Nghiên cứu thiết kế cải tiến khung sườn dòng xe Hatchback nhằm nâng cao độ an toàn khi va chạm trực diện.pdf

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
SKC008252
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2023
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THÀNH ĐÔN
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CẢI TIẾN KHUNG SƯỜN
DÒNG XE HATCHBACK NHẰM NÂNG CAO ĐỘ AN TOÀN
KHI VA CHẠM TRỰC DIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THÀNH ĐÔN
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CẢI TIẾN KHUNG SƯỜN DÒNG
XE HATCHBACK NHẰM NÂNG CAO ĐỘ AN TOÀN
KHI VA CHẠM TRỰC DIỆN”
NGÀNH: “KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC -601401”
Hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU
Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 04/2023

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Nguyễn Phụ Thượng Lưu
Nguyễn Thành Đôn MSHV:2080511
i
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & Tên: Nguyễn Thành Đôn Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 28/06/1996 Nơi sinh: Thừa – Thiên Huế
Quê quán: Thừa Thiên Huế Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 61 Trần Thị Diệu, P. Phước Long B, TP. Thủ Đức
Điện thoại cơ quan: 02871012368 Điện thoại nhà riêng: 0969903837
Fax: E-mail: thanhdon2806@gmail.com
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
Đại Học:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 9/2015 đến 9/2019.
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Công Nghệ TP.HCM (HUTECH)
Ngành học: Công Nghệ Kỹ Thuật Ôtô
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế và xây dựng mô hình điều khiển
động cơ Kia Pride.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Tháng 09/ 2019 Trường Đại học
Công Nghệ TP.HCM (HUTECH).
Người hướng dẫn: Ths. Đỗ Nhật Trường
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm
09/2019 đến nay Trường Đại học Công Nghệ TP.HCM Giảng viên thực hành

ii
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 04 năm 2023
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Nguyễn Thành Đôn

iii
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô của khoa cơ khí động lực tại
trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đã hướng dẫn em trong quá trình học tập
tại trường.
Đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Nguyễn Phụ Thượng Lưu – Khoa kỹ thuật Ô
tô – Trường Đại học Văn Lang TP.HCM, đã tận tình giúp đỡ chỉ dạy tạo điều kiện tốt
nhất trong quá trình, cho em để hoàn thành đề tài luận văn cao học này. Thầy đã truyền
đạt những kiến thức quý giá và bổ sung những khuyết điểm trong quá trình em làm luận
văn. Thành đã dành nhiều thời gian hỗ trợ em và hướng dẫn nhiệt tình để em hoàn thành
luận văn.
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 em hoàn thiện nội dung của luận văn.
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 19 tháng 04 năm 2023
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Nguyễn Thành Đôn

iv
TÓM TẮT
Trong những năm gần đây, tình hình trật tự an toàn giao thông trong nước và ngoài
nước có nhiều diễn biến phức tạp, đặc biệt là xe du lịch đang được nhiều người chọn để
làm phương tiện hằng ngày và tránh được những bụi bẩn hay thời tiết thất thường, thêm
vào đó giá thành rẻ, nhưng kèm theo đó cũng nhiều tai nạn thường xảy ra, có nhiều vụ
tai nạn chỉ bị thương nhẹ nhưng cũng có nhiều vụ tai nạn tử vong khi va chạm. Mục tiêu
nghiên cứu phát triển, cải tiến lại khung sườn xe để tăng khả năng hấp thụ năng năng
lượng và giảm sự truyền động tới người lái và khách hàng trong xe, bằng cách phủ
composite lên vật liệu khung sườn xe và có nhiều lỗ giảm ứng suất trên khung sườn phía
trước đầu xe.
Sử dụng phần mềm Catia thiết kế khung sườn xe, sau đó sử dụng phần mềm
HyperMesh để chia lưới và gán các vật liệu lên mô hình và cuối cùng mô phỏng bằng
phần mềm Ls-Dyna để tính toán độ biến dạng và gia tốc. Mô phỏng phần tử hữu hạn
được thực hiện để phân tích và cải tiến khung sườn đầu xe, nhằm đảm bảo xâm nhập vào
không gian an toàn người lái và hàng khách khi va chạm trực diện bằng nhiều tình huống
sau. Va chạm trực diện 100% vào bức tường cứng, Va chạm trực diện 40%, 100% với
các dòng xe Hatchback, SUV, Sendan, MPV với nhiều trường hợp khác nhau về tốc độ
va chạm. Với kết quả sau khi mô phỏng, thu được cho thấy khung sườn xe tăng khả năng
hấp thụ năng lượng và giảm tổn thương của người lái và hàng khách trong xe mà không
trang bị hệ thống hỗ trợ an toàn so với ban đầu. Từ kết quả đó có thể đề xuất nhà máy
sản xuất cải tiến lại dòng xe Hatchback và kiểm tra thực nghiệm.

i
ABSTRACT
In recent years, the situation of traffic order and safety in the country and outside
has complicated developments, especially passenger cars are being chosen by many
people as a daily means of transport and to avoid dust or dirt. Erratic weather, in addition
to low prices, also causes many accidents often occur, there are many accidents with
only minor injuries but there are also many fatal accidents in collisions. The goal of
research, development, and improvement of the chassis is to increase energy absorption
and reduce transmission to the driver and customers in the car, by coating the composite
on the chassis material and having many holes. Reduce the stress on the front frame of
the vehicle.
Using Catia software to design the chassis, then using HyperMesh software to mesh
and assign materials to the model, and finally simulating with Ls-Dyna software to
calculate deformation and acceleration. Finite element simulation is carried out to
analyze and improve the front-end frame, to ensure that the driver and passenger's safe
space is penetrated in the event of a frontal collision by the following situations. Frontal
collision 100% against a hard wall, Frontal collision 40%, 100% with Hatchback, SUV,
Sedan, MPV models with many different cases of collision speed. With the results after
simulation, it was obtained that the chassis of the vehicle increased its ability to absorb
energy and reduced the injuries of the driver and passengers in the vehicle without a
safety support system compared to the original. From that result, it is possible to
recommend the factory improve the Hatchback line and test it experimentally.

i
MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC .....................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ iii
TÓM TẮT .......................................................................................................................iv
ABSTRACT......................................................................................................................i
MỤC LỤC.........................................................................................................................i
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT............................................................................vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG...........................................................................................vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH .......................................................................................... viii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN.......................................................................................1
1.1 Đặt Vấn Đề ...........................................................................................................1
1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước..................................................2
1.2.1 Nghiên cứu ngoài nước................................................................................2
1.2.2 Nghiên cứu trong nước ................................................................................7
1.3 Thống kê các vụ tai nạn trong nước và ngoài nước..............................................9
1.3.1 Các vụ tai nạn trong nước............................................................................9
1.3.2 Các vụ tai nạn ngoài nước .........................................................................11
1.4 Tính Cấp thiết của đề tài.....................................................................................13
1.5 Mục tiêu đề tài ....................................................................................................13
1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................14
1.7 Nội dung và phương pháp nghiên cứu................................................................14

ii
1.7.1 Nội dung nghiên cứu..................................................................................14
1.7.2 Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................14
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................................16
2.1 Tiêu chuẩn đánh giá an toàn Châu Âu và Châu Á..............................................16
2.1.1 Tiêu chuẩn đánh giá an toàn châu Âu (Euro Ncap)...................................16
2.1.2 Tiêu chuẩn đánh giá an toàn Châu Á (Asean Ncap)..................................19
2.1.3 Tiêu chuẩn đánh giá an toàn Global Ncap.................................................21
2.2 Cơ sở lý thuyết va chạm .....................................................................................23
2.2.1 Quan hệ chuyển động của hai xe khi va chạm ..........................................23
2.2.2 Định lí Kelvin về va chạm tổng hợp và năng lượng hấp thụ.....................27
2.2.3 Tổng năng lượng hấp thụ va chạm [22].....................................................28
2.2.4 Năng lượng va chạm hấp thụ [22] .............................................................30
2.2.5 Va chạm không đúng tâm [22] ..................................................................32
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ..............................................36
3.1 Kết cấu và phương pháp tính ..............................................................................36
3.1.1 IIHS xếp hạng hiệu suất kết cấu ................................................................36
3.2 Mô hình các dòng xe va chạm ............................................................................38
3.2.1 Mô hình dòng xe Hatchback......................................................................38
3.2.2 Mô hình dòng xe Sedan .............................................................................40
3.2.3 Mô hình dòng xe SUV...............................................................................42
3.2.4 Mô hình dòng xe MPV ..............................................................................45
3.2 Khảo sát chiều cao khung sườn xe .....................................................................47
3.3 Phần mềm Catia ..................................................................................................49
3.4 Phần mềm Altair HyperWorks ...........................................................................50

iii
3.4.1 Sơ lược về phần mềm Altair HyperWorks ................................................50
3.4.2 Phần mềm chia lưới HyperMesh ...............................................................51
3.5 Mô phỏng va chạm trên phần mềm Ls-Dyna .....................................................53
3.5.1 Phần mềm Ls-Dyna ...................................................................................53
3.5.2 LS-POST....................................................................................................53
3.6 Thiết lập các trường hợp mô phỏng giữa dòng xe Geo Metro với các dòng xe khác
với các tốc độ khác nhau............................................................................................56
3.6 Mô hình mô phỏng va chạm trực diện 100% giữa xe Geo Metro với xe các dòng
xe khác ở tốc độ 64km/h, 56km/h với nhiều trường hợp khác nhau .........................58
3.6.1 Mô phỏng va chạm trực diện 100% hai dòng xe Hatchback cùng tốc độ 64
km/h.........................................................................................................................58
3.6.2 Mô phỏng va chạm trực diện 100% xe Geo Metro với xe Toyota Yaris ở
cùng tốc độ 56 km/h................................................................................................60
3.6.3 Mô phỏng va chạm trực diện 100% giữa dòng xe Geo Metro với xe Ford
Explorer ở cùng tốc độ 56 km/h..............................................................................63
3.6.4 Mô phỏng va chạm trực diện 100% giữa dòng xe Geo Metro với xe Dodge
Grand Caravan ở cùng tốc độ 56 km/h ...................................................................66
3.7 Mô hình mô phỏng va chạm trực diện 100% giữa dòng xe Hatchback đứng yên
với các dòng xe khác ở tốc độ 64km/h ......................................................................69
3.7.1 Mô phỏng sự chạm trực diện 100% xe Geo Metro đang đạt tốc độ 64 km/h
với xe Geo Metro đứng yên ..................................................................................69
3.7.2 Mô phỏng va chạm trực diện 100% xe Geo Metro đứng yên với xe Toyota
Yaris đang ở tốc độ 64 km/h ...................................................................................72
3.7.3 Mô phỏng va chạm trực diện 100% dòng xe Hatchback đứng yên với dòng
xe SUV đang ở tốc độ 64 km/h...............................................................................75

iv
3.7.4 Mô phỏng va chạm trực diện 100% dòng xe Hatchback đứng yên với dòng
xe MPV đang ở tốc độ 64 km/h ..............................................................................78
3.8 Mô hình mô phỏng dòng xe Hatchback ở tốc độ 64 km/h va chạm với các dòng
xe khác ở tốc độ 40 km/h...........................................................................................81
3.8.1 Mô phỏng va chạm trực diện 100% hai dòng xe Hatchback ở hai tốc độ khác
nhau.........................................................................................................................81
3.8.2 Mô phỏng va chạm trực diện 100% một dòng xe Hatchback đang tốc độ 64
km/h với một dòng xe Sedan đang tốc độ 40 km/h.................................................84
km/h với một dòng xe SUV đang tốc độ 40 km/h ..................................................87
km/h với một dòng xe MPV đang tốc độ 40 km/h..................................................90
3.9 Mô hình mô phỏng dòng xe Hatchback va chạm trực diện 40% với dòng xe khác
ở cùng tốc độ 64 km/h ...............................................................................................93
3.9.1 Mô phỏng va chạm trực diện 40% giữa hai dòng xe Hatchback ở cùng tốc
độ 64 km/h...............................................................................................................93
3.9.2 Mô phỏng va chạm trực diện 40% dòng xe Hatchback với sedan ở cùng tốc
độ 64 km/h...............................................................................................................98
3.9.3 Mô phỏng va chạm trực diện 40% dòng xe Hatchback với SUV ở cùng tốc
độ 64 km/h.............................................................................................................103
3.10 Kết luận sau va chạm các dòng xe và cải tiến khung sườn ............................108
3.10.1 Kết luận sau va chạm dòng xe Hatchback trong phần tử hữu hạn (FE) 108
3.10.2 Khảo sát cải tiến dòng xe Hatchback ngoài nước..................................109
3.10.3 Thiết kế khung sườn sau cải tiến dòng xe Hatchback ...........................112

v
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SAU KHI CẢI TIẾN KHUNG SƯỜN XE
115
4.1 Kết quả mô phỏng va chạm trực diện sau khi cải tiến khung sườn xe ....115
4.2 Kết quả mô phỏng sau cải tiến dưới dạng đồ thị vận tốc.........................125
4.3 Kết quả mô phỏng sau cải tiến dưới dạng đồ thị gia tốc .........................128
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................131
5.1 Kết luận....................................................................................................131
5.2 Kiến nghị..................................................................................................131
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................133

vi
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
GTVT: Giao thông vận tải
TNGT: Tai nạn giao thông
NCAP: New Car Assessment Performance (Hiệu suất đánh giá ô tô mới)
IIHS: Insurance Institute for Highway Safety (Viện bảo hiểm an toàn đường cao tốc)
CFRP: nhựa gia cố sợi cacbon
CAE: Computer Aided Engineering (Kỹ thuật hỗ trợ máy tính)
SOFI: Small-overlap frontal impact (Tác động phía trước nhỏ chồng lên nhau)
NHTSA: National Highway Traffic Safety Administration (Cục quản lý an toàn
giaothông quốc gia đường cao tốc)
NCAC: National Crash Analysis Center (Trung tâm phân tích va chạm quốc gia)
VAMA: Vietnam Automobile Manufacturers Association ( Hiệp hội các nhà sản xuấtô
tô Việt Nam)

vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các vật liệu sử dụng thí nghiệm [8] ................................................................4
Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật dòng xe Hatchback ..........................................................14
Bảng 2.1: Va xe giữa 2 xe chạy cùng chiều nhau..........................................................24
Bảng 2.2: Va chạm giữa 2 xe mà xe B đứng yên...........................................................24
Bảng 2.3: Va chạm giữa 2 xe chạy ngược chiều nhau...................................................25
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật Toyota Yaris ....................................................................40
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật Ford Explorer...................................................................43
Bảng 3.3: Chi tiết khung sườn phía trước bảo vệ an toàn người ngồi trong xe...........113
Bảng 3.4: Bảng chi tiết vật liệu cho khung sườn .........................................................114

viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1: Thống kê bán hàng dòng xe Hatchback giai đoạn 2015-2016.......................10
Hình 1.2: Thống kê các vụ tai nạn giao thông giai đoạn 2011-2020.............................11
Hình 1.3: Thống kê các vụ tai nạn tử vong giai đoạn 2010-2019..................................12
Hình 1.4: Phân phối các vụ va chạm theo điểm tác động ..............................................13
Hình 1.5: Mô hình dòng xe Hatchback..........................................................................14
Hình 2.1: Thử nghiệm va chạm trực diện phía trước 40% với vận tốc 64 km/h ...........17
Hình 2.2: Thử nghiệm va chạm bên hông với vận tốc 50 km/h.....................................17
Hình 2.3: Thử nghiệm va chạm bên hông với vật nhọn vận tốc 29 km/h......................18
Hình 2.4: Thực nghiệm va chạm với người đi bộ..........................................................18
Hình 2.5: Tiêu chuẩn đánh giá an toàn ô tô ASEAN NCAP [35] .................................19
Hình 2.6: Va chạm trực diện vật thể chuyển động [35].................................................20
Hình 2.7: Va chạm trực diện với vật thể cứng [35] .......................................................20
Hình 2.8: Tiêu chuẩn đánh giá an toàn Global Ncap [36] .............................................21
Hình 2.9: chạm chồng chéo bên phải với tốc độ 64 km/h [36]......................................22
Hình 2.10: Tiêu chuẩn đánh giá va chạm bên hông [36] ...............................................23
Hình 2.11: Hai xe chuyển động trên trục Ox .................................................................24
Hình 2.12: Biến thiên vận tốc ........................................................................................29
Hình 2.13: Va chạm hấp thụ giữ 2 xe ............................................................................30
Hình 2.14: Va chạm không đúng tâm ............................................................................32
Hình 2.15: Gia tốc của xe A...........................................................................................33
Hình 3.1: Đánh giá sự xâm nhập người ngồi trong xe theo tiêu chuẩn IIHS ................37

ix
Hình 3.2: Biểu đồ đánh giá sự xâm nhập người ngồi trong xe của IIHS.......................37
Hình 3.3: Mô hình phần tử hữu hạn của Geo Metro......................................................38
Hình 3.4: So sánh sự va chạm trực diện giữa mô hình thực tế và mô hình phần tử hữu
hạn tốc độ 56,16 km/h....................................................................................................38
Hình 3.5: So sánh biểu đồ va chạm trực diện giữa mô hình thực tế với mô hình phần tử
hữu hạn Geo Metro ........................................................................................................39
Hình 3.6: Mô hình phần tử hữu hạn của một chiếc xe Toyota Yaris.............................40
hạn thời gian diễn ra 0.15s .............................................................................................41
Hình 3.8: So sánh gia tốc va chạm trực diện giữa mô hình thực tế với mô hình phần tử
hữu hạn Toyota Yaris.....................................................................................................42
Hình 3.9: Mô hình phần tử hữu hạn của Ford Explorer.................................................42
hữu hạn Ford Explorer ...................................................................................................44
Hình 3.12: Mô hình phần tử hữu hạn Dodge Grand Caravan........................................45
hữu hạn Dodge Grand Caravan......................................................................................47
Hình 3.15: Chiều cao khung sườn xe Geo Metro và Toyota Yaris................................48
Hình 3.16: Chiều cao khung sườn xe Ford Explorer và Dodge Grand Caravan ...........48
Hình 3.17: Chiều ngang khung sườn xe Geo Metro và Toyota Yaris ...........................49

x
Hình 3.18: Chiều ngang khung sườn xe Ford Explorer và Dodge Grand Caravan .......49
Hình 3.19: Giao diện phần mềm Catia...........................................................................50
Hình 3.20: Phần mềm Altair HyperWorks 2021............................................................51
Hình 3.21: Giao diện phần mềm Altair HyperWork 2021.............................................51
Hình 3.22: Giao diện chuyển mô hình từ phần mềm Catia tới HyperMesh ..................52
Hình 3.23: Công cụ chia lưới trên phần mềm HyperMesh............................................52
Hình 3.24: Giao diện phần mền Ls-Dyna ......................................................................53
Hình 3.25: Thanh công cụ chính trên phần mềm...........................................................54
Hình 3.26: Giao diện chính Ls-Prepost..........................................................................54
Hình 3.27: Giao diện cài đặt chạy chương trình mô phỏng...........................................55
Hình 3.28: Giao diện sau khi chạy xong chương trình ..................................................55
Hình 3.29: Giao diện xuất biểu đồ .................................................................................56
Hình 3.30: Va chạm trực diện hai dòng xe Geo Metro ở tốc độ 64 km/h .....................58
Hình 3.31: Quá trình va chạm dòng xe giữa hai dòng xe Hatchback va chạm trực diện
cùng tốc độ 64 km/h.......................................................................................................59
Hình 3.32: Năng lượng va chạm trực diện 100% giữa 2 xe Geo Metro ở tốc độ 64 km/h
........................................................................................................................................60
Hình 3.33: Va chạm trực diện 100% Geo Metro với Toyota Yaris cùng tốc độ 56 km/h
........................................................................................................................................61
Hình 3.34: Quá trình phỏng va chạm trực diện 100% Geo Metro với Toyota Yaris ở cùng
tốc độ 56 km/h................................................................................................................62
Hình 3.35: Năng lượng va chạm trực diện 100% giữa hai xe ở cùng tốc độ 56km/h....63
Hình 3.36: Mô phỏng va chạm trực diện 100% xe Geo Metro với Ford Explorer ở cùng
tốc độ 56 km/h................................................................................................................64

xi
Hình 3.37: Quá trình phỏng va chạm trực diện 100% xe Geo Metro với dòng xe SUV ở
cùng tốc độ 56 km/h.......................................................................................................65
Hình 3.38: Năng lượng va chạm trực diện 100% giữa hai xe ở cùng tốc độ 56km/h....66
Hình 3.39: Va chạm trực diện 100% giữa xe Geo Metro và Dodge Grand Caravan ở cùng
tốc độ..............................................................................................................................67
Hình 3.40: Mô phỏng quá trình va chạm trực diện giữa xe Geo Metro với Dodge Grand
Caravan ở cùng tốc độ 56 km/h .....................................................................................68
Hình 3.41: Năng lượng va chạm trực diện 100% giữa Geo Metro với Dodge Grand
Caravan ở cùng tốc độ 56km/h ......................................................................................69
Hình 3.42: Mô phỏng sự chạm trực diện một xe đang đạt tốc độ 64 km/h với một xe đứng
yên..................................................................................................................................70
Hình 3.43: Quá trình va chạm trực diện 100% giữa một xe ở tốc độ 64km/h và một xe
đang đứng yên ................................................................................................................71
Hình 3.44: Năng lượng va chạm giữa xe đứng yên và xe đang ở tốc độ 64 km/h.........72
Hình 3.45: Va chạm trực diện 100% dòng xe Geo Metro đứng yên với xe Toyota Yaris
đang ở tốc độ 64 km/h....................................................................................................73
Hình 3.46: Quá trình va chạm chạm trực diện 100% dòng xe Hatchback đứng yên với
dòng xe Sedan đang ở tốc độ 64 km/h ...........................................................................74
Hình 3.47: Năng lượng va chạm giữa Geo Metro đứng yên và Toyota Yaris ở tốc độ
64km/h............................................................................................................................75
Hình 3.48: Mô phỏng va chạm trực diện 100% dòng xe Hatchback đứng yên với dòng
xe SUV đang ở tốc độ 64 km/h......................................................................................76
Hình 3.49: Quá trình va chạm chạm trực diện 100% dòng xe Hatchback đứng yên với
dòng xe SUV đang ở tốc độ 64 km/h.............................................................................77

xii
Hình 3.50: Năng lượng va chạm giữa Geo Metro đứng yên và Ford Explorer ở tốc độ
64km/h............................................................................................................................78
Hình 3.51 Mô phỏng va chạm trực diện 100% Geo Metro đứng yên với Dodge Grand
Caravan đang ở tốc độ 64 km/h .....................................................................................79
Hình 3.52: Mô phỏng va chạm trực diện 100% Geo Metro đứng yên với Dodge Grand
Caravan đang ở tốc độ 64 km/h .....................................................................................80
Hình 3.53: Năng lượng va chạm giữa Geo Metro đứng yên và Dodge Grand Caravan
đang ở tốc độ 64 km/h....................................................................................................81
Hình 3.54: Mô phỏng sự va chạm trực diện 100% giữa hai xe ở hai tốc độ khác nhau 82
Hình 3.55: Quá trình va chạm trực diện 100% giữa hai xe ở hai tốc độ khác nhau ......83
Hình 3.56: Năng lương va chạm giữa xe đang ở tốc độ 64 km/h và 40 km/h ...............84
Hình 3.57: Mô phỏng lại va sự chạm trực diện 100% dòng xe Hatchback đang tốc độ 64
km/h với dòng xe Sedan đang tốc độ 40 km/h...............................................................85
Hình 3.58: Quá trình va sự chạm trực diện 100% một dòng xe Hatchback đang tốc độ 64
km/h với một dòng xe Sedan đang tốc độ 40 km/h........................................................86
Hình 3.59: Năng lương va chạm giữa Geo Metro với Toyota Yaris ở tốc độ 64 km/h và
40 km/h...........................................................................................................................87
Hình 3.60: Mô phỏng lại va sự chạm trực diện 100% dòng xe Hatchback đang tốc độ 64
km/h với dòng xe SUV đang tốc độ 40 km/h.................................................................88
Hình 3.61: Quá trình va sự chạm trực diện 100% một dòng xe Hatchback đang tốc độ 64
km/h với một dòng xe SUV đang tốc độ 40 km/h .........................................................89
Hình 3.62: Năng lượng va chạm giữa Geo Metro với Ford Explorer ở tốc độ 64 km/h và
40 km/h...........................................................................................................................90
Hình 3.63: : Mô phỏng lại va sự chạm trực diện 100% Geo Metro đang tốc độ 64 km/h
với Dodge Grand Caravan đang tốc độ 40 km/h............................................................91

xiii
Hình 3.64: Quá trình va sự chạm trực diện 100% Geo Metro đang tốc độ 64 km/h với
Dodge Grand Caravan đang tốc độ 40 km/h..................................................................92
Hình 3.65: Năng lượng va chạm giữa Geo Metro đang tốc độ 64 km/h với Dodge Grand
Caravan đang tốc độ 40 km/h.........................................................................................93
Hình 3.66: Mô phỏng va chạm trực diện chiếm 40% giữa hai dòng xe Hatchback ở cùng
tốc độ 64 km/h................................................................................................................94
Hình 3.67: Quá trình va chạm trực diện 40% hai dòng xe Hatchback ở cùng tốc độ 56
km/h................................................................................................................................97
Hình 3.68: Năng lượng va chạm 40% giữa hai xe Geo Metro ở tốc độ 56 km/h ..........98
Hình 3.69: Mô phỏng va chạm trực diện 40% dòng xe Hatchback với sedan ở cùng tốc
độ 64 km/h......................................................................................................................98
Hình 3.70: Quá trình va chạm trực diện 40% dòng xe Hatchback và dòng xe Sedan đang
ở cùng tốc độ 56km/h...................................................................................................102
Hình 3.71: Năng lượng va chạm 40% xe Geo Metro với Toyota Yaris ở tốc độ 56 km/h
......................................................................................................................................102
Hình 3.72:Mô phỏng va chạm trực diện 40% dòng xe Hatchback với SUV ở cùng tốc độ
56 km/h.........................................................................................................................103
Hình 3.73: Quá trình va chạm trực diện 40% dòng xe Hatchback và dòng xe SUV đang
ở cùng tốc độ 56km/h...................................................................................................107
Hình 3.74: Năng lượng va chạm 40% xe Geo Metro với Ford Explorer ở tốc độ 56 km/h
......................................................................................................................................108
Hình 3.75: Biến dạng khung sườn phía trước dòng xe Hatchback..............................109
Hình 3.76: Biến dạng màng ngăn bảo vệ người lái trong xe .......................................109
Hình 3.77: Thay đổi vật liệu Thép nhôm AA6061-T6 [14].........................................110
Hình 3.78 Thay đổi vật liệu hợp kim nhôm AA5182 [38] ..........................................110

xiv
Hình 3.79: Thay đổi vật liệu thép composite [8] .........................................................111
Hình 3.80 So sánh sự khác nhau ống vuông [17] ........................................................111
Hình 3. 81: Thiết kế khung sườn củng cố phía trước (Top view)................................112
Hình 3. 82: Thiết kế khung sườn củng cố phía trước (Left view) ...............................113
Hình 3.83: Biểu đồ vận tốc dòng xe Geo Metro va chạm trực diện 100% với các dòng xe
khác ở tốc độ 64 km/h, 56 km/h...................................................................................125
Hình 3.84: Biểu đồ vận tốc dòng xe Geo Metro đang ở tốc độ va chạm trực diện 100%
với dòng xe khác ở tốc độ 40 km/h..............................................................................126
Hình 3.85: Biểu đồ vận tốc va chạm chồng chéo 40% trực diện giữa dòng xe Geo Metro
với các dòng xe khác ở tốc độ 64 km/h........................................................................127
Hình 3.86: Biểu đồ gia tốc dòng xe Geo Metro va chạm trực diện 100% với các dòng xe
khác ở tốc độ 64 km/h, 56 km/h...................................................................................128
Hình 3.87: Biểu đồ gia tốc dòng xe Geo Metro đang ở tốc độ va chạm trực diện 100%
với dòng xe khác ở tốc độ 40 km/h..............................................................................129
Hình 3.88: Biểu đồ gia tốc va chạm chồng chéo 40% trực diện giữa dòng xe Geo Metro
với các dòng xe khác ở tốc độ 64 km/h........................................................................130

1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Đặt Vấn Đề
Hiện nay, mỗi năm tại Việt Nam có không biết bao nhiêu 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 cấp bách hơn bao giờ hết, không
chỉ là vấn đề của một cá nhân nữa mà là vấn đề của mọi gia đình, mọi quốc gia.
Đặc biệt hơn những con số người chết vì tai nạn giao thông theo từng giờ, từng
ngày đã lên đến mức báo động vì vậy, phải đặt ra vấn đề an toàn giao thông cho tất cả
chúng ta để có thể giảm thiểu được những con số đáng báo động. Ngày nay, các nhà sản
xuất ô tô luôn cố gắng hoàn thiện khung kết cấu khung sườn xe, trang bị nhiều thiết bị
an toàn như hệ thống túi khí nhằm giảm thiểu mức độ chấn thương cho người ngồi trong
xe nếu xảy ra va chạm, thiết bị bảo hộ dây đai an toàn giúp giữ chặt khi xe dừng đột ngột
và hạn chế chấn thương, hệ thống túi khí sẽ giảm thiểu hạn chế chấn thương nghiêm
trọng, hệ thống phanh ABS (Anti-lock Brake System) có tính năng ngăn chặn hãm cứng
bánh xe trong những tình huống khẩn cấp cần giảm tốc…. Dù đã thực hiện các biện pháp
đảm bảo an toàn tốt nhất, nhưng các nhà sản xuất ô tô cũng phải thừa nhận rằng sự bảo
vệ này không thể hoàn hảo 100%.
Theo sự thống kê, văn phòng bộ công an và cục hàng hải Việt Nam và văn phòng
ủy ban an toàn giao thông quốc gia tổng hợp, báo cáo tai nạn giao thông [1] (TNGT)
tháng 8 đầu năm 2020. Toàn quốc xảy ra 9.170 vụ tai nạn giao thông, làm chết 4.342
người, bị thương 6.727 người. Trong đó các vụ có tính chất nghiêm trọng đối với xe ô tô
con loại dòng xe hacthback xảy ra tai nạn và va chạm trực diện làm 2 người trong xe tử
vong. Khoảng 20h20 ngày 27/10/2020, tại QL3 thuộc tổ 3, phường Xuất Hóa, TP. Bắc
Kạn, tỉnh Bắc Kạn xảy ra vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng giữa ô tô con và xe đầu
kéo khiến 2 người tử vong. Tại hiện trường vụ tai nạn, phần đầu ô tô con bị biến dạng,

2
hư hỏng hoàn toàn, người lái xe tử vong ngay trên ghế lái. Người ngồi cạnh bị thương
nặng và mắc kẹt trong cabin [2].
Với sự thiết kế một khung sườn xe để tăng khả năng hấp thụ sẽ giảm tối thiểu các
vụ tai nạn đáng tiết xảy ra. Khi xảy ra các vụ tai nạn chạm trực diện thì toàn bộ lực tác
động lên phần đầu khung sườn và làm cho khung sườn biến dạng rất nhiều ảnh hưởng
đến tính mạng con người. Đây là một vấn đề được nhiều người quan tâm hiện nay. Trên
cơ sơ đó, tôi chọn đề tài này nhằm mục đích cải tiến khung sườn dòng xe du lịch khi va
chạm trực diện nhằm giảm sự nguy hiểm đến người lái và hàng khách trong xe.
1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước
1.2.1 Nghiên cứu ngoài nước
Jacob cùng với các cộng sự [3] thiết kế một hệ thống hấp thụ năng lượng va chạm,
khắc phục được nhược điểm của tất cả các hệ thống trong quá trình va chạm trực diện
và bảo vệ những người ngồi trong xe bằng cách sử dụng đầu thuỷ lực được đặt bên trong
xi lanh sẽ được điều áp để hấp thụ năng lượng. Mô hình được thử nghiệm với ba tốc độ
khác nhau 20, 30, 50 km/h và cho ra kết quả cho thấy rằng bức tường nhận được các
mảng vỡ xung quanh nhưng không thiệt hại về phương tiện.
Ahamed [4] cùng với cộng sự nghiên cứu phuộc giảm chấn khi va chạm trực tiếp
nhằm hấp thụ năng lượng và giảm sự thiệt hại về phương tiện, an toàn khách hàng. Tác
giả dựa vào rung động được bắt giữ bằng cách kiểm soát cường độ của từ trường. Rung
động tạo ra khi va chạm là bị từ trường hấp thụ một phần và còn lại do tác dụng của lò
xo ở. Mục đích hấp thụ từ 20 tới 50 lần nhờ cường độ chất lỏng so bộ giảm chấn của xe
được lắp đặt bằng bộ cản thông thường.
Natarajan cùng với cộng sự [5] thiết kế cải tiến cản của cản xe để tác động ở tốc độ
thấp tránh được một số trường hợp không may khi tình huống không thể tránh khỏi thì
rất có thể xảy ra va chạm bị chụp bởi các cản của xe. Cản cũng giúp cung cấp năng lượng
hấp thụ trong các tác động tốc độ cao và được xây dựng trên mô hình hữu hạn thêm vào

3
đó tác giả sử dụng nhiều phương pháp, chọn ra một mô hình là tăng độ dày của biên dạng
lên 2.5mm cho ra kết quả rằng có khả năng chụi được tác động và an toàn cho bộ tải
nhiệt, các bộ phận phía trước.
Tanlak với cộng sự [6] mô phỏng va chạm độ lệch 40% với tốc độ 64 km/h vào rào
cản cứng nhắc bằng phương pháp phần tử hữu hạn nhằm mục đích cải thiện đáng kể về
khả năng chống va chạm của chùm cản. Bài kiểm tra được đánh giá bởi Euro Ncap, IIHS,
kết cho cho thấy cải thiện đáng kể hấp thụ năng lượng biến dạng khoảng 16% so với một
số cản đang sử dụng hiện nay. Khả năng chống va chạm ở tốc độ thấp cũng được cải
thiện.
Godara và cộng sự [7] phân tích cản trước của xe bằng cách sử dụng vật liệu sợi
carbon composite nhằm tăng sự hấp thụ năng lượng khi va chạm và bảo vệ sự an toàn
khách hàng trong xe. Tác giả thử nghiệm va đập vuông góc trực diện ở tốc độ thấp 10,
20, 30 km/h với sự trợ giúp phần mềm phần tử hữu hạn HyperMesh. Kết quả cho thấy
rằng vật liệu sợi composite có khả năng hấp thụ năng lượng lên tới 60% so với cản thép
thông thường.
Schmido với cộng sự [8] nghiên cứu về phản ứng lực và năng lượng của vật liệu
chùm composite nhằm mục đích bảo vệ tính mạng người ngồi trong xe và giảm tối thiểu
các chi tiết bị hư hỏng trên xe. Tác giả mô phỏng nhiều trường hợp khác nhau nhưng sử
dụng vật liệu giống nhau, một vật liệu phù hợp với vật liệu ô tô với chiều dài 170mm,
đường kính trong 70mm nhưng chỉ khác nhau là các mẫu vật liệu có nhiều lỗ được thể
hiện ở bảng 1.1. Mỗi mẫu thử được thử nghiệm ở dạng thẳng đứng được nén giữa hai
mặt phẳng. Kết quả thu được so sánh với kết quả từ phân tích phần tử hữu hạn, cho thấy
rằng lực tác động lên vật liệu có biến dạng phần đầu và có thể hấp thụ năng lượng khi va
chạm.

4
Bảng 1.1: Các vật liệu sử dụng thí nghiệm [8]
Bouchet và cộng sự [9] nghiên cứu hành vi nghiền nát và ảnh hưởng của việc xử
lý bề mặt đối với một hợp kim nhôm trước đây liên kết bằng composite cacbon / epoxy.
Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng nhôm được bảo vệ composite có mức độ hấp thụ năng
lượng tăng 30% so với ống nhôm không có lớp bảo vệ composite.
Zhang và cộng sự [10] nghiên cứu thực nghiệm và số học về hiệu suất hấp thụ năng
lượng của CFRP/ ống vuông lại chụi tải dọc trục để giảm sự hấp thụ năng lượng khi va
chạm, giá thành chi phí thấp hơn và thiết kế nhẹ hơn so với vật liệu kim loại truyền thống.
Tác giả thiết kế một đường ống vuông lai 250mm chiều dài độ dày 2.2mm và thí nghiệm
nhiều trường hợp nhưng vật liệu giống nhau chỉ vác các góc vuông thành nhiều phần 00
,
300
, 450
, 600
, 900
. Kết quả cho thấy rằng ống vuông với góc đơn 00
và 450
dường như
tải chụi dọc trục tốt hơn so với ống vuông với góc khác, thêm vào đó khả năng hấp thụ
năng lượng các ống vuông đã được cải thiện 11% so với ống nhôm nguyên chất.

5
Reddy với các cộng sự [11] nghiên cứu cải thiện đặc điểm hấp thụ năng lượng làm
giảm các độ lớn của các lực và bảo vệ an toàn người trong xe, sử dụng công cụ Ls-Dyna
để mô phỏng sự hấp thụ năng lượng các cột dạng hình hộp được vách mỏng 12 góc cạnh
khác nhau. Tác giả mô phỏng sự va chạm trực diện khi gắn hộp hình vuông được vách
12 góc cạnh, cho ra kết quả cho thấy rằng năng lượng hấp thụ ngay cả trong trường hợp
xấu nhất so với cột vuông thông thường. Vì vậy thiết kế này có tiềm năng lớn để cải
thiện và bảo vệ an toàn cho người lái, hàng khách trước các tình huống va chạm nghiêm
trọng.
Reichert với cộng sự [12] mô phỏng mô hình phần tử hữu hạn xe Toyota Camry
2012 va chạm nhiều tốc độ khác nhau kết hợp với trung tâm phân tích và an toàn va
chạm (CCSA). Tác giả sử dụng phần mềm Ls-Dyna dùng để mô phỏng nhiều tốc độ
khác nhau bao gồm 56 km/h, 40 km/h vào bức tường cứng, 50 km/h, 90 km/h rào cản
biến dạng xiên tác động trực diện vào bên trái… cùng với mô phỏng thực tế với một
chiếc xe Toyota Camry 2012. Kết quả và mô phỏng cho thấy rằng đã đạt được đối với
các đường tải trong quan sát và các biến dạng. Phương tiện động học và xung va chạm
cho thấy mức độ tương quan cao.
Lui với cộng sự [13] phân tích mô phỏng va chạm phía trước bằng phương pháp
phần tử hữu hạn, được xây dựng bằng phần mềm HyperMesh và phần mềm Ls-Dyna để
tính toán độ biến dạng và gia tốc. Tác giả mô phỏng sự va chạm với vận tốc đặt ra là 50
km/h với thời gian va chạm 120ms. Kết quả mô phỏng sau khi tăng độ dày dầm dọc phía
trước có khả năng hấp thụ năng lượng lên tới 23,7% so với dầm dọc chưa được cải tiến
sẽ bảo vệ an toàn của hành khách phía trước.
Sequeira với cộng sự [14] đánh giá, mô tả đặc tính của xung va chạm đối với trực
diện va chạm với các tình huống va chạm chồng chéo khác nhau, nghiên cứu này mô tả
các nguyên nhân gây ra thương tích cho người ngồi trong vụ va chạm, xung đột. Kết quả
mô phỏng với vận tốc tiếp cận 64 km/h với các điều kiện chồng chéo khác nhau, được

6
phát triển bởi Trung tâm phân tích và va chạm và an toàn, đại học George Mason và
được cung cấp miễn phí để sử dụng cho nghiên cứu.
Evin cùng với cộng sự [14] so sánh tính chất biến dạng của tấm thép của thân xe.
Tác giả mô phỏng sự va chạm trực diện với các thí nghiệm vật liệu thép như sau: hot
deep galvanized extra deep drawing quality steel sheet (A), hot deep galvanized
microalloyed steel sheet (B), hot deep galvanized TRIP steel sheet (C), austenitic (D)
and duplex stainless steels (E). Kết quả cho thấy vật liệu D có khả năng biến dạng tốt
hơn 10% so với vật liệu tiêu chuẩn A khi va chạm phía trước dó đó khả năng hấp thụ
động năng lượng nên tăng khả năng an toàn trong xe.
Zhou cùng với cộng sự [16] nghiên cứu về độ tin cậy trên thanh ray phía trước hình
chữ S được làm bằng vật liệu thép – nhôm, để giảm lực tác động cực đại đồng thời tăng
khả năng hấp thụ. Bằng cách hợp kim nhôm kết hợp với thép cường độ (AHSS) kết quả
thấy rằng có thể có thể giảm lực va chạm cực đại do đó trong lượng của thanh ray S
đường phía trước được cải tiến đáng kể.
Mohsenizadeh với cộng sự [17] Đánh giá mức độ nứt vỡ của ống chứa đầy bọt
auxetic bên dưới tải dọc trục gần như tĩnh, tác giả sử dụng ba cấu trúc khác nhau: các
ống vuông rỗng (c), ống vuông rỗng chứa đầy bọt thông thường (CFFST) và ống vuông
chứa đầy bọt auxetic (AFST), đã được so sánh và kiểm tra liên quan đến các chế độ biến
dạng và đường cong tải trọng - chuyển vị. Kết quả cho thấy rằng ống vuông chứa đầy
bọt auxetic vượt trội hơn so với các ống vuông chứa đầy bọt rỗng và thông thường xét
về tất cả các chỉ số về mức độ va chạm.
Qua những phần tổng quan những bài báo ngoài nước, tất cả các bài báo thể hiện
rất rõ các vấn đề nghiên cứu. Trong đó bài báo [3-4] tăng sự hấp thụ năng lượng khi va
chạm trực diện, nhằm bảo về người lái và khoan hàng khách trong xe bằng cách thiết kế
lo xo giảm chấn, nhưng chưa áp dụng mô phỏng thực tế và chưa cho thấy được mức độ
chụi va đập người ngồi trong xe. Bài báo [5-7] phân tích các loại vật liệu để giảm sự hấp

7
thụ năng lượng phần trước xe nhưng bài báo cáo này chỉ mô phỏng ở tốc độ thấp. Bài
báo [8-11] phân tích các loại vật liệu được bao bọc sợi carbon composite cho ra kết quả
vật liệu được bao bọc carbon composite có sự hấp thụ năng lượng tăng cao hơn so với
vật liệu thông thường, thêm vào đó tác giả sử dụng các mẫu vật liệu carbon composite
mà có nhiều lỗ cho ra kết quả những loại vật liệu carbon composite nhiều lỗ có sự hấp
thụ năng lượng nhiều hơn những vật liệu carbon composite không có lỗ nhưng bài náo
này chỉ thực nghiệm trên mẫu vật liệu chưa thực nghiệm trên xe. Bài báo [12-14] thực
nghiệm mô phỏng lại sự va chạm trên các dòng xe và khả năng hấp thụ năng lượng để
bảo vệ người lái trong xe. Bài [15-17] mô phỏng, thí nghiệm lại sự biến dạng của vật
liệu và so sánh với các vật liệu khác để tìm ra cách giải pháp tối ưu và chưa thực nghiệm
trên xe.
1.2.2 Nghiên cứu trong nước
T.S Nguyễn Thành Tâm [18] Thiết kế tối ưu kết cấu khung sưuờn và sát-xi ô tô
khách nhằm giảm trọng lượng, tăng độ cứng kết cấu trên cở sở mô hình phân tích hữu
hạn. Ứng dụng trên phần mềm SPSS, Matlab. Kết quả trọng lượng kết cấu khung xương
và sát-xi sau khi tối ưu hóa giảm 11.4% so với kết cấu ban đầu.
NCS. Nguyễn Quang Anh [19] Nghiên cứu động lực học và độ bền của khung vỏ
ô tô va chạm trực diện, nghiên cứu này ảnh hưởng đến một số yếu tố trong quá trình va
chạm như ảnh hưởng quá trình khi phanh xe, quay xe sau khi va chạm, va chạm trực
diện… Để đánh giá được đầy đủ và chính xác an toàn bị động của người trong khi va
chạm, trong quá trình thử nghiệm cần bố trí người ngồi trên xe.
GVC.MSc.Đặng Quý [20] Nghiên cứu và tính toán động lực học va chạm ô tô,
nghiên cứu này chỉ tính toán được độ biến dạng của ô tô khi va chạm trực diện, đưa ra
nhiều biện pháp để giảm tổn thất lắp đặt thêm các phần tử hấp thụ năng lượng khi va

8
chạm, đồng thời tính toán tăng thêm khả năng chịu lực từ mọi phía cho khung sườn chứ
không thực hiện quá trình khi mô phỏng va chạm trực tiếp với vật cản.
Nguyễn Thành Tâm [21] Thiết kế cải tiến kết cấu xe ô tô khách thỏa mãn điều kiện
an toàn va chạm trực diện, ứng dụng phần mềm Ls-Dyna xây dựng mô hình phần tử hữu
hạn và mô phỏng phân tích tính an toàn kết cấu đầu ô tô khách, nghiên cứu này đã giải
quyết vấn đề gia cố khung sườn thiết kế lại bộ phận giảm chấn cản trước nhằm hấp thụ
năng lượng va chạm và giảm 26.5% so với ban đầu.
N.P.T. Lưu cùng cộng sự [22] [23] phân tích về hiệu suất cấu trúc của xe trong
trường hợp có một phần phía trước chồng chéo nhỏ tác động (SOFI), dựa trên mô hình
mô phỏng sự cố trên máy tính. Mô hình xe được sử dụng để mô phỏng SOFI theo các
điều kiện thử nghiệm chồng chéo nhỏ thực tế. Kết quả mô phỏng va chạm được sử dụng
để đánh giá cấu trúc tổng thể của xe thông qua việc so sánh các phép đo xâm nhập với
các hướng dẫn xếp hạng của IIHS, phân tích vụ va chạm cho thấy, xe hư hỏng nặng cấu
trúc xảy ra khi mô hình xe tải nhỏ va chạm với mô hình rào cản ở độ chồng chéo 25%.
N.P.T.Lưu [24] mô phỏng tác động trực diện của xe đến rào cản bằng cách sử dụng
mô hình phần tử hữu hạn máy tính, cho thấy rằng hư hỏng nghiêm trọng đối với kết cấu
xe xảy ra khi tác động của mô hình xe đến Pole 250 trên phần mềm HyperMesh và Ls-
Dyna. Mô hình rào cản là được phát triển để mô phỏng khả năng va chạm của xe dựa
trên thực tế điều kiện thử nghiệm. Kết quả chứng minh rằng sự cải thiện của cấu trúc địa
phương như cột A, rocker bảng điều khiển và trụ bản lề có thể thúc đẩy mức độ đáng tin
cậy của phương tiện, nhưng việc cải tiến hơn nữa cần một sự thay đổi lớn về kết cấu xe.
N.P.T.Lưu [25] tiếp cận tối ưu hoá để chọn độ dày của. ba thành viên để cải thiện
xếp hạng cấu trúc chồng chéo nhỏ của IIHS. Để cải thiện xếp hạng chồng chéo nhỏ, hai
mô hình được gia cố như cốt thép tấm đá được thêm vào cấu trức phía trước. Kết quả
mô phỏng va chạm được sử dụng để đánh giá cấu trúc tổng thể và được cải hiện xếp
hạng chồng chéo nhỏ của IIHS.

9
Lý Hùng Anh và N.P.T.Lưu [26] Tái tạo mô hình phần tử hữu hạn của ô tô, nghiên
cứu này nhằm mục đích xây dựng các mô hình phần tử hữu hạn của kết cấu phía trước
dựa trên các mô hình phần tử hữu hạn ban đầu. Gồm có sáu mẫu xe được tái tạo và mô
phỏng trên phần mềm Ls-Dyna. Kết quả sáu mô hình đơn giản hoá và giảm đáng kể số
lượng nút và phần tử.
N.P.T.Lưu [27] phân tích hiệu suất cấu trúc xe buýt trong tác động trực diện hoàn
toàn. Kết quả mô phỏng va chạm được sử dụng để đánh giá cấu trúc xe buýt tổng thể
theo Euro Ncap. Các bộ phận nhạy cảm của mô hình xe buýt đã được xác nhận. Phân
tích va chạm bằng cách sử dụng các mô hình phần tử hữu hạn cho thấy rằng biến dạng
nghiêm trọng nhất xảy ra đối với khung phía trước của cấu trúc xe buýt. Khung sườn xe
buýt bị uốn cong trong mô phỏng khi va chạm. Năng lượng hấp thụ của các cấu trúc xe
buýt cần được cải thiện bằng cách tối ưu hóa khung và gầm.
Qua những phần tổng quan của các bài báo trong nước, tất cả các bài báo thể hiện
rất rõ các vấn đề nghiên cứu. Bài [12-15] tác giả mô phỏng sự va chạm trực diện cho ra
kết quả những chi tiết thường bị biến dạng và đề xuất nhiều phương pháp để cải tiến ở
những chi tiết đó. Bài [18-21] tác giả nghiên cứu và động lực học độ bền của khung sườn
xe khi va chạm trên ô tô cho ra kết quả, cải tiến lại những chi tiết chụi lực kém, trong
đó bài báo này chỉ tính và mô phỏng trên phần mền máy tính chưa mô phỏng thí nghiệm
thực tế. Bài [22-27] mô phỏng sự va chạm chồng chéo bằng cách sử dụng mô hình phần
tử hữu hạn nhằm để biết được những vị trí cần tăng độ dày hoặc phủ sợi carbon composite
và bảo vệ lái và hàng khách trong xe khi va chạm trực diện.
1.3 Thống kê các vụ tai nạn trong nước và ngoài nước
1.3.1 Các vụ tai nạn trong nước
Trong những năm gần đây ngành ô tô trở thành một vị trí quan trọng nhằm thúc
đẩy thị nền kinh tế phát triển thông qua nhu cầu đi lại, cũng góp phần phát triển kinh tế
thương mại. Theo báo cáo của hiệp hội các nhà sản xuất ô tô của Việt Nam (VAMA)

10
[28] thị trường trong năm 2020 tiêu thụ 296,634 chiếc ô tô các loại so với kỳ năm ngoái
giảm 8% do sự biến động dịch bệnh COVID 19 kéo dài hết cuối năm 2020 mà số lượng
bán hàng không giảm. Theo báo cáo của hiệp hội các nhà sản xuất ô tô của Việt Nam
(VAMA) [28] thống kê danh sách bán dòng xe Hatchback giai đoạn 2015 -2020 Hình
1.1. Mặc khác, đi song song với lượng xe ngày căng tăng thì số lượng tai nạn giao thông
cũng tăng lên, theo sự thống kê của bộ công an cục cảnh sát giao thông (CSGT) giai đoạn
2016 - 2020 [29] cả nước xảy tra 93.938 vụ TNGT, làm chết 39,879 người bị thương
77,743 người. So với liền kề 5 năm trước giảm 69,989 vụ (-42,70%), giảm 9,343 người
chết (-18,98%), giảm 90,619 người bị thương (-53,91%) Hình 1.2. Thêm vào đó số lượng
khách hàng có xu hướng chọn những dòng xe Hatchback vì giá thành rẻ thiết kế nhỏ gọn
và phù hợp, thuận tiện ở những nơi đông đúc hoặc những con đường hẹp điển hình thành
phố lớn: TP. Hồ Chí Minh, TP. Hà Nội.
Hình 1.1: Thống kê bán hàng dòng xe Hatchback giai đoạn 2015-2016
3207
16004
11725
13767
14934
8840
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
2015 2016 2017 2018 2019 2020
Số lượng bán hàng dòng xe Hatchback

11
Hình 1.2: Thống kê các vụ tai nạn giao thông giai đoạn 2011-2020
1.3.2 Các vụ tai nạn ngoài nước
Các vụ tai nạn ngoài nước cũng là một vấn đề cần phải quan tâm điển hình ở Hoa
Kỳ. Hòa kỳ là một trong những quốc gia đa dạng chủng tộc nhất trên thế giới, nền kinh
tế công nghiệp đang ở hàng đầu thế giới trong đó điển hình công nghiệp chế tạo, các nhà
máy của Mỹ sản xuất ra lượng hàng hóa, vì vậy nhu cầu đời sống đi lại cũng tăng cao.
Theo bảng thống kê dựa vào dữ liệu về tai nạn xe cơ giới, ước tính của hội đồng an toàn
Quốc gia (NSC) và bộ giao thông vận tải Hoa Kỳ [30] công bố về tổng số ca tử vong do
xe cơ giới vào năm 2020 là 42.060 người, tăng 8% so với 39.107 năm 2019. Tỷ lệ tử
vong dân số ước tính hàng năm là 12,8 người chết trên 100.000 dân, tăng từ 11,9 người
vào năm 2019. Mới đây theo thống kê các vụ tai nạn tử vong của cơ quan an toàn giao
thông cao tốc quốc gia Hoa Kỳ [31] giai đoạn 2010-2019 thể hiện ở Hình 1.3.
163927
49216
168362
93938
39873
77743
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
Số vụ Số người chết Số người bị thương
Thống kê các vụ tai nạn
Giai đoạn 2011 - 2015 Giai đoạn 2016 - 2020

12
Hình 1.3: Thống kê các vụ tai nạn tử vong giai đoạn 2010-2019
Sự thật va chạm trực diện là loại va chạm phổ biến nhất. Thống kê từ NHTSA CDS
[32] chỉ ra rằng 51% các tác động đến thương tích hoặc tử vong là va chạm trực diện.
Trong đó những va chạm trực diện chiếm 31% các trường hợp tử vong. Điều này chỉ ra
rằng một số thành công đã đạt được trong việc cải tiến khả năng va chạm với các dòng
xe khác. Tuy nhiên những người ngồi trên các dòng xe có trọng lượng nhỏ điển hình
dòng xe Hatchback thì rủi ro va chạm nhiều hơn so với những người ngồi trên những
dòng xe có trọng lượng nặng hơn. Điều này nhấn mạnh sự cần thiết phải cải thiện đáng
kể tác động trực diện độ tin cậy cho thế hệ hạng nhẹ mới. Có nhiều loại va chạm trực
diện, va chạm góc phía trước va va chạm bên hông,…[33] Xác suất hướng va chạm đối
với những dòng xe du lịch được chỉ ra ở Hình 1.4.
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
Thống kê các vụ tai nạn tử vong ở Hoa Kỳ

13
Hình 1.4: Phân phối các vụ va chạm theo điểm tác động
1.4 Tính Cấp thiết của đề tài
Qua những phần tôi tìm hiểu từ các bài báo trong nước, ngoài nước và sự thống kê
số lượng tiêu thụ lượng xe và các vụ tai nạn thường xảy ra trong nước và ngoài nước
trên những dòng xe Hatchback tôi quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế cải
tiến khung sườn dòng xe Hatchback nhằm nâng cao độ an toàn khi va chạm trực
diện”. Đề tài này thiết kế mô hình bằng phần mềm Catia, xây dựng mô hình phần tử hữu
hạn bằng phần mềm HyperMesh. Sau đó, mô phỏng va chạm trực diện dòng xe
Hatchback với những dòng xe khác nhiều tốc độ khác nhau trên phần mềm Ls-Dyna. Từ
kết quả mô phỏng phân tích tiến hành cải tiến kết cấu khung sườn xe nhằm nâng cao độ
an toàn cho tài xế và người ngồi trên xe.
1.5 Mục tiêu đề tài
Đưa ra phương pháp cải tiến khung sườn xe và nâng cao độ an toàn một cách tối
ưu, tiết kiệm phù hợp để đảm bảo an toàn cho người lái và hàng khách khi va chạm trực
diện.

14
1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài dựa trên mô hình khung sườn dòng xe Hatchback
có sẵn do nhà sản suất cung cấp Hình 1.5 và bảng 1.2.
Hình 1.5: Mô hình dòng xe Hatchback
Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật dòng xe Hatchback
Kích thước tổng thể (DxRxC) 3750x1590x1430 mm
Chiều dài cơ sở 2730 mm
Động cơ 1.2L I4
Khoảng cách gầm xe 160 mm
Trọng lượng 865 kg
Đường kính bánh xe 310 mm
1.7 Nội dung và phương pháp nghiên cứu
1.7.1 Nội dung nghiên cứu
- Mô phỏng dòng xe Hatchback va chạm trực diện với nhiều dòng xe khác như
Hatchback, Sendan, SUV, ở nhiều tốc độ khác nhau, xe va chạm với hàng rào cứng. Từ
kết quả mô phỏng phân tích và đưa ra những hướng cải tiến lại khung sườn xe.
1.7.2 Phương pháp nghiên cứu
- Thiết lập mô hình và lấy thông số nhà sản suất cung cấp để xây dựng mô hình
trên phần mềm thiết kế Catia cho khung sườn xe.

15
- Xây dựng mô hình trên phần mềm HyperMesh với phần đầu xe là phần tử hữu
hạn, các phần còn lại dạng đa thể cứng.
- Mô phỏng quá trình va chạm trực diện xe bằng cách ứng dụng phần mềm Ls-
Dyna xác định biến dạng khung sườn phần đầu xe.
- Đề suất và lựa chọn vật liệu phù hợp nhằm cải tiến khung sườn nhằm cải thiện
mức tổn thương người lái và khách hàng trên xe.
- Lựa chọn phương pháp tối ưu nhằm đảm bảo an toàn cho người lái và khách hàng.

16
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Tiêu chuẩn đánh giá an toàn Châu Âu và Châu Á
2.1.1 Tiêu chuẩn đánh giá an toàn châu Âu (Euro Ncap)
Euro Ncap [34] là chương trình đánh giá tính năng an toàn ô tô được thành lập năm
1997 tại trụ sở Bruxelles (Bỉ) phòng thí nghiệm, nghiên cứu giao thông từ Bộ giao thông
Anh và được hỗ trợ một số chính phủ châu Âu, tiêu chuẩn đánh giá an toàn Châu Âu với
khẩu hiệu là “Vì những chiếc xe an toàn hơn”.
Euro Ncap được xem các báo cáo, kiểm tra an toàn trên những chiếc xe và đánh
giá từ 1 cho đến 5 sao dựa trên của các phương tiện mà hãng xe trang bị, Việc va chạm
thực hiện nhiều tình huống bao gồm các va chạm trực diện 100%, va chạm chéo 40%,
va chạm chéo 25%, va chạm bên hông, va chạm vào cột, thử nghiệm tác động với người
đi bộ các tính năng có trong xe có trong xe. Sau khi thử nghiệm nhiều tình huống khác
nhau Euro Ncap sẽ đánh giá và 5 sao là cao nhất.
2.1.1.1 Kiểm tra va chạm trực diện
Bài kiểm tra thứ nhất tình huống va chạm trực diện 100% được thực hiện ở 64 km/h
vào bức tường, bài kiểm tra thứ 2 được đặt trực diện phía trước xe với 40% tiết diện đầu
xe tiếp xúc với vật cản mô phỏng trong trường hợp 2 xe đi ngược chiều. Ngoài ra, các
tình huống khác cũng sử dụng hai hình nhân giả lập người thật với tỉ lệ 95%, lực tác
động lên hai hình nhân cũng được đo đạc tỉ mỉ Hình 2.1.

17
Hình 2.1: Thử nghiệm va chạm trực diện phía trước 40% với vận tốc 64 km/h
2.1.1.2 Kiểm tra va chạm bên hông
Tình huống thứ 3 va chạm bên hông là va chạm quan trọng, bài kiểm tra nàu giúp
đánh giá độ an toàn ở cửa lái với tốc độ 50km/h. Vật cản này giả lập có một chiếc va
chạm có chiều dài 500mm và chiều ngang 1.500 mm, Euro Ncap kiểm tra điểm tiếp xúc
trên xe sẽ có 1 điểm được gọi là “R-Point”, đây là một nơi sẽ tác động 95% lên người lái
ngồi trong xe. Euro Ncap giả lập người ngồi trong xe khi va chạm bên hông bằng cách
cho hình nhân ngồi trong xe Hình 2.2.
Hình 2.2: Thử nghiệm va chạm bên hông với vận tốc 50 km/h

18
2.1.1.3 Kiểm tra va chạm bên hông bởi vật nhọn
Bài kiểm thử nghiệm này sẽ xác định mức độ nguy hiểm có ảnh hưởng đến phần
bụng và phần ngực hay không, khi người lái mất kiểm soát va chạm vào cột điện hay
gốc cây với tốc độ 29 km/h Hình 2.3.
Hình 2.3: Thử nghiệm va chạm bên hông với vật nhọn vận tốc 29 km/h
2.1.1.4 Kiểm tra va chạm với người đi bộ
Tình huống tiếp theo giả lập xe đang chạy tốc độ 40km/h va chạm hình nhân. Mục
đích xem mức thiệt hại khi tác động lên phần đầu, phần chân dưới và phần chân trên hay
không Hình 2.4.
Hình 2.4: Thực nghiệm va chạm với người đi bộ

19
2.1.1.5 Kiểm tra các trang bị khác
Sau nhưng tình huống kiểm tra phía trên, Euro cũng kiểm tra độ an toàn khi có trẻ
em ngồi trên xe hay không bằng cách kiểm tra chốt an toàn và móc khóa. Bài kiểm tra
cuối cùng là kiểm tra các hệ thống an toàn như hệ thống phanh ABS, hệ thống ổn định
điện tử cuối cùng là chốt an toàn ở mỗi vị trí ghế.
2.1.2 Tiêu chuẩn đánh giá an toàn Châu Á (Asean Ncap)
Asean Ncap [35] là chương trình đánh giá tính năng an toàn ô tô Đông Nam Á được
thành lập vào ngày 7/12/2011 trụ sở tại Selangor, Malaysia Hình 2.5. Mục đích đem lại
cho người tiêu dùng cái nhìn quan trọng của những chiếc xe an toàn. Mức độ an toàn của
các mẫu xe ô tô được xếp hạng dựa theo tiêu chuẩn sao từ 1 cho đến 5, với 5 sao là mức
độ an toàn nhất. Các thức chấm điểm an toàn cho từng mẫu xe dựa trên các thử nghiệm
va chạm trực diện lệch phía trước ở vận tốc 64 km/h hay thử nghiệm va chạm hông xe ở
vận tốc 50 km/h. Từ đó, Asean Ncap chia ra 2 hạng mục đánh giá chính là bảo vệ an toàn
cho người lớn (Adult Occuppant Protection) và bảo vệ an toàn cho trẻ em (child
Occuppant Protection). Ngoài ra, còn 1 hạng mục phụ nữa là trang bị hệ thống an toàn
(Safety Assist Technology).
Hình 2.5: Tiêu chuẩn đánh giá an toàn ô tô ASEAN NCAP [35]
2.1.2.1 Va chạm trực diện vật thể chuyển động
Trong bài thử nghiệm này, chiếc xe mẫu xe được đẩy đi với tốc độ 50 km/h và
cho va chạm với thanh chắn có thể biến dạng có trọng lượng khoảng 1,4 tấn ở Hình

20
2.6, hoặc cũng có thể là một chiếc xe khác đang di chuyển cùng tốc độ ở hướng ngược
lại [36].
Hình 2.6: Va chạm trực diện vật thể chuyển động [35]
2.1.2.2 Va chạm trực diện với vật thể cứng
Độ “khắc nghiệt” đã được tăng lên hơn khi chiếc xe thử nghiệm di chuyển với vận
tốc khoảng 64 km/h, lao trực diện vào một hàng rào cứng ở Hình 2.7. Trong xe sẽ có
một hình nhân phụ nữ ngồi vị trí lái và trẻ nhỏ ở ghế sau [35].
Hình 2.7: Va chạm trực diện với vật thể cứng [35]

21
2.1.3 Tiêu chuẩn đánh giá an toàn Global Ncap
Global NCAP là viết tắt của "Global New Car Assessment Programme" (Chương
trình đánh giá an toàn xe hơi toàn cầu) [36]. Đây là một tổ chức phi lợi nhuận được
thành lập vào năm 2011 với mục tiêu nâng cao nhận thức về an toàn xe hơi trên toàn cầu
và đẩy mạnh việc áp dụng các tiêu chuẩn an toàn xe hơi cao hơn trên các thị trường mới
nổi Hình 2.8.
Hình 2.8: Tiêu chuẩn đánh giá an toàn Global Ncap [36]
Global NCAP thực hiện các chương trình kiểm định và đánh giá an toàn xe hơi trên
toàn thế giới, bao gồm các bài kiểm tra va chạm, đánh giá khả năng bảo vệ của các bộ
phận an toàn trên xe như túi khí và dây đai an toàn, và đưa ra các đánh giá an toàn xe
hơi dành cho người tiêu dùng.
Global NCAP cũng đã đưa ra một số tiêu chuẩn an toàn xe hơi quan trọng, nhằm
tăng cường sự bảo vệ cho hành khách trên các loại xe hơi khác nhau. Các tiêu chuẩn này
đã đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao nhận thức về an toàn xe hơi trên toàn cầu
và đẩy mạnh việc áp dụng các tiêu chuẩn an toàn xe hơi cao hơn trên các thị trường mới
nổi.
2.1.3.1 Tiêu chuẩn đánh giá va chạm chồng chéo nhỏ
Tiêu chuẩn đánh giá va chạm chồng chéo nhỏ của Global NCAP là "Global
Technical Regulation (GTR) No. 9". Tiêu chuẩn này được phát triển bởi Liên Hợp Quốc
và được áp dụng cho các xe hơi nhỏ trên toàn thế giới.

22
GTR No.9 bao gồm bài kiểm tra va chạm chồng chéo bên phải với tốc độ 64 km/h,
nơi mà một phần của xe va chạm vào một vật cản di động đại diện cho một chiếc xe khác
đang di chuyển cùng chiều. Bài kiểm tra này đánh giá khả năng bảo vệ của các hệ thống
an toàn trên xe như túi khí, dây đai an toàn và khung gầm.
Hình 2.9: chạm chồng chéo bên phải với tốc độ 64 km/h [36]
2.1.3.2 Tiêu chuẩn đánh giá va chạm bên hông
Tiêu chuẩn đánh giá va chạm bên hông của Global NCAP là "Global Technical
Regulation (GTR) No.14" Hình 2.10. Tiêu chuẩn này được phát triển bởi Liên Hợp Quốc
và được áp dụng cho các xe hơi trên toàn thế giới.
GTR No. 14 bao gồm bài kiểm tra va chạm bên hông với một vật cản di động đại
diện cho một chiếc xe khác đang di chuyển vuông góc với chiều di chuyển của xe được
kiểm tra. Bài kiểm tra này đánh giá khả năng bảo vệ của các hệ thống an toàn trên xe
như túi khí, dây đai an toàn và khung gầm.

23
Hình 2.10: Tiêu chuẩn đánh giá va chạm bên hông [36]
2.2 Cơ sở lý thuyết va chạm
Va chạm là sự tiếp xúc thường gặp trong đời sống, giữa 2 vật tiếp xúc bất ngờ tạo
ra sự biến dạng một lượng phần tử hữu hạn khác so với ban đầu trong khoảng thời gian
rất nhỏ.
Khi chạm trực diện với một vật thể phía trước cùng với vận tốc hay chạm với vật
tĩnh, kết cấu phía trước của đầu xe bị biến dạng, làm giảm không gian an toàn của người
lái và hàng khách phía trước, cùng lúc đó người trong xe bị văng về phía trước vì lực
quán tính. Khi xảy ra tai nạn, cơ thể người lái và hàng khách va chạm rất mạnh vào phần
nội thất phía trước là điều không tránh khỏi. Từ đó đưa ra nhiều phương pháp nhằm nâng
cao sự an toàn, giảm sự tối thiểu thương vong.
2.2.1 Quan hệ chuyển động của hai xe khi va chạm
Giả sử cho hai xe chuyển động trên một trục tọa độ Ox Hình 2.11.
v1 là vận tốc của xe 1
v2 là vận tốc của xe 2
P là vận tốc tương đối của hai xe trước va chạm
P’ là vận tốc tương đối của hai xe sau va chạm

24
Hình 2.11: Hai xe chuyển động trên trục Ox
Khi 2 xe chuyển động va chạm với nhau sẽ có nhiều trường hợp xảy ra. Các trường
hợp được thể hiện ở bảng 2.1, bảng 2.2, bảng 2.3.
Bảng 2.1: Va xe giữa 2 xe chạy cùng chiều nhau
Trường hợp 1: Va chạm trực diện giữa
xe A và xe B cùng chuyển động cùng
chiều.
Bảng 2.2: Va chạm giữa 2 xe mà xe B đứng yên
→ 𝑝 = 𝑣1 − 𝑣2
m1 m2
𝑣1 → 𝑣2 →
𝑣c →
𝑣1
′
→ 𝑣2
′
→
← 𝑝′
= 𝑣1
′
− 𝑣2
′
𝑣2
′
→
← 𝑣1
′
← 𝑝′
= 𝑣1
′
− 𝑣2
′
m1
m2
m1
m2 m1
m2
Hoặc
𝑣1
𝑣2
𝑣
𝑡1 𝑡cv 𝑡2
𝑣1
′
𝑃′
𝑣c
𝑣
𝑃
𝑣2
′
t

25
Trường hợp 2: Va chạm giữa xe A với xe
B. Mà xe 1 chuyển động xe 2 đứng yên
Bảng 2.3: Va chạm giữa 2 xe chạy ngược chiều nhau
Trường hợp 3: Va chạm gữa xe A và xe B.
Khi 2 xe chạy ngược chiều
Khi 2 xe va chạm với nhau thì sẽ xuất hiện một năng lượng, năng lượng này được
gọi là năng lượng va chạm. Năng lượng va chạm phụ thuộc vào tốc độ va chạm khác
nhau, kết cấu khung sườn xe và vật liệu chế tạo khung sườn xe. Nếu khung sườn xe được
→ 𝑝 = 𝑣1
m1
m2
𝑣1 → 𝑣2 − 0 →
𝑣c →
𝑣1
′
→ 𝑣2
′
→
← 𝑝′
= 𝑣1
′
− 𝑣2
′
𝑣2
′
→
← 𝑣1
′
← 𝑝′
= 𝑣1
′
− 𝑣2
′
m1
m2
m1
m2 m1
m2
Hoặc
𝑣1
𝑣2
𝑣
𝑡1 𝑡cv 𝑡2
𝑣1
′
𝑃′
𝑣c
𝑣
𝑃
𝑣2
′
t
→ 𝑝 = 𝑣1 + 𝑣2 m1
m2
𝑣1 → ← 𝑣2
𝑣c →
𝑣1
′
→ 𝑣2
′
→
← 𝑝′
= 𝑣1
′
− 𝑣2
′
𝑣2
′
→
← 𝑣1
′
← 𝑝′
= 𝑣1
′
− 𝑣2
′
m1
m2
m1
m2 m1
m2
Hoặc
𝑣1
𝑣2
𝑣
𝑡1 𝑡cv 𝑡2 t
𝑃′
𝑃

26
làm bằng vật liệu quá cứng cũng dẫn đến việc khi xảy ra khi chạm giữa 2 xe sẽ gây tổn
thương đến người ngồi trên xe. Vì vậy, khi có va chạm thì khung sườn xe cũng bị biến
dạng và “cuộn” lại, giúp xe giảm tốc một cách “chậm rãi”, kéo dài thời gian va chạm để
giảm tối đa chấn thương cho hành khách, năng lượng này được gọi là năng lượng hấp
thụ.
Dựa vào định luật II Newton xe A tác dụng lực lên xe B thì xe B cũng tác dụng lực
lên xe A. Hai lực này là lực tương đối, F là lực tác dụng giữa xe A và xe B trong khoảng
thời gian từ t đến t’
.
Trong đó: t là thời điểm của hai xe bắt đầu va chạm.
t’là thời điểm kết thúc biến dạng của vật liệu và khung sườn của hai xe.
Khi đó xung lực sẽ sinh ra nhau:
'
( )
t
t
I F t dt
= 
(2.1)
Trong đó: I là xung tuyến tính
F là lực va chạm
Áp dụng các nguyên tắc của xung lực tuyến tính và moment động lượng đối với
mỗi xe ở thời gian trước và sau va chạm.
m1v1 – I = m1v’
1 (2.2)
m2v2 +I = m2v’
2 (2.3)
Trong đó
v1,v2 lần lượt là vận tốc ban đầu xe A và xe B
v1
’
,v2
’
lần lượt là vận tốc sau khi va chạm xe A và xe B
Chỉ xét 2 xe chuyển động trên cùng một trục và va chạm đúng tâm trong khoảng
thời gian va chạm t:
Theo định bảo toàn động năng của hai xe trước và sau va chạm:

27
2 2 '2 '2 '
1 1 2
1 2 2 2 2
2 2 2
m m m
v m v v v E
+ = + +  (2.4)
Ta rút gọn phương trình
' ' ' ' '
1 2
1 1 1 1 2 2 2 2
( )( ) ( )( )
2 2
m m
v v v v v v v v E
− + = − + +  (2.5)
Từ phương trình (2.2), (2.3) và phương trình (2.4), ta viết lại như sau:
1
' ' '
1 2 2
( ) ( )
2 2
I I
v v v v E
+ = + +  (2.6)
( )
' ' '
1 2 1 2
( )
2
I
E v v v v
 
  = − + −
 
(2.7)
( )
' '
2
I
E p p
  = + (2.8)
2.2.2 Định lí Kelvin về va chạm tổng hợp và năng lượng hấp thụ
Phương trình năng lượng hấp thụ được chỉ ra biểu thức (2.8) được gọi là định lý
của Kelvin cho rằng: Năng lượng hấp thụ trong quá trình va chạm tỉ lệ thuận với tổng
xung lực sinh ra và một nửa của tổng vận tốc tương đối trước va chạm và vận tốc tương
đối sau va chạm.
Lưu ý rằng p và p’ thì luôn luôn dương. Biểu thức được viết như sau:
'
p
e
p
=
(2.9)
'
p ep
 =
Với p - là vận tốc tương đối trước va chạm của 2 xe
p’ - là vận tốc tương đối sau va chạm của 2 xe
Giá trị của e tiến về 1,0 đối với va chạm đàn hồi hoàn toàn, không bị mất năng
lượng và e tiến về 0,0 đối va chạm mà 2 xe không tách ra.
Từ phương trình (2.2) và phương trình (2.3) có thể viết lại như sau:
'
1 1
1
I
v v
m
= +
(2.10)

28
'
2 2
2
I
v v
m
−
= +
(2.11)
Ta lấy (2.10) trừ cho (2.11) theo vế, ta có:
( )
' '
1 2 1 2
1 2
1 1
v v I v v
m m
 
− = + + −
 
 
(2.12)
'
1 2
'
1 1
( )
e
p I p
m m
I m p p
 
 = + +
 
 
 = −
(2.13)
me – là hệ số khối lượng của hệ thống
1 2
1 2
e
m m
m
m m
=
+
(2.14)
Thay thế p’= e p và I vào phương trình 2.8 ta được
2 2
1
' (1 )
2
e
E e m p
 
 = −  
 
(2.15)
2
1
2
e
E m p
 = (2.16)
' 2
(1 )
E e E
 = −  (2.17)
Lưu ý  E là tổng năng lượng va chạm của hai xe va chạm.
 E' là năng lượng hấp thụ va chạm bởi kết cấu và vật liệu chế tạo của hai xe.
2.2.3 Tổng năng lượng hấp thụ va chạm [22]
Giả sử cho hai xe va chạm, xe m1 và xe m2, lực tác động đi qua tâm của mỗi xe,
vận tốc ban đầu của mỗi xe là cùng phương ngược chiều nhau. Sau khi va chạm thì hai
xe có tốc độ như nhau vc.
Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hai xe:

29
Hình 2.12: Biến thiên vận tốc
1 1 2 2 1 2
( ) c
m v m v m m v
+ = + (2.18)
1
1 2
1 2
( )
c
c
m v m v
v
m m
+
=
+
(2.19)
1 1 2 2
1 2
c
m v m v
v
m m
+
=
+
(2.20)
Ta có:
Trong đó me hệ số khối lượng của hệ thống
1 2 1 2
1 2 1 1
e
m m
m m m m
m
m m R R
= = =
+ + +
(2.22)
Thay vc từ phương trình (2.20) vào ∆𝑣1 ở Hình 2.12, ta có mối quan hệ giữa sự thay
đổi vận tốc của hai xe và tốc độ khép kín, 𝑣close = 𝑣1 + 𝑣2, chú ý rằng tổng độ biến thiên
tốc độ của 2 xe bằng với tốc độ khép kín ∆𝑣1 + ∆𝑣2 = 𝑣1 + 𝑣2
2
1
1 2
1
1
close close
m
m
v v v
m m R
 = =
+ +
(2.23)
1
2 '
1 2
1
1
close close
m
m
v v v
m m R
 = =
+ +
(2.24)
Trong đó:
m1
m2
𝑣1 → ← 𝑣2
𝑣c →
m1
𝛥 𝑣2
𝛥 𝑣1= 𝑣1- 𝑣𝑐 𝛥 𝑣2= 𝑣c + 𝑣2
𝑣1 𝑣2
𝑣c
+
m2
𝛥 𝑣1

30
'
1 2
1 2
2 1
; ;
close m m
m m
v v v R R
m m
= + = =
Triệt tiêu 𝑣close giữa phương trình (2.21) và (2.22). Tương tự triệt tiêu 𝑣close
giữa phương trình (2.22) và (2.24) ta nhận được ∆𝑣1, ∆𝑣2 ta được:
1
1
2
(1 )
m
E
v
m R

 =
+
(2.25)
2 '
2
2
(1 )
m
E
v
m R

 =
+
(2.26)
Trong đó:
'
1 2
2 1
;
m m
m m
R R
m m
= =
Ta có mối quan hệ giữa khối lượng và sự biến thiên vận tốc như sau:
1 2
2 1
v m
v m

=

(2.27)
2.2.4 Năng lượng va chạm hấp thụ [22]
Mô hình tác động giữa 2 xe được thể hiện trong Hình 2.13:
Hình 2.13: Va chạm hấp thụ giữ 2 xe
Đối với mỗi xe, xảy ra va chạm sẽ sinh ra một lực được xác định bởi phương
trình F = kx, trong đó x là độ biến dạng, k là hệ số tỉ lệ (độ cứng), F thì luôn thay đổi
m1 m2
𝑣1 𝑣2
𝑘1 𝑘2

31
trong quá trình biến dạng của k1 và k2. Khi đó xuất hiện năng lượng hấp thụ của lò xo
và được xác định như sau:
2
1 1 1 1 1 1 1
1
2
E Fdx k x dx k x
 = = =
 
(2.28)
2
2 2 2 2 2 2 2
1
2
E Fdx k x dx k x
 = = =
 
(2.29)
Trong đó:
x1 x2 lần lượt là khoảng biến dạng của xe m1, m2
∆E1: Năng lượng hấp thụ của xe 1
∆E2: Năng lượng hấp thụ của xe 2
Chia theo vế (2.28) cho (2.29), ta được:
2
1 1 1 1 1 2
2
2 2 2 2 2 1
E k x Fx x k
E k x Fx x k

= = = =

(2.30)
Dựa vào phương trình, năng lượng va chạm hấp thụ của xe A và xe B so với tổng
năng lượng hấp thụ của 2 xe:
1 1 2
1 2 1 2
1
1 k
E E k
E E E k k R
 
= = =
  +  + +
(2.31)
1 1 1
'
1 2 1 2
1
1 k
E E k
E E E k k R
 
= = =
  +  + +
(2.32)
Trong đó:
1
2
k
k
R
k
=
' 2
1
k
k
R
k
=
Một ví dụ như sau, trong một vụ va chạm trực diện giữa ô tô con với trụ điện cứng
(k2), k2 có thể được giả định vô cùng lớn. Trong phương trình 2.31, Rk tiến về 0 và ∆E1

32
gần bằng với ∆E;…nghĩa là tất năng lượng nén được hấp thụ bởi xe và không có năng
lượng hấp thụ của trụ điện.
Mối quan hệ giữa ∆E1 và ∆v1 chỉ ra trong phương trình (2.33) có thể hấp thụ bằng
cách triệt tiêu ∆E giữa phương trình (2.25) và phương trình (2.31):
1 1
1
2(1 )
(1 )
k
m
R
v E
m R
+
 = 
+
(2.33)
Đối với xe m1, mối quan hệ giữa ∆E1 và vclose thể hiện phương trình (2.34) có thể
loại bỏ ∆E giữa phương trình (2.23) và phương trình (2.31). Ta nhận được:
2
1
1
1
2 (1 )(1 )
close
m m
m
E v
R R
 =
+ +
(2.34)
Đối với xe 2, triệt tiêu ∆E giữa phương trình (2.23) và phương trình (2.32) ta được:
2
1
2 ' '
1
2 (1 )(1 )
m
close
m
m
E v
R R
 =
+ +
(2.35)
2.2.5 Va chạm không đúng tâm [22]
Giả sử cho hai xe chuyển động và va chạm lệch tâm nhau. Được thể hiện ở Hình
2.14.
Hình 2.14: Va chạm không đúng tâm
v1 là vận tốc của xe A
c
c
ℎ1
ℎ2
#1
#2
p

33
v2 là vận tốc của xe B, ngược chiều với v1. Tốc độ của xe 2, ở bên phải, v2 hướng
ngược chiều v1. Hai xe va chạm không đúng tâm, sau khi va chạm xe 2 bị biến dạng và
chuyển động cùng vận tốc vc. Xét xe A, Hình 2.15 cho thấy các mối quan hệ gia tốc góc
như sau:
Hình 2.15: Gia tốc của xe A
Khu vực hấp thụ năng lượng va chạm với xe A được xác định tại điểm P, cách
đường tâm xe theo phương dọc một khoảng h1. Khi đó ta có công thức xác định gia tốc
tại điểm P như sau:
1 1 cos
p c
x x r 
= + (2.36)
Trong đó:
Θ là góc hợp bởi vector vận tốc tại tâm P với trục x
1
1
cos
h
r
 =
(2.37)
Thay 𝑐𝑜𝑠𝜃 của phương (2.37) vào phương trình (2.36), ta có:
1 1
p c
x x h
= + (2.38)
1
c p c
x x h
= + (2.39)
Gọi Fx là lực tác động lên xe A tại P theo phương x. Ta có thể viết phương trình
moment xoay tạo bởi lực Fx tại tâm C.
C
𝜓ሷ
𝑟1
ℎ1
𝑥1
𝑟1
𝜃
𝑦1
p

34
Lực va chạm tại trọng tâm C:
1 1 1
( )
x x c p
F m x m x h
= = − (2.40)
Moment xoay tại tâm C:
2
1 1 1 1 1
x
F h I mr
 
= = (2.41)
Từ đó ta viết lại như sau:
1 1
1 1
2 2
1 1 1
x
F h h
x
m r k
 = =
(2.42)
Ở đây, r1 là bán kính xoay của xe A (trong chuyển động quay). Từ phương trìn
(2.42) và phương trình (2.38), ta có mối quan hệ giữa gia tốc tại tâm phá hũy P, trọng
tâm C của xe A như sau:
2
1 1
1 2 2
1 1
1
p c c c
h h
x x h x x
r r
   
= + = +
   
   
(2.43)
2
1
2 2
1 1
c p
r
x x
r h
 
=  
+
 
(2.44)
Đặt,
2
1
1 2 2
1 1
r
r h
 =
+
ta có thể viết lại;
1
c p
x x 
= (2.45)
1 1 1
c x
p
x F
x
m
 
= =
(2.46)
Ở đây, (𝛾1𝑚1) được xem là “ảnh hưởng khối lượng” của xe A tại điểm P
Tương tự
2
2
2 2 2
2 2
r
r h
 =
+
là hệ số ảnh hưởng khối lượng của xe B tại điểm P.

35
Lưu ý rằng trong bất kỳ trường hợp h1>0.0, h2>0.0, gia tốc dọc theo trục x của
tâm C, sẽ luôn luôn lớn hơn so với tại tâm phá hũy P, hệ số 𝛾1, 𝛾2 < 1. Điều này là do
các moment xoay truyền cho thân xe bởi lực va chạm Fx.
Tổng hợp các gia tốc tại C trong suốt quá trình tác động. Từ phương trình (2.45) ta
có:
1 1
c c p c p
x dt x x v v
 
=  =    = 
 (2.47)
Tương tự đối với xe B:
2 2
c c p c p
x dt x x v v
 
=  =    = 
 (2.48)
Công thức xác định vận tốc thay đổi tại tâm phá hủy:
Đối với xe A:
2 2
1 1 1 1 2 2
2
( )
p
m
v E
m m m

  
 = 
+
(2.49)
Đối với xe B:
1 1
2 2 1 1 2 2
2
( )
p
m
v E
m m m

  
 = 
+
(2.50)
Công thức xác định vận tốc thay đổi tại tâm của xe:
Đối với xe A:
1 2 2
1 1 1 2 2
2
( )
c
m
v E
m m m
 
 
 = 
+
(2.51)
Đối với ve B
1 2 2
2 1 1 2 2
2
( )
c
m
v E
m m m
 
 
 = 
+
(2.52)

36
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
3.1 Kết cấu và phương pháp tính
Mô hình nghiên cứu trong luận văn này sử dụng xe Geo Metro 3 cửa là một dòng
xe Hatchback. Mô hình phần tử hữu hạn (FE) được phát triển triển bởi trung tâm phân
tích sự cố quốc gia (NCAC), tương ứng được thực hiện cơ quan an toàn giao thông cao
tốc quốc gia Mỹ (NHTSA). Mô hình là một phần không thiếu trong phần nghiên cứu và
đảm bảo rằng các mô hình có tương quan với các phương tiện thực tế.
3.1.1 IIHS xếp hạng hiệu suất kết cấu
Khi đánh giá hiệu suất của các phương tiện trong quá trình va chạm, điều quan
trọng là phải đánh giá sự biến dạng trong xe. Viện bảo hiểm An toàn đường cao tốc (IIHS)
đã thiết lập các hướng dẫn để xếp hạng hiệu suất kết cấu của xe trong quá trình va chạm
phía trước bù. Báo cáo công bố rằng các biện pháp chấn thương ghi lại trên một hình
nộm được sử dụng để đánh giá sự cố của một chiếc xe. Nữa số liệu đánh giá sẽ là để tính
sự sụp đổ hoặc xâm nhập trong xe. Phương pháp này là một chỉ số tốt và dự đoán về
nguy cơ chấn thương của các phương tiện. Trong nghiên cứu này, các hướng dẫn đánh
giá tương tự sẽ được sử dụng để kiểm tra và so sánh các bảo vệ phần phía dưới và cách
thức hoạt động của họ được đo từ quan điểm xâm nhập. Các phép đo được sử dụng là
các điểm nút trong xe nơi người lái được định vị. Những điểm này được đo trước và sau
vụ tai nạn. Kết quả sau đó được vẽ để quan sát. Chúng bao gồm bảy điểm di chuyển bên
trong xe và khoảng cách đóng giữa cột A và B. Hai trong số các điểm là Nằm trên bảng
điều khiển bên dưới vô lăng. Chúng được sử dụng để đo lường sự biến dạng của khu vực
đầu gối của người lái xe. Có bốn điểm nằm trong “footwell” khu vực. Các điểm nằm trên
chân, bên trái “Left Toepan”, Trung tâm “Center Toepan” và bên phải “Right Toepan”.
Điểm cuối cùng nằm trên bàn đạp phanh “Breke Pedal”. Kết quả sau đó được vẽ Trong
biểu đồ Hình 3.2. Các giá trị được đánh giá trên 4 phần “GOOD” “ACCEPTABLE”
“MARGINAL” và “POOR” [36].

37
Hình 3.1: Đánh giá sự xâm nhập người ngồi trong xe theo tiêu chuẩn IIHS
Hình 3.2: Biểu đồ đánh giá sự xâm nhập người ngồi trong xe của IIHS
Footrest LeftToe Center Toe RightToe BreakPedal Left IP Right IP Door
0
50
100
150
200
250
300
350
400
CHẤP NHẬN ĐƯỢC
CẬN BIÊN
NGHÈO
ĐÁNH GIÁ SỰ XÂM NHẬP NGƯỜI CƯ NGỤ TRONG XE
TỐT

Nghiên cứu thiết kế cải tiến khung sườn dòng xe Hatchback nhằm nâng cao độ an toàn khi va chạm trực diện.pdf

Nghiên cứu thiết kế cải tiến khung sườn dòng xe Hatchback nhằm nâng cao độ an toàn khi va chạm trực diện.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Nghiên cứu thiết kế cải tiến khung sườn dòng xe Hatchback nhằm nâng cao độ an toàn khi va chạm trực diện.pdf

Similar to Nghiên cứu thiết kế cải tiến khung sườn dòng xe Hatchback nhằm nâng cao độ an toàn khi va chạm trực diện.pdf (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Nghiên cứu thiết kế cải tiến khung sườn dòng xe Hatchback nhằm nâng cao độ an toàn khi va chạm trực diện.pdf