Tổng quan nghiên cứu

Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới năm 2018, Việt Nam đứng thứ 2 trong khu vực Đông Nam Á về tỷ lệ tử vong do tai nạn giao thông với 26,1 người chết trên 100.000 dân. Năm 2018, cả nước ghi nhận gần 25.000 người thiệt mạng vì tai nạn giao thông, trong đó các vụ va chạm trực diện liên quan đến xe khách 29/34 chỗ sản xuất trong nước gây ra nhiều thương vong nghiêm trọng. Ví dụ điển hình là vụ tai nạn trên cao tốc Pháp Vân - Cầu Giẽ năm 2018 khiến một chiến sĩ cứu hỏa tử vong và 5 hành khách bị thương nặng.

Trước thực trạng này, 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 trở nên cấp thiết. Mục tiêu chính của luận văn là đánh giá mức độ tổn thương của người lái và hành khách khi xe va chạm trực diện, từ đó đề xuất các giải pháp cải tiến kết cấu khung xe và trang bị hệ thống an toàn nhằm giảm thiểu thương vong. Nghiên cứu tập trung vào xe khách do Công ty SAMCO sản xuất, sử dụng phần mềm mô phỏng HYPERMESH và MADYMO theo tiêu chuẩn an toàn châu Âu ECE R94 và ECE R66.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát thực tế kết cấu xe, xây dựng mô hình phần tử hữu hạn, mô phỏng va chạm trực diện và phân tích tổn thương người ngồi trong xe. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao tiêu chuẩn an toàn xe khách sản xuất trong nước, góp phần giảm thiểu tai nạn giao thông và bảo vệ tính mạng người dân.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

  • Lý thuyết va chạm theo động lực học: Giải thích quá trình va chạm gồm hai giai đoạn biến dạng và phục hồi, với các định lý động lượng, moment động lượng và động năng giúp phân tích lực va chạm và biến dạng kết cấu xe. Công thức tính lượng động năng tiêu hao trong va chạm giúp đánh giá mức độ biến dạng và tổn thương.

  • Tiêu chuẩn đánh giá an toàn ô tô châu Âu (Euro NCAP): Bao gồm các bài thử nghiệm va chạm từ phía trước, bên hông, va chạm với vật nhọn và người đi bộ, nhằm đánh giá mức độ tổn thương người ngồi trong xe. Tiêu chuẩn này được áp dụng để mô phỏng và đánh giá an toàn xe khách.

  • Tiêu chuẩn ECE R94 và ECE R66: ECE R94 quy định các chỉ số tổn thương cho đầu, cổ, ngực, đùi và chân người ngồi trong xe khi va chạm trực diện ở tốc độ 51 km/h. ECE R66 quy định không gian an toàn trong xe, đảm bảo khung xe không biến dạng xâm nhập vào không gian hành khách sau va chạm.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số phục hồi va chạm, chỉ số tổn thương đầu (HIC), lực cắt ngang cổ, độ biến dạng lồng ngực, lực nén xương đùi và xương ống chân, không gian an toàn trong xe.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ khảo sát xe khách SAMCO 29/34 chỗ tại Nhà máy Ô tô Củ Chi, bao gồm kích thước khung xương, vật liệu thép, bố trí ghế ngồi và trọng lượng xe (8.700 kg tổng trọng lượng, 6.000 kg không tải).

  • Phương pháp phân tích: Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn khung đầu xe bằng phần mềm HYPERMESH, mô hình đa thể cứng cho các phần còn lại của xe trong MADYMO. Sử dụng mẫu người nộm MADYMO 50th percentile Hybrid III để mô phỏng tổn thương hành khách theo tiêu chuẩn ECE R94.

  • Timeline nghiên cứu: Khảo sát thực tế và thu thập dữ liệu (tháng 1-2/2020), xây dựng mô hình và thiết lập điều kiện biên (tháng 3/2020), mô phỏng va chạm và phân tích tổn thương (tháng 4/2020), đề xuất cải tiến và đánh giá hiệu quả (tháng 5/2020).

  • Phương pháp mô phỏng: Thiết lập vận tốc va chạm 51 km/h, mô phỏng va chạm trực diện 100% diện tích đầu xe vào vật cản cứng cố định. Phân tích biến dạng khung xe, lực tác động lên người nộm, đánh giá chỉ số tổn thương đầu, cổ, ngực, đùi và chân.

  • Lý do lựa chọn: Phương pháp mô phỏng số giúp đánh giá chính xác tổn thương con người mà không gây nguy hiểm thực tế, đồng thời cho phép thử nghiệm nhiều phương án cải tiến khung xe và hệ thống an toàn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Biến dạng khung đầu xe khi va chạm trực diện: Mô phỏng cho thấy khung đầu xe biến dạng lớn, xâm nhập vào không gian an toàn theo tiêu chuẩn ECE R66, gây nguy cơ tổn thương nghiêm trọng cho hành khách. Khung sát-xi đầu xe dày 5 mm không đủ cứng, trong khi tăng độ dày lên 7 mm giúp giảm biến dạng khoảng 30%.

  2. Tổn thương người lái và hành khách không có hệ thống an toàn: Chỉ số HIC đầu vượt ngưỡng 1000, lực cắt ngang cổ vượt 3,1 kN, độ biến dạng lồng ngực vượt 50 mm, lực nén xương đùi và xương ống chân đều vượt tiêu chuẩn ECE R94, cho thấy nguy cơ thương tích nghiêm trọng. Tỷ lệ vượt chuẩn tổn thương đầu lên đến 85%.

  3. Ảnh hưởng của dây đai an toàn 2 điểm: Trang bị dây đai 2 điểm giảm chỉ số HIC đầu khoảng 25%, lực cắt ngang cổ giảm 20%, tuy nhiên vẫn chưa đạt mức an toàn tối ưu. Tổn thương ngực và chi dưới giảm nhẹ nhưng chưa đủ để bảo vệ toàn diện.

  4. Hiệu quả của dây đai 3 điểm kết hợp túi khí: Mô phỏng cho thấy chỉ số HIC đầu giảm xuống dưới 800, lực cắt ngang cổ giảm 35%, độ biến dạng lồng ngực giảm 40%, lực nén xương đùi và xương ống chân giảm đáng kể, đạt tiêu chuẩn an toàn ECE R94. Tỷ lệ tổn thương nghiêm trọng giảm hơn 50% so với trường hợp không có hệ thống an toàn.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng khẳng định vai trò quan trọng của kết cấu khung xe và hệ thống an toàn trong việc bảo vệ hành khách khi xảy ra va chạm trực diện. Biến dạng lớn của khung đầu xe do vật liệu và thiết kế chưa tối ưu làm tăng nguy cơ thương tích. Việc tăng độ dày khung sát-xi đầu xe giúp cải thiện độ cứng và giảm biến dạng, phù hợp với lý thuyết động lực học va chạm về việc tăng khối lượng và tiết diện kết cấu để giảm biến dạng.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả tương đồng với các đề xuất cải tiến khung xe nhằm tăng khả năng hấp thụ năng lượng va chạm. Việc trang bị dây đai an toàn 3 điểm và túi khí là giải pháp hiệu quả nhất để giảm tổn thương, phù hợp với tiêu chuẩn Euro NCAP và ECE R94. Các kết quả có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh chỉ số tổn thương đầu, cổ, ngực và chi dưới giữa các phương án mô phỏng, cũng như bảng tổng hợp tỷ lệ vượt chuẩn tổn thương.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường độ dày và chất lượng vật liệu khung sát-xi đầu xe: Áp dụng thép có độ bền cao và tăng độ dày từ 5 mm lên 7 mm nhằm giảm biến dạng khung đầu xe khi va chạm. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể: Nhà sản xuất xe khách SAMCO và các nhà cung cấp vật liệu.

  2. Trang bị dây đai an toàn 3 điểm cho tất cả ghế ngồi: Đảm bảo hành khách và người lái đều được bảo vệ tối ưu khi xảy ra va chạm. Thời gian thực hiện: 3-6 tháng. Chủ thể: Nhà sản xuất xe, cơ quan quản lý giao thông.

  3. Lắp đặt hệ thống túi khí phía trước cho người lái và hành khách: Giảm thiểu lực tác động trực tiếp lên đầu và ngực, nâng cao mức độ an toàn. Thời gian thực hiện: 6-9 tháng. Chủ thể: Nhà sản xuất xe, nhà cung cấp thiết bị an toàn.

  4. Xây dựng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn xe khách: Bổ sung các yêu cầu về khung xương, hệ thống an toàn như dây đai, túi khí theo tiêu chuẩn ECE R94 và ECE R66. Thời gian thực hiện: 12-18 tháng. Chủ thể: Bộ Giao thông Vận tải, Bộ Khoa học và Công nghệ.

  5. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức về an toàn giao thông: Khuyến khích hành khách sử dụng dây đai an toàn và tuân thủ quy định khi đi xe khách. Thời gian thực hiện: liên tục. Chủ thể: Các cơ quan truyền thông, nhà xe, cơ quan quản lý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà sản xuất xe khách trong nước: Nghiên cứu giúp cải tiến thiết kế khung xe và trang bị hệ thống an toàn, nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế.

  2. Cơ quan quản lý giao thông và an toàn đường bộ: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng và hoàn thiện các quy chuẩn kỹ thuật, chính sách an toàn giao thông cho xe khách.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí động lực: Tham khảo phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn và MADYMO trong đánh giá an toàn va chạm, phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.

  4. Doanh nghiệp cung cấp thiết bị an toàn ô tô: Hiểu rõ hiệu quả của các thiết bị như dây đai an toàn, túi khí trong thực tế mô phỏng để phát triển sản phẩm phù hợp với thị trường Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao nghiên cứu tập trung vào xe khách 29/34 chỗ của SAMCO?
    Xe khách 29/34 chỗ do SAMCO sản xuất chiếm thị phần lớn tại Việt Nam, có thiết kế phổ biến và thường xuyên tham gia giao thông liên tỉnh, do đó nghiên cứu giúp nâng cao an toàn cho nhóm xe này.

  2. Phần mềm MADYMO và HYPERMESH có vai trò gì trong nghiên cứu?
    HYPERMESH dùng để xây dựng mô hình phần tử hữu hạn khung xe, MADYMO mô phỏng va chạm và đánh giá tổn thương người ngồi trong xe dựa trên mô hình người nộm, giúp phân tích chính xác các tác động va chạm.

  3. Tiêu chuẩn ECE R94 và ECE R66 có ý nghĩa như thế nào?
    ECE R94 quy định các chỉ số tổn thương an toàn cho người ngồi trong xe khi va chạm trực diện, ECE R66 quy định không gian an toàn trong xe để bảo vệ hành khách khỏi biến dạng khung xe sau va chạm.

  4. Dây đai an toàn 3 điểm có hiệu quả hơn dây đai 2 điểm như thế nào?
    Dây đai 3 điểm giữ chặt phần vai và hông, phân tán lực va chạm tốt hơn, giảm đáng kể tổn thương đầu, cổ và ngực so với dây đai 2 điểm chỉ giữ phần hông.

  5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các loại xe khách khác không?
    Phương pháp và kết quả có thể tham khảo để áp dụng cho các loại xe khách tương tự, tuy nhiên cần điều chỉnh mô hình và thông số vật liệu phù hợp với từng loại xe cụ thể.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xây dựng thành công mô hình phần tử hữu hạn và mô phỏng va chạm trực diện xe khách 29/34 chỗ sản xuất tại Việt Nam, đánh giá được mức độ tổn thương người ngồi trong xe theo tiêu chuẩn ECE R94.

  • Kết quả cho thấy khung đầu xe hiện tại chưa đủ cứng, gây biến dạng lớn và tổn thương nghiêm trọng cho hành khách khi va chạm trực diện.

  • Trang bị dây đai an toàn 3 điểm kết hợp túi khí giúp giảm đáng kể các chỉ số tổn thương, nâng cao tính an toàn cho người lái và hành khách.

  • Đề xuất tăng độ dày khung sát-xi đầu xe, trang bị hệ thống an toàn và xây dựng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nhằm nâng cao an toàn xe khách sản xuất trong nước.

  • Các bước tiếp theo bao gồm thử nghiệm thực tế, hoàn thiện thiết kế cải tiến và phối hợp với cơ quan quản lý để triển khai áp dụng các giải pháp an toàn.

Luận văn kêu gọi các nhà sản xuất, cơ quan quản lý và cộng đồng cùng chung tay nâng cao an toàn giao thông, giảm thiểu thương vong do tai nạn xe khách gây ra.