ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, vấn đề an toàn giao thông đang là một chủ đề nhức nhối và đáng lưu ý trên toàn Thế giới cũng như là trong Nước. Theo thống kê của Cục Cảnh Sát Giao Thông, từ năm 2022 đến hết tháng 06/2023, cả Nước xảy ra 16,229 vụ tai nạn giao thông đường bộ, trong đó 9,086 người tử vong, bị thương 11. Tình trạng tai nạn giao thông giữa người đi bộ và ô tô cũng là một vấn đề cần chú trọng trong ATGT đường bộ nói chung và luật tuân thủ ATGT đường bộ dành cho người bộ hành nói riêng. Do nhiều nguyên nhân chủ quan hoặc khách quan khác nhau: người lái xe mất tập trung, xử lý vấn đề khẩn cấp chưa thành thạo hoặc do người đi bộ không chú ý quan sát kĩ khi qua đường.
Người đi bộ là một trong những đối tượng tham gia giao thông dễ tổn thương nhất vì khi va chạm với vật thể cứng hơn, người đi bộ luôn trong thế bị động và không có bất kì một biện pháp an toàn nào trong những trường hợp khẩn cấp trên. Theo Cục Cảnh Sát Giao Thông (CSGT) – Bộ Công An, ô tô đang chạy trên Quốc Lộ 10 đoạn qua huyện An Dương (Hải Phòng) ở Hình 1.1 tông vào 02 người đi bộ trên đường khiến cả 02 thiệt mạng [2]. 1: Vụ việc ô tô nổ lốp và tông vào 02 người đi bộ thiệt mạng [2]. 1 Theo đội CSGT số 7 Thành Phố Hà Nội, xe ô tô Peugeot ở Hình 1.2 mất lái trong tình trạng không được tỉnh táo và đâm liên tiếp vào 03 người đi bộ khiến những nạn nhân bị thương nặng trong sự việc này [3].
2: Tài xế điều khiển xe Peugeot tông liên tiếp vào 03 người bộ hành ở Hà Nội [3] Theo thống kê bởi Cục Quản Lý ATGT đường cao tốc quốc gia Hoa Kỳ (NHTSA) công bố tỷ lệ người điều khiển phương tiện giao thông tử vong do tai nạn giao thông đã giảm lại vào năm 2022. Tuy nhiên, số người bộ hành tử vong lại tiếp tục tăng cao. Hiệp hội an toàn đường cao tốc Mỹ (GHSA) đã nhận ra rằng năm 2022 là năm có số người bộ hành cao nhất ở Mỹ tính từ năm 1981 đến nay. Dựa theo số liệu thống kê của GHSA tính toán rằng đã có 7,508 người đã thiệt mạng khi đi bộ ở Mỹ.
Đây là con số cao hơn gần 19% so với 6,324 ca tử vong năm 2019 [4]. Dựa trên các vấn đề thực tiễn và số liệu tham khảo trong nước và ngoài nước, đề tài ứng dụng phương pháp phân tích và mô phỏng bằng phần mềm phần tử hữu hạn nhằm khảo sát, đánh giá và phân tích về những chấn thương và mức độ nguy hiểm của người bộ hành tại Việt Nam khi va chạm với ô tô. Song song, đề tài cũng đề xuất một số cải tiến chi tiết kết cấu cản trước của ô tô để giảm thiểu tối đa chấn thương cho người bộ hành khi va chạm với ô tô.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 CÁC NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC Tác giả Davoodi và cộng sự [5] đã kiến nghị sử dụng vật liệu epoxy composite trong việc cải tạo miếng hấp thụ va đập thay vì là vật liệu được làm từ các hạt mở rộng của polypropylene (EPP – Expaned Poly Propylene). Ngoài ra, tác giả đã cải tiến dạng hình học của miếng hấp thụ va đập thay vì là một khối liền thay vào đó là một dạng hình học ê-líp.
Bên cạnh đó, tác giả còn tính toán động năng khi xảy ra va chạm và đưa ra số liệu năng lượng hấp thụ sau khi cải tiến rất có tiềm năng. Tác giả Huang và cộng sự [6] đã nghiên cứu nhằm thay đổi cấu trúc, đặc tính của hệ thống cản trước. Nhóm tác giả, dựa trên bài test thực nghiệm của EEVC về việc sử dụng hai mô hình TRL – leg form impactor và Flex TRL – leg form impactor và sau đó dựa trên mô hình này thực hiện mô phỏng số trên phần mềm LS Dyna. Việc thực hiện mô phỏng này nhằm đưa ra kết quả để đối chiếu với tiêu chuẩn EEVC/WG17.
Đồng thời, lấy mô hình xe Neon Dodge đã được đơn giản hóa cản trước để tiết kiệm thời gian mô phỏng. Nhóm tác giả cũng đã thay đổi kích thước cản và vật liệu sau đo chạy mô phỏng và so sánh với tiểu chuẩn EEVC. Tác giả Tso-Liang Teng và cộng sự [7] đã dựa trên bài thực nghiệm nghiên cứu và tiêu chuẩn đánh giá chấn thương người đi bộ EEVC/WG17) để thực hiện mô phỏng trên phần mềm LS Dyna và đánh giá cản trước xe an toàn với người đi bộ. Nhóm tác giả cho rằng cản trước nguyên bản không thỏa mãn được tiêu chí cản an toàn với người đi bộ vì tính chất cản trước khá dày, chiều cao cản theo phương thẳng đứng ngắn do đó phân bố lực tập trung lớn vào chi dưới của người, tác giả kiến nghị rằng chiều cao theo phương thẳng đứng của cản phải tăng để giảm chuyển vị cắt đầu gối, vật liệu làm cản phải mịn màng hơn và cần bố trí gần hơn so với những bộ phận nằm sau cản.
Tác giả Cappetti và cộng sự [8] đã nghiên cứu loại vật liệu foam xốp CF45 để làm miếng hấp thụ năng lượng được đặt phía sau cản trước để giảm thiểu và đánh giá chấn thương người bộ hành và thực hiện mô phỏng trên phần mềm LS Dyna. Báo cáo cũng đã nghiên cứu về hành vi và phản ứng của miếng foam khi bị biến dạng, có 02 hình 3 dáng foam nguyên bản được sử dụng nghiên cứu là hình tròn và hình vuông. Kích thước khối foam hình vuông: độ dày là 25 mm, độ rộng lần lượt theo hai trường hợp là 50 x 50 mm, kích thước khối foam hình tròn: độ dày là 25 mm, bán kính trong hai trường hợp là 35 mm và 30 mm. Bài báo kết luận rằng vật liệu xốp foam CF45 này có thể được sử dụng để chế tạo miếng hấp thụ năng lượng khi va chạm với người bộ hành.
Tác giả Kongsakul cùng cộng sự [9] đã nghiên cứu và cải thiện cấu trúc của miếng hấp thụ năng lượng trên xe Sedan với vật liệu Aluminum Foam để giảm thiểu chấn thương chi dưới cho người bộ hành. Trong nghiên cứu này tác giả đã thực hiện mô phỏng phần trên phần mềm LS Dyna với ý tưởng sẽ tạo ra 03 miếng hấp thụ năng lượng ở 03 vị trí khác nhau ở cấu trúc cản trước của xe, vị trí thứ I nằm ở trước khung két nước, vị trí thứ II nằm ở trước khung chấn cản trước, vị trí thứ III nằm ở phần dưới cùng gầm cản trước của xe. Với hai khối lượng riêng khác nhau là 0,051 kg/m3 và 0,185 kg/m3 để so sánh mức độ giảm chấn khi va chạm. Kết quả từ ý tưởng khảo sát cho thấy giảm thiểu được chấn thương chi dưới ở chỉ số gia tốc xương ống khuyển, chuyển vị cắt khớp gối và góc uốn khớp gối.
Tác giả Sreenivas cùng cộng sự [10] đã nghiên cứu sử dụng vật liệu lai Kenaf/Kevlar, Kenaf Composite là loại vật liệu được tạo thành từ sợi cây Hibicus Cannabinus, Kevlar Composite là vật liệu được tạo thành từ việc kết hợp sợi Kevla với ma trận Polymer để cải tạo lại vật liệu phần cản trước. Tác giả, đưa ra 05 loại tấm từ L1 tới L5 (trong đó L1 và L2 là tấm Kevlar và Kenaf thuần khiết, L3 tới L4 là tấm đã được pha trộn 2 vật liệu theo tỉ lệ). Trong báo cáo đã sử dụng 03 phần mềm: Catia để dụng bản vẽ 3D dựa trên bản mẫu cản trước Toyota Avalon (2013), Hypermesh để chia lưới phần từ và sau đó là chạy mô phỏng trên LS Dyna. Kết quả cho thấy miếng L5 thể hiện khả năng hấp thụ năng lượng bên trong cao nhất sau tác động dựa trên sơ đồ phân bố ứng suất.
L5 có khả năng biến dạng dẻo cao do đó khi hấp thụ được lực tốt khi va chạm với người đi bộ. Tác giả Teng cùng cộng sự [11] đã nghiên cứu về việc tối ưu hóa độ dày nắp capo và giàn khung chịu lực được đặt ở dưới nắp. Tác giả đã nhận thấy rằng, việc cải tiến 4 độ dày nắp capo và khung chịu lực khá phức tạp vì nó phụ thuộc vào không gian khoang động cơ. Trường hợp, nắp capo với độ dày nhỏ có thể gây ra việc bị xuyên thủng bởi những chi tiết động cơ khi va chạm với người đi bộ.
Tuy nhiên, tác giả đã giả định bỏ đi yếu tố khoang động cơ và chỉ tập trung vào thông số “độ dày” của nắp. Kết quả mô phỏng cho thấy việc giảm độ dày của nắp và thanh chịu lực giúp giảm được chấn thương ở một số điểm trong 18 điểm phân bố trên capo. Từ kết quả trên chưa nhận thấy được tính thực tiễn, cũng như tác giả không mô tả được số liệu, độ dày được cải tiến cụ thể là bao nhiêu. Tác giả Huw Davies cùng cộng sự [12] đã nghiên cứu khả năng hấp thụ năng lượng của chất lỏng giảm chấn (SALi) dựa trên kết cấu hệ thống cản trước.
Ý tưởng của miếng hấp thụ năng lượng này gồm 02 phần chính, phần đầu tiên là các hạt nhựa dạng nang như hạt Polystyrene (EPS), hạt Polypropylene (EPP), hạt Polystyrene mở rộng (EPSB) hoặc hạt nhựa Polymeric dưới dạng siêu nhỏ. Phần thứ hai là dung dịch lỏng dưới dạng một ma trận chất lỏng có thể thay đổi áp lực khi va chạm. 02 yếu tố trên sẽ được gói trong một túi nhựa có kích thước đã được tính sẵn. Kết quả cho thấy sự cải tiến này rất hiệu quả nhờ vào sự đàn hồi của các hạt nhựa dạng nang và sự giảm do chất lỏng khi xảy ra va chạm với người bộ hành, giảm tối thiểu tới 35 % so với dạng foam khô truyền thống.
Tác giả M-K Shin cùng cộng sự [13] đã nghiên cứu cải tiến hệ thống cản trước của ô tô nhằm giảm thiểu chấn thương cho người bộ hành và giảm sự biến dạng, hư hỏng của ô tô khi va chạm với tốc độ thấp. Nhóm tác giả thực hiện ý tưởng thêm 01 tấm kim loại mỏng đặt ở phía sau miếng foam và ở trước khung giảm chấn cản ô tô và tấm kim loại mỏng đó sẽ được liên kết thêm lò xo đàn hồi với độ cứng khác nhau. Vật liệu cấu thành của hộp va chạm là thép SAPH440, khung chắn ngang là thép SAPH590, miếng giảm chấn phụ là thép SAPH370 và sau cùng là miếng foam từ nhựa composite (EPP). Độ dày miếng giảm chấn phụ là 1,76 mm, độ dày khung chấn là 0,915 mm, hệ số độ cứng lò xo trung tâm là 56,08, độ cứng lò xo 02 bên là 39,23 N/mm.