Khảo sát thiệt hại tai nạn ô tô do va chạm trực diện và các biện pháp cải tiến nâng cao an toàn

triển rất nhanh. Đặc biệt việc vận chuyển hàng hóa là nhu cầu tất yếu của sự phát triển cơ sở hạn tầng của một đất nƣớc. Để đáp ứng việc tăng nhanh nhu cầu vận chuyển hàng hóa này,số lƣợng xe tải tăng theo rất nhanh. Các vụ tai nạn giao thông xe tải tăng cao và gây ra các vụ bị thƣơng con ngƣời rất cao. Để đảm bảo an toàn tai nạn làm ảnh hƣởng đến tính mạng con ngƣời thì chúng ta cải tiến cũng nhƣ thiết kế phần đầu cabin sao cho hấp thụ đƣợc lực va chạm trực diện phần đầu cabin. Bài báo giới thiệu về các phƣơng pháp cải tiến hoặc thiết kế cabin ô tô tải đảm bảo an toàn khi va chạm trực diện đảm bảo theo tiêu chu n ECE R29 và hiện tƣợng va chạm xảy ra trong thực tiễn ở Việt Nam ,các biện pháp cải tiến nâng cao an toàn, giảm thời gian và chi phí thiết kế thông qua mô phỏng và thực nghiệm Từ khóa: ECE R- 29. LS-DYNA. 1. GIỚI THIỆU Theo báo cáo của Ủy ban an toàn giao thông Quốc gia, năm 2017, toàn quốc xảy ra 20.080 vụ tai nạn giao thông, làm chết 8.279 ngƣời, bị thƣơng 17.040 ngƣời. Tin từ Tổng cục thống kê, cả năm 2018, trên địa bàn cả nước đã xảy ra 18.232 vụ tai nạn giao thông làm 8.125 người chết; 5.124 người bị thương và 9.070 người bị thương nhẹ. Chính vì lẽ đó trong quá trình thiết kế cabin, một yêu cầu quan trọng là đảm bảo an toàn cho ngƣời lái khi xảy ra tai nạn giao thông. Cabin phải đƣợc thiết kế sao cho đảm bảo không gian an toàn cho ngƣời lái khi tai nạn xảy ra. Có nhiều tiêu chu n về an toàn cho ngƣời lái khi xảy ra tai nạn, nhƣ ECE R-12; ECE R-29; ECE R-66; ECE R-95; FMVSS 204; FMVSS 208; FMVSS 216. Trong đó, tiêu chu n ECE R-29 quy định rõ ràng nhất về độ an toàn của cabin xe tải và là tiêu chu n bắt buộc đối với các xe tải trên thị trƣờng Châu Âu. Hiện nay, tiêu chu n ECE R-29 cũng đang đƣợc áp dụng rộng rãi tại các nƣớc công nghiệp ôtô phát triển ở Châu Á nhƣ Ấn Độ, Trung Quốc, Hàn Quốc và Việt Nam... Với xu hƣớng hội nhập quốc tế rộng và sâu, ngành công nghiệp ôtô Việt Nam không chỉ dừng lại ở mức đáp ứng nhu cầu thị trƣờng trong nƣớc, mà cần tham gia vào thị trƣờng khu vực và thế giới để phát triển mạnh mẽ hơn. Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng các tiêu chu n an toàn kỹ thuật của các nƣớc tiên tiến nói chung, tiêu chu n ECE R-29 nói riêng vào công tác đánh giá mức độ an toàn của ôtô là cần thiết.[1]. Nhƣng đa số các hảng ô tô thử an toàn phá hủy, cho ô tô đâm trực diện 100% diện tích mặt trƣớc cabin với vật cản không biến dạng. Thực tế ô tô giao thông trên đƣờng đa số va chạm lệch về một bên trái/phải 1402 20%-40%. Do đó việc thử nghiệm theo tiêu chu n ECE R-29 ô tô đảm bảo nhƣng khi ô tô tham gia giao thông trên đƣờng không đảm bảo khi va chạm. 1.1. Các dạng tai nạn thƣờng gặp Hình 1.1. Ảnh ô tô tải va chạm vào đuôi ô tô container: qua đây cho thấy khi ô tô container phía trƣớc thắng gấp tài xế ô tô tải xử lý bằng cách đánh lái về bên phải nhƣng không kịp nên bị chạm vào đuôi ô tô container bên phải Hình 1.2. Ảnh xe tải va chạm vào đuôi xe tải. Qua hình ảnh này cho ta thấy ô tô tải phía sau tài xế đánh lái qua phải không kịp dẫn đến va chạm vào đuôi ô tô tải phía trƣớc Hình 1.3. Ảnh xe khách va chạm vào đuôi xe tải: Hình ản cho thấy xe khi xe tải phía trƣớc phanh gấp tài xế xe khách đánh lái qua trái nhƣng không kịp nên chạm vào đuôi bên trái xe tải 1403 Hình 1.4. Hình ảnh xe tải va chạm phía sau xe tải khác. Hình ảnh cho thấy tài xế đã đánh lái qua bên phải nhƣng lấy không dẫn đến va chạm vào đầu cabin bên trái Hình 1.5. Hình ảnh xe con va chạm phía sau xe tải. Hình ản này cho thấy tài xế ô tô con đã đánh lái qua bên trái nhƣng không kịp dẫn đến va chạm vào góc bên phải đầu ô tô con 2. CÁC QUY ĐỊNH CỦA TIÊU CHUẨN ECE R-29/02 Tiêu chu n ECE R-29 có 2 phiên bản, ECE R-29/01 và ECE R-29/02. Từ ngày 1 tháng 10 năm 2002, các quy định về an toàn của tiêu chu n ECE R-29/02 chính thức có hiệu lực tại Châu Âu. Vì vậy, bài báo này chỉ đề cập tới các quy định của tiêu chu n ECE R-29/02, các nội dung sau đây có liên quan tới ECE R-29 đƣợc hiểu là ECE R-29/02. Theo tiêu chu n ECE R-29, cabin đƣợc kiểm tra độ an toàn trong các trƣờng hợp chịu tải va đập từ phía trƣớc (A), phía trên (B) và phía sau (C) [1]. 2.1. Va chạm từ phía trƣớc Thử nghiệm này mô phỏng sự biến dạng của cabin khi va chạm với vật cản ở trƣớc mặt. Cho con lắc rắn kích thuớc mặt bên `500x600x300 mm, trọng lƣợng 710250kg va chạm vào cabin ở vị trí sao cho độ cao trọng tâm của nó thấp hơn điểm R-Point trên ghế xe khoảng 50 +5/-0 mm. R-point là vị trí trọng tâm của tài xế khi ngồi trên ghế, đã đƣợc quy định bởi nhà sản xuất. Lấy trọng lƣợng con lắc là 710 kg, trọng lƣợng riêng của thép là 7850kg/m3 ta xác định đƣợc kích thƣớc con lắc là 500x600x300mm. Đối với xe tải trọng tải dƣới 7 tấn, năng lƣợng cung cấp cho con lắc là 30KJ. Với xe trên 7 tấn, năng lƣợng cung cấp cho con lắc là 45KJ. [1]. Độ bền nóc cabin (B) Điểm R P  100 kN Va chạm phía trước (A) E = 30 kJ tải trọng  7 tấn E = 45 kJ tải trọng > 7 tấn P = Tải trọng trục trước Độ bền vách sau (C) P = 2 kN/ tấn tải trọng B A C Hình 2.1. Thử nghiệm an toàn cabin theo tiêu chu n ECE R29/02 1404 Hình 2.2. Thử nghiệm an toàn cabin bên trái/phải theo điều kiện thực tế thƣờng diễn ra khi va chạm trên đƣờng nhƣ mô tả mục 1.1 Hình 2.3. Hình ảnh cabin xe Kamaz 65115 2.2. Đánh giá kết quả thử nghiệm: Cabin đƣợc thiết kế để giảm thiểu chấn thƣơng cho ngƣời lái khi tai nạn xảy ra. Sau khi trải qua các thử nghiệm trên, vùng không gian an toàn trong cabin đƣợc hình thành (vùng giới hạn bởi các biến dạng). Đặt hình nhân lái xe (theo tiêu chu n ECE R29) lên ghế ngay ngắn. Nếu hình nhân không chạm vào các vùng biến dạng trong buồng lái thì cabin thiết kế đảm bảo an toàn. [1]. 8 1 9 5 0 5 479 230 Hình 2.4. Kích thƣớc hình nhân theo tiêu chu n ECE R-29 Bảng 1. Kích thƣớc hình nhân tiêu chu n ECE R-29. H-point tới đỉnh đầu K/c từ mặt gh tới đỉnh đầu H-point tới đầu gối K/c từ lƣng ghế tới đầu gối 819 900 479 595 H-Point tới sàn Chiều dày ngực Độ rộng vai 505 230 435 1405 3. MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ ĐỘ AN TOÀN CABIN Ô TÔ TẢI TRÊN PHẦN MỀM LS- DYNA Hiện nay thử nghiệm an toàn phá hủy trên cabin trên thực tế mất rất nhiều chi phí, khó thực hiện ở điều kiện nƣớc ta. Vì vậy trong bài báo này sử dụng phƣơng pháp mô phỏng thử nghiệm an toàn cabin bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn trên phần mềm LS-DYNA của chƣơng trình ANSYS. Hiện nay, việc mô phỏng va chạm của ôtô và thử nghiệm an toàn trên máy tính đóng vai trò tiên quyết trong giai đoạn thiết kế. Công việc này giúp giảm bớt thời gian và chi phí thiết kế, khi cho phép nhà thiết kế dự đoán đƣợc biến dạng của kết cấu cabin và đƣa ra biện pháp cải tiến trƣớc khi đƣa vào sản xuất. [1]. 3.1. Thuật toán của phần mềm LS-DYNA Các công thức để tính toán mô phỏng: Dùng định luật 2 Newton để tính MX‖ + CX‘+ KX = F(t)( ngoại lực) (1) Trong đó: M: Khối lƣợng X: chuyển vị X‘: Vận tốc X‖: Gia tốc C: Giảm chấn K: độ cứng Trong khi phƣơng trình phi tuyến tính cho nội lực chuyển vị ban đầu MX‖+ CX + F(X) nội lực = F(t) ngoại lực (2) Trong phƣơng trình (2): M: Ma trận khối lƣợng C: Ma trận giảm chấn. X: véc tơ chuyển vị X‘ : Vec tơ vận tốc X‘‘: Vec tơ gia tốc Phƣơng trình chuyển động (2) đƣợc viết nhƣ sau. MX‖= -CX -F(X) nội lực + F(t) ngoại lực ( 3) 3.2 Mô phỏng thử nghiệm an toàn cabin ô tô tải theo tiêu chuẩn ECE R-29 và kết hợp thực tế trong cuộc sống Trong bài báo này, mô hình tính toán đƣợc xây dựng từ kết cấu của cabin KAMAZ 6115 & 53205 (hình 3.1) và đƣợc mô hình hóa trong phần mềm LS-DYNA của phần mềm ANSYS (hình 3.2). Bảng 2: Cơ tính của thép làm vỏ cabin Giới hạn chảy (MPa) Môđun tiếp tuyến (MPa) Môđun đàn hồi (MPa) Hệ số Poisson Trọng lƣợng riêng (kg/m 3 ) 200 763 2,1.10 5 0.31 7850 2 2 8 0 1406 Mô hình vật liệu: – Con lắc đƣợc giả thiết là cứng tuyệt đối. – Cơ tính của thép làm vỏ cabin nhƣ bảng 2. Mô hình phần tử: – Con lắc đƣợc xây dựng là phần tử khối rắn 500x600x300mm. – Vỏ cabin là phần tử tấm vỏ Belytschko-Tsay với chiều dày là 1,2 mm. Điều kiện biên: – Con lắc có vận tốc ban đầu v= 7,57 m/s. – Cabin đƣợc giữ chặt theo những cạnh bên hông và dƣới đáy. – Thời gian mô phỏng va chạm là 4.10-2 s Hình 3.1. Mô hình hình học cabin KAMAZ 65115& 53205 Hình 3.2. Mô hình phần tử hữu hạn cabin . . Phƣơng án đề tài này thực hiện Qua thống kê thực tế ô tô va chạm khi tham gia giao thông ở phần 2 và các đề tài nghiên cứu phần 3.2. Tất cả thử nghiệm và tính toán theo tiêu chu n ECE R- 29 thử trực diện toàn diện tích mặt trƣớc cabin chƣa xác thực điều kiện thực tế ô tô tham gia giao thông. Đề tài này giải quyết cải tiến môt phần đầu cabin ô tô tải bên trái/phải gần sát thực tế va chạm ô tô tài khi tham gia giao thông để đảm bảo hấp thụ năng lƣợng va chạm và đảm bảo độ cứng cabin bên trái/phải để đảm bảo an toàn cho ngƣời ngồi trên xe. 4. KẾT LUẬN VÀ CẢI TIẾN Dựa vào các kết quả thu thập các bài báo và đề tài đã làm trƣớc đây và kết quả tính toán, mô phỏng và so sánh để xác định đƣợc biến dạng của cabin trong quá trình thử nghiệm an toàn bị động giữa cabin chƣa cải tiến và cabin cải tiến. Qua đây cho chúng ta thấy các cabin thiết kế có kết cấu đơn giản nhƣ cabin Kamaz này cần thiết kế hoặc gia cố thêm phần kết cấu hấp thu năng lƣợng và tăng cứng ở bên trái/phải đảm bảo an toàn cho ngƣời ngồi trên xe khi va chạm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyễn Văn Bang, đề tài đánh giá an toàn bị động của cabin xe tải trong giai đoạn thiết kế. Đại học giao Thông Vận tải Hà Nội. [2] Nguyen Phu Thuong Luu International Journal of Crashworthiness, 2016‖ An Optimization Approach To Choose Thickness Of Three Members To Improve Iihs Small-Overlap Structural Rating‖ 1407 [3] P. T. L. Nguyen1), J. Y. Lee1), H. J. Yim2), H. K. Kim2), S. B. Lee2) And S. J. Heo2),International Journal of Automotive Technology, optimal design of vehicle structure for improving small-overlap rating, 26 March 2016. [4] Jianguang Fang1 & Guangyong Sun1 & Na Qiu2 & Nam H. Kim2 & Qing Li 1, On design optimization for structural crashworthiness and its state of the art, 23 August 2016. [5] P. T. L. NGUYEN1), J. Y. LEE1), H. J. YIM2), S. B. LEE2) and S. J. HEO2), Analysis Of Vehicle Structural Performance During Small-Overlap Frontal Impact, International Journal of Automotive Technology,02 February 2015. [6] ThS Nguyễn Văn Đông và TS.Nguyễn Phụ Thƣợng Lƣu, Luận văn Thạc Sĩ nghiên cứu cải tiến khung sƣờn dòng SUV nhằm nâng cao độ an toàn khi va chạm trực diện ,tháng 09/2017.