Đặt vấn đề Tai nạn giao thông là một trong những nguyên nhân chính gây chết người hàng đầu. Khi nhu cầu đi lại, vận chuyển giữa các khu vực và vùng miền ngày càng tăng. Nhằm đáp ứng nhu cầu đó, phương tiện vận chuyển đòi hỏi các yếu tố như di chuyển nhanh, thời gian đi lại giữa hai điểm được rút ngắn, cảm giác thoải mái, song cùng với những yêu cầu về cảm giác như trên mà tính an toàn cho hành khách càng được quan tâm chú trọng hơn. Nghiên cứu về vấn đề an toàn với mục đích giảm thiểu tối đa mức độ tổn thương lên con người, sự ra đời các thiết bị bảo hộ như dây đai an toàn, túi khí có thể giảm thiểu được các tổn thương lên con người khi xảy ra tai nạn, va chạm với vật cản.
Hiện nay, nhằm đáp ứng nhu cầu đi lại liên tục với quãng đường di chuyển lớn, phương tiện dùng để vận chuyển hành khách liên tục được phát triển, những chiếc xe kiểu cố điển bố trí hành khách ngồi trên phương tiện trong suốt quá trình di chuyển, với quãng đường dài cộng với tư thế ngồi gây khó khăn và mệt mỏi cho hành khách. Từ thực tiễn trên, xe khách dạng ghế ngồi đã không ngừng cải tiến và trở thành xe khách với tên gọi là xe khách giường nằm. Xe giường nằm đang được phát triển ồ ạt. Sự phát triển này là đúng do thỏa mãn được nhu cầu của hành khách về mặt tiện lợi, không mệt mỏi và tiết kiệm thời gian trong những chuyến đi dài.
Theo Ủy ban an toàn giao thông quốc gia, 6 tháng đầu năm 2017, toàn quốc đã xảy ra 9.776 vụ tai nạn giao thông, làm chết 4.197 người, bị thương 7. Trong đó các vụ có tính chất đặc biệt quan trọng liên quan tới xe khách giường nằm xảy ra tai nạn va chạm trực diện khi tham gia giao thông làm nhiều người thương vong. Vụ tai nạn xảy ra khoảng 0h15 sáng ngày 19/07/2017 , trên quốc lộ 1, đoạn qua địa bàn xã Hàm Đức, Hàm Thuận Bắc (Bình Thuận) xảy ra vụ tai nạn dây chuyền giữa ba xe giường nằm. Xe khách giường nằm lưu thông hướng Quãng Ngãi-Tp Hồ HVTH: Nguyễn Công Thành MSHV: 1680515 1 Luan van Luận văn cao học GVHD: TS.
Nguyễn Thành Tâm Chí Minh, khi đến khu vực Hàm Đức do xe mất tín hiệu đèn sau và tài xế cho dừng xe vào bên phải lề để kiểm tra, sửa chữa. Cùng lúc, xe khách giường nằm khác lưu thông cùng chiều do thiếu chú ý quan sát, đã tông trực diện vào đuôi xe đang dừng. Vụ tai nạn gây ra nhiều thương vong và xe bị hư hỏng nặng[2].1: Tai nạn xe khách giường nằm va chạm trực diện Một chiếc xe được thiết kế kết cấu khung xương bền, an toàn, hạn chế được các ảnh hưởng khi xảy ra va chạm là yếu tố cần thiết của nhà sản xuất. Trong toàn bộ khung xe giường nằm, phần kết cấu đầu xe đóng vai trò rất quan trọng.
Khi xảy ra va chạm, toàn bộ lực va chạm là sự tác động trực phần đầu xe và vật cản. Khung xương đầu xe bị biến dạng, lực va chạm gây chấn thương cho hành khách trên xe .Va chạm xe khách giường nằm ảnh hưởng như thế nào đến tính an toàn tổn thương con người là một vấn đề lớn đang được quan tam hiện nay. Trên cơ sở đó đề tài sử dụng phương pháp mô phỏng số xây dựng mô hình nghiên cứu nhằm tính toán, mô phỏng tính an toàn tổn thương con người. Kết quả nghiên cứu giúp mô phỏng được trạng thái và mức độ tổn thương lên con người, từ đó có những cải tiến về kết cấu khung vỏ xe, các bộ phận an toàn chủ động nhằm giảm mức độ nguy hiểm lên các bộ phận cơ thể, giảm thiểu tối đa mức độ thương vong.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1. Nghiên cứu trong nước HVTH: Nguyễn Công Thành MSHV: 1680515 2 Luan van Luận văn cao học GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm Nhằm đảm bảo được dự an toàn cho tính mạng của con người nói riêng và thiệt hại nguồn nhân lực cho xã hội nói chung do tai nạn giao thông gây ra, các nghiên cứu trong nước đã thực hiện: -TS. Nguyễn Thành Tâm – ĐHCN TP.HCM, năm 2015, Thiết kế tối ưu kết cấu khung xương và sát-xi ô tô khách, nghiên cứu này của tác giả tối ưu hóa kết cấu và đưa ra các giá trị tiết diện của các thanh khung và sát – xi tuy nhiên chưa có nghiên cứu cải tiến kết cấu đầu ô tô khách[3].
Nguyễn Khắc Huân – ĐHBK Tp. Hồ Chí Minh, năm 2010, Nghiên cứu tính bền kết cấu khung xương ô tô chở khách theo tiêu chuẩn E/ECE/TRANS/505/66 bằng phần mềm ANSYS, tác giả đã tiến hành kiểm tra khung xương ô tô khách Transinco K46 theo tiêu chuẩn ECE R66 và kết luận đạt yêu cầu không vi phạm không gian an toàn, có trọng lượng nhỏ[4] -NCS. Nguyễn Quang Anh (2007), Nghiên cứu động lực học và độ bền của khung vỏ ô tô va chạm trực diện, nghiên cứu này chỉ tính toán động lực học của ô tô và độ bền của khung xương chứ không đề xuất được giải pháp cải tiến khi va chạm[5] - GVC. Đặng Quý, Nghiên cứu và tính toán động lực học va chạm ô tô, các biện pháp giảm tổn thất khi va chạm.
Nghiên cứu này chỉ tính toán động lực học của ô tô và các biện pháp giảm tổn thất chứ không thực hiện mô phỏng quá trình va chạm của ô tô với dãy phân cách. Đỗ Huyền Trang – Trường ĐH SPKT Tp. Hồ Chí Minh, năm 2015, Nghiên cứu, thiết kế tính an toàn kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm trực diện, từ kết quả mô phỏng không đạt yêu cầu về không gian an toàn. Tác giả cải tiến theo hai phương án là tăng bề dày Sát-xi của xe và phương án gắn thêm bộ hấp thụ dạng tổ ong nhằm đạm bảo được không gian an toàn cho tài xế và hành khách[7] -Đỗ Kim Hoàng – Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.
Hồ Chí Minh, năm 2014, Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến tính an toàn lật nghiêng ô tô khách trên cơ sở tiêu chuẩn Châu Âu ECE R66, nghiên cứu của tác giả là mô hình khung xương ban đầu bị xâm phạm không đạt yêu cầu về tiêu chuẩn ECE R66, tiến hành cải tiến theo phương án là bo góc cạnh[8] HVTH: Nguyễn Công Thành MSHV: 1680515 3 Luan van Luận văn cao học GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm -Dương Chí Thiện – Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh, năm 2015,Thiết kế tối ưu an toàn kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu, tác giả tiến hành kiểm tra mô phỏng kết cấu khung xương không đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn ECE R66, sau đó tiến hành chọn biến và tối ưu hóa kết quả không thông qua cải tiến[9] -Bộ GTVT,2011, “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường ô tô“ là văn bản pháp lý quy định về chất lượng ô tô [10] Tuy nhiên, trong hạng mục an toàn, quy chuẩn chỉ bắt buộc trang bị phanh ABS trên xe khách giường nằm, không có quy định về các hệ thống an toàn như dây đai hay túi khí cho ô tô nên chưa ràng buộc các doanh nghiệp thực hiện nghiên cứu thiết kế chế tạo xe theo tiêu chuẩn an toàn cho hành khách. Vì vậy, các hãng xe chỉ cung cấp cho khách hàng những tiện ích bề nổi mà không cần phải trang bị thêm những tính năng an toàn nâng cao.
Trong những năm gần đây, các công ty lớn như Trường Hải, Samco, Tracomeco đã bắt đầu quan tâm đến việc cải tiến kết cấu khung xe nhằm đảm bảo độ cứng vững và đảm bảo khả năng vận hành. Tuy nhiên các doanh nghiệp này mới chỉ dừng lại ở cấp độ ứng dụng các phần mềm như CATIA, ANSYS hoặc MATLAB để cải tiến, hoán cải khung xương và chassis, nhưng chưa nghiên cứu và ứng dụng liên quan tới tính an toàn hành khách khi ô tô khách xảy ra va chạm. Do đó, vấn đề an toàn cho hành khách khi ô tô va chạm trực diện ở nước ta hiện nay chưa có nhiều bài báo khoa học và các đề tài liên được công bố rộng rãi. -Những đề tài ở trên nằm trong những dẫn chứng về hướng nghiên cứu trong nước về xe khung xe buýt, xe khách đang thực hiện ở các trường Đại học.
Tất cả vẫn ở mức độ lý thuyết dựa trên phương pháp mô phỏng số nên những đề tài này chưa được triển khai ở một số doanh nghiệp và ứng dụng vào thực tiễn, bởi những điều kiện khách quan của ngành ô tô trong nước và mức độ thuyết phục đối với doanh nghiệp. Vì vậy với mục đích của tác giả khi thực hiện đề tài này, tác giả tiến hành thiết kế phần kết cấu đầu xe đạt tiêu chuẩn an toàn về không gian an toàn ECE R66 đồng thời khảo sát mức độ tổn thương con người theo tiêu chuẩn ECE R94 khi xảy ra va chạm, từ đó đưa ra các phương án thiết kế, lắp đặt hệ thống hỗ trợ an toàn. HVTH: Nguyễn Công Thành MSHV: 1680515 4 Luan van Luận văn cao học GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm 1.
Nghiên cứu ngoài nước Hiện nay, nghiên cứu tính an toàn ô tô trên thế giới (bao gồm an toàn chủ động và an toàn bị động) là khâu nghiên cứu quan trọng không thể thiếu trong chuỗi nghiên cứu thiết kế ô tô, nhằm đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn quy định. Đối với nghiên cứu an toàn bị động, các nhà nghiên cứu thiết kế chế tạo ô tô dựa vào tiêu chuẩn an toàn của nhà chức trách thực hiện nghiên cứu thiết kế và thử nghiệm tính năng an toàn trước khi sản xuất hàng loạt. Như tiêu chuẩn quy định cường độ cứng khung xương ô tô khi xảy ra lật (Châu Âu ECE R66, Mỹ FMVSS 216), tiêu chuẩn đánh giá tổn thương của người ngồi trong ô tô khi xảy ra tai nạn: (Châu Âu ECE R94.01, Mỹ FMVSS 208, Trung Quốc GB 11551-2003), tiêu chuẩn đánh giá tổn thương người đi bộ (Châu Âu 2003/102/EC). Tùy vào mức độ thiết kế an toàn mà ô tô đó được xếp loại an toàn 1 sao, 2 sao,…và cao nhất là 5 sao.
Có nhiều bài báo ở nhiều quốc gia khác nhau nghiên cứu về vấn đề tổn thương con người khi xảy ra va chạm: -Cao Libo, Nguyễn Thành Tâm, Huang Xingang, Pang Jiniun,2011, Study on Bus Rollover Crashwordthiness Based on Tube Filling Method .