NGHIÊN cứu, THIẾT kế, cải TIẾN TÍNH AN TOÀN lật NGHIÊNG của o tô KHÁCH TRÊN cơ sở TIÊU CHUẨN của CHÂU âu ECE r66

M CL C
Quyết định giao đề tài

TRANG

Giấy xác nh n c a giáo viên h ớng dẫn
Lý lịch cá nhân .................................................................................................... i
L i cam đoan ....................................................................................................... ii
L i cảm ơn ........................................................................................................... iii
Đặt vấn đề............................................................................................................. iv
Abstract ................................................................................................................ v
Mục lục ................................................................................................................. vi
Danh sách các chữ viết t t ................................................................................... x
Danh sách các hình .............................................................................................. xi
Danh sách các bảng ............................................................................................. xvi
CH

NG 1: T NG QUAN

1.1. Tình hình nghiên c u trong n ớc ................................................................. 1
1.2. Tình hình nghiên c u n ớc ngoài ................................................................. 2
1.2.1. Nghiên c u an toàn cho ng
1.2.2. Nghiên c u c

i đi bộ .......................................................... 2

ng độ c ng khung x ơng ô tô khách d ới điều kiện

l t nghiêng ........................................................................................................... 3
1.2.3. Nghiên c u ô tô va chạm tr ớc chính diện ................................................ 3
1.2.4. Nghiên c u va chạm ngang hông ô tô ........................................................ 4

1.2.5. Nghiên c u đánh giá t n th ơng con ng
1.2.6. Nghiên c u c

i............................................... 4

ng độ c ng kết cấu phần thân trên c a ô tô ...................... 5

1.3. Tiêu chuẩn tính an toàn l t nghiêng ô tô khách ECE R66 ............................ 5
1.4. Mục tiêu nghiên c u...................................................................................... 7
1.5. Ph ơng pháp nghiên c u ............................................................................... 8
1.6. Nội dung nghiên c u ..................................................................................... 8

vi


CH

NG 2: C

S

Lụ THUY T

2.1. Xác định trọng tâm xe, thiết l p mô hình l t nghiêng theo tiêu chuẩn ECE
R66 ....................................................................................................................... 9
2.1.1. Xác định trọng tâm theo chiều dọc ............................................................ 9
2.1.2. Xác định trọng tâm theo chiều cao ............................................................. 9
2.1.3. Xác định độ lệch trọng tâm theo chiều ngang ............................................ 10
2.2. Tiêu chuẩn an toàn l t nghiêng trong bộ tiêu chuẩn ECE R66 ..................... 11
2.2.1. Giới hạn l t đ ............................................................................................ 11

2.2.2. V n tốc góc khi l t ..................................................................................... 12
2.3. Kết lu n ......................................................................................................... 15
CH

NG 3: XỂY D NG MỌ HỊNH PHỂN TệCH PH N T

K T C U KHUNG X

NG VẨ CHASSIS Ọ TỌ KHÁCH D

H U H N
I ĐI U

KI N L T NGHIểNG
3.1. Giới thiệu về HyperMesh ............................................................................. 17
3.1.1. Các thao tác trên HyperMesh ..................................................................... 17
3.1.2. M và l u các t p tin.................................................................................. 18
3.1.3. Các panel lệnh trong HyperMesh ............................................................... 18
3.1.4. Các chế độ hiển thị ..................................................................................... 19
3.1.5. S p xếp dữ liệu trong HyperMesh ............................................................. 19
3.1.6. M và chỉnh sửa một file Cad .................................................................... 21
3.1.7. Tạo mặt trung bình cho mô hình ................................................................ 27
3.1.8. Làm đơn giản mô hình ............................................................................... 28
3.2. Chia l ới đối t ợng và kiểm tra l ới ............................................................. 29
3.3. Khai báo v t liệu ........................................................................................... 34
3.3.1. Đặt v t liệu và thao tác ............................................................................... 34
3.3.2. Đặt khối l ợng lên mô hình ....................................................................... 35
3.4. Giới thiệu LS-DYNA .................................................................................... 37
3.4.1. Giới thiệu về phần mềm LS-DYNA ..................................................................... 38
3.4.2. Các b ớc tiến hành mô phỏng .............................................................................. 39

vii


3.5. Xây dựng mô hình và mô hình phân tích phần tử hữu hạn ........................... 41
3.5.1. Xây dựng mô hình ...................................................................................... 41
3.5.1.1. Xây dựng mô hình CAD 2D ....................................................................... 41
3.5.1.2. Xây dựng mô hình CAD 3D ................................................................... 54
3.5.2. Xây dựng mô hình phân tích phần tử hữu hạn ........................................... 57
3.5.2.1. Tạo mặt giữa, chỉnh sửa, chia l ới mô hình, đặt điều kiện biên trên
hyperMesh ................................................................................................................ 57
3.5.2.2. Chia l ới mô hình và kiểm tra chất l ợng l ới ....................................... 58
3.6. Đặt điều kiện biên: ........................................................................................ 61
3.7. Gán điều kiện biên ........................................................................................ 65
3.8. Hiển thị kết quả trên HyperView ...................................................................... 73
3.9. Kết lu n.............................................................................................................. 73
CH

NG 4: NGHIểN C U MỌ PH NG PHỂN TệCH VẨ THI T K

C I

TI N AN TOẨN K T C U Ọ TỌ KHÁCH KHI X Y RA L T NGHIÊNG
THEO TIểU CHU N CHỂU ỂU
4.1. Mô phỏng phân tích biến dạng ...................................................................... 75
4.1.1.Quá trình mô phỏng .................................................................................... 75
4.1.2. Kết quả mô phỏng ...................................................................................... 77
4.2. Thiết kế cải tiến ............................................................................................. 78
4.2.1. Ph ơng án 1................................................................................................ 78
4.2.2. Ph ơng án 2................................................................................................ 79

4.2.2.1. Phần kết cấu đầu xe ................................................................................. 79
4.2.2.2. Phần kết cấu hông xe............................................................................... 80
4.2.2.3. Phần kết cấu đuôi xe và sàn phía sau ...................................................... 82
4.2.2.4. Phần kết cấu mặt trên .............................................................................. 83
4.3. Đánh giá kết quả mô phỏng .......................................................................... 84
4.3.1. Quá trình l t khi ch a cải tiên .................................................................... 84
4.3.2. Biến dạng mô hình theo th i gian sau khi cải tiến ..................................... 85
4.3.3. So sánh sự phân bố ng suất ...................................................................... 85

viii


4.4. Kết lu n ......................................................................................................... 86
CH

NG 5: K T LU N

5.1. Kết lu n ......................................................................................................... 88
5.2. H ớng phát triển c a đề tài ........................................................................... 88

ix


DANH M C CÁC Kụ HI U VẨ CH

VI T T T

ECE R66

Tiêu chuẩn Châu Âu

PTHH

Phần tử hữu hạn

FEM

Phần mềm xử lý c a LS-DYNA

t

Khoảng cách từ trọng tâm đến trục

{U}

Chuyển vị nút

{e}

Hàm trạng thái biến dạng
ng suất
Độ giưn dài

v

Hệ số poisson

M

Moment

L

Chiều dài xe

B

Chiều rộng cơ s
V n tốc góc

G, G’, G’’
,

,

Là tọa độ trọng tâm khác nhau khi xe l t
Động năng trong quá trình l t đ

J

Moment quán tính

Q235, Q245

Loại thép Cacbon dùng làm thử nghiệm

MAT

Loại v t liệu

x


DANH M C HỊNH NH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Thí nghiệm an toàn cho ng

i đi bộ. ................................................... 3

Hình 1.2: Kết quả mô phỏng và thí nghiệm l t nghiêng ô tô khách. ................... 3
Hình 1.3: Thí nghiệm ô tô va chạm tr ớc chính diện. ......................................... 4
Hình 1.4: Thí nghiệm va chạm ngang hông ô tô .................................................. 4
Hình 1.5: Thí nghiệm đánh giá t n th ơng con ng
Hình 1.6: Thí nghiệm c

i ......................................... 5

ng độ c ng kết cấu thân ô tô. ..................................... 5

Hình 1.7: Tiêu chuẩn ECE R66 về không gian an toàn c a xe. ........................... 6
Hình 1.8: Tiêu chuẩn ECE R66 về tiêu chuẩn an toàn khi l t. ............................ 7
Hình 2.1: Sơ đồ khối l ợng phân bố trên xe theo chiều dọc................................ 9
Hình 2.2: Cân xe lên bàn cân ............................................................................... 10
Hình 2.3: Cân bánh xe bên trái lên bàn cân ......................................................... 10
Hình 2.4: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe .................................................. 11
Hình 2.5: Xe đang đ ng yên trên mặt phẳng l t .................................................. 12
Hình 2.6: Xe b t đầu l t ....................................................................................... 13

Hình 2.7: Sau khi l t............................................................................................. 13
Hình 2.8: Sự thay đ i trọng tâm khi l t ................................................................ 14
Hình 3.1: Chọn môi tr

ng làm việc ................................................................... 27

Hình 3.2: M và l u các t p tin ........................................................................... 18
Hình 3.3 Tạo đ

ng và chỉnh sửa mô hình theo hình học ................................... 19

Hình 3.4: Chế độ hiển thị ..................................................................................... 19
Hình 3.5: Tạo một Collectors ............................................................................... 20
Hình 3.6: Tạo v t liệu và thuộc tính từ Menu s xuống ...................................... 21
Hình 3.7: Tạo Collectors từ các biểu t ợng trên thanh công cụ .......................... 21
Hình 3.8: Giao diện khi nh p 1 mô hình hình học ............................................... 22
Hình 3.9: Giao diện trang Menu h trợ chỉnh sửa ............................................... 23
Hình 3.10: Thiết l p mặt mới tại cửa s Surfaces ................................................ 24

xi


Hình 3.11: Mặt mới đ ợc tạo ra ........................................................................... 24
Hình 3.12: Thiết l p giá trị dung sai hình học tai cửa s Edge Edit .................... 25
Hình 3.13: Chọn các Free edge cần kết nối ......................................................... 25
Hình 3.14: Chọn các cạnh cần kết nối ................................................................. 26
Hình 3.15: Thông báo giá trị khe h .................................................................... 26
Hình 3.16: Thiết l p các thông số tại cửa s defeature ........................................ 26
Hình 3.17: Mô hình hoàn chỉnh sau khi đư đ ợc sửa l i ..................................... 27
Hình 3.18: Mặt trung bình đ ợc tạo ra................................................................. 27

Hình 3.19: Cửa s giao diện tạo mặt trung bình .................................................. 28
Hình 3.20: Cửa s giao diện chỉnh sửa mặt trung bình ........................................ 28
Hình 3.21: Các vị trí cần đơn giản hơn ................................................................ 29
Hình 3.22: Cửa s giao diện defeature ................................................................. 29
Hình 3.23: Cửa s điều khiển chia l ới ............................................................... 30
Hình 3.24: Không chọn và chọn link opposite edges .......................................... 31
Hình 3.25: Điều chỉnh số nút l ới ........................................................................ 32
Hình 3.26: Cửa s giao diện chỉnh sửa l ới ......................................................... 32
Hình 3.27: Kiểm tra chất l ợng l ới .................................................................... 33
Hình 3.28: Cửa s pg3 c a (Qualityindex) .......................................................... 33
Hình 3.29: Thay đ i các thông số tiêu chuẩn l ới ............................................... 33
Hình 3.30: Chọn v t liệu ...................................................................................... 35
Hình 3.31: Đặt khối l ơng ................................................................................... 37
Hình 3.32: Giao diện phần mềm LS-DYNA........................................................ 38
Hình 3.33: M cửa s nh p và xuất file ............................................................... 39
Hình 3.34: L i xuất hiện LS-DYNA ng ng chạy ................................................ 40
Hình 3.35: Xuất ra th i gian mô phỏng còn lại.................................................... 40
Hình 3.36: Xây dựng mô hình và phân tích phần tử hữu hạn .............................. 41
Hình 3.37: Bố trí dầm sàn ô tô khách .................................................................. 42
Hình 3.38: Bố trí khung đầu ô tô khách ............................................................... 43
Hình 3.39: Bố trí khung x ơng đuôi ô tô khách ................................................. 45

xii


Hình 3.40: Khung x ơng hông trái ...................................................................... 47
Hình 3.41: Khung x ơng hông phải..................................................................... 49
Hình 3.42: Bố trí khung trần ô tô khách .............................................................. 51
Hình 3.43: Hình vẽ t ng thể chassis sử dụng thép Q345 ..................................... 52
Hình 3.44: Mô hình xe buýt xây dựng trên không gian 3D ................................. 55

Hình 3.45: Tr ớc và sau khi tạo mặt trung bình .................................................. 57
Hình 3.46: Các l tr ớc và sau khi bị xóa ............................................................ 57
Hình 3.47: Tr ớc và sau khi xóa các mặt bo tròn ................................................ 58
Hình 3.48: Tr ớc và sau khi chia l ới ................................................................. 58
Hình 3.49: Các vị trí nút l ới ch a g n kết với nhau ........................................... 59
Hình 3.50: Tr ớc và sau khi chỉnh sửa l ới. ........................................................ 59
Hình 3.51: Liên kết các phần tử với nhau bằng các mối hàn ............................... 60
Hình 3.52: Kiểm tra tiêu chuẩn l ới .................................................................... 61
Hình 3.53: Thiết l p đồ thị trọng lực.................................................................... 64
Hình 3.54: Thiết l p đ
Hình 3.55: Gán đồ thị đ

ng cong ng suất kéo nén. ............................................ 64
ng cong ng suất kéo. ................................................ 65

Hình 3.56: Thiết kế mô hình diễn ra quá trình l t nghiêng. ................................. 65
Hình 3.57: Không gian an toàn. ........................................................................... 66
Hình 3.58: Định vị mặt phẳng l t và mặt đất. ...................................................... 66
Hình 3.59: Tạo Set_Part_LIST ............................................................................ 67
Hình 3.60: Tạo set node list cho s

n .................................................................. 67

Hình 3.61: Tạo mối liên kết không gian an toàn và s
Hình 3.62: Tạo liên kết cho bệ đỡ và s

n xe. .............................. 68

n. ......................................................... 68

Hình 3.63: Tạo liên kết cho cầu xe và mâm bánh xe ........................................... 69
Hình 3.64: Tạo liên kết cho mâm và lốp xe. ........................................................ 69
Hình 3.65: Tạo liên kết giữa bệ đỡ và cầu xe. ..................................................... 70
Hình 3.66: Tạo tiếp xúc ........................................................................................ 70
Hình 3.67: Nh p tọa độ điểm l t, trục xoay quanh, v n tốc góc .......................... 71
Hình 3.68: Vị trí tọa độ trọng tâm trên mô hình. ................................................. 72

xiii


Hình 3.69: Kiểm tra l i. ....................................................................................... 73
Hình 3.70: Hiển thị kết quả mô phỏng tr ớc khi mô phỏng. ............................... 73
Hình 4.1: Mô hình 3D khung x ơng .................................................................... 76
Hình 4.2: Mô hình phần tử hữu hạn ..................................................................... 76
Hình 4.3: Nh p dữ liệu chạy trong LS-DYNA .................................................... 76
Hình 4.4: Xuất kết quả trên HYPERVIEW ......................................................... 77
Hình 4.5:

ng suất nguy hiểm phần đầu và đuôi................................................. 77

Hình 4.6:

ng suất nguy hiểm phần dầm ............................................................ 78

Hình 4.7: Kết quả mô phỏng mô hình khung x ơng sau khi tăng độ dày. .......... 78
Hình 4.8: Kết cấu khung đầu xe tr ớc (a) và sau khi cải tiến (b).. ...................... 79
Hình 4.9: Kết cấu khung hông xe bên phải tr ớc và sau cải tiến. ....................... 80
Hình 4.10: Kết cấu khung hông xe bên trái tr ớc và sau cải tiến. ....................... 80
Hình 4.11: Gia tăng tiết diện thanh. ..................................................................... 81
Hình 4.12: Bo các góc liên kết và đ p thêm các miếng ốp.. ................................ 81

Hình 4.13: Kết cấu khung sàn và đuôi xe tr ớc (a) và sau khi cải tiến (b).. ........ 82
Hình 4.14: Nóc xe tr ớc cải tiến (a) và sau cải tiến (b).. ..................................... 83
Hình 4.15: Khung biến dạng theo th i gian. ........................................................ 84
Hình 4.16: Biến dạng c a mô hình sau khi cải tiến. ............................................ 85
Hình 4.17:

ng suất phân tích trên toàn bộ khung x ơng tr ớc cải tiến............. 85

Hình 4.18:

ng suất phân tích trên toàn bộ khung x ơng sau cải tiến. ............... 86

xiv


DANH M C B NG
B NG

TRANG

Bảng 3.1: Khối l ợng các thành phần trên xe. ..................................................... 35
Bảng 3.2: Các loại thép khung x ơng đầu xe. ..................................................... 43
Bảng 3.3: Các loại thép khung x ơng đuôi ô tô .................................................. 46
Bảng 3.4: Các loại thép khung x ơng bên hông .................................................. 48
Bảng 3.5: Các loại thép khung x ơng phải .......................................................... 50
Bảng 3.6: Các loại thép chế tọa khung trần ......................................................... 52
Bảng 3.7: Các loại thép chế tạo chassis ............................................................... 53
Bảng 3.8: Bảng tiêu chuẩn l ới. ........................................................................... 60
Bảng 3.9: Bảng đơn vị tiêu chuẩn. ....................................................................... 62
Bảng 3.10: Các thông số v t liệu. ........................................................................ 63

Bảng 4.1: So sánh ph ơng án thiết kế cải tiến ..................................................... 86

xv


Ch

ng 1

T NG QUAN
Trong giai đoa ̣n hiện nay, n ớc ta là một n ớc đang phát triển việc vâ ̣n chuyển
ô tô khách đ ơng dai , xe khách tr thành ph ơng tiện thông dụng và đóng vai trò
quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xư hội.
Theo thống kê c a Cục Cảnh Sát Giao Thông (CSGT) đ

ng bộ, Bộ Giao

Thông đến đầu tháng 1 năm 2014 cả n ớc có 65.294 ph ơng tiện v n tải hành
khách từ 29 ch tr lên, trong đó có 1.612 xe khách gi
số vụ tai nạn đ

ng nằm. Trong năm 2013

ng bộ xảy ra 30.874 vụ, trong đó có đến 21% là do ng

i điều

khiển ô tô gây ra và 9,7% liên quan đến ô tô khách. Càng ngày số l ợng các vụ tai
nạn giao thông càng tăng lên, một phần do ý th c c a ng
ảnh h

i tham gia giao thông và

ng không nhỏ phải kể đến việc tính toán, thiết kế, chất l ợng sản xuất c a

các công ty. Các vụ tai nạn diễn ra có thể là trực diện, từ bên hông hay đằng sau,
quá trình va chạm diễn ra làm biến dạng cấu trúc khung xe do đó làm t n th ơng
đến hành khách bên trong. Vấn đề an toàn c a xe và bảo vệ cho hành khách đư là
một ch đề đ ợc các công ty sản xuất quan tâm từ lâu, n m đ ợc yêu cầu đó các
nhà nghiên c u phần mềm đư đ a ra những phần mềm phục vụ cho việc nghiên c u,
kiểm tra chất l ợng kỹ thu t.
1.1. Tình hình trong n

c

Việt Nam, các h ớng nghiên c u thiết kế cải tiến khung x ơng và chassis ô
tô ch yếu t p trung tính toán mô phỏng trạng thái bền tĩnh và tính n định, trong
khi đó các nghiên c u cơ bản và ng dụng liên quan tới tính năng an toàn bị động
c a ô tô (bao gồm va chạm tr ớc, sau, hông, l t nghiêng, vv…) vẫn ch a đ ợc thực
hiện, và hiện tại cũng ch a thấy một công trình nghiên c u hoặc bài báo khoa học
nào liên quan đ ợc đăng trên tạp chí khoa học trong n ớc. Do đó, thực hiện nghiên
c u thiết kế cải tiến kết cấu và thử nghiệm tính năng an toàn ô tô để ng dụng trong
n ớc là hết s c cần thiết, nhằm đảm bảo an toàn cho con ng

1

i, đồng th i đẩy


nhanh lộ trình nội địa hóa sản phẩm trong n ớc đạt tiêu chuẩn quốc tế, đó cũng là lý

do chính để lựa chọn đề tài nghiên c u này.
1.2. Tình hình n

c ngoƠi

Hiện nay, nghiên c u tinh an toan ô tô trên thế giới (bao gồm an toàn ch động
và an toàn bị động ) là khâu nghiê n c u quan tro ̣ng không thể thiếu trong chuỗi
nghiên c u thiêt kê ô tô , nhăm đảm bảo an toan theo tiêu chuẩ n quy đinh
̣ . Đối với
nghiên c u an toàn bị động , các nhà nghiên c u thiết kế chế tạo ô tô dựa vào tiêu
chuẩ n an toan c a nhà ch c trác h th c̣ hiê ̣n nghiên c u thiêt kê và th ̉ nghiê ̣m tinh
năng an toan tr ớc khi sản xuất hàng loạt. Nh tiêu chuẩn quy định c

ng độ c ng

khung x ơng ô tô khi xảy ra l t (Châu Âu ECE R66[1], Mỹ FMVSS 216[2]), tiêu
chuẩn đánh giá t n th ơng c a ng

i ngồi trong ô tô khi xảy ra tai nạn n ớc: (Châu

Âu ECE R94.01[3], Mỹ FMVSS 208[4], Trung Quốc GB 11551-2003[5]), tiêu chuẩn
đánh giá t n th ơng ng

i đi bộ (Châu Âu 2003/102/EC[6]). Tùy vào m c độ thiết

kế an toàn mà ô tô đó đ ợc xếp loại an toàn 1 sao, 2 sao,…và cao nhất là 5 sao.
D ới đây, giới thiệu v n t t các mẫu thí nghiệm đánh giá tính năng an toàn ô tô c a
các bộ tiêu chuẩn điển hình

các n ớc. Trong bộ tiêu chuẩ n an toan ô tô c a Châu

Âu (E-NCAP) gồm có các thí nghiệm đánh giá tính năng an toàn nh sau:
1.2.1. Nghiên c u an toƠn cho ng

i đi b

Ch yếu nghiên c u t n th ơng đầu, ngực và bụng; lực va đ p vào mông và
đùi; độ cong và lệch vị c a mặt bên bánh chè, như hình 1.1

Hình 1.1: Thí nghiệm an toàn cho ng

2

i đi bộ.


1.2.2. Nghiên c u c

ng đ c ng khung x

ng ô tô khách d

i đi u ki n l t

nghiêng
Ch yếu nghiên c u về biến dạng kết cấu, c

ng độ c ng và hấp thụ năng

l ợng khung x ơng ô tô khách, như hình 1.2

Hình 1.2: Kết quả mô phỏng và thí nghiệm l t nghiêng ô tô khách
1.2.3. Nghiên c u va ch m tr

c chính di n

Ch yếu nghiên c u biến dạng và hấp thụ năng l ợng va đ p c a kết cấu phần
đầu ô tô, nghiên c u tính năng túi khí và dây đai an toàn bảo vệ an toàn con ng

i,

nh hình 1.3

Hình 1.3: Thí nghiệm ô tô va chạm tr ớc chính diện.
1.2.4. Nghiên c u va ch m ngang hông ô tô
Ch yếu nghiên c u biến dạng và tính năng hấp thụ năng l ợng c a kết cấu
mặt bên hông ô tô, đánh giá t n th ơng con ng

3

i, nh hình 1.4


Hình 1.4: Thí nghiệm va chạm ngang hông ô tô.
1.2.5. Nghiên c u đánh giá t n th

ng con ng

i

Đa số các bộ tiêu chuẩn an toàn ô tô đều có quy định đánh giá t n th ơng con
ng

i (bao gồm ng

i lớn, trẻ em, phụ nữ, phụ nữ mang thai, vv…), nh hình 1.5

Hình 1.5: Thí nghiệm đánh giá t n th ơng con ng
1.2.6. Nghiên c u c

i

ng đ c ng k t c u ph n thơn trên c a ô tô

Bộ tiêu chuẩn này yêu cầu phân tích đánh giá c
thân trên nhằm đảm bảo an toàn khi l t, nh hình 1.6

4

ng độ c ng c a kết cấu phần


Hình 1.6: Thí nghiệm c

ng độ c ng kết cấu thân ô tô.

1.3. Tiêu chu n tính an toƠn l t nghiêng ô tô khách ECE R66
Hiện nay một số quốc gia đư ng dụng ba tiêu chuẩn an toàn:
+ Tiêu chuẩn an toàn châu Âu ECE R66 là tiêu chuẩn đánh giá c

ng độ c ng

kết cấu thân trên, trên ô tô khách.
+ Tiêu chuẩn an toàn FMVSS216 là tiêu chuẩn đánh giá t n th ơng c a ng

i

ngồi trong ô tô khi xảy ra tai nạn.
+ FMVSS208 là tiêu chuẩn đánh giá c

ng độ c ng c a kết cấu phần thân trên

nhằm đảm bảo an toàn khi l t.
Hiện nay, đại đa số các nhà nghiên c u thiết kế chế tạo ô tô khách trên thế giới
dựa vào tiêu chuẩn an toàn Châu Âu ECE R66 (Economic Commission of Europe,
Regulation 66) thực hiện nghiên c u an toàn kết cấu khung x ơng d ới điều kiện
l t nghiêng. Tiêu chuẩn này do y ban kinh tế Châu Âu sáng l p, phiên bản mới
nhât đ ơ ̣c chin̉ h ly vao cuôi thang 2 năm 2006, ECE R66 quy định c

ng độ c ng

c a kêt câu khung x ơng ô tô khach 22 chỗ ngôi trở lên (bao gồm tài xế và phụ xe)
Điểm mấu chốt c a tiêu chuẩn này là quy định trong lúc thí nghiệm và sau khi
thí nghiệm kết cấu khung x ơng phải đảm bảo c

ng độ c ng, yêu cầu cụ thể nh

sau.
+ Sự chuyển vị bất kỳ bộ ph n nào c a khung x ơng không đ ợc xâm nh p
vào không gian an toàn.

5


+ Bất kỳ bộ ph n nào c a không gian an toàn đều không cho phép lồi ra bên
ngoài kết cấu khung x ơng sau biến dạng.

Hình 1.7: Tiêu chuẩn ECE R66 về không gian an toàn c a xe.
Trong bộ tiêu chuẩn này cung cấp nhiều ph ơng pháp thí nghiệm tính an toàn,
yêu cầu kỹ thu t rất chi tiết và tiện lợi cho nhà nghiên c u chế tạo. Trong đó, thí
nghiệm nguyên chiếc ô tô khách l t nghiêng là ph ơng pháp thí nghiệm cơ bản
nhất, nếu nh không tiến hành thí nghiệm nguyên chiếc ô tô khách l t nghiêng thì
cho phép nhà chế tạo lựa chọn một trong bốn ph ơng pháp sát hạch sau:
+ Lấy đoạn thân xe tiêu biểu đại diện cho nguyên chiếc ô tô khách tiến hành
thí nghiệm l t nghiêng.
+ Lấy một đoạn hoặc nhiều đoạn thân xe tiến hành thí nghiệm tải trọng tĩnh.
+ Tính toán tải trọng tĩnh đối với kết cấu khung x ơng ô tô khách.
+ Mô phỏng tính năng an toàn l t nghiêng c a nguyên chiếc ô tô khách.
ECE R66 quy định điểm R và khoảng cách từ sàn tới ghế là 500mm, khoảng
cách từ điểm R đến phần trên c a không gian trống nh hình 1.7 là 100mm và
chiều cao từ điểm R đến đỉnh trên là 750mm.
Khi xe b t đầu l t thì tọa độ trọng tâm thay đ i theo quỹ đạo hình tròn và tâm
là trục c a bánh xe. Khi xe ch a l t ngang thì khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đến
trục là t và quy định độ cao c a thành để đảm bảo an toàn cho chiếc xe là 800 mm.

6


Hình 1.8: Tiêu chuẩn ECE R66 về tiêu chuẩn an toàn khi l t.
1.4. M c tiêu nghiên c u

+ Xây dựng bản vẽ thiết kế hoàn chỉnh 2D và 3D cho mô hình ô tô khách 45
ch ngồi có tính năng an toàn l t nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu, đầy đ , chi tiết
để có thể chế tạo.
+ Dùng Phần mềm HYPERWORK và LS-DYNA tính toán mô phỏng tính an
toàn l t nghiêng c a xe, trên cơ s kết quả phân tích tính năng an toàn kết cấu tiến
hành cải tiến để thõa mưn an toàn theo tiêu chuẩn ECE R66.
1.5. ph

ng pháp nghiên c u

Đề tài sử dụng ph ơng pháp nghiên c u kết hợp bao gồm:
+ Nghiên c u lý thuyết: Sử dụng lý thuyết phân tích phần tử hữu hạn, lý
thuyết biến dạng phi tuyến tính.
+ Nghiên c u mô phỏng thực nghiệm: Trên cơ sơ phân tích kết quả mô phỏng
tiến hành đánh giá kiểm nghiệm, cải tiến.
1.6. N i dung nghiên c u
Nội dung nghiên c u chính c a nghiên c u này là thiết kế cải tiến tính an toàn
c a ô tô khách dùng để ng dụng. Các phần chính c a nội dung gồm:
Khảo sát, phân tích lựa chọn và xây dựng ph ơng án thiết kế cải tiến tính năng
an toàn kết cấu ô tô khách.
Trên cơ s mô hình 2D tiến hành xây dựng mô hình 3D cho khung x ơng và
chassis ô tô khách.
Xây dựng mô hình phân tích phần tử hữu hạn ô tô khách.

7


Dùng phần mềm LS-DYNA mô phỏng phân tích tính an toàn l t nghiêng c a
ô tô khách trên cơ s tiêu chuẩn Châu Âu ECE R66, cải tiến mô hình đảm bảo an
toàn theo tiêu chuẩn.

8


ng 2

Ch

C

S

Lụ THUY T

2.1. Xác đ nh tr ng tơm xe, thi t l p mô hình l t nghiêng theo tiêu chu n ECE
R66.
2.1.1. Xác đ nh tr ng tơm theo chi u d c.

Hình 2.1: Sơ đồ khối l ợng phân bố trên xe theo chiều dọc.
Xe có toàn bộ trọng l ợng G
Bánh tr ớc

và bánh sau :

=G-

(2.1)

L p ph ơng trình cân bằng moment tại điểm tiếp xúc
=

L ậ Ga =0
b = L ậ a = L( 1 -

:

a=

(2.2)

)=L

(2.3)

2.1. 2. Xác đ nh tr ng tơm theo chi u cao.

Đặt xe lên bàn cân, nâng cao bánh tr ớc một khoảng H = 0,5 ậ 1(m)
Trọng l ợng xe , trọng l ợng phân bố lên cầu sau xe theo chiều thẳng đ ng
là

.

9


Hình 2.2: Cân xe lên bàn cân.
Ta phơn tích thƠnh các tr ng l

ng thƠnh ph n:

Gcos ;

: vuông góc với mặt tiếp xúc

Gsin ;

: song song với mặt tiếp xúc

L p ph ơng trình cân bằng moment tại tâm bánh xe tr ớc
= Gcos .a + Gsin (

(2.4)

Thay vào ta có:
= Gcos .

+ Gsin (

= (

(2.5)

) +

Trong đó:
2.1. 3. Xác đ nh đ l ch tr ng tơm theo chi u ngang.

Hình 2.3: Cân bánh xe bên trái lên bàn cân.

10

(2.6)


Cân bánh xe bên trái lên bàn cân có trọng l ợng t p trung
Suy ra trọng l ợng t p trung bánh bên phải:

=G-

L p ph ơng trình cân bằng moment tại điểm tiếp xúc
=
e =(

:

.c ậ G( + e) = 0

(2.7)

).c

(2.8)

Trong đó: c là chiều rộng cơ s .



Các ph ơng pháp phân tích tính toán trọng tâm, chỉ có đ ợc nếu nh có đầy
đ các số liệu về khối l ợng phân bố

các bánh xe. Tuy nhiên công việc này hoàn

toàn dễ dàng đối với phần mềm mà đề tài sử dụng.
2.2. Tiêu chu n an toƠn l t nghiêng trong b tiêu chu n ECE R66.
2.2.1. Gi i h n l t đ .
Giả thiết xe đang nằm trên mặt phẳng nghiêng, lúc này do sự tr ợt là không
diễn ra nên khi mặt phẳng này nghiêng đến một góc

nhất định xe sẽ tự động l t đ

xoay quanh điểm A.
Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe:

Hình 2.4: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe.
Ph ơng trình cân bằng moment tại điểm A:
=
Xe b t đầu l t khi:

.c ậ Gcos . + Gsin .

=0

(2.9)

= 0 , ta có:
G

=G

(2.10)

11


=
Hay:

=

Góc giới hạn l t đ :
=

(2.11)

Trong đó:
: Góc nghiêng giới hạn
c = 1710 (mm): chiều rộng cơ s 2 bánh sau c a xe
= 1208 (mm): Chiều cao trọng tâm xe
2.2.2. V n t c góc khi l t.
Khi xe khách bị l t, lúc này sự va chạm b t đầu diễn ra với v n tốc góc ban
đầu c a toàn bộ khung x ơng xe với mặt đ

ng. Dựa theo tiêu chuẩn ECE R66 cho

phép ta giả định rằng mặt phẳng xe đ ng yên, khoảng cách chênh lệch với mặt
phẳng va chạm là 800 (mm) có trọng tâm là G và không chịu tác dụng c a ngoại
lực.

Hình 2.5: Xe đang đ ng yên trên mặt phẳng l t.
Cho mặt phẳng này xoanh quanh điểm l t với v n tốc góc

hay 0,087

(rad/s), lúc này trọng tâm xe sẽ thay đ i từ từ cho đến vị trí G’, t ơng ng với góc
nghiêng β thì xe b t đầu xảy ra l t nghiêng với v n tốc góc ban đầu:

12


Hình 2.6: Xe b t đầu l t.
V n tốc góc sẽ gia tăng dần theo sự thay đ i trọng tâm từ vị trí G’ đến G’’ nh
hình 2.7 chính là th i điểm xe b t đầu l t đến th i điểm b t đầu xảy ra va chạm với
mặt đ

ng. V n tốc góc lúc b t đầu xảy ra va chạm với mặt đ

công th c trên.

Hình 2.7: Sau khi l t.

13

ng đ ợc tính theo


Hình 2.8: Sự thay đ i trọng tâm khi l t.
Trong đó:
= 11208 (mm): chiều cao trong tâm so với mặt phẳng l t khi xe đ ng yên
= 1661 (mm): chiều cao trong tâm so với mặt phẳng l t khi xe b t đầu l t
= 796 (mm): Chiều cao trọng tâm so với mặt phẳng l t khi xe va chạm

H = 3515 (mm): Chiều cao xe
B = 2485 (mm): Chiều rộng xe
d = 800 (mm): Khoảng cách giữa mặt phẳng l t và mặt đ

ng

t: Khoảng cách giữa trọng tâm so với mặt phẳng dọc c a xe
: lần l ợc là các vị trí trọng tâm khác nhau c a xe khi l t.
V n t c góc ban đ u s đ

c thi t l p nh sau:

Khi b t đầu quá trình l t xe chỉ chịu tác dụng c a gia tốc trọng tr

ng và

không có v n tốc góc ban đầu. Năng l ợng sinh ra khi trọng tâm nằm tại vị trí
chỉ bao gồm thế năng:
= Mg

J

Khi xảy ra va chạm với mặt đ
tr

= Mg

(với:

= 0)

(2.12)

ng lúc này ngoài tác động c a gia tốc trọng

ng xe còn chịu tác động c a v n tốc góc ban đầu. Năng l ợng sinh ra khi trọng

tâm nằm tại vị trí G’’ bao gồm thế năng và động năng:
= Mg

+ J

(2.13)

14


Áp dụng định lu t bảo toàn năng l ợng từ trạng thái b t đầu l t cho đển khi
xảy ra va chạm cho ph ơng trình :
=
=

<=> Mg

= Mg

+ J

=

(2.14)

Với:
M = 9622 (kg): Khối l ợng toàn tải c a xe.
G = 0,00981 (mm/m ): Gia tốc trọng tr
=

ng.

= 1661 ậ 796 = 865 (mm): Độ thay đ i trọng tâm lớn nhất.

-

J: Moment quán tính chuyển động quay.
Do sự ph c tạp c a mô hình nên moment quán tính không thể tính bằng lý
thuyết đ ợc. Để tính toán giá trị c a nó, ta cho giả thiết rằng v n tốc góc ban đầu
(rad/ ms), dựa trên dữ liệu xuất ra

phần mềm LS-DYNA ta có động năng ban

đầu c a quá trình l t:
E= J

=

(J)

(2.15)

Giá trị moment quán tính c a toàn bộ mô hình:

J=

=

=

(kg.

)

(2.16)

Thay số liệu vào ph ơng trình trên ta tính đ ợc:
= 1.7.
Do đó chọn

(rad/ ms)

(2.17)

(rad/ms) để thiết l p v n tốc l t ban đầu tại xe

chạm với mặt đất.
2.3. K t lu n
Trong qua trình l t thì v n tốc gốc sẽ tăng dần tọa độ trọng tâm trong quá
trình l t từ vị trí G’ đến G’’ nh hình 2.12
Nếu thực hiện mô phỏng

vị trí ban đầu

= 0 b t đầu cho l t theo th i gian

mô phỏng rất dài, tốn năng l ợng trong quá trình mô phỏng. Để mô phỏng nhanh thì

15