Đặt vấn đề Hiện nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển. Việc đi lại giữa các vùng, miền là nhu cầu không thể thiếu được. Với yêu cầu cấp thiết như thế đã có rất nhiều loại xe khách, lưu hành trên các loại đường để đáp ứng nhu cầu đi lại của người dân. Ngoài tính yêu cầu kỹ thuật, thẩm mỹ, tiện nghi,…ô tô còn đòi hỏi tính an toàn và độ tin cậy cao đối với người sử dụng nó.
Trong lĩnh vực giao thông đường bộ thì ô tô nói chung và xe khách nói riêng có tầm ảnh hưởng rất lớn tới việc vận chuyển hàng hóa, con người, trong đó ô tô khách là loại phương tiện giao thông công cộng giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông đô thị và lưu thông liên tỉnh… Theo thống kê của Cục Cảnh Sát Giao Thông (CSGT) đường bộ - đường sắt Bộ Công An đến đầu tháng 1 năm 2014 cả nước có 65.294 phương tiện vận tải hành khách từ 29 chỗ trở lên, trong đó có 1.612 xe khách giường nằm. Trong năm 2013 số vụ tai nạn đường bộ xảy ra 30.874 vụ, trong đó có đến 21% là do người điều khiển ô tô gây ra và 9,7% liên quan đến ô tô chở khách. 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 tỉ lệ 26,1/100. Thống kê trong năm 2018 có 24.970 người thiệt mạng vì tai nạn giao thông tại Việt Nam.
Trong đó có một số vụ tai nạn đặc biệt nghiêm trọng có liên quan đến xe khách va chạm lật nghiêng khi tham gia giao thông gây tổn hại đến con người. Vụ tai nạn xảy ra vào lúc 14 giờ ngày 26/7/2020 trên đường Hồ Chí Minh nhánh phía tây, gần khu vực cầu Trạ Ang, cách Phong Nha khoảng 10 km, thuộc địa bàn H.Bố Trạch, Quảng Bình do xe khách mất phanh đâm vào lan can bên đường và lật nghiêng khiến 13 người tử vong và 27 người bị thương. 1 Luan van Hình 1. 1 Ô tô khách đâm vào thanh chắn rồi lật Càng ngày số lượng các vụ tai nạn giao thông càng tăng lên, một phần do ý thức của người tham gia giao thông và ảnh hưởng không nhỏ phải kể đến việc tính toán, thiết kế, chất lượng sản xuất của các công ty.
Các vụ tai nạn diễn ra có thể là trực diện, từ bên hông hay đằng sau, quá trình va chạm diễn ra làm biến dạng cấu trúc khung xe do đó làm tổn thương đến hành khách bên trong. Vấn đề an toàn của xe và bảo vệ cho hành khách đã là một chủ đề được các công ty sản xuất quan tâm từ lâu, nắm được yêu cầu đó các nhà nghiên cứu phần mềm đã đưa ra những phần mềm phục vụ cho việc nghiên cứu, kiểm tra chất lượng kỹ thuật. Trên cơ sở đó, đề tài đã vận dụng những phần mềm như Hypermesh, LS-DYNA để nghiên cứu, mô phỏng tính an toàn của kết cấu thân ô tô khách sử dụng khung xương sát-xi chịu lực Monocoque 29/34 chỗ ngồi sản xuất trong nước, hiện tại chưa có công trình nghiên cứu trong nước được công bố khi xảy ra quá trình lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu (ECE R66). Trên cơ sở kết quả mô phỏng, tiến hành thiết kế cải tiến tính an toàn, nhằm đảm bảo độ bền, an toàn cho hành khách.
Nghiên cứu này cần thiết đối với ngành công nghiệp ô tô ở nước ta cũng như thế giới hiện nay.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1 Các nghiên cứu trong nước Hiện nay các đề tài nghiên cứu trong nước vẫn đang tập trung thiết kế cải tiến khung xương, sát-xi và mô phỏng trạng thái bền tĩnh, tính ổn định của ô tô. Tuy nhiên các nghiên cứu về va chạm như: lật nghiêng, va chạm trực diện, va chạm bên hông …vv. vẫn chưa được thực hiện một cách đầy đủ nhất, và hiện tại thì các đề tài nghiên cứu về các loại va chạm này vẫn đang được các trường Đại học cũng như các doanh nghiệp thực hiện. Trong đó có các đề tài như sau: Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến tính an toàn lật nghiêng ô tô khách trên cơ sở tiêu chuẩn Châu Âu ECE R66 được thực hiện bởi tác giả Đỗ Kim Hoàng.[1] Kết quả 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, đắp thêm miếng ốp, gia tăng tiết diện, gia tăng độ dày tại các điểm có ứng suất nguy hiểm.
Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu được thực hiện bởi tác giả Dương Chí Thiện. [2] Tác giả tiến hành kiểm tra mô phỏng kiểm tra kết cấu khung xương không đạt yêu cầu về tiêu chuẩn ECE R66. Sau đó tiến hành chọn biến và tối ưu hóa ra kết quả không thông qua cải tiến. Kết quả là trọng lượng các thanh kết cấu sau khi tối ưu hóa giảm 12,8% và chiều cao trọng tâm giảm 5,8mm so với trước khi cải tiến.
Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu đầu xe Bus khi xảy ra va chạm trực diện được thực hiện bởi tác giả Phạm Quang Dư.[3] Ở đề tài này từ mô hình ban đầu mô phỏng không đạt yêu theo tiêu chuẩn châu Âu tác giả đã cải tiến theo 2 phương án: + Phương án 1: Sử dụng vật liệu tương đồng thiết kế các thanh tăng bền cho kết cấu chassi phần đầu xe. + Phương án 2: Kế thừa phương án 1 sau đó thay đổi vật liệu ở những đối tượng được chọn bằng nhôm và kết cấu tăng tính hấp thụ. Kết quả sau khi mô phỏng cho thấy phương án 2 có ưu điểm hơn và có khối lượng giảm thêm 9,812% so với trước khi cải tiến, gia tốc từ 5,341 mm/ms2 xuống còn 4,809 mm/ms2. 3 Luan van Nghiên cứu thiết kế tối ưu kết cấu an toàn lật nghiêng ô tô khách ghế ngồi Universe trên cơ sở tiêu chuẩn an toàn Châu Âu ECE R66 được thực hiện bởi tác giả Phạm Hồng Thao.[4] Tác giả đã tiến hành giảm bề dày của các thanh ( giảm được 13,5%) do kết cấu ban đầu đã dư bền.
Tiếp tục thay đổi kết cấu của các thanh ở mảng bên hông trái và bên hông phải, các thanh ở mảng nóc và ốp miếng gia cường. Sau đó tiến hành tối ưu mô hình khung xương. Kết quả đạt được khối lượng sau khi tối ưu giảm thêm được 5% so với trước khi tối ưu và tổng khối lượng của mô hình giảm được là 18,5% so với trước khi cải tiến. Thiết kế tối ưu kết cấu khung xương và sát xi ô tô khách được thực hiện bởi tác giả Nguyễn Thành Tâm.[5] Tác giả tiến hành mô phỏng và kiểm tra khung xương không đạt yêu cầu sau đó tối ưu hóa các biến lượng thiết kế để giảm khối lượng của khung xương.
Kết quả trọng lượng kết cấu khung xương sát xi giảm 11,4% so với kết cấu ban đầu. Nghiên cứu tính bền kết cấu khung xương ô tô chở khách theo tiêu chuẩn E/ECE/TRANS/505/66 được thực hiện bởi tác giả Nguyễn Khắc Huân.[6] 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. Tất cả những đề tài ở trên đều là những đề tài minh chứng cho việc nghiên cứu trong nước về khung xe buýt, xe khách đang thực hiện ở các trường đại học.Tất cả các đề tài này đều dừng lại ở mức độ lý thuyết dựa trên kỹ thuật máy tính CAE để mô phỏng, chưa có mô hình thực nghiệm và chưa áp dụng vào thực tế trong sản xuất, một phần là do điều kiện về ngành ô tô nước ta chưa phát triển mạnh cũng như chưa thuyết phục được các doanh nghiệp. Vì vậy mục đích của tác giả khi nghiên cứu thực hiện đề tài này là đưa ra các thông số cụ thể sau khi tính toán áp dụng vào việc xây dựng mô hình xe khách mới, cũng như có mô hình kiểm nghiệm độ cứng khung xương của xe, đảm bảo an toàn kết cấu theo tiêu chuẩn ECE R66.2 Các nghiên cứu ngoài nước Đối với mỗi chiếc xe khi sản xuất đều phải đảm bảo tính năng an toàn kết cấu.
Vậy nên việc thiết kế ô tô luôn được các nhà nghiên cứu chú trọng tới, và các nhà 4 Luan van 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 an toàn lật nghiêng, có thể kể đến những bài báo sau: Study on Bus Rollover Crashwordthiness Based on Tube Filling Method được thực hiện bởi nhóm tác giả: Cao Libo, Nguyễn Thành Tâm, Huang Xingang, Pang Jiniun.
[7] Đề tài sử dùng keo Epoxy AB và bột gỗ bắn vào vị trí bị biến dạng cho kết quả mô phỏng đạt yêu cầu về tính an toàn lật nghiêng theo tiêu chuẩn ECE R66. Lightweight Design of Bus Body to Satisfy Rollover Safety được thực hiện bởi Nguyễn Thành Tâm, Cao Libo, Shi Xiangnan, Xu Zheng.[8] Đề tài tối ưu hóa chiều cao cột gỗ, và bề dày thép hộp. Kết quả giảm khối lượng 23,7 % so với trước tối ưu mà không gian an toàn không bị xâm phạm theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE R66. Effectiveness Of Ece R66 And Fmvss 220 Standards In Rollover Crashworthiness Assessment Of Paratransit Buses được thực hiện bởi B.[9] Đề tài của nhóm tác giả này là đánh giá hai tiêu chuẩn an toàn lật nghiêng ECE R66 và FMVSS 220 trên cùng một mô hình xe buýt Paratransit.
Kết quả đạt được khác nhau nên có kết luận khác nhau để so sánh hai tiêu chuẩn an toàn lật nghiêng. Numerical Simulation of Bus Rollover được thực hiện bởi Tomas Wayhs Tech.