Luận văn an toàn xe khách 29-34 chỗ khi va chạm trực diện - ĐH SPKT TPHCM

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tính an toàn con người trong xe khách 29 34 chỗ sản xuất tại Việt Nam khi va chạm trực diện, phân tích kết cấu và giải pháp bảo vệ.

• Tác giả: Nguyễn Văn Khôi
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thành Tâm
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
• Đề tài: Nghiên cứu tính an toàn con người ngồi trong xe khách 29/34 chỗ sản xuất tại Việt Nam khi xảy ra va chạm trực diện
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về tính an toàn con người trong xe khách 29 34 chỗ sản xuất tại Việt Nam

Xe khách 29/34 chỗ là phương tiện vận tải hành khách phổ biến tại Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống giao thông quốc gia. Tính an toàn của hành khách khi xảy ra va chạm trực diện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thiết kế khung xương, hệ thống dây an toàn, túi khí và vật liệu chế tạo. Các nghiên cứu trong nước và quốc tế chỉ ra rằng va chạm trực diện chiếm tỷ lệ cao trong tai nạn giao thông, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Việc nâng cao tiêu chuẩn an toàn cho xe khách sản xuất trong nước là yêu cầu cấp thiết để bảo vệ tính mạng con người. Chính phủ và các cơ quan chức năng đã ban hành nhiều quy định nhằm nâng cao tiêu chuẩn an toàn cho xe khách, song vẫn còn nhiều hạn chế trong việc áp dụng và kiểm soát chất lượng sản phẩm.

1.1. Tiêu chuẩn an toàn xe khách tại Việt Nam

Tại Việt Nam, các tiêu chuẩn an toàn cho xe khách 29/34 chỗ chủ yếu dựa trên các quy định của Bộ Giao thông Vận tải (QCVN 09:2015/BGTVT) và tiêu chuẩn quốc tế như ECE R94, FMVSS 214. Những tiêu chuẩn này quy định về cấu trúc khung xương, hệ thống dây an toàn, túi khí và khả năng chịu lực khi va chạm. Tuy nhiên, nhiều nhà sản xuất trong nước vẫn chưa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu này do chi phí đầu tư cao và thiếu cơ sở hạ tầng thử nghiệm. Các cuộc kiểm tra an toàn định kỳ cũng chưa được triển khai rộng rãi, dẫn đến tình trạng xe kém chất lượng vẫn lưu hành trên thị trường.

1.2. Thực trạng tai nạn va chạm trực diện ở xe khách

Theo thống kê của Ủy ban An toàn Giao thông Quốc gia, tai nạn va chạm trực diện chiếm khoảng 30% tổng số vụ tai nạn giao thông tại Việt Nam. Đối với xe khách 29/34 chỗ, tỷ lệ thương vong do va chạm trực diện cao hơn so với các loại xe khác do mật độ hành khách đông. Nguyên nhân chủ yếu bao gồm tốc độ vượt quá quy định, chất lượng đường xá kém, và thiếu hệ thống hỗ trợ lái an toàn. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, khi xảy ra va chạm trực diện ở tốc độ 60 km/h, nguy cơ tử vong cho hành khách ngồi phía trước lên tới 50%. Điều này đòi hỏi các nhà sản xuất phải đầu tư vào công nghệ an toàn tiên tiến.

II. Phân tích rủi ro và tổn thương khi va chạm trực diện

Va chạm trực diện gây ra các tổn thương nghiêm trọng cho hành khách do lực tác động lớn lên cơ thể. Các nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng va chạm (crash test) cho thấy, khi xe va chạm ở tốc độ 50 km/h, lực tác động lên hành khách có thể vượt quá giới hạn chịu đựng của cơ thể người. Những tổn thương thường gặp bao gồm gãy xương sườn, chấn thương nội tạng, chấn thương sọ não, và chấn thương cột sống. Đặc biệt, hành khách ngồi phía trước có nguy cơ cao nhất do không có hệ thống bảo vệ đủ mạnh. Việc phân tích tổn thương dựa trên tiêu chuẩn AIS (Abbreviated Injury Scale) cho thấy, tỷ lệ tử vong tăng lên đáng kể khi lực va chạm vượt quá 30g. Những dữ liệu này là cơ sở quan trọng để cải tiến thiết kế xe khách trong tương lai.

2.1. Ảnh hưởng của khung xương xe đến an toàn hành khách

Khung xương xe đóng vai trò quyết định trong việc hấp thụ lực va chạm và bảo vệ hành khách. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, khung xương được thiết kế với vật liệu thép cường độ cao có khả năng giảm thiểu biến dạng lên tới 40% so với khung xương thông thường. Tại Việt Nam, nhiều xe khách vẫn sử dụng khung xương bằng thép cacbon thông thường, dẫn đến nguy cơ biến dạng cao khi va chạm. Việc áp dụng tiêu chuẩn ECE R94 yêu cầu khung xương phải chịu được lực va chạm tối thiểu 50g mà không biến dạng quá mức cho phép. Tuy nhiên, nhiều nhà sản xuất trong nước chưa đáp ứng được yêu cầu này do thiếu kinh nghiệm trong thiết kế an toàn.

2.2. Hệ thống dây an toàn và túi khí trong xe khách

Hệ thống dây an toàn và túi khí là hai trong số những giải pháp hiệu quả nhất để giảm thiểu tổn thương khi va chạm. Theo nghiên cứu của Viện An toàn Giao thông Hoa Kỳ (NHTSA), việc sử dụng dây an toàn có thể giảm 45% nguy cơ tử vong trong va chạm trực diện. Tại Việt Nam, hầu hết xe khách 29/34 chỗ đều được trang bị dây an toàn, nhưng tỷ lệ sử dụng vẫn thấp do thói quen của người dân. Túi khí, mặc dù hiệu quả, nhưng chưa được trang bị phổ biến trên các dòng xe khách sản xuất trong nước do chi phí cao. Các nhà sản xuất cần đầu tư vào nghiên cứu và phát triển hệ thống túi khí tiên tiến, phù hợp với điều kiện giao thông tại Việt Nam.

III. Giải pháp nâng cao tính an toàn cho xe khách 29 34 chỗ

Để nâng cao tính an toàn cho hành khách khi xảy ra va chạm trực diện, cần áp dụng đồng bộ các giải pháp kỹ thuật và quản lý. Các giải pháp kỹ thuật bao gồm cải tiến thiết kế khung xương, trang bị hệ thống dây an toàn và túi khí tiên tiến, cũng như sử dụng vật liệu chế tạo thân thiện với môi trường. Các nhà sản xuất cần tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn an toàn quốc tế như ECE R94, FMVSS 214, và QCVN 09:2015/BGTVT. Bên cạnh đó, việc tăng cường kiểm tra chất lượng xe trước khi lưu hành cũng là yếu tố quan trọng. Các cơ quan chức năng cần đẩy mạnh công tác thanh tra, kiểm tra định kỳ đối với các doanh nghiệp sản xuất xe khách. Đồng thời, tuyên truyền nâng cao nhận thức của người dân về tầm quan trọng của việc sử dụng dây an toàn và tuân thủ quy định giao thông.

3.1. Cải tiến thiết kế khung xương theo tiêu chuẩn an toàn

Khung xương xe khách cần được thiết kế để hấp thụ tối đa lực va chạm và bảo vệ không gian sinh tồn cho hành khách. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, sử dụng thép cường độ cao (ví dụ: thép DP600) có thể giảm thiểu biến dạng khung xương lên tới 30% so với thép thông thường. Tại Việt Nam, nhiều nhà sản xuất vẫn sử dụng thép cacbon thông thường do chi phí thấp, dẫn đến nguy cơ cao khi va chạm. Việc áp dụng tiêu chuẩn ECE R94 yêu cầu khung xương phải chịu được lực va chạm tối thiểu 50g mà không biến dạng quá 100mm. Các doanh nghiệp cần đầu tư vào công nghệ hàn hiện đại và kiểm tra chất lượng khung xương trước khi sản xuất hàng loạt.

3.2. Nâng cấp hệ thống an toàn chủ động và bị động

Hệ thống an toàn chủ động bao gồm phanh ABS, cân bằng điện tử (ESC), và hỗ trợ lái tự động, trong khi hệ thống an toàn bị động bao gồm dây an toàn, túi khí, và ghế ngồi có khả năng hấp thụ lực va chạm. Theo nghiên cứu của Euro NCAP, việc trang bị đầy đủ các hệ thống an toàn có thể giảm tới 60% nguy cơ tử vong trong va chạm trực diện. Tại Việt Nam, hầu hết xe khách 29/34 chỗ đều được trang bị dây an toàn, nhưng hệ thống túi khí vẫn còn hạn chế do chi phí cao. Các nhà sản xuất cần nghiên cứu và phát triển các hệ thống an toàn phù hợp với điều kiện giao thông tại Việt Nam, đồng thời tăng cường tuyên truyền để nâng cao nhận thức của người dân về tầm quan trọng của việc sử dụng các hệ thống an toàn.

IV. Kết luận và đề xuất ứng dụng trong thực tiễn

Nghiên cứu tính an toàn con người trong xe khách 29/34 chỗ sản xuất tại Việt Nam khi xảy ra va chạm trực diện cho thấy, nguy cơ tổn thương và tử vong vẫn còn ở mức cao do nhiều yếu tố như thiết kế khung xương chưa đạt tiêu chuẩn, thiếu hệ thống an toàn tiên tiến, và ý thức chấp hành pháp luật của người dân còn hạn chế. Để khắc phục tình trạng này, cần áp dụng đồng bộ các giải pháp kỹ thuật và quản lý, bao gồm cải tiến thiết kế khung xương, trang bị hệ thống dây an toàn và túi khí tiên tiến, cũng như tăng cường kiểm tra chất lượng xe trước khi lưu hành. Các cơ quan chức năng cần đẩy mạnh công tác thanh tra, kiểm tra định kỳ và tuyên truyền nâng cao nhận thức của người dân. Việc áp dụng các tiêu chuẩn an toàn quốc tế như ECE R94 và QCVN 09:2015/BGTVT là yếu tố then chốt để nâng cao tính an toàn cho xe khách tại Việt Nam.

4.1. Khuyến nghị cho nhà sản xuất xe khách

Các nhà sản xuất xe khách 29/34 chỗ tại Việt Nam cần đầu tư vào nghiên cứu và phát triển sản phẩm đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn an toàn quốc tế. Việc sử dụng vật liệu thép cường độ cao, cải tiến thiết kế khung xương, và trang bị hệ thống an toàn tiên tiến là những giải pháp quan trọng. Ngoài ra, các doanh nghiệp cần tăng cường hợp tác với các viện nghiên cứu và trường đại học để ứng dụng công nghệ mới trong sản xuất. Việc tuân thủ nghiêm ngặt các quy định của Bộ Giao thông Vận tải và các tiêu chuẩn an toàn quốc tế sẽ giúp nâng cao uy tín và chất lượng sản phẩm, đồng thời bảo vệ tính mạng của hành khách.

4.2. Giải pháp nâng cao nhận thức cộng đồng

Để giảm thiểu nguy cơ tai nạn giao thông, cần tăng cường tuyên truyền nâng cao nhận thức của người dân về tầm quan trọng của việc sử dụng dây an toàn, tuân thủ tốc độ quy định, và chấp hành pháp luật giao thông. Các cơ quan chức năng cần đẩy mạnh công tác thanh tra, kiểm tra định kỳ đối với các doanh nghiệp sản xuất xe khách, cũng như tổ chức các buổi tuyên truyền về an toàn giao thông tại các trường học và cộng đồng. Việc phối hợp chặt chẽ giữa nhà sản xuất, cơ quan quản lý, và cộng đồng sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong việc nâng cao tính an toàn cho xe khách tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt Vấn Đề: Theo một báo cáo được Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) công bố năm 2018, Việt Nam đứng thứ 2 trong khu vực Đông Nam Á về số người chết do va chạm trên đường, với tỷ lệ 26,1/100. Thống kê, trong năm 2018 có 24.970 người thiệt mạng vì tai nạn giao thông ở Việt Nam. Trong đó có một số vụ đặc biệt nghiêm trọng liên quan đến xe khách va chạm trực diện khi tham gia giao thông làm tổn thương cho con người. Vụ tai nạn lúc 16h45 ngày 18/3/2018 trên tuyến cao tốc Pháp Vân - Cầu Giẽ do trời tối, mặt đường trơn trượt đã xảy ra một vụ tai nạn nghiêm trọng giữa xe khách và xe cứu hỏa làm một chiến sĩ tử vong và 5 người trên xe khách bị thương nặng.1: Va chạm giữa xe khách và xe cứu hoả Tai nạn giao thông là một trong những nguyên nhân chính gây chết người, khi nhu cầu đi lại ngày càng tăng, các hãng sản xuất ô tô đã cho ra đời hàng loạt mẫu xe khách mới để đáp ứng nhu cầu đi lại nhanh chóng và thoải mái cho hành khách, song song với 1 việc đáp ứng nhu cầu đó, việc quan tâm nghiên cứu tính an toàn cho hành khách phải được thực hiện.

Khi một chiếc xe bị va chạm trực diện, toàn bộ lực va chạm sẽ tác động trực tiếp lên đầu xe và vật cản, khung xe sẽ biến dạng, lực va chạm sẽ tác động lên hành khách và gây tổn thương cho họ. Vì vậy, một chiếc xe khách được thiết kế với bộ khung xương vững chắc bảo vệ được hành khách là yếu tố quan trọng mà nhà sản xuất cần phải nghiên cứu. Bên cạnh đó, để giảm thiểu lực va chạm tác động lên hành khách, việc nghiên cứu và trang bị thêm các thiết bị an toàn như: dây đai an toàn, hệ thống túi khí cũng hết sức cần thiết, các trang thiết bị đó sẽ giúp cải thiện, nâng cao tính an toàn cho hành khách khi ngồi trên xe khách. Chính vì lý do đó đề tài sử dụng phương pháp mô phỏng số để xây dựng mô hình nghiên cứu, nhằm tính toán, mô phỏng các ảnh hưởng đến con người.

Kết quả mô phỏng sẽ giúp đưa ra các giải pháp cải tiến khung xe, các bộ phận an toàn nhằm giảm thiểu tối đa lực tác động lên cơ thể và thương vong cho hành khách.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Tai nạn giao thông ảnh hưởng rất lớn đến tính mạng con người, mà tính mạng con người là rất quan trọng, chính vì lý do đó đã có khá nhiều nghiên cứu được thực hiện. - Bộ GTVT QCQG, năm 2015, “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường đối với xe khách thành phố” [1]. Đây là văn bản quy phạm pháp luật quy định các tiêu chuẩn thiết kế an toàn cho các loại xe khách thành phố từ 17 chỗ trở lên, tuy nhiên tiêu chuẩn này chỉ mới quy định về diện tích cửa, diện tích sàn, diện tích lối đi, khoang dành cho người lái, khoang dành cho hành khách, khoảng cách giữa các ghế mà chưa có các quy định cụ thể về việc trang bị các tính năng an toàn như khung xương hay hệ thống túi khí,. với các quy định như vậy, các hãng sản xuất xe khách như Samco, Trường Hải,.

cũng chưa quan tâm nhiều đến việc trang bị các thiết bị an toàn cho người lái và hành khách ngồi trên xe. 2 - Tác giả Nguyễn Thành Tâm, năm 2015 nghiên cứu “Thiết kế tối ưu kết cấu khung xương và sát-xi ô tô khách” [2]. Với nghiên cứu này tác giả đã tính toán đưa ra các thiết kế nhằm giảm trọng lượng và tăng độ cứng kết cấu của khung và gầm của ô tô khách. Kết quả cho thấy ứng suất và biến dạng kết cấu thoả mãn điều kiện bền, trọng lượng khung xương và sát-xi giảm được 11,4% so với ban đầu, tuy nhiên nghiên cứu này chưa có nghiên cứu để cải tiến kết cấu phần đầu của ô tô khách.

- Tác giả Nguyễn Văn Sỹ, năm 2019 nghiên cứu, “Thiết kế cải tiến khả năng hấp thụ năng lượng của khung trước ô tô” [3]. Với nghiên cứu này tác giả đã mô phỏng phần tử hữu hạn liên quan đến va chạm và hấp thụ động năng của cấu trúc trước của xe khách được làm từ những thanh sắt có tiết diện và vật liệu khác nhau để cải tiến lực đỉnh và hấp thụ động năng. Kết quả cải tiến cho thấy lực đỉnh có thể giảm được 25% khi thay đổi thiết kế tiết diện của khung xe bằng các ống thép vẩy cá, tuy nhiên nghiên cứu này chỉ đưa ra được phương án cải tiến, lắp đặt mà chưa tính toán được bề dày chính xác của ống thép. - Tác giả Đặng Quý, “Nghiên cứu và tính toán động lực học va chạm ô tô, các biện pháp giảm tổn thất khi va chạm” [4].

Nghiên cứu này đã đưa ra các tính toán động học và động lực học ô tô khi xảy ra va chạm, từ kết quả tính toán tác giả đã đề xuất các phương án cải tiến kết cấu khung xe hoặc thân xe, từ đó giảm được các tổn thương có thể xảy ra cho hành khách và vật chất khi xảy ra va chạm, tuy nhiên nghiên cứu này chưa mô phỏng khi xảy ra va chạm. - Tác giả Đỗ Huyền Trang, năm 2015 “Nghiên cứu, thiết kế tính an toàn kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm trực diện” [5]. Tác giả đã nghiên cứu mô phỏng tình trạng khung xe bị biến dạng khi xảy ra va chạm trực diện, sau đó đề xuất cải tiến khung xe để đảm bảo an toàn cho hành khách. - Tác giả Nguyễn Thành Tâm cùng cộng sự “Nghiên cứu thiết kế cải tiến tính năng hấp thụ năng lượng va chạm trực diện của xe khách” [6].

Dựa vào tiêu chuẩn ECE R94, ECE R66 tác giả ứng dụng phần mềm LS-DYNA xây dựng mô hình phần tử hữu hạn và 3 mô phỏng phân tích tính an toàn kết cấu đầu ô tô khách khi xảy ra va chạm trực diện. Kết quả mô phỏng cho thấy, kết cấu đầu xe sau khi cải tiến thỏa mãn được điều kiện an toàn, từ đó thiết kế bộ hấp thụ năng lượng đặt trước đầu xe để tăng tính năng an toàn cho hành khách. Những đề tài trên là các dẫn chứng về các nghiên cứu đã được thực hiện nhằm đưa ra các cải tiến cải tạo khung xe khách một cách tối ưu nhất, giúp giảm thiểu biến dạng của khung xe, tránh thương vong cho hành khách, tuy nhiên các nghiên cứu này chỉ đang thực hiện ở các trường Đại học và dừng lại ở mức độ lý thuyết mô phỏng, các doanh nghiệp sản xuất xe khách tại Việt Nam chưa ứng dụng các kết quả nghiên cứu này, đồng thời chưa tiến hành mô phỏng, thử nghiệm các trang thiết bị an toàn gắn trên xe. Với đề tài này, người thực hiện sẽ tiến hành nghiên cứu mô phỏng các thiết kế của khung xương xe khách 29/34 chỗ sản xuất bởi Công ty SAMCO khi xảy ra va chạm trực diện để đánh giá tính an toàn cho người ngồi trong xe khách, từ đó đề xuất trang bị thêm các thiết bị nhằm nâng cao tính an toàn cho hành khách ngồi trong xe.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Cũng như tình hình nghiên cứu trong nước, các nước trên thế giới cũng rất quan tâm đến việc nghiên cứu để đưa ra các giải pháp nâng cao tính an toàn cho con người khi tham gia giao thông.

Các nước phát triển đã đưa ra các quy định an toàn và yêu cầu phải được áp dụng trên xe trước khi sản xuất hàng loạt. Điển hình như tiêu chuẩn về đảm bảo độ cứng của khung xương khi xảy ra lật xe (Châu âu ECE R66, Mỹ FMVSS 216), hoặc tiêu chuẩn đánh giá tổn thương con người khi ngồi trên xe ô tô khi xảy ra va chạm (Châu âu ECE R94. tuỳ thuộc vào việc áp dụng các tiêu chuẩn đó trên xe thì chiếc xe đó sẽ được đánh giá là có an toàn hay không. Một số bài báo được thực hiện trên thế giới để đánh giá tính an toàn con người khi ngồi trên xe khách như sau: 4 - Tác giả Matthew L.

Brumbelow cùng cộng sự, năm 2009 nghiên cứu, “Impact and injury patterns in frontal crashes of vehicles with good ratings for frontal crash protecion” [7]. Tác giả đã nghiên cứu mô phỏng những tổn hại cho người ngồi bên trong một chiếc xe được xếp hạng an toàn cao khi xảy ra va chạm trực diện từ phía trước xét theo tiêu chuẩn an toàn của Hoa Kỳ (NHTSH), phép thử được thực hiện khi cho xe chạy ở tốc độ 56 km/h, 64 km/h và va chạm trực diện 40% diện tích xe vào một rào cản, kết quả thu được từ phép thử sẽ được đánh giá có tổn hại đến không gian của hành khách hay không, từ đó đưa ra các kiến nghị cho các kết cấu mới hoặc các hệ thống giúp giảm thiểu biến dạng. - Tác giả Muhammad Aamir Hassan, năm 2002 nghiên cứu, “Comparison of structural damage and occupant injuries corresponding to a vehicles collision onto a pole versus a flat barrier” [8]. Tác giả đã nghiên cứu mô phỏng thiệt hại của bộ khung xương ô tô khi xảy ra va chạm với một rào chắn phẳng, va chạm với bề mặt của một cột,.

sau đó xác định giá trị tổn hại và so sánh với tiêu chuẩn nêu trong chương trình đánh giá xe mới (NCAP) và Viện bảo hiểm an toàn đường cao tốc (IIHS) của Pakistan, tuy nhiên tác giả chưa đề xuất các phương án cải tiến hệ thống khung xương cho xe. - Tác giả Virgil Popa cùng cộng sự, năm 2011 nghiên cứu, “Study of Vehicle adaptive structure for frontal collisions” [9]. Tác giả nghiên cứu đã chỉ ra rằng để giảm thiểu tổn thương cho người ngồi trong xe thì kết cấu của phần đầu xe là rất quan trọng. Kết quả nghiên cứu đã đề xuất cải tiến kết cấu cho phần đầu xe bằng các liên kết chéo nhằm hấp thụ năng lượng tốt hơn khi xảy ra va chạm.

- Tác giả Senthil Kumar, nghiên cứu “Rollover Analysis of Bus Body Structure as Per AIS 031/ECE R66” [10]. Tác giả đã nghiên cứu mô phỏng các tổn hại về con người khi ngồi trong không gian hành khách của xe buýt khi xe bị lật nghiêng, kết quả mô phỏng cho thấy có sự biến dạng rất lớn đối với hệ thống khung xương xe buýt, tuy nhiên tác giả chỉ dừng lại ở bước mô phỏng và chưa đưa ra được các biện pháp để hạn chế độ biến dạng của khung xương xe buýt.