nghiên cứu thiết kế tính an toàn kết cấu ôtô khách khi xẩy ra 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
ĐỖ HUYỀN TRANG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TÍNH AN TOÀN
KẾT CẤU ÔTÔ KHÁCH KHI XẨY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116

S K C0 0 4 5 7 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỖ HUYỀN TRANG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TÍNH AN TOÀN KẾT CẤU ÔTÔ
KHÁCH KHI XẨY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116
Hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN THÀNH TÂM

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3/2015


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ và tên: ĐỖ HUYỀN TRANG

Giới tính: Nam

Sinh ngày: 22 – 04 – 1988

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Quê quán: Quảng Ngãi

Dân tộc: kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 71 Nguyễn Huệ, Phường 3, Tỉnh Vĩnh Long
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng:

Fax:

Email:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1.Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 9/2006 đến 9/2009

Nơi học: Trường Đại Học Công Nghiệp TP. Hồ Chí Minh
Ngành học: Cơ Khí Động Lực
2. Đai học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 9/2010 đến 3/2012

Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
Ngành học: Cơ Khí Động Lực
Tên đồ án , luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:
Ngày và nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:
Người hướng dẫn:
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

04/2014

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long

Giảng Viên

i

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 04 tháng 03 năm 2015
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Đỗ Huyền Trang

ii


LỜI CẢM ƠN
Trải qua 6 tháng nghiên cứu và tiến hành thực hiện đề tài này tôi đã gặp rất
nhiều khó khăn. Nếu không có sự giúp đỡ và hỗ trợ từ nhiều phía trong suốt thời
gian qua thì có lẽ tôi đã không thể hoàn thành tốt được đề tài này. Tôi xin gửi lời
cảm ơn đặc biệt chân thành đến:
TS. Nguyễn Thành Tâm là người đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, tư vấn và
hỗ trợ tôi giải quyết được rất nhiều vấn đề khó khăn trong suốt quá trình thực hiện
đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu Nhà Trường,
Phòng Đào Tạo Sau Đại Học và Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí Động Lực Trường
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM đã tạo điều kiện tối đa cho tôi hoàn thành tốt
được luận văn này.
Cảm ơn gia đình và đồng nghiệp đã không ngừng động viên, khích lệ tinh
thần và giúp đỡ cho tôi rất nhiều trong thời gian qua.
TP.HCM, ngày 04 tháng 03 năm 2015

ĐỖ HUYỀN TRANG

iii


TÓM TẮT
Ngày nay, phương tiện xe khách được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam rất
nhiều để đáp ứng nhu cầu đi lại của khách hàng. Nhưng các quy định an toàn về xe
khách lại ít được đề cập đến, đặc biệt là vấn đề an toàn bị động. Hầu hết các vụ tai
nạn va chạm trực diện làm cho nhiều người chấn thương và tử vong cùng lúc dẫn
đến những hậu quả đáng tiếc cho người và tài sản. Do đó, nghiên cứu về thiết kế
tính toán kết cấu ôtô khách khi xảy ra va chạm trực diện có ý nghĩa quan trọng và
vô cùng cần thiết và cần được quan tâm nghiên cứu một cách thích đáng.
Trên cơ sở mô hình CAD 2D của ô tô khách, tiến hành xây dựng mô hình
CAD 3D từ đó ứng dụng phần mềm HYPERMESH để chia lưới, thiết lập thuộc tính
vật liệu, đặt điều kiện biên.
Đề tài này ứng dụng phần mềm HYPERWORD và LSDYNA để xây dựng
phần tử hữu hạn và mô phỏng kết cấu khung xương ô tô khách khi xảy ra va chạm
trực diện. Sau đó, tiến hành cải tiến kết cấu khung xương đồng thời thiết kế bộ hấp
thụ năng lượng hình tổ ong để hấp thụ năng lượng nhằm giảm lực va chạm và đảm
bảo không gian sống cho người ngồi trong xe.

iv


ABSTRACT
Today, Bus was manufactured and assembled in Vietnam very much to
satisfy demand for travel of customers. But the safety regulations for passenger cars
is not mentioned especial is passive safety. Most off traffic accidents have led to
the large of life and property so the researching of structural safety of passenger
cars is very necessary.

Based on 2D CAD models of passenger cars, we construct 3D CAD models
after that , using HYPERMESH software to mesh, set attributes and make binding
conditions.
This thesis uses HYPERWORD and LSDYNA sofware to construct finite
element and simulate skeleton structure of passenger cars when it happen frontal
collision. After that, we improve the skeleton of it and use thin steel panels to
absorb energy to ensuring living space for people to sit inside of the car.

v


MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ iii
TÓM TẮT .............................................................................................................. iv
ABSTRACT ............................................................................................................ v
MỤC LỤC ............................................................................................................. vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................. viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ..................................................................................... ix
Chương I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU........................................... 1
1.1. Tình hình an toàn giao thông tại Việt Nam trong những năm qua ..................... 1
1.2. Những công trình nghiên cứu về va chạm trực diện .......................................... 1
1.2.1.Những công trình nghiên cứu về va chạm trực diện trên thế giới .................... 1
1.2.1.1.Những công trình nghiên cứu lý thuyết ........................................................ 1
1.2.1.2. Những nghiên cứu thực nghiệm .................................................................. 2
1.2.2. Những công trình nghiên cứu trong nước. ...................................................... 5
1.3. Yêu cầu kỹ thuật của khung vỏ xe khi va chạm trực diện và tiêu chuẩn an toàn
cho người ................................................................................................................ 5
1.3.1. Yêu cầu kỹ thuật của khung vỏ xe khi va chạm trực diện ............................... 5

1.3.2. Tiêu chuẩn an toàn cho người khi va chạm .................................................... 6
1.4. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 6
1.5. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................... 7
1.6. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu ............................ 7
1.6.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 7
1.6.2 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 8
1.6.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 8
1.7. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 8
Chương II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VA CHẠM TRỰC DIỆN CỦA Ô TÔ .......... 9

vi


2.1. Nghiên cứu và tính toán va chạm trực diện của ô tô với vật cản ....................... 9
2.1.1. Va chạm ........................................................................................................ 9
2.1.2. Đặc tính biến dạng đầu trước của xe khi va chạm .......................................... 9
2.1.2.1. Đặc tính biến dạng không đổi của đầu trước của xe ................................. 11
2.1.2.2. Đặc tính biến dạng tuyến tính của đầu trước của xe .................................. 11
2.1.2.3. Lực biến dạng phụ thuộc tuyến tính vào vận tốc biến dạng ...................... 12
2.1.3. Chuyển động của người ngồi trên xe khi va chạm trực diện giữa ô tô và vật
cản cứng ................................................................................................................ 13
2.2. Nghiên cứu và tính toán va chạm trực diện của hai ô tô .................................. 14
2.2.1. Cơ học va chạm trực diện của hai ô tô ......................................................... 14
2.2.2. Hiệu suất của hệ thống chống va chạm trên ô tô........................................... 16
Chương III XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN KẾT CẤU KHUNG
VÀ XƯƠNG ÔTÔ KHÁCH .................................................................................. 18
3.1. Giới thiệu phần mềm HYPERWORK ............................................................. 18
3.2.Phần mềm LS – DYNA ................................................................................... 24
3.2.1. Giới thiệu chung về LS – DYNA ................................................................ 24
3.3.Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn khung sườn ô tô khách ghế ngồi .............. 25

3.3.1. Đặc điểm kết cấu khung vỏ xe khảo sát ...................................................... 25
3.3.2. Mô hình tổng thể ôtô khách 2D ................................................................... 25
3.3.3. Đường phân bố tải trọng trong khung vỏ xe khách khảo sát. ....................... 33
3.4. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn. .............................................................. 34
3.4.1. Lưu đồ mô phỏng quá trình va chạm trực diện của xe khách. ...................... 34
3.4.2. Xuất và chỉnh sửa mô hình CAD trong HYPERMESH ................................ 35
3.4.3. Chia lưới mô hình ....................................................................................... 37
3.4.4. Kiểm tra và chỉnh sửa lưới mô hình khung xương xe khách ........................ 38
3.4.5. Kiểm tra chất lượng lưới .............................................................................. 40
3.4.6. Hàn lưới....................................................................................................... 41
3.4.7. Chọn vật liệu và đặc tính cho mô hình ......................................................... 42
3.4.8. Gắn khối lượng trên mô hình xe khách ........................................................ 44

vii


3.4.9. Xác định vị trí giả định của tài xế để phân tích tác động .............................. 48
3.4.10. Tạo liên kết các giữa các thành phần trong mô hình ................................... 49
3.4.12. Tạo tiếp xúc giữa toàn bộ xe với mặt đường, vật cản ................................. 53
3.4.13. Xác định chiều trọng lực ............................................................................ 55
3.4.14. Kiểm tra khối lượng xe khách. ................................................................... 57
3.4.15. Gán điều kiện biên ..................................................................................... 58
3.5. Kết luận .......................................................................................................... 62
Chương IV NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CẢI TIẾN
AN TOÀN KẾT CẤU ÔTÔ KHÁCH KHI XẢY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN .. 63
4.1. Mô phỏng phân tích biến dạng ........................................................................ 63
4.1.1. Quá trình mô phỏng ..................................................................................... 63
4.1.2. Kết quả mô phỏng........................................................................................ 66
4.2. Thiết kế cải tiến .............................................................................................. 67
4.2.1. Phương pháp cải tiến thứ nhất ...................................................................... 67

4.2.2. Phương pháp cải tiến lần 2: .......................................................................... 71
4.3. So sánh giá trị gia tốc tại vị trí ghế người lái va chạm trực diện ...................... 75
4.4. Kết luận .......................................................................................................... 77
Chương V KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ..................................................................... 78
5.1. Kết luận .......................................................................................................... 78
5.2 Kiến nghị ......................................................................................................... 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 79

DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 1.1 Tỷ lệ % các dạng va chạm ở Việt Nam năm 2013. .................................... 1
Bảng 3.1 Thông số vật liệu thép ........................................................................... 43
Bảng 3.2 Thống kê khối lượng khảo sát các bộ phận trên xe khách ghế ngồi: ........ 44
Bảng 4.1 Thông số xây dựng mô hình bằng phương pháp cải tiến thứ nhất ............ 68
Bảng 4.2 Thông số xây dựng mô hình phương pháp cải tiến thứ 2 ......................... 71
Bảng 4.3 Gia tốc lớn nhất tại các vị trí ghế người lái va chạm 100% phía trước..... 76

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 1.1 Thử nghiệm của Mỹ theo tiêu chuẩn FMVSS 208 ..................................... 3
Hình 1.2 Thử nghiệm theo tiêu chuẩn ÚC................................................................ 3
Hình 1.3 Thử nghiệm theo tiêu chuẩn nhật bản ........................................................ 4
Hình 1.4 Thử nghiệm va chạm của hãng Mercedes-Benz ........................................ 4

Hình 2.1 Mô hình khi xe va chạm với vật cản. ....................................................... 10
Hình 2.2 Quá trình thay đổi vận tốc khi 2 xe va chạm trực diện ............................ 15
Hình 3.1 Chia lưới và phân tích lưới ...................................................................... 19
Hình 3.2 Phân tích mô phỏng khi túi khí bung ....................................................... 19
Hình 3.3 Tối ưu hóa kết cấu chi tiết ....................................................................... 21
Hình 3.4 Tối ưu hóa va chạm với đầu gối .............................................................. 21
Hình 3.5 Tối ưu hóa hiệu suất hệ thống ................................................................. 22
Hình 3.6 Kết quả mô phỏng chính xác ................................................................... 23
Hình 3.7 Tối ưu hóa các hàm toán học ................................................................... 24
Hình 3.8 Hình dạng tổng thể của xe khảo sát ......................................................... 25
Hình 3.9 Mô hình CAD 2D ................................................................................... 25
Hình 3.10 Mô hình chi tiết kết cấu đầu của xe khách. ............................................ 26
Hình 3.11 Khung xương phía bên trái của xe khách (trái) và đuôi xe ..................... 27
Hình 3.22 Khung xương bên phải xe khách ........................................................... 28
Hình 3.12 Kết cấu khung xương đuôi xe khách .................................................... 29
Hình 3.13 Khung xương trần xe khách. ................................................................. 30
Hình 3.14 Khung dầm sàn xe khách ..................................................................... 31
Hình 3.15 Khung xương Chassis tổng xe khách. .................................................... 32
Hình 3.16: Mô hình tổng thể khung xương 3 chiều của xe khách ........................... 33
Hình 3.17 Hình phân bố tải trọng khung xương 3 chiều xe khách khảo sát. ........... 33
Hình 3.19 Bảng điêu khiển Surfaces ...................................................................... 35
Hình 3.20 Bảng điều khiển Edge Edit .................................................................... 36
Hình 2.21 Bảng điều khiển Defeature .................................................................... 37
Hình 3.22 Kiểm tra chất lượng phần tử lưới bộ khung xương đầu xe ..................... 38
Hình 3.23 Bảng điều khiển chế độ màu sắc hiện thị chất lượng lưới ...................... 38
Hình 3.24 Bảng điều khiển qualityindex. ............................................................... 39
Hình 3.25 Bảng điều khiển thiết lập Automesh ...................................................... 40
Hình 3.26 Bảng điều khiển qualityindex pg1 ......................................................... 40
Hình 3.27 Bảng điều khiển qualityindex pg2 ......................................................... 40
Hình 3.28 Bảng điều khiển qualityindex pg3 ......................................................... 40

ix


Hình 3.29 Bảng điều khiển hàn điểm với khoảng cách ngắn (Spotweld) ................ 41
Hình 3.30 Các nút lưới đã được hàn lại với nhau ................................................... 41
Hình 3.31 Bảng thiết lập các thông số về vật liệu .................................................. 42
Hình 3.32 Thiết lập tạo đặc tính cho Components .................................................. 43
Hình 3.33 Bảng điều khiển Traslate ....................................................................... 45
Hình 3.34 Node được dịch chuyển vào vị trí bên trong khung cửa thoát hiểm ...... 46
Hình 3.35 Bảng điều khiển Rigids để tạo liên kết .................................................. 46
Hình 3.36 Các mối liên kết đã được tạo trên cửa thoát hiểm .................................. 47
Hình 3.37 Bảng điều khiển masses ........................................................................ 47
Hình 3.38 Thiết lập khối lượng trên mô hình lưới .................................................. 48
Hình 3.39 Xác định vị trí người lái trên xe khách .................................................. 48
Hình 3.40 Tạo Node để khảo sát tác động vị trí tài xế ............................................ 49
Hình 3.41 Trang Menu Analysis ............................................................................ 49
Hình 3.42 Bảng điều khiển Entity sets được thiết lập để tạo liên kết ...................... 49
Hình 3.43 Tạo nhóm cho cầu xe với mâm xe ......................................................... 50
Hình 3.44 Bảng điều khiển chọn đối tượng cần liên kết với Set Nodes .................. 50
Hình 3.45 Bảng điều khiển tạo lên kết nhóm ở mục add ........................................ 50
Hình 3.46 Bảng điều khiển chọn Set Nodes đã được tạo ........................................ 51
Hình 3.47 Bảng điều khiển khi tạo Set Part ........................................................... 51
Hình 3.48 Bảng điều khiển summary ..................................................................... 52
Hình 3.49 Hộp thoại hiện thị các thông số tính toán của mô hình.......................... 52
Hình 3.50 Nhập tọa độ trọng tâm trong bảng điều khiển Nodes ............................ 53
Hình 3.51 Tạo Node để khảo sát tác động vị trí tài xế ............................................ 53
Hình 3.52 Bảng điều khiển chức năng tạo tiếp xúc Interfaces ................................ 53
Hình 3.53 Bảng thiết lập thông số cho bề mặt tiếp xúc .......................................... 54
Hình 3.54 Bảng thiết lập đối tượng chính và phụ khi tao tiếp xúc .......................... 54

Hình 3.55 Thiết lập và cập nhật đối tượng tiếp xúc ................................................ 54
Hình 3.56 Bảng thiết lập thông số tiếp xúc bề mặt ................................................. 55
Hình 3.57 Trong chức năng Tools để tạo chiều trọng lực ....................................... 55
Hình 3.58 Bảng thông số thiết lập chiều trọng lực theo phương Z ......................... 56
Hình 3.59 Bảng điều khiển định vị đối tượng ........................................................ 56
Hình 3.60 Mặt đường và vật cản đã được tạo cố định ............................................ 57
Hình 3.61 Bảng điều khiển mass calc .................................................................... 57
Hình 3.62 Bảng chọn các Comps để tính khối lượng ............................................. 57
Hình 3.63 Khối lượng các comps đã được chọn ..................................................... 58
Hình 3.64 Bảng chọn tính khối lượng các elems .................................................... 58
Hình 3.65 Bảng điều khiển nhập các giá trị về đại lượng chuyển động vật lý ......... 58
Hình 3.66 Bảng điều khiển Control Cards ............................................................. 59

x


Hình 3.67 Thiết lập dung lượng phân tích cho LS - DYNA ................................... 59
Hình 3.68 Thiết lập thông số về năng lượng .......................................................... 59
Hình 3.69 Thông số tỷ lệ hao hụt năng lượng ........................................................ 60
Hình 3.70 Thiết lập các thông số về thời gian mô phỏng ....................................... 60
Hình 3.71 Thông số xuất dữ liệu tính toán mô phỏng ............................................ 60
Hình 3.72 Thiết lập thông số bước thời gian .......................................................... 61
Hình 3.73 Thông số xác định dữ liệu đầu ra trong mô phỏng ................................. 61
Hình 4.1 Mô hình khung xương va chạm 100% phía trước .................................... 63
Hình 4.2 Mô phỏng ở 0ms khi va chạm 100% phía trước khi chưa cải tiến ............ 64
Hình 4.3 Mô phỏng ở 54ms va chạm 100% phía trước khi chưa cải tiến ................ 64
Hình 4.4 Mô phỏng ở 84ms va chạm 100% phía trước khi chưa cải tiến ................ 65
Hình 4.5 Mô phỏng ở 114ms va chạm 100% phía trước khi chưa cải tiến .............. 65
Hình 4.6 Mô phỏng ở 144ms va chạm 100% phía trước khi chưa cải tiến .............. 65
Hình 4.7 Mô phỏng ở 180ms va chạm 100% phía trước khi chưa cải tiến .............. 66

Hình 4.8 Khung xương chassic sau va chạm và trước khi va chạm ........................ 66
hình 4.9 Chassic phía trước khi chưa cải tiến có độ dày 8mm ................................ 67
Hình 4.10 Chassic phía trước được gia cố thêm có độ dày 8 mm. .......................... 68
Hình 4.11 Chassis và sàn xe đã được cải tiến theo phương pháp thứ nhất .............. 68
Hình 4.12 Mô phỏng ở 54ms va chạm 100% phía trước khi cải tiến lần thứ nhất ... 69
Hình 4.13 Mô phỏng ở 84ms va chạm 100% phía trước khi cải tiến lần thứ nhất ... 69
Hình 4.14 Mô phỏng ở 150ms va chạm 100% phía trước khi cải tiến lần thứ nhất . 69
Hình 4.15 Mô phỏng ở 180ms va chạm 100% phía trước khi cải tiến lần thứ nhất . 70
Hình 4.16 chassic chưa cải tiến và sau khi cải tiến lần 1 ........................................ 70
Hình 4.17 Chassic phía trước được gia cố thêm ..................................................... 71
Hình 4.18 Cấu trúc hấp thụ năng lượng hình tổ ong. .............................................. 72
Hình 4.19 cấu trúc hấp thụ năng lượng hình tổ ong dạng khối ............................... 72
Hình 4.20 cấu trúc hấp thụ hình tổ ong được cải tiến ............................................. 72
Hình 4.21 Mô phỏng ở 50ms va chạm 100% phía trước khi cải tiến lần thứ hai ..... 73
Hình 4.22 Mô phỏng ở 100ms va chạm 100% phía trước khi cải tiến lần thứ hai ... 73
Hình 4.23 Mô phỏng ở 150ms va chạm 100% phía trước khi cải tiến lần thứ hai ... 73
Hình 4.24 Mô phỏng ở 180ms va chạm 100% phía trước khi cải tiến lần thứ hai ... 74
Hình 4.25 Chassic cải tiến lần 1 và lần 2 sau khi va chạm ..................................... 74
Hình 4.26 Kết cấu tổ ong trước và sau va chạm .................................................... 74
Hình 4.27 Giá trị gia tốc tại vị trí đầu ghế người lái va chạm 100% phía trước ...... 75
Hình 4.28 Giá trị gia tốc tại vị trí trọng tâm ghế người lái va chạm ........................ 75
Hình 4.29 Giá trị gia tốc tại vị trí mặt ghế người lái va chạm 100% phía trước ...... 76

xi


Chương I

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình an toàn giao thông tại Việt Nam trong những năm qua

Theo thống kê của Cục cảnh sát giao thông đường bộ - đường sắt (C67) và Ủy
ban an toàn quốc gia về tình hình tai nạn giao thông từ năm 2009 đến năm 2013 cho
thấy trung bình mỗi năm cả nước xảy ra khoảng 26.000 vụ tai nạn giao thông làm
chết khoảng 10.000 người, bị thương 31.000 người. Đặc biệt trong những năm gần
đây xảy ra tai nạn giao thông rất nghiêm trọng do va chạm giữa các ôtô gây ra thiệt
hại rất lớn về con người và vật chất. Theo các phân tích số liệu về va chạm giữa hai
xe trong năm 2013 có thể phân loại các dạng va chạm như sau:
Bảng 1.1 Tỷ lệ % các dạng va chạm ở Việt Nam năm 2013.
Dạng va chạm

Số vụ tai nạn

Tỷ lệ %

Va chạm trực diện

741

53.6%

Va chạm sau

108

7.8%

Va chạm bên

443

32.1%

Nóc và gầm xe

38

2.7%

Va chạm khác

52

3.8%

1382

100%

Tổng số

Qua số liệu thống kê trong bảng 1.1 ta thấy khoảng 50% số vụ va chạm ở khu
vực đầu xe nên va chạm trực diện chiếm chiếm tỷ lệ lớn nhất và gây ra những thiệt
hại về người và phương tiện giao thông do đó nhà thiết kế chế tạo ô tô trong và
ngoài nước phải tập trung nghiên cứu.
1.2.

Những công trình nghiên cứu về va chạm trực diện

1.2.1. Những công trình nghiên cứu về va chạm trực diện trên thế giới
Các nghiên cứu được đề cập theo từng mục đích khác nhau.

1.2.1.1.Những công trình nghiên cứu lý thuyết
Những hướng nghiên cứu chủ yếu về tác động va chạn trực diện đối với đầu,
khung vỏ xe trên một số vấn đề sau:

1


- Thống kê và phân tích các tai nạn va chạm trực diện.
- Nghiên cứu động học và động lực học của xe khi va chạm trực diện như
năng lượng hấp thụ, vận tốc, gia tốc, thời gian van chạm....
- Đặc tính biến dạng khung vỏ xe khi va chạm trực diện, phương pháp sữa
chữa và các biện pháp sữa chữa khung vỏ sau khi va chạm.
- Ứng dụng các phần mềm phân tích kết cấu hiện đại như PAM-CRASH,
NASTRAN, LS-DYNA để xác định biến dạng kết cấu đầu xe, khung dầm. Kết quả
cho thấy đánh giá được độ bền của kết cấu khung vỏ cũng như đề xuất giải pháp
hoàn thiện kết cấu qua các công trình của Yong Hu Han, Yu Su Kim; Moisey
Shkolnikov; G. Morvan, Sollac.
- Ứng dụng phương pháp năng lượng để tối ưu hóa đường truyền lực qua sàn
khoang hành khách khi va chạm đảm bảo không gian sống cho hành khách ngồi trên
xe với việc sử dụng phần mềm PAM-CRASH.
Trong những năm gần đây các nghiên cứu đi sâu vào vấn đề an toàn cho người
khi va chạm và tập trung cho những hướng sau:
- Các tiêu chuẩn an toàn cho người khi va chạm theo các qui định của NCAP
[4], FMVSS 208 [3].
- Nghiên cứu động học và động lực học của người khi va chạm trực diện với
các yếu tố như: Tiêu chuẩn chấn thương đầu (HIC), tiêu chuẩn chấn thương ngực
(TTI), chấn thương vùng đùi, xương chậu và một số tiêu chuẩn khác. Cũng như ảnh
hưởng các yếu tố này đến tình trạng chấn thương và khả năng chịu đựng của người.
- Mô phỏng tác động va chạm của người cùng với các thiết bị an toàn như dây
an toàn và túi khí, mức độ chấn thương trong các trường hợp va chạm khác từ đó

xác định các yêu cầu hệ thống an toàn và đánh giá được hiệu quả hoạt động của dây
đai an toàn và túi khí khi va chạm.
1.2.1.2. Những nghiên cứu thực nghiệm
- Thử nghiệm của Mỹ: Theo tiêu chuẩn FMVSS 208 thử nghiệm va chạm của
xe với vật cứng và va chạm trực diện vào vật cản với tốc độ 32 km/h đến 56 km/h
với 100% bề rộng [4].

2


1.2.2. Những công trình nghiên cứu trong nước.
Trong những năm gần đây một số nhà khoa học ở các cơ quan nghiên cứu
trong nước đã có nhiều nổ lực trong việc xây dựng các cơ sở đánh giá độ bền của
khung xe dưới các loại tải trọng khác nhau. Nghiên cứu thiết kế cải tiến, hoán cải
khung xương và chassis ô tô chủ yếu tập trung tính toán mô phỏng trạng thái bền
tĩnh và tính ổn định, trong khi đó các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng liên quan tới
tính năng an toàn bị động của ô tô (bao gồm va chạm trước, sau, hông, lật đổ, vv…)
vẫn chưa được thực hiện, và hiện tại cũng chưa thấy một công trình nghiên cứu
hoặc bài báo khoa học nào liên quan được đăng trên tạp chí khoa học trong nước.
Do đó đề tài này thực hiện “nghiên cứu thiết kế tính an toàn kết cấu ôtô
khách khi xẩy ra va chạm trực diện” để ứng dụng trong nước. Nhằm đảm bảo an
toàn cho con người, đồng thời đẩy nhanh lộ trình nội địa hóa sản phẩm trong nước
đạt tiêu chuẩn quốc tế, đó cũng là lý do chính để chủ nhiệm đề tài lựa chọn nghiên
cứu này.
1.3. Yêu cầu kỹ thuật của khung vỏ xe khi va chạm trực diện và tiêu chuẩn an
toàn cho người
1.3.1. Yêu cầu kỹ thuật của khung vỏ xe khi va chạm trực diện
Khả năng bảo vệ cho người và xe dựa trên nguyên tắc về độ cứng vững của
khoang hành khách với việc thiết kế các khu biến dạng kết hợp với hấp thụ năng
lượng khi va chạm của hệ thống để bảo vệ an toàn. Những tiêu chuẩn dưới đây

được đảm bảo:
- Chuyển đổi có hiệu quả động năng thành biến dạng.
- Khả năng của ô tô để hấp thụ năng lượng từ một tác động, va chạm trong
trường hợp xảy ra tai nạn và để bảo vệ người ngồi bên trong cabin của ô tô và ngăn
ngừa thương tích.
- Gia tốc của người va chạm phải thấp.
Kết cấu đầu xe cần phải thỏa mãn hai yêu cầu khi va chạm trực diện:
- Khung truyền dòng lực cần phải đủ độ bền, độ cứng vững khi xe hoạt động.

5


Do hạn chế về kỹ thuật ô tô trong nước hiện nay mà các loại phương tiện giao
thông trong nước sử dụng (như ô tô khách) chủ yếu là nhập ngoại nguyên chiếc,
hoặc nhập các linh phụ kiện từ các hãng sản xuất ô tô nước ngoài về nước lắp ráp,
như Công ty Ô tô Trường Hải, Tracomesco, Samco. Ngoài ra, do nhu cầu thực tế
của doanh nghiệp vận chuyển và sự tiện nghi của hành khách mà các hãng lắp ráp ô
tô trong nước tiến hành hoán cải kết cấu, như thêm độ dài xe để bố trí các hàng ghế
rộng hơn, cải trang từ xe ghế ngồi sang gường nằm,… nhưng không thực hiện các
tính toán tính năng an toàn theo tiêu chuẩn, làm cho tính năng an toàn của các loại ô
tô khách được hoán cải chưa có, rất nguy hiểm đến tính mạng của hành khách. Do
đó, tiến hành nghiên cứu phân tích tính năng an toàn kết cấu ô tô khi va chạm trực
diện là hết sức cần thiết nhằm bảo đảm an toàn cho con người và lợi ích cho xã hội.
1.5. Mục tiêu của đề tài
- Thiết lập mô hình và xác định các thông số đặc trưng của mô hình bằng phần
mềm thiết kế AUTO CAD 2D và CAD 3D cho khung vỏ xe khách.
- Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn và các đặc trưng vật liệu của khung vỏ
xe khách bằng phần mềm phân tích kết cấu Hyper Mesh.
- Mô phỏng quá trình va chạm trực diện của xe để xác định biến dạng và ứng
suất của khung vỏ xe bằng việc sử dụng phần mềm LS-DYNA và phần mềm

HYPER VIEW với kết quả đạt được nhanh chóng và chính xác.
- Tiến hành thiết kế cải tiến khung sườn xe khách để đảm bảo không gian sống
cho người, đồng thời giảm lực va đập khi xảy ra va chạm trực diện.
1.6. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
1.6.1. Đối tượng nghiên cứu
- Hồ sơ thiết kế, các bản vẽ kỹ thuật (2D và 3D) dùng để mô phỏng, chế tạo
khung xương và chassis ô tô khách.
- Khảo sát lựa chọn vật liệu thông dụng để tiến hành xây dựng mô hình phân
tích phần tử hữu hạn ô tô khách.
- Phân tích cơ chế biến dạng kết cấu khung xương ô tô khách khi va chạm trực
diện. Trên cơ sở kết quả phân tích biến dạng kết cấu tiến hành cải tiến nhằm đảm

7


bảo an toàn.
- Tiến hành thiết kế bộ hấp thu năng lượng nhằm hấp thu năng lượng va đập
khi xẩy ra va chạm trực diện.
1.6.2 Phạm vi nghiên cứu
- Phân tích trạng thái khi va chạm trực diện của kết cấu khung xương và
chassis ô tô khách.
- Thiết kế cải tiến tính an toàn kết cấu ô tô khách dưới điều kiện va chạm trực
diện.
1.6.3. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp bao gồm:
- Nghiên cứu lý thuyết: Đề tài chủ yếu dựa vào cơ sở lý thuyết về va chạm ô
tô, nghiên cứu động học và động lực học khi va chạm trực diện, lý thuyết sức bền
vật liệu.
- Nghiên cứu mô phỏng thực nghiệm: Trên cơ sơ phân tích kết quả mô phỏng
tiến hành đánh giá kiểm nghiệm, cải tiến kết cấu khung sườn xe khách.

1.7. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu chính của nghiên cứu này là thiết kế cải tiến tính an toàn
của ô tô khách dùng để ứng dụng. Các phần chính của nội dung gồm:
- Khảo sát, phân tích lựa chọn và xây dựng phương án thiết kế cải tiến tính
năng an toàn kết cấu ô tô khách,
- Trên cơ sở mô hình 2D tiến hành xây dựng mô hình 3D cho khung xương và
chassis ô tô khách,
- Xây dựng mô hình phân tích phần tử hữu hạn ô tô khách.
- Dùng phần mềm HYPERMESH thiết lập thuộc tính, vật liệu và đặt điều kiện
biên trên mô hình khung xương và chasis ô tô khách.
- Dùng phần mềm LS-DYNA mô phỏng phân tích tính an toàn khi va chạm
trực diện của ô tô khách.
- Cải tiến kết cấu đồng thời thiết kế bộ giảm chấn nhằm hấp thụ năng lượng
khi xẩy ra va chạm trực diện.

8


Chương II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VA CHẠM TRỰC DIỆN
CỦA Ô TÔ
Va chạm ô tô khách là hiện tượng thường xuyên xảy ra. Trong đó, va chạm
trực diện của xe ô tô khách làm cho nhiều người chấn thương và tử vong cùng lúc
dẫn đến những hậu quả đáng tiếc cho người và tài sản.
Vậy va chạm xảy ra như thế nào? Thì qua nghiên cứu động lực học, biến
dạng kết cấu khi xảy ra va chạm trực diện sẽ cho chúng ta thấy rõ điều ấy. Trên cơ
sở nghiên cứu đó sẽ đưa ra phương án về mặt kết cấu khung xương của ô tô khách,
đồng thời hấp thụ năng lượng khi va chạm trực diện. Nhằm làm giảm tối đa tổn thất
về người và vật chất khi va chạm trực diện.

2.1. Nghiên cứu và tính toán va chạm trực diện của ô tô với vật cản
2.1.1. Va chạm
Va chạm là sự tiếp xúc giữa các vật rắn gây nên sự thay đổi đặc trưng cơ học
của chúng. Vận tốc các điểm và vận tốc góc của các vật rắn thay đổi một lượng hữu
hạn trong một thời gian rất nhỏ.
2.1.2. Đặc tính biến dạng đầu trước của xe khi va chạm
Để khảo sát các đặc tính biến dạng của xe, chúng ta đưa ra mô hình động lực
học như hình 2.1. Giả thuyết cho rằng khi xe va chạm trực diện vào các vật cản
tuyệt đối và cố định thì xe sẽ dừng lại mà không có hiện tượng dội ngược lại sau khi
va chạm. Tức là chúng ta xem biến dạng đầu xe khi va chạm là biến dạng dẻo hoàn
toàn và hệ số phản hồi 𝜀 được tính như sau:
𝑣

𝜀=| |

(2.1)

𝑣0

Với: v - Vận tốc khi bắt đầu va chạm.
𝑣0 – Vận tốc sau khi va chạm với vật cản

9


+ 𝐹 = 𝑐. ∆𝑥 (lực biến dạng phụ thuộc tuyến tính vào độ biến dạng, c là hằng số
độ cứng của đầu xe.)
+ 𝐹 = 𝑘. ∆𝑥̇ (lực biến dạng phụ thuộc tuyến tính vào vận tốc biến dang, k là
hệ số biến dạng của đầu xe.)
Chúng ta sẽ ký hiệu gia tốc chậm dần cực đại cho phép khi va chạm với vật

cản cứng là 𝑎𝑚𝑎𝑥 theo quan điểm cơ sinh học về khả năng chịu đựng của cơ thể
người, tiêu chuẩn FMVSS 208 [3] của Mỹ quy định là 𝑎𝑚𝑎𝑥 = 300 𝑚⁄𝑠 2 . Mặt
khác chúng ta giả thuyết rằng, trong cả 3 trường hợp gia tốc chậm dần cực đại 𝑎𝑚𝑎𝑥
là như nhau và vận tốc khi va chạm v0 cũng điều có giá trị giống nhau.
Sau đây là tính toán độ biến dạng cực đại của đầu xe khi va chạm cho 3 khả
năng trên:
2.1.2.1. Đặc tính biến dạng không đổi của đầu trước của xe (F = const)
Từ phương trình (2.3) ta suy ra:

−𝑥 =

𝐹
𝑚

= 𝑎𝑚𝑎𝑥

(2.4)

Nếu F = const thì theo (2.2) ta có:
1
2

. 𝑚. 𝑣02 = 𝐹. ∆𝑥𝑚𝑎𝑥

(2.5)

Từ đó tính được độ biến dạng cực đại:

∆𝑥𝑚𝑎𝑥 =

𝑚.𝑣02
2.𝐹

=

𝑣02
2.𝑎𝑚𝑎𝑥

m

(2.6)

2.1.2.2. Đặc tính biến dạng tuyến tính của đầu trước của xe (𝑭 = 𝒄. ∆𝒙)
Thay lực biến dạng 𝐹 = 𝑐. ∆𝑥 vào phương trình (2.2) thì nhận được:
∆𝑥𝑚𝑎𝑥

1

. 𝑚. 𝑣02 = ∫0
2

𝑐. ∆𝑥. 𝑑𝑥 =

1
2

2
𝑐. ∆𝑥𝑚𝑎𝑥

(2.7)

Đồng thời ta cũng có:

𝑎=

𝐹𝑚𝑎𝑥
𝑚

2
; 𝐹𝑚𝑎𝑥 = 𝑐. ∆𝑥𝑚𝑎𝑥

(2.8)

11


Suy ra:
𝐹𝑚𝑎𝑥

∆𝑥𝑚𝑎𝑥 =
𝑐 =

𝑐

𝑚.𝑎𝑚𝑎𝑥

=

𝑐

𝑚

= 𝑣0 . √

𝑐

2
𝑚.𝑎𝑚𝑎𝑥

(2.9)
(2.10)

𝑣02

Từ đó tính được độ biến dạng cực đại:
𝑚.𝑎𝑚𝑎𝑥

∆𝑥𝑚𝑎𝑥 =

𝑐

𝑣02

=

𝑎𝑚𝑎𝑥

m

(2.11)

Như vậy, khi lực biến dạng phụ thuộc tuyến tính vào độ biến dạng (biến dạng
dẻo) thì cùng một giá trị 𝑎𝑚𝑎𝑥 và 𝑣𝑜 thì độ biến dạng ở trường hợp này lớn gấp 2
lần so với trường hợp (2.1.2.1).
2.1.2.3. Lực biến dạng phụ thuộc tuyến tính vào vận tốc biến dạng (𝑭 = 𝒌. ∆𝒙̇ )
Bởi vì ∆𝑥 = 𝑥 cho nên phương trình chuyển động (2.3) sẽ có dạng:

𝑚. 𝑥̈ + 𝑘. 𝑥̇ = 0

(2.12)

Giải phương trình (2.12) chúng ta nhận được độ dịch chuyển phần không biến
dạng của thân xe khi va chạm:

𝑥 = 𝑣0

𝑚
𝑘

(1 − 𝑒

−𝑘
𝑡
𝑚

)

(2.13)

Và vận tốc dịch chuyển khi va chạm:

𝑘

𝑥̇ = 𝑣0 . 𝑒 𝑚𝑡

(2.14)

Vận tốc biến dạng lớn nhất ∆𝑥̇ = 𝑣0 là ở thời điểm ban đầu của va chạm t = 0,
nếu như để thỏa mãn điều kiện |𝑥̈ | = 𝑎𝑚𝑎𝑥 thì theo (2.12) cần phải có:
𝑘

|𝑥̈ | = 𝑎𝑚𝑎𝑥 =

𝑣
𝑚 0

Nghĩa là: 𝑘 =

𝑚.𝑎𝑚𝑎𝑥

(2.15)

𝑣0

Và biến dạng cực đại ở đầu trước của xe ở trường hợp này giống với trường
hợp 2.1.2.2 (đặc tính biến dạng tuyến tính).

12


2.1.3. Chuyển động của người ngồi trên xe khi va chạm trực diện giữa ô tô và

vật cản cứng
Nếu gia tốc chậm dần của xe trong quá trình va chạm đạt giá trị lớn nhất thì
mức độ nguy hiểm do va chạm giữa người trên xe với một phần nào đó của thân xe
phụ thuộc vào tốc độ va chạm và các đặc tính biến dạng của bộ phận đó.
Giả thuyết rằng, một bộ phận xác định của thân xe nằm cách người một
khoảng là n trong khoảnh khắc va chạm
Sau thời điểm va chạm của xe với vật cản cứng cho đến khi người trên xe va
đập vào thân xe thì trong khoảng thời gian đó người trên xe vẫn còn chuyển động
với vận tốc không đổi 𝑥𝑐 = 𝑣0 , lúc đó quảng đường tương ứng sẽ là 𝑥𝑐 = 𝑣0 𝑡.
Đồng thời sau va chạm, xe chuyển động chậm dần với gia tốc 𝑎0 = 𝐹⁄𝑚 , khi đó
vận tốc tức thời của xe là: 𝑥𝑣̇ = 𝑣0 − 𝑎0 𝑡 và quảng đường dịch chuyển của xe
sau khi va chạm là:

𝑥𝑣̇ = 𝑣0 𝑡 −

1
𝑎0 𝑡 2
2

Trong thời điểm va chạm của người với thân xe phía trước mặt thì:

𝑥𝑐 − 𝑥𝑣 = 𝑛

(2.17)

Gọi tn là thời gian chuyển động của người trên xe kể từ khi xe va chạm với vật
cản cho đến khi người va vào xe thì tn được tính từ (2.17) với t = tn:

𝑣0 𝑡𝑛 − 𝑣0 𝑡𝑛 +

1
2

𝑎0 𝑡𝑛2 = 𝑛

2𝑛

 𝑡𝑛 = √

𝑎0

(2.18)

Vận tốc va chạm của người với thân xe vn được cho bởi hiệu giữa vận tốc của
người trước va chạm vcn và vận tốc của xe trước khi va chạm vvn:

𝑣𝑛 = 𝑣𝑐𝑛 − 𝑣𝑣𝑛 = 𝑎0 𝑡𝑛 = √2𝑛𝑎0

(2.19)

Nếu khoảng cách n và gia tốc a0 càng lớn thì vận tốc va chạm vn càng lớn và
mức độ nguy hiểm của va chạm càng tăng.

13


2.2. Nghiên cứu và tính toán va chạm trực diện của hai ô tô
2.2.1. Cơ học va chạm trực diện của hai ô tô
Xét hai xe có khối lượng m1 và m2, chuyển động ngược chiều với nhau có vận
tốc v11 và v22. Nếu hai xe này va chạm trực diện đồng trục với nhau thì theo định

luật bảo toàn động lượng của hệ trước va chạm và sau va chạm ta có:

𝑚1 𝑣11 + 𝑚2 𝑣22 = 𝑚1 𝑣1 + 𝑚2 𝑣2

(3.1)

Ở đây: v1, v2 các vận tốc dội ngược lại của hai xe.
Động năng của hai xe trước khi va chạm là:
1

𝐸𝑘11 =

2

2
𝑚1 𝑣11
J;

1

𝐸𝑘22 =

2

2
𝑚2 𝑣22
J

(3.2)

Động năng của hai xe sau khi va chạm là

𝐸𝑘1 =

1
2

𝑚1 𝑣12

J;

1

𝐸2 =

2

𝑚2 𝑣22

J

(3.3)

Nếu chúng ta biết hệ số phản hồi tương hỗ của hệ 𝜀 của hai xe (hệ số phản hồi
của một xe được xác định bởi va chạm trực diện của xe với vật cản cứng và độ lớn
của nó được tính theo (2.1)) thì chúng ta tính được các vận tốc chuyển động dội
ngược lại của hai xe như sau:

𝑣1 =

𝑚1 𝑣11 +𝑚2 𝑣22 −𝑚2 (𝑣11 −𝑣22 )𝜀

𝑣2 =

𝑚1 𝑣11 +𝑚2 𝑣22 −𝑚1 (𝑣11 −𝑣22 )𝜀

(3.4)

𝑚1 +𝑚2
𝑚1 +𝑚2

Giả thuyết rằng va chạm giữa hai xe là va chạm dẻo hoàn toàn (hệ số phản hồi
tương hổ của hệ 𝜀 = 0), nghĩa là sau khi va chạm hai xe tiếp tục chuyển động thẳng
với vận tốc bằng nhau: v1 = v2 = v. Phương trình (3.1) trong trường hợp này có dạn

𝑚1 𝑣11 + 𝑚2 𝑣22 = (𝑚1 + 𝑚2 )𝑣

(3.5)

Tức là vận tốc của 2 xe sau khi va chạm là:

𝑣=

𝑚1 𝑣11 +𝑚2 𝑣22

(3.6)

𝑚1 +𝑚2

Động năng của hai xe va chạm trong trường hợp này là:

1

𝐸𝑘1 = 𝑚1 𝑣 2
2

J ;

𝐸2 =

1
2

14

𝑚2 𝑣 2

J

(3.7)


Quá trình thay đổi vận tốc hai xe va chạm trực diện được biểu thị hình 2.2.
Trước khi va chạm xe thứ nhất có vận tốc v11 trùng vớ chiều dương của trục
toạ độ nên v11 > 0, xe thứ hai chuyển động ngược chiều nên v22< 0. Giả thiết xe thứ
nhất có động năng lớn hơn, nên sau khi va chạm cả 2 xe có chung vận tốc v và
chuyện động theo chiều xe thứ nhất, bởi vậy v> 0.

Hình 2.2 Quá trình thay đổi vận tốc khi 2 xe va chạm trực diện
Theo định luật bảo toàn cơ năng của hệ thì năng lượng được hấp thu khi va
chạm sẽ là:

∆𝐸𝑘 = (𝐸𝑘11 + 𝐸𝑘22 ) − (𝐸𝑘1 + 𝐸𝑘2 ) =

1
2

1

2
2
(𝑚1 𝑣11
+ 𝑚2 𝑣22
) − (𝑚1 + 𝑚2 )𝑣 2 (3.8)
2

Nếu thay vào phương trình (3.8) giá trị vận tốc chung v của hai xe sau va chạm
theo (3.6) thì nhận được:

∆𝐸𝑘 =

𝑚1 𝑚2
2(𝑚1 +𝑚2

(𝑣11 − 𝑣22 )2 =
)

𝑚1 𝑚2

𝑣2
2(𝑚1 +𝑚2 ) 𝑟

(3.9)

Ở đây: vr là vận tốc tương đối của hai xe khi va chạm.

𝑣𝑟 = 𝑣11 − 𝑣22

(3.10)

Trong quá trình va chạm vận tốc của xe thứ nhất giảm đi một lượng là ∆𝑣1 ,
vận tốc của xe thứ hai tăng lên một lượng là ∆𝑣2 (nhưng ngược chiều với chiều
chuyển động ban đầu của nó). Sau va chạm cả hai xe đều chuyển động cùng vận tốc
là v. Theo hình 2.2 ta có:

∆𝑣1 = 𝑣11 − 𝑣

15


Thay giá trị 𝑣11 = 𝑣𝑟 + 𝑣22 từ (3.10) và 𝑣 =

𝑚1 𝑣11 +𝑚2 𝑣22
𝑚1 +𝑚2

từ (3.6) thay vào

công thức trên ta có:
∆𝑣1 = 𝑣𝑟 + 𝑣22 −

𝑚1 𝑣11 + 𝑚2 𝑣22 𝑚2 𝑣𝑟 + 𝑚1 (𝑣22 + 𝑣𝑟 ) − 𝑚1 𝑣11
=

𝑚1 + 𝑚2
𝑚1 + 𝑚2

𝑚2

=

𝑣
𝑚1 +𝑚2 𝑟

(3.11)

Chứng minh tương tự ta được:
𝑚1

∆𝑣2 =

𝑣
𝑚1 +𝑚2 𝑟

(3.12)

Nếu va chạm giữa hai xe không phải là va chạm dẻo hoàn toàn thì năng lượng
hấp thụ được xác định từ biểu thức:
1 𝑚1 𝑚2

∆𝐸𝑘 =

𝑣 (1
2 𝑚1 +𝑚2 𝑟

− 𝜀 2)

(3.13)

2.2.2. Hiệu suất của hệ thống chống va chạm trên ô tô
Ký hiệu lực lớn nhất được phép tác dụng vào xe là F max lúc đó phần tử hấp thụ
năng lượng va chạm lý tưởng sẽ sinh ra một công là:

𝑊𝑚𝑎𝑥 = 𝐹𝑚𝑎𝑥. ∆𝑥𝑚𝑎𝑥

(4.1)

Trong đó:
Wmax: Công suất lớn nhất được sinh ra.
∆𝑥𝑚𝑎𝑥 : Độ biến dạng cực đại của xe.
Phần tử hấp thụ năng lượng va chạm thực tế sinh ra một công là:
∆𝑥𝑚𝑎𝑥

𝑊 = ∫0

𝐹. 𝑑𝑥

(4.2)

Hiệu suất của phần tử hấp thụ năng lượng va chạm là:

𝜂=

𝑊

𝑊𝑚𝑎𝑥

∆𝑥

=

∫0 𝐹.𝑑𝑥

(4.3)

𝐹𝑚𝑎𝑥 .∆𝑥𝑚𝑎𝑥

Sau khi va chạm trực diện động năng của va chạm là:
1

𝐸𝑘 = 𝑚. 𝑣02 J

(4.4)

2

16