điều kiện chiếu sáng và vật quan sát (kích thước, hình dáng khơng thay đổi), khi thay đổi mầu sắc của vật quan sát, tầm nhìn thấy đối tượng trên đường thay đổi rất lớn, có trường hợp thay đổi trên 40%.
- Quan hệ giữa độ rọi và tầm nhìn thấy đối tượng:
Đối với đèn chiếu gần: Khoảng cách nhìn thấy vật quan sát phụ thuộc vào
đặc tính quang học của chùm sáng, chiều cao lắp đèn, cụ thể như sau:
Đối với đèn ơ tơ con: Khoảng cách nhìn thấy từ 39 đến 55 m tùy thuộc mầu sắc vật quan sát (vị trí vật quan sát bên trái đường).
Đối với đèn ơ tơ tải: Khoảng cách nhìn thấy từ 53 đến 62 m tùy thuộc mầu sắc vật quan sát (vị trí vật quan sát bên trái đường).
Độ rọi đo được tương ứng với khoảng cách nhìn thấy thay đổi trong dải tương đối rộng, phụ thuộc vào loại đèn, cụ thể như sau:
Đối với đèn ô tô con: Độ rọi từ 0,5 đến 0,8 lux tùy thuộc mầu sắc vật quan