Man_Ebook

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2023
LUẬN VĂN THẠC SĨ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN KHUNG SƯỜN DÒNG XE SUV
NHẰM NÂNG CAO ĐỘ AN TOÀN KHI VA CHẠM
TRỰC DIỆN
SKC008253

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN KHUNG SƯỜN DÒNG XE SUV
NHẰM NÂNG CAO ĐỘ AN TOÀN
KHI VA CHẠM TRỰC DIỆN
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 8520116
Hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU
Tp.Hồ Chí Minh. Tháng 04/2023

5. i

7. i

8. i

9. i

10. i

11. i

13. i
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: DƯƠNG HẢI ĐĂNG Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 16/03/1994 Nơi sinh: Tp.HCM
Quê quán: Tp.HCM Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số 211. QL 1K. Khu phố 5. Phường Linh Xuân. TP.
Thủ Đức. TP. Hồ Chí Minh.
Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0822961234
Fax: E-mail: duonghaidang4@gmail.com
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ 09/2009 đến 11/2012
Nơi học (trường, thành phố): TP. Thủ Đức, TP. HCM
Ngành học: Cắt gọt kim loại
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ 09/2015 đến 09/ 2020
Nơi học (trường, thành phố): TP. HCM
Ngành học: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế và chế tạo mô hình động cơ xe
KIA Pride 1996 phục vụ việc giảng dạy.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: TP. HCM
Người hướng dẫn: Ths. Đỗ Nhật Trường
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC

14. ii
Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm
07/2017
đến tháng
8/2020
Garage Lacxoong, địa chỉ 58/31C
phường An Phú, Quận 2, Tp. Thủ
Đức
Nhân viên sửa chửa
08/2020 đến
tháng 11/2020
Garage Kiên Cường, địa chỉ
389/21 Lê Văn Khương, Phường
Hiệp Thành, Quận 12, Thành phố Hồ
Chí Minh
Cố vấn kỹ thuật
08/2020 đến
nay
Trường Cao Đẳng Hàng Hải 2
Giảng viên

15. iv
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn
Phụ Thượng Lưu – Khoa Kỹ thuật Ô tô – Trường Đại học Văn Lang đã tận tình hướng
dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện chuyên đề này.
Tiếp theo, cho tôi gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến toàn thể Quý Thầy/Cô Trường
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tận tình hỗ trợ chuyên môn và tạo điều kiện
thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường.
Xin cảm ơn Quý Thầy/Cô phản biện đã bỏ thời gian, công sức để đọc và đóng góp
các ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thiện nội dung của luận văn.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến toàn thể các bạn cùng khóa, các bạn đã cùng tôi
nghiên cứu và đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và làm luận văn này.
Trong quá trình học tập và nghiên cứu còn nhiều sai sót, kính mong nhận được sự chỉ
bảo và hướng dẫn của Quý Thầy Cô và ý kiến đóng góp từ bạn bè và đồng nghiệp.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng …… năm 2023
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Dương Hải Đăng

16. iii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất
kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Dương Hải Đăng

17. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
v
MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC................................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................. iv
MỤC LỤC ....................................................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU...................................................................................................... xiii
DANH MỤC ĐỒ THỊ, BIỂU ĐỒ..............................................................................................xv
TÓM TẮT................................................................................................................................ xvii
ABSTRACT............................................................................................................................xviii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................... xxii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề...............................................................................................................................1
1.2 Tổng quan các nghiên cứu liên quan......................................................................................3
1.2.1 Các nghiên cứu ngoài nước..............................................................................................3
1.2.2 Các nghiên cứu trong nước ..............................................................................................6
1.3 Tính cấp thiết của đề tài..........................................................................................................9
1.4 Mục tiêu đề tài ......................................................................................................................10
1.5 Đối tượng cùng phạm vi nghiên cứu....................................................................................11
1.5.1 Phân tích kết cấu khoang trước của khung sườn xe ô tô................................................11
1.5.2 Khảo sát khung sườn xe trong nước ..............................................................................14
1.5.3 Mô hình nghiên cứu .......................................................................................................19
1.6 Nội dung chính và phương pháp nghiên cứu .......................................................................20
1.6.1 Nội dung chính...............................................................................................................20

18. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
vi
1.6.2 Phương pháp nghiên cứu................................................................................................21
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN...................................................................22
2.1 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ an toàn....................................................................................22
2.1.1 Phương án kiểm tra va chạm trực diện theo tiêu chuẩn IIHS. .......................................22
2.1.2 Phương pháp thiết lập các bài kiểm tra va chạm của IIHS............................................25
2.1.3 Tiêu chuẩn đánh giá an toàn khung xe của IIHS ...........................................................26
2.2 Cơ sở tính toán lý thuyết va chạm........................................................................................28
2.2.1 Tính toán động năng khi xe va chạm vật cản.................................................................29
2.2.2 Nghiên cứu và tính toán động năng sinh ra khi va chạm trực diện giữa 2 ô tô .............31
2.2.3 Va chạm không đúng tâm theo định luật Kelvin ...........................................................35
CHƯƠNG 3. THIẾT LẬP CÁC MÔ PHỎNG VA CHẠM ......................................................40
3.1 Giới thiệu các phương pháp mô phỏng va chạm trên ô tô hiện nay.....................................41
3.2. Phần mềm hỗ trợ trong ngành ô tô ......................................................................................41
3.2.1 Phần mềm thiết kế CATIA.............................................................................................41
3.2.2 Phần mềm hỗ trợ chia lưới Hypermesh..........................................................................43
3.2.3 LS - DYNA ....................................................................................................................45
3.3. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn khung xe ....................................................................46
3.4. Thiết lập mô phỏng phần mềm LS - DYNA .......................................................................49
3.4.1 Mô hình xe SUV của NHTSA .......................................................................................49
3.4.2 Thiết lập mô hình mô phỏng LS - DYNA .....................................................................49
3.4.3 Cài đặt các xe lên phần mềm LS - DYNA.....................................................................50
3.5 Kết quả mô phỏng va chạm giữa 2 xe SUV .........................................................................51
3.5.1 Trường hợp 1 (SUV 55 km/h - SUV 0 km/h) mô phỏng 2 xe va chạm trực diện 100 %
khác tốc độ ..............................................................................................................................51

19. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
vii
3.5.2 Trường hợp 2 mô phỏng 2 xe SUV va chạm trực diện cùng tốc độ 55 km/h................52
3.5.3 Trường hợp 3 (SUV 64 km/h - SUV 40 km/h) mô phỏng 2 xe va chạm trực diện khác
tốc độ.......................................................................................................................................53
3.5.4 Trường hợp 4 (SUV - SUV) mô phỏng 2 xe va chạm trực diện lệch 40 % cùng tốc độ
55 km/h....................................................................................................................................55
3.6 Kết quả mô phỏng giữa xe SUV và xe Sedan ......................................................................58
3.6.1 Trường hợp 5 (SUV 55 km/h - Sedan 0 km/h) mô phỏng 2 xe va chạm trực diện khác
tốc độ.......................................................................................................................................58
3.6.2 Trường hợp 6 (SUV - Sedan) mô phỏng va chạm trực diện cùng tốc độ ......................61
3.6.3 Trường hợp 7 (SUV 64 km/h - Sedan 40 km/h) mô phỏng 2 xe va chạm trực diện khác
tốc độ.......................................................................................................................................63
3.6.4 Trường hợp 8 (SUV - Sedan) mô phỏng 2 xe va chạm trực diện lệch 40% cùng tốc độ
55 km/h....................................................................................................................................64
3.7 Kết quả mô phỏng giữa xe SUV và xe Pickup.....................................................................69
3.7.1 Trường hợp 9 (SUV 55 km/h - Pickup 0 km/h) mô phỏng 2 xe va chạm trực diện khác
tốc độ.......................................................................................................................................69
3.7.2 Trường hợp 10 (SUV - Sedan) mô phỏng 2 xe va chạm trực diện ở cùng tốc độ 55
km/h.........................................................................................................................................70
3.7.3 Trường hợp 11 (SUV 64 km/h - Sedan 40 km/h) mô phỏng 2 xe va chạm trực diện
khác tốc độ ..............................................................................................................................72
3.7.4 Trường hợp 12 (SUV - Pickup) mô phỏng 2 xe va chạm trực diện 1 phần lệch 40%
cùng tốc độ 55 km/h................................................................................................................73
3.8 Mô phỏng va chạm giữa SUV với Barrier Flat 150. ............................................................78
3.8.1 Mô phỏng va chạm 1 phần lệch 25% giữa SUV và Barrier Flat 150 tốc độ 55 km/h. ..78
3.8.2 Mô phỏng va chạm 1 phần lệch 40% giữa SUV và Barrier Flat 150 tốc độ 55 km/h ...81

20. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
viii
3.8.3 Tổng hợp kết quả va chạm dựa theo bảng phân tích động năng....................................85
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN CẢI TIẾN KHUNG SƯỜN ..........................................................90
4.1 Cải tiến kết cấu khung sườn .................................................................................................91
4.2 Thiết kế bảo vệ khung sườn..................................................................................................93
4.2.1 Thiết kế chi tiết trên phần mềm Catia V5 ......................................................................93
4.2.2 Chia lưới bằng phần mềm Hypermesh...........................................................................95
4.3 Chọn vật liệu cho sản phẩm trên phần mềm LS - DYNA....................................................97
4.4 Lắp ghép các chi tiết vào khung xe ......................................................................................99
4.4.1 Trường hợp cải tiến khung sườn, thử nghiệm va chạm 1 phần lệch 25% giữa SUV và
Barrier Flat 150 .................................................................................................................... 100
4.4.2 Trường hợp cải tiến khung sườn, thử nghiệm va chạm trực diện 1 phần lệch 40% giữa
SUV và Barrier Flat 150 ...................................................................................................... 103
4.4.3 Mô phỏng 3 trường hợp va chạm lệch xe SUV cải tiến với các xe khác.................... 105
4.4.4 Tổng kết các trường hợp va chạm 1 phần lệch 40% so với va chạm rào cản biến dạng
được của IIHS ...................................................................................................................... 110
4.5 Tổng hợp các trường hợp va chạm trước và sau cải tiến SUV - SUV .............................. 111
4.5.1 Phân tích gia tốc các trường hợp va chạm SUV - SUV.............................................. 111
4.5.2 Phân tích vận tốc các trường hợp va chạm SUV - SUV............................................. 112
4.6 Tổng hợp các trường hợp va chạm trước và sau cải tiến SUV - Sedan ............................ 113
4.6.1 Phân tích gia tốc các trường hợp va chạm SUV - Sedan ............................................ 113
4.6.2 Phân tích vận tốc bằng biểu đồ trường hợp va chạm SUV - Sedan............................ 114
4.7 Tổng hợp các trường hợp va chạm trước và sau cải tiến SUV - Pickup........................... 115
4.7.1 Phân tích gia tốc các trường hợp va chạm SUV - Pickup........................................... 115
4.7.2 Phân tích vận tốc bằng biểu đồ trường hợp va chạm SUV - Pickup .......................... 116

21. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
ix
4.8 Phân tích mức chuyển vị ở các trường hợp va chạm......................................................... 118
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................... 120
5.1 Kết luận.............................................................................................................................. 120
5.2 Tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của đề tài................................................................ 121
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................... 123

22. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
x
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Lái xe 22 tuổi gây tai nạn tại Hải Phòng [2]..........................................................1
Hình 1.2: Tai nạn liên hoàn giữa 2 ô tô và xe tải khiến Quốc lộ 6 ùn tắc giao thông [2] .....2
Hình 1.3: Tổng doanh số của Tháng 4/2021 so với cùng kì năm 2020...............................10
Hình 1.4: Các vùng có độ cứng đặc trưng của dầm dọc trước ............................................12
Hình 1.5: Phân bố lực va đập vào thân xe (chưa có khung phụ).........................................13
Hình 1.6: Lắp đặt khung phụ lên dầm dọc...........................................................................13
Hình 1.7: Phân bố lực va đập qua khung phụ vào thân xe ..................................................14
Hình 1.8: Khảo sát chiều cao khung sườn xe ô tô ...............................................................15
Hình 1.9: Chiều cao cản trước Dodge Neon 1996 và Ford Explorer 2003 .........................15
Hình 1.10: Cấu trúc phân chia bề mặt va chạm trên dòng xe Toyota Rav4 ........................16
Hình 1.11: Đường truyền tải năng lượng khi xe va chạm trực diện....................................17
Hình 1.12: Hình dạng dầm dọc trước ..................................................................................18
Hình 1.13: Mô hình phần tử hữu hạn (FE) xe Toyota Rav4 đời 1997 ................................19
Hình 2.1: Trường hợp va chạm trực diện 1 phần lệch 40% với rào cản biến dạng, được xây
dựng bởi IIHS [32]...............................................................................................................23
Hình 2.2: Bài kiểm tra va chạm trực diện 1 phần lệch 25% với rào cản tốc độ 64 km/h....24
Hình 2.3: Bảng đánh giá an toàn khung xe được xây dựng bởi IIHS..................................27
Hình 2.4: Thiết lập các điểm nút trên mô phỏng đánh giá khả năng an toàn IIHS .............28
Hình 2.5: Mô hình xe va chạm với rào cản .........................................................................30
Hình 2.6: Quá trình biến đổi vận tốc của 2 xe va chạm trực diện .......................................33
Hình 2.7: Giả lập mô hình động học khi 2 xe va chạm .......................................................34
Hình 2.8: Va chạm không đúng tâm....................................................................................35

23. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
xi
Hình 2.9: Gia tốc góc của xe 1 ............................................................................................36
Hình 3.1: Giao diện phần mềm CATIA...............................................................................43
Hình 3.2: Giao diện HyperMesh trong tổ hợp Altair Hyperworks......................................44
Hình 3.3: Giao diện chính phần mềm Hypermesh ..............................................................45
Hình 3.4: Mô hình Toyota Rav4 đời 1997 so sánh thực tế và mô phỏng va chạm dựa trên
tiêu chuẩn FHWA/NHTSA[35]...........................................................................................47
Hình 3.5: Mô hình phần tử hữu hạn các dòng xe được cung cấp bởi NHTSA. ..................48
Hình 3.6: Bản vẽ Barrier Flat 150 được cung cấp bởi IIHS[37] .........................................48
Hình 3.7: Khởi động giao diện LS - Prepost trong phần mềm LS - DYNA .......................49
Hình 3.8: Giao diện LS-Prepost...........................................................................................50
Hình 3.9. Tổng quan các phần khung sườn xe sau khi va chạm Trường hợp 1 ..................52
Hình 3.10: Tổng quan các phần khung sườn xe sau khi va chạm Trường hợp 2. ...............53
Hình 3.11. Tổng quan các phần khung sườn xe sau khi va chạm Trường hợp 3.................55
Hình 3.12: Tổng quan các phần khung sườn xe sau khi va chạm Trường hợp 4 ................56
Hình 3.13: Kết quả mô phỏng va chạm Trường hợp 4........................................................57
Hình 3.14. Kết quả thu được từ 4 trường hợp so với bài kiểm tra va chạm rào cản biến
dạng được của IIHS. ............................................................................................................57
Hình 3.15: Tổng quan các phần khung sườn xe sau khi va chạm Trường hợp 5 ................60
Hình 3.16: Biểu diễn mức ứng suất phần đầu xe khi va chạm ............................................60
Hình 3.17: Thể hiện ứng suất biến dạng trong khung xe SUV khi va chạm.......................61
Hình 3.18: Tổng quan các phần khung sườn xe sau khi va chạm Trường hợp 6. ...............63
Hình 3.19: Tổng quan các phần khung sườn xe sau khi va chạm Trường hợp 7 ................64
Hình 3.20: Tổng quan các phần khung sườn xe sau khi va chạm Trường hợp 8 ................66
Hình 3.21: Kết quả mô phỏng va chạm Trường hợp 8........................................................66

24. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
xii
Hình 3.22: Mức độ ứng suất khi va chạm 1 phần lệch 40 % giữa SUV - Sedan ................67
Hình 3.23: Phân tích ứng suất khung sườn xe SUV khi va chạm, LS - DYNA..................67
Hình 3.24: Kết quả thu được từ 4 Trường hợp xe SUV với Sedan so với thử nghiệm
Moderate - overlap của IIHS. ..............................................................................................68
Hình 3.25: Tổng quan các phần khung sườn xe sau khi va chạm Trường hợp 9 ................70
Hình 3.26: Tổng quan các phần khung sườn xe sau khi va chạm Trường hợp 10. .............72
Hình 3.27: Tổng quan các phần khung sườn xe sau khi va chạm Trường hợp 11. .............73
Hình 3.28. Tổng quan các phần khung sườn xe sau khi va chạm Trường hợp 12 ..............75
Hình 3.29: Kết quả mô phỏng va chạm Trường hợp 12......................................................75
Hình 3.30: Phân tích ứng xuất khi hai xe va chạm 1 phần lệch 40% giữa SUV và Pickup
..............................................................................................................................................76
Hình 3.31: Phân tích xe SUV theo ứng suất khung xe, LS - DYNA ..................................76
Hình 3.32: Kết quả thu được từ 4 trường hợp xe SUV với Pickup so với thử nghiệm
Moderate - overlap của IIHS ...............................................................................................77
Hình 3.33: Cài đặt góc lệch 25% cho va chạm giữa xe SUV và Barrier Flat 150 ..............79
Hình 3.34: Biến dạng của dầm dọc và cột A .......................................................................80
Hình 3.35: Đánh giá an toàn khung xe giữa xe SUV va chạm Barrier Flat 150 so với thử
nghiệm Moderate - Overlap của IIHS .................................................................................81
Hình 3.36: Cài đặt góc lệch 40% cho va chạm giữa xe SUV và Barrier Flat 150 ..............82
Hình 3.37. Biến dạng của dầm dọc và cột A .......................................................................83
Hình 3.38: Đánh giá an toàn khung xe giữa xe SUV va chạm Barrier Flat 150 và thử
nghiệm Moderate - overlap của IIHS ..................................................................................84
Hình 3.39: Kết quả sau va chạm trực diện lệch 40%, mô hình phần tử hữu hạn Toyota
Rav4.....................................................................................................................................87

25. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
xiii
Hình 4.1: Kết cấu dầm dọc ..................................................................................................91
Hình 4.2: Kết cấu cột A .......................................................................................................91
Hình 4.3: Thiết kế ốp cột A (X7) .........................................................................................94
Hình 4.4: Thiết kế ốp dầm dọc (X8) ....................................................................................96
Hình 4.5: Hai chi tiết được chia lưới trên phần mềm Hypermesh.......................................97
Hình 4.6: Cài đặt vật liệu cho X7 và X8 trên phần mềm LS - DYNA..................................99
Hình. 4.7: Lắp ốp kim loại lên dầm dọc của xe SUV....................................................... 100
Hình 4.8: Vị trí lắp ốp cột A lên khung xe SUV .............................................................. 100
Hình 4.9: Đánh giá an toàn khung xe theo IIHS giữa SUVCT1 - Barrier Flat 150 so với
trường hợp chưa cải tiến. .................................................................................................. 102
Hình 4.10: Đánh giá an toàn khung xe theo IIHS giữa SUVCT2 - Flat 150 so với trường
hợp chưa cải tiến............................................................................................................... 104
Hình 4.11: Kết quả mô phỏng dựa trên đánh giá của IIHS giữa SUV - Sedan trước và sau
cải tiến............................................................................................................................... 106
Hình 4.12: Kết quả mô phỏng dựa trên đánh giá của IIHS giữa SUV - Sedan trước và sau
cải tiến............................................................................................................................... 108
Hình 4.13: Kết quả mô phỏng dựa vào đánh giá của IIHS giữa SUV - Pickup trước và sau
cải tiến............................................................................................................................... 110
Hình 4.14: Kết quả tổng hợp mô phỏng sau cải tiến với thử nghiệm Moderate - Ovelap của
IIHS................................................................................................................................... 111

26. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
xiv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật Toyota Rav4..........................................................................19
Bảng 1.2: Nội dung thực hiện và kết quả cần đạt được.......................................................20
Bảng 2.1: Thiết lập các trường hợp khác nhau khi thay đổi tốc độ và dòng xe va chạm....39
Bảng 3.1: Quá trình mô phỏng dựa trên Trường hợp 1 .......................................................51
Bảng 3.2: Quá trình mô phỏng Trường hợp 2. ....................................................................52
Bảng 3.3: Quá trình mô phỏng Trường hợp 3 .....................................................................54
Bảng 3.4: Quá trình mô phỏng Trường hợp 4. ....................................................................55
Bảng 3.5: Quá trình mô phỏng Trường hợp 5 .....................................................................59
Bảng 3.6. Bảng giá trị ứng suất tại hai vị trí nhỏ nhất và lớn nhất......................................61
Bảng 3.7: Quá trình mô phỏng Trường hợp 6 . ...................................................................62
Bảng 3.8: Quá trình mô phỏng Trường hợp 7 .....................................................................63
Bảng 3.9: Quá trình mô phỏng Trường hợp 8 ....................................................................65
Bảng 3.10: Quá trình mô phỏng Trường hợp 9 ...................................................................69
Bảng 3.11: Quá trình mô phỏng Trường hợp 10..................................................................71
Bảng 3.12: Quá trình mô phỏng Trường hợp 11..................................................................72
Bảng 3.13: Quá trình mô phỏng Trường hợp 12 .................................................................74
Bảng 3.14: Kết quả mô phỏng dựa trên phần mềm LS - DYNA giữa xe SUV với Barrier
Flat 150. ...............................................................................................................................79
Bảng 3.15: Kết quả mô phỏng xây dụng trên phần mềm LS - DYNA giữa xe SUV với
Barrier Flat 150....................................................................................................................82
Bảng 3.16: Phân tích vị trí 8 nút chuyển vị trên sàn xe thay đổi do va chạm, Toyota Rav 4..
..............................................................................................................................................88

27. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
xv
Bảng 3.17: Đánh giá an toàn khung xe theo IIHS...............................................................89
Bảng 4.1: Thay đổi thiết kế các khung xe Toyota Rav4......................................................92
Bảng 4.2: Thiết kế mới dành cho mô phỏng........................................................................92
Bảng 4.3: Quá trình thiết kế sản phẩm cải tiến cho mô hình phần tử hữu hạn xe SUV......96
Bảng 4.4: So sánh trước và sau cải tiến lệch 25% với Barrier Flat 150........................... 101
Bảng 4.5: So sánh đánh giá an toàn khung xe giữa mô phỏng xe SUV chưa cải tiến và mô
phỏng xe SUV cải tiến va chạm lệch 25% với Barrier Flat 150....................................... 102
Bảng 4.6: So sánh va chạm lệch 40% trước và sau cải tiến với Barrier Flat 150............. 103
Bảng 4.7: So sánh đánh giá an toàn khung xe giữa mô phỏng xe SUV chưa cải tiến và mô
phỏng xe SUV cải tiến va chạm lệch 40% với Barrier Flat 150....................................... 105
Bảng 4.8: So sánh Trường hợp va chạm lệch giữa SUV - Sedan trước và sau cải tiến ... 106
Bảng 4.9: So sánh trường hợp va chạm 1 phần lệch 40% giữa SUV - SUV trước và sau
cải tiến............................................................................................................................... 107
Bảng 4.10: So sánh mức độ ứng suất khi va chạm 1 phần lệch 40% giữa SUV - SUV.. 107
Bảng 4.11: So sánh trường hợp va chạm 1 phần lệch 40% giữa SUV - Pickup trước và
sau cải tiến ........................................................................................................................ 109
Bảng 4.12: So sánh mức ứng suất khi va chạm lệch giữa SUV - Pickup........................ 109
trước và sau cải tiến .......................................................................................................... 109

28. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
xvi
MỤC ĐỒ THỊ, BIỂU ĐỒ
Đồ thị 3.1: Biểu đồ so sánh động năng sinh ra với thời gian khi va chạm 1 phần lệch
40% trên dòng xe Toyota Rav4 ....................................................................................85
Đồ thị 3.2: Biểu đồ so sánh nội năng sinh ra với thời gian khi va chạm 1 phần lệch
40% trên dòng xe Toyota Rav4 ....................................................................................86
Biểu đồ 4.1: Phân tích gia tốc, va chạm giữa SUV và SUV qua 8 trường hợp trước và
sau cải tiến.................................................................................................................. 112
Biểu đồ 4.2: Phân tích vận tốc xe, va chạm giữa SUV và SUV qua 8 trường hợp trước
và sau cải tiến............................................................................................................. 113
Biểu đồ 4.3: Phân tích gia tốc xe, va chạm giữa SUV và Sedan qua 8 trường hợp trước
và sau cải tiến............................................................................................................. 114
Biểu đồ 4.4: Phân tích vận tốc xe, va chạm giữa SUV và Sedan qua 8 trường hợp
trước và sau cải tiến ................................................................................................... 115
Biểu đồ 4.5: Phân tích gia tốc xe, va chạm giữa SUV và Pickup qua 8 trường hợp
trước và sau cải tiến ................................................................................................... 116
Biểu đồ 4.6: Phân tích vận tốc xe, va chạm giữa SUV và Pickup qua 8 trường hợp
trước và sau cải tiến ................................................................................................... 117
Biểu đồ 4.7: Phân tích chuyển vị trên các trường hợp va chạm với dòng xe
SUV…….…………………………………………………………………………141

29. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
xvii
TÓM TẮT
Hiện nay trong thời kì kinh tế phát triển, nhu cầu của con người ngày càng cao và
việc sở hữu những mẫu xe gia đình chuyên dụng như Sedan, SUV, Hatchback, ... ngày
càng phổ biến, song nó cũng đi kèm tai nạn giao thông mỗi năm đều tăng ở mức báo
động. Đặc biệt trong những năm gần đây độ tuổi gây tai nạn khi điều khiển các dòng xe
đa dụng như SUV ngày càng trẻ hóa, chủ yếu do thiếu tập trung hay buồn ngủ do rượu
bia gây ra. Từ thực tiễn đó luận văn “Nghiên cứu cải tiến khung sườn dòng xe SUV
nhằm nâng cao độ an toàn khi va chạm trực diện” được lựa chọn để thực hiện nhằm
hoàn thiện kết cấu khung xe đảm bảo an toàn cho hành khách, phân tích kết cấu khung
gầm để cải thiện nhằm mang lại sự an toàn cho hành khách. Trong phạm vi của luận
văn, phần mềm CATIA được dùng để thiết kế chi tiết xe SUV đang được sử dụng phổ
biến ở Việt Nam. Sử dụng công cụ chia lưới Altair Hypermesh và phần mềm LS–
DYNA xây dựng mô hình phần tử hữu hạn và mô phỏng phân tích tính an toàn kết cấu
đầu xe SUV khi xảy ra va chạm trực diện. Dựa vào vấn đề biến dạng kết cấu đầu xe,
tiến hành đưa ra các phương án thiết kế cải tiến, đồng thời mô phỏng kiểm nghiệm tính
năng an toàn kết cấu khung sườn xe SUV. Mô phỏng thử nghiệm với các dòng xe
Hatchback, Pickup, Sedan và SUV, Barrier Flat 150 ở 3 điều kiện đứng yên và gây va
chạm. Sau khi có kết quả mô phỏng có thể đưa ra đánh giá về biến dạng thực tế hiện
nay và hiệu quả của khung sườn xe SUV, từ các kết quả đó có thể tiến hành các phương
pháp thử nghiệm cải tiến. Từ kết quả này có thể đề xuất nhà máy sản xuất ô tô kiểm tra
thực nghiệm.

30. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
xviii
ABSTRACT
Currently, in the period of economic development, people's needs are increasing
and the ownership of specialized family cars such as sedans, SUVs, and Hatchbacks,
... is increasingly popular, but it also comes with ears. Traffic accidents every year
increase at an alarming rate. Especially in recent years, the age of causing accidents
when driving multi-purpose vehicles such as SUVs has become younger and younger,
mainly due to lack of concentration or drowsiness caused by alcohol. From that
practice, the thesis "Research on improving the chassis of SUVs to improve the safety
in frontal collisions" was selected for implementation in order to perfect the chassis
structure to ensure safety for passengers, and analyze Chassis structure analysis to
improve passenger safety. Within the scope of the thesis, CATIA software is used for
the detailed design of SUVs, which are commonly used in Vietnam. Using the Altair
Hypermesh meshing tool and LS–DYNA software to build a finite element model and
simulate the safety analysis of the SUV front-end structure when a frontal collision
occurs. Based on the problem of front-end structural deformation, innovative design
options were proposed, and at the same time, simulated and tested the safety features
of the SUV's chassis structure. Simulation test with Hatchback, Pickup, Sedan, and
SUV, Barrier Flat 150 in 3 conditions of standing still and causing a collision. After
the simulation results are available, it is possible to make an assessment of the current
actual deformation and the effectiveness of the SUV chassis, from which improved
testing methods can be conducted. From this result, it is possible to propose an
experimental test car factory.

31. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
xix
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
IIHS: Insurance Institute for Highway Safety (Viện bảo hiểm an toàn đường cao
tốc)
CAE: Computer Aided Engineering (Kỹ thuật hỗ trợ máy tính)
FMVSS: Federal Motor Vehicle Safety Standard (Tiêu chuẩn an toàn xe cơ giới
liên bang)
NHTSA: National Highway Traffic Safety Administration (Cục Quản lý An toàn
Giao thông Quốc gia Đường cao tốc)
NCAP: New Car Assessment Performance (Hiệu suất Đánh giá Ô tô Mới)
NCAC: National Crash Analysis Center (Trung tâm Phân tích va chạm Quốc gia)
PCI: Passenger compartment intrusion (Sự xâm nhập khoang hành khách)
TCVN 6528 : 1999 (ISO 612 : 1978) : Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6528:1999
(ISO 612: 1978) về phương tiện giao thông đường bộ - kích thước phương tiện có
động cơ và phương tiện được kéo - thuật ngữ và định nghĩa do Bộ Khoa học Công
nghệ và Môi trường ban hành
TCVN 4054 : 2005: Tiêu chuẩn Việt Nam ĐƯỜNG Ô TÔ − YÊU CẦU THIẾT
KẾ.
VAMA: Vietnam Automobile Manufacturers Association ( Hiệp hội Các nhà sản
xuất Ô tô Việt Nam).
JATO: Công ty nghiên cứu thị trường ô tô
AIS Thang điểm thương tật viết tắt
SF: (Space frame) - khung không gian
FHWA: Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang Hoa Kì
SUV: Xe thể thao đa dụng
Sedan: Xe con
Pickup: Xe bán tải
A-pillar: Cột A

32. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
xx
B-pillar: Cột B
FEM: finite elememt model
UBATGTQG: Ủy Ban An Toàn Giao Thông Quốc Gia
SUVCT1: Xe SUV sau cải tiến lần 1
FE: Fiinite elememt: phần tử hữu hạn
Mesh: Phần tử lưới
LSTC: Livermore Software Technology Corporation.
Nodes: Nút trên phần tử.

33. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
1
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Tai nạn giao thông đang là vấn đề lớn ở tất cả các nền kinh tế trên thế giới, đặc biệt
khi nhu cầu sở hữu ô tô con của mỗi gia đình càng gia tăng. Hiện nay, mỗi năm tại Việt
Nam có không biết bao ca cấp cứu vì tai nạn giao thông, có không biết bao nhiêu người
chết, bao nhiêu người để lại thương tật cả đời khiến cho vấn đề an toàn giao thông trở
nên cần thiết và gấp rút như hiện nay, không chỉ là vấn đề của một cá nhân nữa mà là
vấn đề của mọi gia đình, mọi quốc gia. Theo thống kê từ Văn phòng Bộ Công an cùng
với Cục Hàng Hải Việt Nam, Văn phòng Ủy ban An toàn giao thông Quốc gia tổng
hợp, báo cáo tai nạn giao thông vào tháng 8 đầu năm 2020. Toàn quốc xảy ra 9.170 vụ
tai nạn giao thông, làm chết 4.342 người và làm cho 6.727 người bị thương [1].
Theo Ủy ban an toàn giao thông Quốc Gia vào ngày 19 tháng 8 năm 2020 [2], vụ tai
nạn xe Lexus đi tốc độ rất cao đâm vào cột điện bên phố làm cột điện phát nổ. Hiện
trường do người điều khiển phương tiện sử dụng rượu bia gây tai nạn, hiện trường là
Hình 1.1.
Hình 1.1: Lái xe 22 tuổi gây tai nạn tại Hải Phòng [2]

34. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
2
Theo Ủy Ban an toàn giao thông Quốc Gia [2] vào chiều ngày 21 tháng 3 năm
2021, trên địa bàn thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La đã xảy ra một vụ tai nạn giao thông
liên hoàn liên quan giữa 3 chiếc xe ô tô làm cho các phương tiện di chuyển qua Quốc
lộ 6 bị ùn tắc giao thông.
Hình 1.2: Tai nạn liên hoàn giữa 2 ô tô và xe tải khiến Quốc lộ 6 ùn tắc
giao thông [2]
Thống kê bởi Cục quản lý an toàn giao thông đường cao tốc Quốc gia của Bộ
giao thông vận tải Hoa Kỳ (NHTSA) [3] cũng chỉ ra độ tuổi của người tham gia giao
thông tại Hoa Kỳ cũng trẻ hóa có đến 2.121 người thiệt mạng trong các vụ lái xe là
thiếu niên (15 - 18 tuổi) vào năm 2018 và trong đó có 45% tài xế là thiếu niên đã chết
vào năm 2018. Các vấn đề chính vẫn là mất tập trung do sử dụng điện thoại, say rượu
gây ra.
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 biến dạng của sườn xe và mức độ tổn thương lên con người, từ
đó có những cải tiến về kết cấu khung sườn 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 cho người lái.

35. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
3
1.2 Tổng quan các nghiên cứu liên quan
1.2.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Hiện nay, các nghiên cứu trên thế giới liên quan vấn đề va chạm trên ô tô chủ yếu
tập trung vào tính an toàn ô tô (bao gồm an toàn chủ động và an toàn bị động), ở khâu
nghiên cứu quan trọng nhất trong chuỗi nghiên cứu thiết kế ô tô nhằm đảm bảo an
toàn theo tiêu chuẩn quy định trong thiết kế ô tô. 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. 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 đề tài nghiên cứu ở nhiều Quốc gia khác nhau nghiên cứu về vấn đề tổn
thương con người khi xảy ra va chạm:
Tác giả Vangi và cộng sự [4] đã đưa ra các kết quả về xây dựng cấu trúc thân xe
SUV dựa trên “khung không gian” (SF) của xe, với các bộ phận được tập trung hấp
thụ nhiều nhất năng lượng tác động trong trường hợp tác động trực diện.
Tác giả Ossiander và cộng sự [5] đã có kết luận rằng những chiếc SUV unibody có
thể bảo vệ tốt hơn những người ngồi trong xe mà không cần tăng khối lượng giới hạn
so với những chiếc SUV body-on-frame. Tác giả còn đưa ra kết luận khi giảm tải
trọng trên khung xe sẽ giảm mức độ chấn thương cho người điều khiển phương tiện.
Tác giả F. Mahmood và cộng sự [6] đã nghiên cứu về cấu trúc trục thẳng và được
uốn khi chịu nén sẽ bị vênh cục bộ khi đạt đến ứng suất giới hạn và phương pháp khắc
phục khi đưa ra để mô phỏng các phương tiện va chạm. Kết quả nghiên cứu cho thấy
tăng độ cứng của khoang hành khách xe hạng nhẹ lên một bậc và giảm độ cứng của xe
tải lớn xuống một bậc để tăng khả năng tương thích để giảm thương vong trong các vụ
tai nạn.
Tác giả Mohsenizadeh và cộng sự [7] các đánh giá mức độ nứt vỡ của ống chứa
đầy bọt khí là chất auxetic nằm dưới tải dọc gần như tĩnh bằng các thí nghiệm trên 3

36. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
4
ống vuông: Thí nghiệm ống rỗng (EST) hình vuông chứa đầy bọt khí (CFFST) và ống
chứa đầy bọt auxetic (AFFST), chịu tải tỉnh nhằm nghiên cứu thực nghiệm. Kết quả
cho thấy rằng ống vuông chứa đầy bọt rỗng, dùng để xét về tất cả các chỉ số về mức
độ va chạm được nghiên cứu.
Tác giả Deb, A [8] đã nghiên cứu thực nghiệm vật liệu kết cấu sợi (FRC) tự nhiên
chủ yếu là cacbon và sợi thủy tinh cho các loại xe hạng nhẹ. Kết quả bài báo còn tổng
hợp các thành phần cấu trúc có thể được thiết kế với nhôm bằng cách phủ sợi FRC lên
khung nhôm để gia tăng độ cứng và độ bền dẻo tương tự như trong một thành phần
thép tương đương, đồng thời giảm được trọng lượng xe.
Tác giả Zhu và cộng sự [9] cùng nhau nghiên cứu về ống CFRP (ống đa ô) có khả
năng hấp thụ các mảng năng lượng 69% và cuối cùng là ống đa ô CFRP với n = 3
được tối ưu hóa hơn nữa, và kết quả là SEA được cải thiện 4,68% so với thiết kế ban
đầu. Nghiên cứu này dự kiến sẽ cung cấp hướng dẫn về thiết kế mức độ va chạm của
CFRP hỗ trợ giảm tải trọng trên ô tô.
Tác giả Zhou cùng với đồng sự [10] đã làm các thí nghiệm cho thấy việc sử dụng
thép, vật liệu kết hợp nhôm giảm lực tác động tối đa và tổng trọng lượng cho mặt trước
hình chữ S đường sắt, trong khi tổng năng lượng hấp thụ có thể được tăng lên rất nhiều
do mức độ va chạm và trọng lượng nhẹ của đường ray trực diện hình chữ S.
Tác giả Salifu cùng đồng sự [11] thí nghiệm các phản ứng va chạm vận tốc cao
của nhôm 3105 - H18 và dầm cản mũ kép bằng sợi carbon - epoxy composite và kết
quả thu được là nhôm cho khả năng hấp thụ năng lượng lớn hơn composite sợi
carbon-epoxy, nhưng composite có thể được sử dụng như một chất thay thế cho nhôm
trong thiết kế của dầm cản, do có trọng lượng vượt trội và lợi thế có sự biến dạng
trong quá trình diễn ra sự va chạm. Kết quả của thí nghiệm được thể hiện qua mô
phỏng để sử dụng mã liên kết phần tử hữu hạn, Abaqus CAE năm 2019.

37. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
5
Tác giả Jacob và cộng sự [12] đã khảo sát thực nghiệm và kiểm tra cơ chế hấp thụ
va đập cho ô tô, bằng cách thiết kế một mô hình với hai xylanh thủy lực để hấp thụ
dao động khi va chạm vào tường bê tông nhằm phân tích kết cấu khung khi va chạm.
Tác giả Xiaguang Gu và cộng sự [13] đường dẫn 1 là phần động cơ có tải trọng
tác động trực tiếp không gian an toàn và không thể bị biến dạng. Đường dẫn 2 cho biết
tải trọng truyền dọc tác động lên cột A và cửa trước của xe khi va chạm đến khung và
biến dạng. Đường dẫn 3 chỉ ra đường truyền lực đi dầm dọc trực diện tới khung chữ S
đến phần dầm dọc dưới sàn xe hấp thụ năng lượng cấu trúc mặt trước khi va chạm.
Đường dẫn 3 cũng làm ảnh hưởng đến việc tăng tốc cũng như việc hấp thụ lực khi va
chạm trực diện, có ý nghĩa rất lớn trong thiết kế tối ưu hóa khả năng va chạm.
Tác giả Marzougui và cộng sự [14] thực hiện thí nghiệm theo yêu cầu của xác thực
mở rộng của mô hình phần tử hữu hạn cho năm 2002 trên dòng xe Ford Explorer
Sport, bằng phương pháp thiết kế ngược của NCAC theo hợp đồng với Cục quản lý
đường cao tốc Liên bang (FHWA). Phương tiện được dùng để mô phỏng, hỗ trợ các nỗ
lực nghiên cứu của NHTSA và Cục quản lý đường cao tốc Liên bang Hoa Kì
(FHWA). Kết quả thu được đã chứng minh khả năng chịu va chạm mạnh mẽ của mô
hình.
Tác giả Wang và cộng sự [15] đã thực hiện thí nghiệm tính toán mức độ ứng suất
khung gầm xe Land-wind X6 là dòng xe thể thao đa dụng (SUV). Đề tài gồm các
phân tích và mô phỏng các phần có ứng suất và cho thấy cách thiết kế chưa hợp lí,
nhưng thí nghiệm chưa đi đến thực nghiệm.
Tác giả Roger [16] cùng cộng sự đã mô phỏng một chiếc xe nhẹ đâm vào rào cản
dưới gầm xe tải được phát triển trên mô hình người 3D. Kết quả mô phỏng cho thấy
các thử nghiệm va chạm trong điều kiện trực diện là các thanh chống hấp thụ năng
lượng (Mô hình hóa các phần tử Maxwell). Điều này có nghĩa rằng trên cơ sở dữ liệu
thu được từ thử nghiệm va chạm ban đầu, MADYMO được xây dựng để dự đoán sự
cố tiếp theo kiểm tra trong đó các biến thể nhỏ đối với rào cản.

38. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
6
Tác giả Liu và cộng sự [17] đã phân tích mô phỏng va chạm trực diện ô tô dựa trên
LS - DYNA và Hyper Works bằng thí nghiệm tăng độ dày của dầm dọc trước từ từ
1,8 mm lên 2,5 mm và kết quả thu được tăng 23,7% khả năng hấp thụ, giảm sự chèn
ép phía trước và tăng khả năng sống sót cho hành khách.
Các bài báo nước ngoài nhằm vào các ảnh hưởng và biến dạng của ô tô [4 - 6] khi
xảy ra va chạm thay thế cấu trúc khung xương, cản trước từ các biến dạng phần sườn
xe hình chữ S [7] bằng các vật liệu như: Thép kết hợp nhôm, composite sợi carbon-
epoxy, ống nghiền đa ô (CFRP),...[7 - 12] tập trung vào việc giảm tải trọng trên ô tô
và có khả năng chịu biến dạng để hấp thụ va chạm trực tiếp.
Qua những tổng quan nghiên cứu trên chưa thấy được sự nghiên cứu về mức độ tổn
thương của con người khi xảy ra va chạm, vì vậy đề tài nhằm vào việc nâng cao độ an
toàn khi va chạm trực diện. Để tập trung vào mô phỏng va chạm trên mô hình dòng xe
SUV bằng phần mềm LS - DYNA, tìm ra các phần yếu trên khung sườn xe thông qua
mô phỏng. Từ kết quả cho thấy các phân tích liên quan mức độ biến dạng nhằm tìm ra
điểm yếu để cải tiến phần khung xe.
1.2.2 Các nghiên cứu trong nước
Hiện nay, Việt Nam các vấn đề về va chạm cũng đang là chủ đề nghiên cứu quan
trọng. Có nhiều công trình nghiên cứu, bài báo tính toán về hệ thống khung gầm trên
xe buýt như các vấn đề về va chạm trực diện, các đề tài tập trung vào các tiêu chuẩn
đánh giá mức độ nguy hiểm cho người ngồi trong xe khi xảy ra tai nạn, như tiêu chuẩn
đánh giá an toàn IIHS. Và dựa vào các thông số nhà sản xuất đề mô phỏng lại sự va
chạm, nhằm tăng độ an toàn tối đa cho người điều khiển trên các phần mềm như LS -
DYNA, HyperMesh,…..
Tác giả Nguyễn Phụ Thượng Lưu [18] nghiên cứu và tính toán động học khi va
chạm bằng các phương pháp toán học. Tác giả giới thiệu khái quát kết quả nghiên cứu
động học va chạm của ô tô khi va chạm với nhau hoặc va chạm giữa các ô tô với vật

39. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
7
cản. Dựa trên kết quả tính toán đó cho ra các kết quả tính toán về mặt kết cấu ở bên
trong thân xe hoặc khung xe.
Tác giả Nguyễn Quang Anh [19] đã đưa ra các tính toán về độ bền khung vỏ khi
va chạm. Kết quả của nghiên cứu xây dựng mô hình xe Saigon Van 8 bằng các phần
mềm như CATIA, LS - DYNA, ,... bằng các số liệu thông qua tính toán và phân tích
PTHH chính xác. Các phân tích được dùng để xây dựng thiết kế cho các xe khác.
Tác giả Nguyễn Thành Tâm [20] cùng đồng sự đã tính toán thiết kế cải tiến kết
cấu xe ô tô khách nhằm thỏa mãn điều kiện an toàn bằng bộ hấp thụ năng lượng nhằm
hấp thụ dao động khi xảy ra va chạm trực diện và được thể hiện đầy đủ và cho kết quả
giảm tới 26,5% khi không có bộ hấp thụ năng lượng.
Tác giả Nguyễn Thành Tâm [21] đưa ra các phương pháp thiết kế nhằm đảm bảo
điều kiện an toàn khi va chạm trực diện bằng phương pháp nâng độ dày của khung
sườn xe khách, giảm độ dày của các cơ cấu ít ảnh hưởng hơn để giảm tải trọng trên ô
tô khách. Kết quả khối lượng tối ưu khi xe giảm 7,9% tổng khối lượng xe.
Tác giả Nguyễn Thành Tâm [22] đã mô phỏng lại ô tô khách va chạm trực diện
100% bằng phương pháp thủ nghiệm mô phỏng 3 trường hợp va chạm khi xe dược
trang bị bộ giảm chấn. Từ các kết quả cho thấy, dù hành khách và người điều khiển
trang bị an toàn nhưng vẫn chịu ảnh hưởng lớn từ va chạm, và tập trung chủ yếu ở
phần đầu, ngực và cổ người điều khiển. Việc thiết kế bộ hấp thụ năng lượng là cần
thiết để các giá trị tổn thương thỏa mãn các tiêu chuẩn ECE R94.
Tác giả Nguyễn Phụ Thượng Lưu và cộng sự [23] nghiên cứu các mô phỏng về
thiết kế liên quan cấu trúc xe. Xe va chạm trực diện 1 phần lệch 25% phía bên trái, các
kết quả được đưa ra cho thấy khi gia cố các khung xương vững chắc khi xảy ra va
chạm giảm độ biến dạng.
Tác giả Nguyễn Phụ Thượng Lưu [24 - 25] và các đồng sự phân tích kết cấu xe
khi va chạm trực diện 1 phần nhỏ, đề tài nghiên cứu này trình bày phân tích về hiệu

40. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
8
suất kết cấu xe trong trường hợp va chạm trực diện 1 phần lệch 25% (SOFI) dựa trên
các mô phỏng va chạm với rào cản và mô phỏng trên máy tính. Kết quả mô phỏng va
chạm để đánh giá cấu trúc tổng thể của xe thông qua các đánh giá an toàn biến dạng
khung sườn theo xếp hạng của Viện Bảo hiểm an toàn đường cao tốc (IIHS).
Tác giả Nguyễn Phụ Thượng Lưu [26] cùng cộng sự đã thiết kế tối ưu của cấu
trúc xe để cải thiện xếp hạng va chạm 1 phần nhỏ. Đề tài nghiên cứu này trình bày
một nghiên cứu về thiết kế tối ưu của cấu trúc xe theo xếp hạng 1 phần lệch 25%, dựa
trên các mô phỏng đưa ra các xếp hạng từ các mức Good, Marginal, Acceptable và
Poor để xếp hạng và so sánh xâm nhập với các hướng dẫn xếp hạng của IIHS.
Tác giả Nguyễn Phụ Thượng Lưu [27] đưa ra phương pháp tiếp cận việc tối ưu
hóa độ dày khung xe để tối ưu xếp hạng va chạm trực diện 1 phần lệch 25% của IIHS.
Tác giả đề xuất một thiết kế tối ưu của cấu trúc trực diện để cải thiện xếp hạng 1 phần
nhỏ, dựa trên mô hình mô phỏng tai nạn trên máy tính. Các cấu trúc trực diện như
dầm dọc, cột A và bảng điều khiển được phân tích để tìm phần yếu trong thử nghiệm
va chạm trực diện.
Tác giả Nguyễn Phụ Thượng Lưu [28] đưa ra các mô phỏng tác động trực diện
của xe đến mô hình phần tử hữu hạn. Tác giả trình bày mô phỏng khả năng va chạm
của ô tô đối với va chạm trực diện của xe tới rào cản Pole 250 bằng cách sử dụng mô
hình máy tính mô phỏng thử nghiệm va chạm. Mô hình rào cản được phát triển dựa
trên thử nghiệm thực tế. Thiết kế rào cản Pole 250 và được cài đặt thử nghiệm va
chạm ở 20% trực diện với đầu xe. Dựa trên kết quả có được xây dựng chi tiết cải thiện
cấu trúc xe như cột A, dầm dọc bằng cách thiết kế trên phần mềm CATIA, chia lưới
và mô phỏng va chạm nhằm xếp hạng cấu trúc cải tiến.
Tác giả Nguyễn Phụ Thượng Lưu [29] xây dựng cấu trúc khung xe buýt thử
nghiệm va chạm trực diện. Tác giả trình bày các phân tích an toàn trong trường hợp
thử nghiệm va chạm trực diện (EFI), thử nghiệm với rào cản. Dựa trên các mô phỏng

41. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
9
va chạm xây dựng lại tổng thể phần khung xe đảm bảo an toàn khi vận hành. Năng
lượng hấp thụ của cấu trúc xe buýt được cải thiện bằng cách tối ưu khung gầm.
Tác giả Trần Thế Anh [30] đưa ra các phương pháp thiết kế cản sau hấp thụ va
chạm, đảm bảo an toàn cho các xe cỡ nhỏ khi va chạm vào cản sau xe tải. Kết quả thu
được sau cải tiến, cản sau khi va chạm với xe SUV giảm nguy cơ tử vong cho người
điều khiển xe SUV khi xảy ra va chạm với phần đuôi xe tải.
Tổng hợp các nghiên cứu trong nước và ngoài nước, tất cả các đề tài nghiên cứu thể
hiện rõ các vấn đề nghiên cứu về biến dạng khung sườn và khả năng hấp thụ va chạm
trên các dòng xe ô tô con. Các nghiên cứu trong nước [18 - 22] tác giả đưa ra cơ sở lí
thuyết để thực hiện phân tích và tính toán một cách chính xác để đưa vào phần chế tạo
hay thử nghiệm va chạm. Đề tài [23 - 30] gồm các nghiên cứu động học va chạm ảnh
hưởng lên khung sườn khi xảy ra va chạm, cho ra các kết quả chứng minh cấu trúc
yếu nhất và chịu lực kém để cải tiến. Các phương pháp cải tiến có thể sử dụng như
thay thế vật liệu, tăng độ dày chi tiết hoặc thay thế chi tiết bằng vật liệu khác. Tuy
nhiên các đề tài này mới chỉ dừng lại ở mức độ sử dụng phần mềm CATIA,
HyperMesh hoặc LS - DYNA để cải tiến khung sườn xe và thân xe, nhưng chưa
nghiên cứu và ứng dụng liên quan tới tính an toàn hành khách khi ô tô khách xảy ra va
chạm. Vấn đề an toàn cho hành khách khi ô tô va chạm trực diện ở nước ta hiện nay
chưa có nhiều đề tài nghiên cứu khoa học và các đề tài liên quan được công bố rộng
rãi.
1.3 Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay các vấn đề liên quan đến tai nạn giao thông đang rất phức tạp tại Việt Nam
theo thống kê của Ủy Ban An Toàn Giao Thông Quốc Gia (UBATGTQG) [31], tai
nạn giao thông tháng 8/2020 (từ ngày 15/7/2020 đến 14/8/2020) Toàn quốc xảy ra
1.174 vụ, làm chết 551 người và làm bị thương 877 người. So với tháng cùng kỳ năm
2019 giảm 337 vụ (giảm 22,3%), giảm 78 người chết (giảm 12,4%), giảm 249 người bị
thương (giảm 22,11%). Trong đó tai nạn có tính nghiêm trọng trở lên thì đã xảy ra 671

42. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
10
vụ, làm chết 537 người, bị thương 378 người. So với cùng kỳ năm trước giảm 112 vụ
(-14,3%), giảm 72 người chết (-11,82%), giảm 71 người bị thương (-15,81%).
Tổng doanh số bán hàng của thị trường tính đến Quý 2 năm 2021 tăng lên 3.658 xe
so với cùng kì năm ngoái.
Hình 1.3: Tổng doanh số của Tháng 4/2021 so với cùng kì năm 2020
Dựa theo các thống kê, độ tuổi sử dụng xe càng ngày trẻ hóa và số lượng xe SUV
được bán ra tại Việt Nam hoặc trên Thế giới sẽ làm tăng các vụ tai nạn thương tâm.
Đây cũng là bài toán cho các Quốc gia và vấn đề vẫn nằm ở khả năng an toàn của
dòng xe SUV khi va chạm trực diện. Một chiếc xe SUV được thiết kế kết cấu khung
xương bền, chắc chắn nhưng khi va chạm vẫn xuất hiện những dao động rất lớn lên
người lái. Trong toàn bộ khung xe SUV, phần kết cấu sườn xe đóng vai trò rất quan
trọng. Va chạm khi xảy ra sẽ có sự tác động trực diện phần đầu xe và vật cản. Đề tài
tập trung chủ yếu mô phỏng quá trình va chạm giữa dòng xe SUV trên khung sườn
Unibody hoặc Body-on-frame với các dòng xe khác,.… Để có thể tính toán độ biến
dạng và khả năng hấp thụ va chạm khung xe từ đó lên phương án cải tiến phần khung
sườn còn yếu hoặc dễ bị biến dạng do các lỗi vật liệu, nhằm nâng cao khả năng an
toàn của hành khách khi vận hành.
1.4 Mục tiêu đề tài
Dựa trên mô hình SUV đã được cung cấp, mô phỏng mô hình dòng xe SUV trên
khung sườn Unibody khi va chạm ở 100% mặt trước với các dòng xe khác như
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
Jan-21 Feb-21 Mar-21 Apr-21
Số
lượng
xe
bán
ra
(chiếc)
Time
Ô tô con
Xe thương mại
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
YTM 2020 YTM 2021
Số
lượng
xe
bán
ra
(Chiếc)
Time
Ô tô con
Xe thương
mại

43. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
11
Pickup, Sedan,... từ đây có thể so sánh các thông số biến dạng của dòng SUV này, lấy
các số đo va chạm đưa vào biểu đồ tính toán để thay đổi về vật liệu hoặc cải tiến
khung sườn xe SUV nhằm mang lại độ an toàn tuyệt đối cho hành khách. Và các dữ
liệu này cũng là cơ sở tính toán các cơ cấu trong khung gầm xe SUV phục vụ cho các
nghiên cứu sau này.
1.5 Đối tượng cùng phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu chủ yếu vào dòng xe SUV gồm có khung sườn Unibody. Thử nghiệm
đánh giá an toàn khung xe với các xe khác để kiểm tra độ cứng khung sườn và khả
năng hấp thụ va chạm.
1.5.1 Phân tích kết cấu khoang trước của khung sườn xe ô tô
Nhằm kiểm tra và đưa ra các chỉ số chính xác khi thực hiện mô phỏng, đề tài tập
trung vào phần dầm dọc trước. Khoang trước là một bộ phận rất quan trọng của thân
xe ô tô, chịu lực lớn khi xe va chạm trực diện. Cấu trúc của khoang trước phải có khả
năng hấp thụ phần lớn năng lượng tác động thông qua biến dạng, giữ cho khoang hành
khách không bị biến dạng, đặc biệt là khi va chạm xảy ra trên một nửa cấu trúc. Biến
dạng khoảng 400 - 700 mm của khoang trước trong điều kiện thử nghiệm va chạm
trực diện tiêu chuẩn với rào cản, ở tốc độ 50 km/h, có thể dùng để tối ưu hóa kiến trúc
khoang trước. Vì năng lượng va chạm bằng năng lượng động học xe có trước khi va
chạm, tỷ lệ thuận với khối lượng của xe, khoang trước của một xe ô tô cỡ lớn phải dài
hơn hoặc cứng hơn khoang trước của một chiếc xe ô tô có khối lượng nhỏ, để có biến
dạng như nhau ở khoang này. Cấu trúc khoảng trước được thể hiện như Hình 1.4.

44. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
12
Hình 1.4: Các vùng có độ cứng đặc trưng của dầm dọc trước
Vùng A: Vùng hấp thụ, ở các trường hợp va chạm 100% trực diện ở tốc độ thấp (nhỏ
hơn 10 - 15 km/h), tất cả các mức năng lượng được hấp thụ bởi cản trước và nếu có các
khối hấp thụ va đập ở thanh đòn trước được bảo vệ.
Vùng B: Vùng biến dạng, khi va chạm ở tốc độ 25 km/h, khi đó mức năng lượng va
chạm bị tiêu hao bởi sự biến dạng dẻo của cản trước, của các khối hấp thụ va đập. Biến
dạng này không được kéo dài thêm để có được chi phí chấp nhận được của việc sửa
chữa. Trên nhiều thân xe thanh dầm ngang trước có thể tháo rời.
Vùng C: Vùng cứng, trong đó biến dạng dẻo của dầm dọc kéo dài đến vách trước của
khoang hành khách, ở tốc độ 25 - 50 km/h, trong hầu hết các trường hợp sửa chữa được
nhưng chi phí cao.
Vùng D: Vùng rất cứng và không bị ảnh hưởng bởi va chạm ở tốc độ nhỏ hơn 50
km/h. Trong trường hợp vận tốc va đập lớn, biến dạng sẽ ảnh hưởng vách trước và các
phần khác của khoang hành khách, chi phí sửa chữa rất lớn.
Đối với dòng xe SUV thì việc di chuyển trên cao tốc hay những đoạn đường dài ở
điều kiện tốc độ cao, khi va chạm do khối lượng của xe là khá lớn nên mức độ biến
dạng tùy vào trường hợp va chạm, nhưng tất cả va chạm đều được đánh giá nguy hiểm.
Trường hợp xe chỉ được trang bị dầm dọc trước và dầm đọc trên thì lực phân bố lúc này

45. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
13
đi theo 2 nhánh này. Thiết kế khung phụ tăng mức độ an toàn cho người điều khiển rất
đáng kể.
Hình 1.5: Phân bố lực va đập vào thân xe (chưa có khung phụ)
Trong trường hợp va chạm tốc độ cao, khung phụ có thể bung ra dưới thành trước
của khoang hành khách và trượt theo đường viền của dầm dọc. Điều này có thể ngăn
cụm động cơ va vào khoang hành khách và dầm dọc được phép biến dạng theo kiểu
nén. Việc thiết kế đúng của khung phụ trực diện có thể ảnh hưởng tích cực đến ứng xử
của khoang trước đối với các va đập trực diện và giảm đáng kể chi phí sửa chữa nếu có.
Có khoảng cách 150 - 250 mm từ trực diện đến giá đỡ đầu tiên của khung phụ cho phép
tiêu tán năng lượng va chạm với tốc độ tác động thấp, không có biến dạng xảy ra với
giá đỡ này.
Hình 1.6: Lắp đặt khung phụ lên dầm dọc
Thiết kế khung phụ nhằm phân tán lực va chạm giảm hẳn sự biến dạng trên dầm dọc
trước, tránh được sự chèn ép đến phần thân xe gây nguy hiểm cho hành khách.

46. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
14
Hình 1.7: Phân bố lực va đập qua khung phụ vào thân xe
Khung phụ trực diện được gắn vào hai dầm dọc trực diện thông qua các gối đàn hồi.
Trước hết, những gối đỡ này có vai trò giảm khả năng truyền có dao động từ cầu trước,
hệ thống lái và nhóm động cơ đối với thân xe, và thứ hai có khả năng ngăn ngừa biến
dạng khung xe khi va chạm tốc độ thấp, cũng có lợi cho việc tháo khung rời dầm dọc.
Việc thiết kế khung phụ vào dầm dọc trước mang lại sự an toàn cho hành khách, giảm
sự chèn ép do động cơ bị đẩy vào thân xe khi xảy ra va chạm trực diện.
1.5.2 Khảo sát khung sườn xe trong nước
Khảo sát chiều cao của cản trước xe Sedan, SUV và Pickup như Hình 1.8 và Hình 1.9
cho thấy chiều cao của cản trước các xe này trong khoảng 390 - 560 mm. Trong khi đó
chiều cao của cản trước SUV nằm trong khoảng 500 mm cao nhất trong các loại xe ô tô
con.
BMW 320i đời 2002 (Sedan) Chiều cao đến tâm sườn xe là 420mm

47. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
15
Huyndai I10 2015 (Hatchback) Chiều cao đến tâm sườn xe là 490mm
Toyota Highlander 2015 (SUV) Chiều cao đến tâm sườn xe là 540mm
Hình 1.8: Khảo sát chiều cao khung sườn xe ô tô
Hình 1.9: Chiều cao cản trước Dodge Neon 1996 và Ford Explorer 2003
Đối với dòng xe SUV tại Việt Nam sở hữu 2 loại kết cấu chính là dầm dọc trước
cong và dầm dọc trước thẳng. Hình dạng của dầm dọc trước xác định kiểu hình thành
biến dạng dầm cong có thể ảnh hưởng đến đến khả năng sửa chữa sau này. Còn dầm

48. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
16
dọc thẳng có tiết diện tăng dần về trực diện khoang hành khách, có khả năng chuyển
đổi động năng va chạm thành năng lượng có kiểm soát.
Mô hình xe SUV sử dụng trong nghiên cứu là dòng xe Toyota Rav 4 là loại xe SUV
sử dụng kiểu khung sườn Unibody. Mô hình phần tử hữu hạn (FE) xe Toyota Rav 4
[12] được phát triển và thiết kế bởi Trung tâm Phân tích sự cố Quốc Gia (NCAC) dựa
trên các thông số kĩ thuật thực tế, áp dụng phương pháp thiết kế ngược để mô phỏng
lại xe như Hình 1.9 mô hình được thực hiện và kiểm duyệt bởi cơ quan An Toàn Giao
Thông Quốc gia Hoa Kì (NHTSA). Mô hình là một phần không thể thiếu để xây dựng
cơ sở nghiên cứu nhằm đảm bảo tương quan thực tế và được thử nghiệm khi va chạm
ở tốc độ 64 km/h với tường cứng giữa thực nghiệm và mô phỏng từ Viện bảo hiểm an
toàn đường cao tốc (IIHS).
Hình 1.10: Cấu trúc phân chia bề mặt va chạm trên dòng xe Toyota Rav4
Các yếu tố cấu trúc thường tạo thành khoang trực diện là dầm dọc trực diện, vòm
bánh xe (cánh vòm), dầm dọc trên, dầm ngang trước phía dưới và phía trên. Theo các
nghiên cứu, trong các trường hợp tác động trực diện với tốc độ 50 km/h, khoang trước
xe hấp thụ 79% năng lượng va chạm, phần còn lại bị hấp thụ bởi nhóm động cơ (12%)
và vách khoang hành khách (9%). Năng lượng được hấp thụ bởi cấu trúc khoang trước
được phân phối 72% cho dầm dọc bên, 22% ở vòm bánh xe và 6% ở cánh bên thể
hiện trên Hình 1.10. Cấu trúc nhận lực khi va chạm đi theo 3 đường dẫn thể hiện trên
Hình 1.11.

49. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
17
Hình 1.11: Đường truyền tải năng lượng khi xe va chạm trực diện
Đường dẫn 1 là phần động cơ có tải trọng tác động trực tiếp tường lửa và không thể
bị biến dạng. Đường dẫn 2 cho biết tải trọng truyền dọc tác động lên cột A và cửa
trước của xe khi va chạm đến khung và biến dạng. Đường dẫn 3 chỉ ra đường truyền
lực đi dầm dọc trực diện tới khung chữ S đến phần dầm dọc dưới sàn xe hấp thụ năng
lượng cấu trúc mặt trước khi va chạm. Đường dẫn 3 cũng ảnh hưởng đến khả năng
tăng tốc cũng như hấp thụ lực khi có va chạm, nó có ý nghĩa rất lớn trong thiết kế tối
ưu hóa khả năng va chạm.
Trong một vụ va chạm trực diện, động năng của các phương tiện tham gia được
chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác, bao gồm cả sự biến dạng của các phương
tiện và sự nóng lên do ma sát. Việc truyền năng lượng qua các phương tiện khi va
chạm phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như khối lượng, tốc độ và góc va chạm
của phương tiện, cũng như độ cứng và độ bền của kết cấu phương tiện.
Trong một vụ va chạm trực diện, năng lượng được truyền qua các cấu trúc của xe,
bao gồm khung gầm, thân xe và các bộ phận khác. Năng lượng tác động được hấp thụ
bởi các cấu trúc này, làm biến dạng và hấp thụ năng lượng, làm giảm lực tác động lên
người ngồi trong xe. Việc truyền năng lượng qua các cấu trúc xe là một quá trình phức
tạp, liên quan đến nhiều hình thức biến dạng và tiêu tán năng lượng.
Tường lửa
Dầm dọc
Cột A
Cột B

50. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
18
Việc truyền năng lượng khi va chạm cũng có thể bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của
các tính năng an toàn như vùng hấp thụ xung lực, túi khí và dây an toàn. Các tính
năng này được thiết kế để hấp thụ và tiêu tán năng lượng tác động, giảm lực tác động
lên người ngồi trong xe và giảm nguy cơ chấn thương.
Tóm lại, việc truyền năng lượng trong một vụ va chạm trực diện liên quan đến sự
biến dạng và hấp thụ năng lượng của kết cấu xe, cũng như việc kích hoạt các tính
năng an toàn để giảm lực tác động lên người ngồi trong xe. Việc truyền năng lượng
chính xác có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố và đó là một quá trình phức tạp đòi hỏi
sự phân tích và hiểu biết cẩn thận.
Hình 1.12: Hình dạng xà dọc trước
Mặt cắt dầm dọc thường có hình dạng hình chữ nhật, được làm từ một cấu hình chữ
U khép kín với một tấm phẳng hoặc từ hai cấu hình chữ U được ghép nói có thể thêm
gia cố.

51. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
19
Cách kết nối các dầm dọc trước với các phần tử khoang hành khách rất quan trọng
để giảm sự xâm nhập của vách trực diện vào khoang khách. Các dầm dọc phải tiếp
nhận tại thời điểm và phân bố ở một số khu vực trực diện vào khoang khách. Một
trong những giải pháp hiệu quả là dầm dọc trước sẽ luồn dưới sàn của khoang hành
khách đến ngang sàn đầu tiên và có phân nhánh về phía cột A (hoặc về phía dưỡng
cửa) và về phía vách trung tâm, đi sang dầm dọc bên kia. Điều này tạo ra một cấu trúc
cứng, khó biến dạng hơn, xung quanh chân hành khách trực diện.
1.5.3 Mô hình nghiên cứu
Xe SUV sử dụng khung sườn kiểu Unibody là mô hình xe Toyota Rav4 đời 1997.
Mô hình được thiết kế bởi NHTSA trên báo cáo của NCAC (National Crash Analysis
Center) trên mô phỏng của LS - DYNA gồm mô hình phần tử hữu hạn (FE) với thiết
kế khung Unibody là mẫu xe SUV Toyota Rav4 như Hình 1.12.
Hình 1.13: Mô hình phần tử hữu hạn (FE) xe Toyota Rav4 đời 1997
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật Toyota Rav4
Toyota Rav4
Mô hình (FE) Xe thử nghiệm
Trọng lượng(Kg) 1266 2323
Loại động cơ 2.0 L4SFI DOHC 16V 4.0L V6
Kích thước lốp P215/70R 16 P235/70R 16SL

52. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
20
Chiều dài cơ sở mm) 2415 2885
Chiều rộng (mm) 1135 1468
Mô hình năm 2000 1997
1.6 Nội dung chính và phương pháp nghiên cứu
1.6.1 Nội dung chính
Đề tài xây dựng trên cơ sở khai thác ưu điểm của việc tính toán trên phần mềm, dựa
trên các va chạm thực nghiệm trên thực tế và từ hình ảnh các vụ tai nạn khi va chạm
trực diện trên các xe SUV. Các bài kiểm tra được xây dựng trên tiêu chuẩn của IIHS
nhằm đánh giá mức độ an toàn khung xe khi va chạm ở các trường hợp khác nhau
được xây dựng tại Chương 2 và Chương 3.
Bảng 1.2: Nội dung thực hiện và kết quả cần đạt được:
Nội dung công việc Kết quả cần đạt
1. Nghiên cứu sử dụng phần
mềm
Sử dụng thành thạo phần mềm
2. Sử dụng các phần mềm xây
dựng khung xe, các đối tượng va
chạm
Vẽ được mô hình khung sườn xe SUV
bằng 3D, chia lưới chi tiết sau thiết kế.
3. Chỉnh sửa mô hình, điều chỉnh
vận tốc, thời gian va chạm, liên kết
va chạm và chạy mô phỏng thành
công trên phần mềm.
Xem xét kết quả mô phỏng trên toàn quá
trình va chạm, tính toán khả năng biến dạng
của khung sườn xe SUV.
4. Chỉ ra các thông số tổn thương
và đánh giá.
Đánh giá mức độ biến dạng và đưa ra
các kết quả an toàn.
5. Báo cáo và đề xuất hướng phát
triển đề tài
Báo cáo những gì đã đạt được trong đề
tài và các hướng phát triển trong tương lai.
6. Thực hiện và tính toán cải
tiến, phù hợp đưa vào thực tế
Đưa ra kết quả nghiêm cứu, phương
pháp ứng dụng.

53. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
21
1.6.2 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài đưa ra các nội dung sau:
1. Thay đổi thiết kế của các thành phần: Có thể thay đổi thiết kế của các thành phần
để có được kết quả cần thiết. Điều này dẫn đến việc thiết kế lại các thành phần bằng
cách bổ sung các đường gân hoặc thay đổi hình dạng của khung sườn.
2. Bổ sung vật liệu giảm biến dạng: Có thể bổ sung vật liệu của các thành phần để
phân bố ứng suất phù hợp, việc sử dụng các vật liệu composite bổ sung để tránh lỗi
thiết kế có thể đem lại kết quả khả quan.
3. Thay đổi độ dày, vật liệu: Có thể thay đổi độ dày của các thành phần để đạt được
độ căng dẻo hiệu quả giá trị cho các thành phần tương ứng. Đó là cách sửa đổi hiệu
quả về chi phí và thời gian. Nhưng phương án này đòi hỏi sự tính toán toàn diện để
giảm tải trọng trên toàn xe, đảm bảo an toàn khi xảy ra va chạm.
Từ 3 phương án trên trên, tác giả chọn giải pháp khả thi thứ hai để giảm khả năng
chèn ép khi va chạm và làm cho thiết kế an toàn.
Phương pháp nghiên cứu dựa trên mô phỏng: Các phân tích kết quả mô phỏng tiến
hành đánh giá và cải tiến để đạt được tối ưu hóa kết cấu.

54. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
22
CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN
2.1 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ an toàn
2.1.1 Phương án kiểm tra va chạm trực diện theo tiêu chuẩn IIHS.
A. Bài kiểm tra va chạm 1 phần lệch 40% với rào cản biến dạng (Moderate-
overlap crash)
Bài kiểm tra 1 phần lệch 40% đề cập đến một loại thử nghiệm va chạm được tiến
hành trên xe thể thao đa dụng (SUV) để đánh giá an toàn của khung xe. Bài kiểm
tra được gọi là bài kiểm tra va chạm trực diện 1 phần lệch 40% và được thực hiện
bởi Cục Quản lý an toàn giao thông đường cao tốc Quốc gia (NHTSA) và Viện Bảo
hiểm an toàn đường cao tốc (IIHS).
Trong thử nghiệm va chạm trực diện 1 phần lệch 40%, một phương tiện di
chuyển với tốc độ 40 dặm/giờ về phía rào chắn mô phỏng va chạm với phương tiện
hoặc vật thể khác. Thanh chắn va vào xe trực diện 40% chiều rộng về phía người
lái. Loại thử nghiệm này nhằm mô phỏng một loại va chạm phổ biến trong thế giới
thực, trong đó hai phương tiện va chạm trực diện hoặc một phương tiện đâm vào
một vật thể đứng yên.
Mục đích của thử nghiệm va chạm trực diện 1 phần lệch 40% để đánh giá mức

55. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
23
độ hiệu quả của hệ thống an toàn của xe bảo vệ người ngồi trong xe trong trường
hợp va chạm. Bài kiểm tra đo lường một số yếu tố, bao gồm mức độ xâm nhập vào
khoang hành khách, hiệu quả của hệ thống hạn chế của xe và khả năng gây thương
tích cho người lái và hành khách.
Những chiếc SUV đạt kết quả tốt trong bài kiểm tra va chạm trực diện lệch 40%
được coi là an toàn hơn cho người ngồi trong xe trong trường hợp xảy ra va chạm.
IIHS cung cấp xếp hạng cho SUV dựa trên mức độ an toàn trong bài kiểm tra này,
với những chiếc xe đạt xếp hạng cao nhất sẽ nhận được danh hiệu Top Safety
Pick+. Bài kiểm tra các va chạm được thực hiện ở tốc độ 64 km/h vào một vật thể
trực diện với góc lệch là 40% tính theo tiết diện đầu xe. Điều này được thiết kế
nhằm thử nghiệm tải trọng lên dầm dọc xe, các va chạm với một vật thể có cấu trúc
tương tự một chiếc xe. Ngoài ra, bài thử nghiệm cũng sử dụng hai hình nhân mức
độ là 95% như người thật, lực tác động lên hình nhân cũng được kiểm tra tính toán
tỉ mỉ. Cấu trúc xe trong trường hợp này chịu tác động rất lớn bên phía người lái, thể
hiện những vụ tai nạn do người lái vượt bên trái và thiếu tầm quan sát khi có xe đi
ngược lại. Bài kiểm tra va chạm 1 phần nhỏ cho thấy cấu trúc khung an toàn như
dầm dọc, tường lửa và cột A có biến dạng nhiều hay ít. Bài kiểm tra thử nghiệm va
chạm 1 phần lệch 40% (Moderate - Overlap) của IIHS [32].
Hình 2.1: Trường hợp va chạm trực diện 1 phần lệch 40% với rào cản biến dạng,
được xây dựng bởi IIHS [32].

56. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
24
B. Bài kiểm tra va chạm 1 phần nhỏ (Small-overlap Frontal impact)
Trong thử nghiệm va chạm trực diện góc nhỏ phía người lái, một phương tiện di
chuyển với tốc độ 40 dặm/giờ về phía rào chắn cứng. Một hình nộm Hybrid III đại
diện cho một người đàn ông có kích thước trung bình được đặt ở ghế lái. Hai mươi
lăm phần trăm tổng chiều rộng của xe đụng vào thanh chắn phía người lái.
Hầu hết các ô tô hiện đại đều có lồng an toàn bao bọc khoang hành khách và được
chế tạo để chịu được va chạm trực diện và va chạm trực diện 1 phần lệch 40%. Đồng
thời, các khu vực va chạm giúp quản lý năng lượng va chạm để giảm lực tác động lên
khoang hành khách. Khi va chạm liên quan đến các cấu trúc này, khoang hành khách
được bảo vệ khỏi sự xâm nhập, đồng thời các túi khí trực diện và dây đai an toàn có
thể hạn chế và bảo vệ hành khách một cách hiệu quả.
Các va chạm trực diện 1 phần lệch 25% ở phần chồng lấn chủ yếu ảnh hưởng đến
các cạnh bên ngoài của xe, vốn không được bảo vệ tốt bởi các cấu trúc vùng va chạm.
Lực va chạm trực tiếp vào bánh trước, hệ thống treo và tường lửa. Không có gì lạ khi
bánh xe bị ép về phía sau vào chỗ để chân, góp phần làm cho khoang hành khách bị
xâm nhập nhiều hơn và dẫn đến chấn thương nghiêm trọng chân và bàn chân. Để cung
cấp khả năng bảo vệ hiệu quả trong các vụ va chạm 1 phần lệch 25%, khung an toàn
cần chống lại các lực va chạm không bị hạn chế bởi các cấu trúc vùng va chạm [32].
Hình 2.2: Bài kiểm tra va chạm trực diện 1 phần lệch 25% với rào cản tốc độ 64 km/h
C. Bài kiểm tra va chạm trực diện toàn đầu xe (Crash Frontal Impact)

57. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
25
Trong Viện Bảo hiểm an toàn đường cao tốc (IIHS), các phương tiện chở khách đã
đâm vào một rào cản cứng ở tốc độ 35 dặm/giờ vào toàn bộ chiều rộng của phương
tiện.
Các bài kiểm tra trực diện bù trừ thay vì các bài kiểm tra trực diện toàn chiều rộng.
Trong một vụ va chạm lệch hướng, chỉ một bên phần đầu xe, chứ không phải toàn bộ
chiều rộng, va vào thanh chắn. Do đó, một phần nhỏ hơn của cấu trúc phải quản lý
năng lượng va chạm và có nhiều khả năng xâm nhập vào khoang hành khách hơn. Bài
kiểm tra độ lệch yêu cầu cấu trúc của xe nhiều hơn so với bài kiểm tra toàn chiều
rộng, trong khi bài kiểm tra toàn chiều rộng yêu cầu nhiều hơn về dây đai an toàn và
túi khí. Trong bài kiểm tra toàn chiều rộng, cấu trúc xe ít bị nghiền nát hơn nên khả
năng giảm tốc mà các bộ hạn chế này phải xử lý sẽ lớn hơn. Cùng với nhau, các bài
kiểm tra cung cấp một bức tranh đầy đủ hơn về khả năng va chạm trực diện so với chỉ
một bài kiểm tra.
2.1.2 Phương pháp thiết lập các bài kiểm tra va chạm của IIHS
Viện Bảo hiểm an toàn Đường cao tốc (IIHS) tiến hành một số thử nghiệm va chạm
để đánh giá an toàn kết cấu khung của xe. Dưới đây là tổng quan về thiết lập chung
cho từng bài kiểm tra:
1. Thử nghiệm va chạm trực diện: Trong thử nghiệm này, một chiếc xe được đẩy
vào một rào chắn cứng ở tốc độ 35 dặm/giờ (55 km/h) với một hình nộm thử nghiệm
va chạm ở ghế lái. Thanh chắn đại diện cho phần đầu xe của một phương tiện khác có
trọng lượng và kích thước tương tự. Bài kiểm tra đánh giá khả năng bảo vệ người lái
và hành khách trực diện khi va chạm trực diện.
2. Thử nghiệm va chạm trực diện 1 phần nhỏ: Trong thử nghiệm này, một chiếc xe
đâm vào rào chắn ở tốc độ 40 dặm/giờ (64 kph) với 25% phần đầu xe, ở phía người
lái, tiếp xúc với rào chắn. Bài kiểm tra đánh giá khả năng bảo vệ người lái khi va
chạm trực diện khi chỉ một phần nhỏ trực diện của xe bị va chạm.
3. Thử nghiệm va chạm trực diện 1 phần lệch 40%: Trong thử nghiệm này, một
chiếc xe đâm vào rào chắn ở tốc độ 40 dặm/giờ (64 kph) với 40% phần đầu xe tiếp
xúc với rào chắn. Bài kiểm tra đánh giá khả năng bảo vệ người lái và hành khách.

58. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
26
Các thử nghiệm va chạm của IIHS được tiến hành bằng các quy trình và thiết bị cụ
thể để đảm bảo tính nhất quán và chính xác. Kết quả thử nghiệm được IIHS sử dụng
để đánh giá mức độ an toàn của xe và giúp người tiêu dùng đưa ra quyết định sáng
suốt khi mua xe.
2.1.3 Tiêu chuẩn đánh giá an toàn khung xe của IIHS
Các bài kiểm tra an toàn cấu trúc xe đã được thiết lập bởi Viện bảo hiểm an toàn
Đường cao tốc (IIHS). Các báo cáo Cơ quan này cho thấy các biện pháp đánh giá
thương tích được ghi trên một hình nộm, được dùng để kiểm tra an toàn của 1 phương
tiện. Các số liệu đánh giá khác cho thấy tính toán sự sụp đổ và xâm nhập vào khung
không gian. Tuy nhiên phương pháp này chỉ dự đoán tốt về chấn thương dành cho
người ngồi trên xe. Đề tài này sẽ đưa ra các hướng dẫn tương tự để dựa vào đó so sánh
các phần bảo vệ bên dưới và nêu ra mức đo lường thâm nhập.
Viện Bảo hiểm an toàn đường cao tốc (IIHS) là một tổ chức phi lợi nhuận tại Hoa
Kỳ tiến hành nghiên cứu và đưa ra xếp hạng về mức độ an toàn của phương tiện.
Phương pháp đánh giá an toàn của IIHS đánh giá khả năng va chạm, khả năng tránh
và giảm thiểu va chạm của xe cũng như móc ghế trẻ em.
Kiểm tra khả năng va chạm đánh giá mức độ bảo vệ của một chiếc xe đối với người
ngồi trong một vụ va chạm. IIHS tiến hành sáu bài kiểm tra để đánh giá khả năng va
chạm của xe: Va chạm trực diện 1 phần lệch 40%, va chạm trực diện 1 phần nhỏ, va
chạm bên hông, độ bền của mui xe, tựa đầu và ghế ngồi. Các phương tiện hoạt động
tốt trong các thử nghiệm này sẽ được xếp hạng "Good", "Acceptable", "Marginal",
hoặc "Poor" như Hình 2.3.

59. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
27
Hình 2.3: Bảng đánh giá an toàn khung xe được xây dựng bởi IIHS.
Thử nghiệm giảm thiểu và tránh va chạm đánh giá khả năng an toàn khung xe. IIHS
đánh giá hệ thống ngăn ngừa va chạm trực diện của xe thông qua hai bài kiểm tra: Bài
kiểm tra tốc độ thấp 12 dặm/giờ và bài kiểm tra tốc độ cao 25 dặm/giờ. Xe có hệ
thống phòng ngừa va chạm trực diện tiên tiến và hoạt động tốt trong các thử nghiệm
này sẽ được xếp hạng "Superior", "Advanced", và "Basic".
Các phương pháp thử nghiệm sử dụng trên xe tập trung vào vị trí người lái
ngồi và điều khiển [33]. Tổng có 8 điểm nút chuyển động được bố trí trong xe và 9
điểm nút được thiết kế ngay cột A và cột B. Có 4 điểm nằm trong khu vực để chân.
Các điểm nằm ở chỗ để chân, bàn chân trái, bàn đạp trung tâm và bàn chân phải.
Điểm cuối cùng nằm trên bàn đạp phanh như Hình 2.5. Kết quả sau đó được vẽ trên
đồ thị để đánh giá. Các giá trị được đánh giá ở mức Good, Acceptable, Marginal,
Poor.

60. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
28
Hình 2.4: Thiết lập các điểm nút trên mô phỏng đánh giá khả năng an toàn IIHS
2.2 Cơ sở tính toán lý thuyết va chạm
Cơ sở tính toán của lý thuyết va chạm bao gồm các yếu tố chính sau:
Tần số va chạm: Điều này đề cập đến tốc độ mà các hạt chất phản ứng va chạm với
nhau. Tần số va chạm phụ thuộc vào nồng độ của chất phản ứng, tính chất vật lý của
chúng và nhiệt độ.
Sử dụng các yếu tố này, lý thuyết va chạm có thể được sử dụng để tính tốc độ phản
ứng hóa học, cũng như dự đoán ảnh hưởng của sự thay đổi nồng độ, nhiệt độ và các
yếu tố khác đối với tốc độ phản ứng.
Lý thuyết va chạm là một công cụ mạnh mẽ để hiểu và dự đoán các phản ứng hóa
học, và nó đã được sử dụng để nghiên cứu một loạt các hệ thống hóa học. Tuy nhiên,
điều quan trọng cần lưu ý là lý thuyết này dựa trên một số giả định đơn giản hóa và
không phải lúc nào nó cũng có thể dự đoán chính xác hành vi của các hệ thống hóa
học thực. Do đó, nó nên được sử dụng một cách thận trọng và kết hợp với các phương
pháp thực nghiệm và lý thuyết khác.
1-Footrest
2-Left Toepan
3-Center Toepan
4-Right Toepan
5-Brake Pedal
6-Left Instrument
7-Right Instrument
8-A-Pillar (Door)

61. Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
DƯƠNG HẢI ĐĂNG MSSV: 2080509
29
Trường hợp va chạm là thể hiện sự tiếp xúc giữa 2 vật thể có vận tốc và độ cứng,
tạo ra sự biến dạng một phần lượng phần tử hữu hạn khác so với ban đầu ở một
khoảng thời gian rất nhỏ.
Khi va chạm trực diện với một vật thể trực diện cùng với vận tốc hay va chạm vật
tĩnh làm phần đầu xe bị biến dạng do hấp thụ lực va chạm, làm giảm không gian an
toàn của người lái và hành khách trực diện. Khi va chạm cùng lúc người lái và hành
khách văng về trực diện do quán tính, đây là phần túi khí va chạm cần điều chỉnh để
đảm bảo an toàn cho hành khách.
2.2.1 Tính toán động năng khi xe va chạm vật cản
Nghiên cứu va chạm với rào cản là một loại mô phỏng hoặc thí nghiệm liên quan
đến tác động của một vật thể với một rào cản, cố định. Loại nghiên cứu này thường
được tiến hành trong các lĩnh vực như vật lý, kỹ thuật và khoa học vật liệu để hiểu
hành vi của các vật thể trong quá trình va chạm và thiết kế các cấu trúc có thể chịu
được lực tác động.
Trong quá trình nghiên cứu va chạm với rào cản, đối tượng được đề cập thường
được tăng tốc đến một tốc độ nhất định hoặc được thả từ một độ cao nhất định và cho
phép va chạm với tường. Va chạm có thể đàn hồi, trong đó vật thể bật trở lại với cùng
vận tốc và năng lượng, hoặc không đàn hồi, trong đó vật thể biến dạng và mất một
phần năng lượng trong quá trình va chạm.
Hành vi của vật thể trong quá trình va chạm có thể được phân tích bằng nhiều kỹ
thuật khác nhau, chẳng hạn như camera tốc độ cao, cảm biến lực và mô phỏng máy
tính. Những phân tích này có thể cung cấp thông tin về các lực liên quan đến vụ va
chạm, sự biến dạng của vật thể và tường, và kết quả là hư hỏng hoặc tiêu tán năng
lượng.
Nghiên cứu va chạm rào cản được sử dụng trong nhiều ứng dụng, chẳng hạn như
thiết kế rào cản va chạm và thiết bị an toàn, kiểm tra độ bền của vật liệu và tìm hiểu
hành vi của các vật thể trong quá trình va chạm. Kết quả của những nghiên cứu này có
thể được sử dụng để cải thiện độ an toàn và độ tin cậy của các hệ thống khác nhau, từ
phương tiện đến tòa nhà cho đến các thiết bị điện tử.