Xây dựng mô hình tính toán hệ thống đai an toàn cho người lái xe

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của tôi. Những nội dung trình bày
trong luận văn này do tôi thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Phạm
Hữu Nam và các giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Nội dung của luận
văn hoàn toàn phù hợp với Đề tài đã được đăng ký và phê duyệt của Hiệu trưởng
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung
thực.
Hà Nội, ngày 25 tháng 9 năm 2013
Tác giả luận văn

Trƣơng Đình Điệp

1


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. 1
MỤC LỤC ............................................................................................................................. 2
CÁC KÝ HIỆU DÙNG CHUNG TRONG LUẬN VĂN...................................................... 4
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .......................................................................... 6
Chương I: TỔNG QUAN .................................................................................................... 10
1.1. Tính an toàn .......................................................................................................... 10
1.1.1. An toàn chủ động ........................................................................................ 12
1.1.2. An toàn thụ động......................................................................................... 17
1.2. Đặc điểm tổn thương của người lái và hành khách ............................................... 24
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................................ 26
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................ 26
1.3.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ................................................................ 27
1.4. Đặt vấn đề nghiên cứu ........................................................................................... 27

Chương II. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG ĐAI AN TOÀN ........................... 29
2.1. Phân loại ................................................................................................................ 30
2.1.1. Phân loại theo vị trí lắp ghép ....................................................................... 30
2.1.2. Phân loại theo điều khiển ............................................................................. 32
2.2. Các cụm chi tiết của hệ thống đai an toàn 3 điểm ................................................. 32
2.2.1. Dây đai an toàn ............................................................................................ 32
2.2.2. Cơ cấu căng đai ............................................................................................ 34
2.2.3. Cơ cấu khóa đai ........................................................................................... 37
2.2.4. Bộ phận tạo khí ............................................................................................ 40
2.2.5. Cơ cấu hạn chế lực ....................................................................................... 41
Chương III. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐAI AN TOÀN CHO
NGƯỜI LÁI ......................................................................................................................... 44
3.1. Mục đích ................................................................................................................ 44
3.2. Phân tích mô hình vật lý ........................................................................................ 44
3.3. Đặc điểm làm việc ................................................................................................. 45
3.4. Chọn mô hình và tính toán ..................................................................................... 45
3.5. Thông số đầu vào mô phỏng .................................................................................. 47
3.6. Giới thiệu về công cụ Simulink ............................................................................. 48
3.6.1. Đặc điểm của Simulink ................................................................................ 48
3.6.2. Cấu trúc của một sơ đồ Simulink................................................................. 49
3.6.3. Trình tự thực hiện quá trình mô phỏng ........................................................ 49
3.7. Xây dựng chương trình mô phỏng ......................................................................... 52
3.7.1 Khối mô phỏng gia tốc khi khi đâm va ......................................................... 52
3.7.2. Khối mô phỏng lực của dây đai tác động lên lồng ngực ............................. 52
3.7.3. Khối mô phỏng lực đàn hồi của lồng ngực .................................................. 53
3.7.4. Khối mô phỏng lực giảm chấn ..................................................................... 53
3.7.5. Khối mô phỏng tính x1 ................................................................................. 54
3.7.6. Khối mô phỏng tính x2 ................................................................................. 54
3.7.7. Khối mô phỏng tính x3 ................................................................................. 55
3.7.8. Khối mô phỏng tính xv ................................................................................. 55

2


3.7.9. Khối mô phỏng chuyển vị khi bị nén lồng ngực ............................................ 56
3.7.10. Khối mô phỏng chuyển vị tốc độ khi nén .................................................... 56
3.7.11. Khối mô phỏng chuyển vị biến dạng tuyệt đối của lồng ngực .................... 57
3.7.12. Khối mô phỏng chuyển vị hệ số cản nhớt.................................................... 57
Chương IV. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ .................................................................................. 59
4.1. Khảo sát các đặc tính khi đâm va ........................................................................... 59
4.1.1. Đồ thị gia tốc khi đâm va ............................................................................... 59
4.1.2. Đồ thị lực của dây đai .................................................................................... 60
4.1.3. Đồ thị chuyển vị tốc độ nén lồng ngực .......................................................... 61
4.1.4. Đồ thị chuyển vị biến dạng tuyệt đối của lồng ngực: .................................... 61
4.15. Đồ thị chuyển vị hệ số cản nhớt...................................................................... 62
4.16. Đồ thị chuyển vị khi bị nén lồng ngực ............................................................ 63
4.2. Kết luận chương ....................................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 67
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 68

3


CÁC KÝ HIỆU DÙNG CHUNG TRONG LUẬN VĂN
TT

Ký hiệu

Đơn vị

1

m1

kg

Tên gọi
Khối lượng cấu trúc của xương sườn và khung xương
ngực

2

m2

kg

Khối lượng cơ thể liên quan đến lồng ngực liên kết qua
cột sống

3

k11

N/m

Độ cứng của lồng ngực lớn

4

k12

N/m

Độ cứng của lồng ngực nhỏ

5

δ0

m

6

c11

N.s/m

Hệ số của ngực được phục hồi

7

c12

N.s/m

Hệ số của ngực khi bị nén

8

k2

N/m

9

c2

N.s/m

10

k

N/m

Hệ số độ cứng hạn chế

11

v0

km/h

Vận tốc khi đâm va

12

k3

kg

Biến dạng ban đầu của lồng ngực

Độ cứng lò xo, giảm chấn của ghế và người
Hệ số giảm chấn

Khối lượng quán tính

4


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng
1.1

Diễn giải
Thông số giới hạn tổn thương trong lĩnh vực dây đai an toàn
cho con người

5

Trang
26


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Diễn giải

Hình

Trang

1.1

Hệ thống ‘‘ ôtô-người lái-môi trường’’

11

1.2

Các thành phần của tính an toàn trong vận hành

11

1.3

An toàn chủ động của ôtô

13

1.4

Bố trí ghế ngồi cho người trên xe

16

1.5

Sự phân chia các vùng quan sát của người lái

17

1.6

Xác suất va chạm theo các hướng

18

1.7

Biểu đồ xác suất va chạm theo các hướng

18

1.8

An toàn thụ động và các vấn đề bảo vệ con người

21

1.9

Xác suất gây thương tích khi va chạm trước

22

1.10

Giải pháp kết cấu bố trí nội thất

23

1.11

Giải pháp đai an toàn và túi khí bảo vệ

24

1.12

Hệ thống đai an toàn và túi khí

25

1.13

Chấn thương ở vùng bụng và ngực do dây đai an toàn gây ra

25

sau khi đâm xe
2.1

Xe sẩy đâm va từ phía trước

29

2.2

Hệ thống đai an toàn hai điểm

30

2.3

Hệ thống đai an toàn 3 điểm

31

2.4

Hệ thống đai an toàn 4,5 và sáu điểm

31

2.5

Kết cấu hệ thống đai an toàn 3 điểm

31

2.6

Dây đai an toàn bằng vải

29

2.7

Dây đai an toàn bằng túi khí

33

2.8

Kết cấy của điều khiển

34

2.9

Cơ cấu căng dây đai bằng cơ khí

35

2.10

Sơ đồ cơ cấu căng đai bằng điện

36

2.11

Sơ đồ cảm biến phái trước

36

2.12

Kết cấu cơ cấu căng đai điêu khiển bằng điện

37

2.13

Kiểu kích hoạt khóa đai theo chuyển động của xe

38

2.14

Kiểu kích hoạt khóa đai theo chuyển động của đai an toàn

38

2.15

Kích hoạt khóa điện đai bằng điện

39

2.16

Bộ phận tạo khí loại E

40

2.17

Bộ phận tạo khí loại M

40

6


2.18

Cơ cấu hạn chế lực bằng đĩa

41

2.19

Cơ cấu hạn chế lực bằng thanh xoắn

42

2.20

Cơ cấu hạn chế lực bằng thanh răng

42

3.1

Biểu diễn các lực tác dụng lên người lái

44

3.2

Mô hình giảm chấn lò xo mô phỏng đặc tính đàn hồi phù hợp

46

và phân tán của ngực khi bị va đập
3.3

Các khối chức năng

50

3.4

Lập đường truyền kết nối hoàn chỉnh

50

3.5

Các khối chức năng sau khi kết nối hoàn chỉnh

50

3.6

Nhập thông số mô phỏng

51

3.7

Hiển thị kết quả mô phỏng

51

3.8

Mô phỏng gia tốc khi đâm va

52

3.9

Mô phỏng lực của dây đai tác động lên lồng ngực

53

3.10

Mô phỏng lực đàn hồi của lồng ngưc

53

3.11

Mô phỏng lực giảm chấn

54

3.12

Mô phỏng biến x1

54

3.13

Mô phỏng biến x2

55

3.14

Mô phỏng biến x3

55

3.15

Mô phỏng biến xv

56

3.16

Mô phỏng chuyển vị khi bị nén lồng ngực

56

3.17

Mô phỏng chuyển vị tốc độ nén

57

3.18

Mô phỏng biến dạng tuyệt đối của lồng ngực

57

3.19

Mô phỏng chuyển vị hệ số cản nhớt

57

4.1

Biểu diễn sự biến đổi của gia tốc khi đâm va

59

4.2

Biểu diễn sự biến đổi lực của dây đai khi đâm va

60

4.3

Biểu diễn sự biến đổi của tốc độ nén lồng ngục khi đâm va

61

4.4

Biểu diễn sự biến đổi của biến dạng lồng ngực khi đâm va

62

4.5

Biểu diễn sự biến đổi của hệ số cản nhớt khi đâm va

62

4.6

Biểu diễn sự biến đổi chuyển vị néncủa lồng ngực khi đâm va

63

7


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, sau hơn 100 năm kể từ ngày đầu xuất hiện ngành công nghiệp ô tô

đã đạt được nhiều thành tựu về khoa học công nghệ, phát triển thành một trong
những ngành công nghiệp quan trọng hàng đầu trên thế giới.
So với những chiếc ô tô thế hệ cũ, ô tô ngày nay có công suất và tốc độ ngày
càng tăng, tiết kiệm nhiên liệu hơn, sạch hơn, thân thiện với môi trường hơn, đặc
biệt là mức độ đảm bảo an toàn hơn khi vận hành. Để có được điều đó, các Kỹ sư
ôtô đã ứng dụng nhiều thành tựu trong nghiên cứu khoa học vật liệu, công nghệ
điện tử, điều khiển tự động… trong quá trình thiết kế và chế tạo. Trong số các thành
tựu đó, hệ thống đai an toàn trên ô tô được ứng dụng công nghệ điều khiển tự động,
điều khiển bằng ECU đã trở nên rất hiệu quả trong việc nâng cao tính năng an toàn
thụ động cho ôtô khi đâm va. Hiện nay hệ thống đai an toàn đã trở thành một trong
những tiêu chuẩn của ôtô trên thị trường.
Một trong những vấn đề mấu chốt trong việc thiết kế hệ thống dây đai an
toàn là kiểm soát hệ thống lực căng dây đai, khi xe bị đâm va, nhằm giảm chấn
thương vùng ngực cho người lái. Vì vậy, yêu cầu phải giải quyết nhiều vấn đề trên
lý thuyết cũng như thực nghiệm. Trên cơ sở đó, tôi đã đề xuất đề tài “XÂY DỰNG
MÔ HÌNH TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐAI AN TOÀN CHO NGƯỜI LÁI XE” để
nghiên cứu vấn đề trên.
Việc nghiên cứu đai an toàn trên ôtô ở Việt Nam hiện nay là rất cần thiết , nó
là cơ sở đánh giá độ an toàn thụ động cho các loại ôtô khi nhập vào Việt Nam, đồng
thời là cơ sở đánh giá các loại ôtô khi cải tiến, lắp giáp, hoàn cải mục đích sử dụng
an toàn cho người người lái và hành khách khi xe chuyển động, góp phần đảm bảo
an toàn và giảm tỉ lệ tử vong khi xe bị đâm va.
Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của
các thầy giáo, đặc biệt là PGS. TS Phạm Hữu Nam cùng các thầy giáo trong bộ môn
ôtô của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Cùng với sự nỗ lực và cố gắng của bản
thân tôi đã hoàn thành được luận văn của mình. Tuy nhiên do kiến thức chuyên
môn còn hạn chế, cũng như thời gian có hạn, nên không thể tránh khỏi sai sót, rất

8

mong nhận được sự góp ý của các Thầy giáo để đề tài được hoàn thiện hơn.
Tôi xin trân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Hữu Nam, Viện đào tạo sau đại học
trường ĐHBK Hà nội, các thầy cô giáo trong bộ môn và các bạn đồng nghiệp đã tận
tình giúp đỡ tôi.
Hà Nội, tháng 9 năm 2013
Tác giả luận văn

Trương Đình Điệp

9


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
Với một đất nước đang trên đà phát triển mạnh mẽ như nước Việt Nam
chúng ta thì giao thông đang là một trong những yếu tố nắm vai trò chủ đạo. Đối
với phương tiện giao thông đường bộ thì ôtô là loại phương tiện hữu ích nhất. Ôtô
ngoài mục đích là phương tiện đi lại còn là phương tiện vận chuyển lưu thông hàng
hóa. Vì vậy mỗi năm Thế giới lại xuất xưởng thêm hàng triệu xe ôtô đủ mọi chủng
loại, đi kèm sự gia tăng quá nhanh đó là những bất cập, những hạn chế của các loại
xe. Bên cạnh những chiếc xe hiện đại, đảm bảo được những quy định về tiêu chuẩn
kỹ thuật, tiêu chuẩn an toàn, bên cạnh đó là những chiếc xe không đảm bảo về an
toàn, đó là những chiếc xe tự tạo, xe cũ tái chế. Để giảm thiểu tai nạn giao thông do
ôtô gây ra thì phải đảm bảo an toàn cho người và phương tiện khi xe chuyển động.
Một trong những thiết bị an toàn quan trọng nhất trong xe là hệ thống đai an toàn.
Hệ thống đai an toàn được thiết kế để phòng ngừa hoặc giảm mức độ trầm trọng của
chấn thương, đó cũng là một trong những thiết bị phát triển từ lâu và thông dụng
trên xe. Khi sử dụng đúng dây an toàn, ngăn ngừa có hiệu quả tới 45% trong trường
hợp đâm va nặng và 67% hiệu quả trong ngăn ngừa tổn thương nghiêm trọng. Tuy
nhiên, khi xe bị đâm va, các chấn thương gây ra bởi dây đai an toàn ở vùng bụng,

ngực hoặc cổ tạo ra các vết tím bầm và trầy tại nơi tiếp xúc của dây đai an toàn với
người lái. Do đó phương pháp giảm chấn thương do dây đai thông qua lực căng của
mô hình tính toán hệ thống đai an toàn cho người lái xe là rất quan trọng, nó liên
quan đến nhiều lĩnh vực: điều khiển tự động, cơ khí, khí động học … Đây cũng
chính là vấn đề an toàn cho người lái xe và hành khách khi xe bị đâm va.
1.1. Tính an toàn
Tính an toàn chuyển động của ôtô là tổng hợp các tính chất nhằm giảm xác
suất phát sinh tai nạn giao thông (an toàn chủ động) và giảm thiểu tổn thất về vật
chất và con người khi xảy ra tai nạn giao thông (an toàn bị động). An toàn chuyển
động của ôtô được coi là một trong những tính chất khai thác quan trọng nhất bởi vì
nó ảnh hưởng tới đời sống và sức khỏe con người, tới chất lượng của ôtô, của hàng
hóa chuyên chở, các công trình giao thông v.v…

10


Các giải pháp kết cấu của ôtô tạo điều kiện đảm bảo an toàn trong vận tải
thuộc vào yêu cầu cơ bản và cũng là chỉ tiêu quan trọng trong vận tải. Tổn thất kinh
tế do tai nạn giao thông đặc biệt do chướng ngại vật trên đường sẽ rất lớn. Chuyển
động của ôtô là tổng hợp các trạng thái động lực học phức tạp tạo nên bởi 3 thành
phần có thể biểu diễn bằng hình 1.1

Ngƣời lái

Môi trƣờng

Xe

Hình 1.1. Hệ thống ‘‘ôtô – người lái – môi trường’’
Nhiệm vụ quan trọng của kết cấu là cho phép ôtô có các đặc tính sao cho hỗ

trợ người lái tránh được các tình huống sự cố và bảo vệ tối đa con người, ôtô và
hàng hóa trước khi tai nạn xảy ra.
An toàn trong vận hành

Ngƣời lái
xe
Môi trƣờng
- Khả năng điều
- Kích thước hình
- Khí hậu
khiển
học
- Địa hình
- Khả năng quan sát
- Phân bố khối lượng
- Phương tiện tham
- Sức khỏe
- Chế độ vận hành
gia giao thông
- Ý thức chấp hành
- Kết cấu an toàn
- Khả năng phản xạ
Hình 1.2. Các thành phần của tính an toàn trong vận hành
Đối với lái xe, trình độ nghề nghiệp chuyên môn là yếu tố quan trọng vì nó
liên quan đến khả năng điều khiển, khả năng quan sát, sức khỏe, độ tuổi, giới tính
và ý thức chấp hành của lái xe v.v....
Các kích thước hình học, phân bố khối lượng, chế độ vận hành và kết cấu an
toàn chính xác, ổn định đảm bảo cho xe hoạt động tốt nhất.

11

Môi trường ảnh hưởng đến hoạt động của người lái xe như: khí hậu, địa hình
và phương tiện tham gia giao thông v.v...
Các thành phần của tính an toàn liên quan đến các vấn đề kết cấu toàn của
ôtô, tính điều khiển, các thiết bị an toàn bị động: cho người ngồi bên trong, khách
bộ hành và các thành phần tham gia giao thông bên ngoài khác, môi trường sống
của con người xung quanh (khí xả, độ ồn và bụi độc...).
Tính an toàn của ô tô được chia thành hai phần:
- Tính an toàn trong vận hành trên đường bao gồm: an toàn chủ động và an
toàn bị động, các yếu tố này được quan tâm tới mục đích đảm bảo hạn chế tai nạn
giao thông do các đặc tính kỹ thuật ôtô và giảm thiểu tổn thất của tai nạn trong quá
trình vận hành ôtô.
- An toàn đối với cộng đồng được xác định là an toàn cho môi trường sống
của cộng đồng. Khu vực an toàn này được quan tâm tới các mức độ khác nhau,
nhưng đặc biệt đối với điều kiện sử dụng ở các vùng đông dân (thành phố, thị xã và
khu công nghiệp...).
Để đảm bảo tính an toàn cho lái xe và hành khách khi tham gia giao thông
được phân thành: an toàn chủ động, an toàn bị động.
1.1.1. An toàn chủ động
An toàn chủ động được đảm bảo bởi các tính chất và chất lượng của kết cấu
giúp cho lái xe tránh được các tai nạn giao thông. An toàn chủ động chi phối bởi các
tính chất phanh, tính ổn định, tính điều khiển, tính cơ động, tín hiệu báo âm thanh,
hiệu quả chiếu sáng của đường và đèn pha v.v…
a. Các yếu tố liên quan tới an toàn chủ động có thể mô tả tổng quát như hình 1.3
Các đặc tính kết cấu của ôtô liên quan đến điều khiển và thích ứng trước điều
khiển:
Hệ thống phanh trong ôtô thì hệ thống phanh luôn được đặt lên vị trí hàng
đầu. Ngày nay hệ thống phanh đã được hoàn thiện hơn rất nhiều, đảm bảo an toàn
gần như là tuyệt đối, ngoài ra còn có các hệ thống phụ trợ được nghiên cứu và áp

dụng đến ngày nay như: hệ thống chống bó cứng phanh ABS(anti-lock branking

12


system), hệ thống phanh khi có ABS thì khi phanh gấp hoặc phanh trên đường trơn
trượt không bị bó cứng, và giúp cho người lái dẽ dàng điều khiển không bị trượt,
mất lái khi vào cua.
An toàn chủ động

Tính chất
chuyển động
(Giảm tai nạn
giao thông do
ôtô)
Tính năng
gia tốc

Tính năng
phanh xe

Tính năng
bám đường

Tính năng ổn
định khí động

Tính năng
ổn định
hướng

Tính chất môi
trường
(Đảm bảo tính
tiện nghi sử
dụng)

Khả năng quan
sát
(Đảm bảo quan
sát và nhìn rõ)

Khả năng điều
khiển
(Tin cậy và
điều khiển
chính xác)

Khí hậu bên
trong xe
- Thông gió
- Điều hòa

Tầm quan
sát rộng rãi

Vị trí người
lái

Quan sát

trước, sau xe

Vị trí cơ cấu
điều khiển

Chiếu sáng
đường chạy

Lực điều
khiển

Mức độ ồn
trong xe
Tiện nghi
ghế ngồi
(vị trí, kích
thước, chống
rung, điều
chỉnh…)

Khả năng
quan sát:
chiếu sáng,
kính,
gương, thiết
bị, tín hiệu

Tâm lý thoải
mái

Thiết bị
kiểm tra và
tín hiệu
Tín hiệu âm
thanh

Hình 1.3. An toàn chủ động của ôtô
Hệ thống lái sau hệ thống phanh thì hệ thống lái đứng thứ 2 về độ an toàn.
Những yêu cầu về hệ thống lái này từ việc áp dụng cơ cấu trợ lực lái để giảm nhẹ
lực lái đến hệ thống "tay lái chủ động " (active steering) bắt đầu sử dụng từ 8/2002
là cả một cuộc cánh mạng của thế giới ôtô hệ thống lái thông minh này giúp giảm

13


căng thẳng cho người lái khiến việc điều khiển tay lái dễ dàng hơn và an toàn hơn
trên mọi nẻo đường. hệ thống lái thông minh đã liên kết điều khiển cơ-điện theo
kiểu 'điều khiển kép " bởi trục tay lái và động cơ điện theo nguyên tắc khi xe chạy
tốc độ thấp thì hệ thống điện sẽ hoạt động khiến việc lái nhẹ nhàng hơn nhưng khi ở
tốc độ cao thì hệ thống điện lại tạo tác dụng cản trở khiến tăng lực đánh lái và làm
cho việc lái sẽ đầm hơn. ngoài ra còn có hệ thống lái iDrive, xDrive đã tạo cho
người lái cảm giác dễ chịu, giảm căng thẳng khi ngồi sau tay lái Công nghẹ lái
'telematic' hiện đại trang bị cho xe các thiết bị điện tử dẫn đường từ vệ tinh, thông
báo cho người lái biết tính hình giao thông trên đường. Trên xe lắp các cảm biến tốc
độ và cự li để duy trì khoảng cách an toàn cho xe khi chạy trên đường.
Hệ thống đèn pha cốt và đèn tín hiệu giúp cho ngừoi lái xe an toàn trong đêm
và khi đổi hướng chuyển động. Các đèn pha xe-non có độ sáng lớn hơn gấp đôi đèn
halogen đã cải thiện tình hình chiếu sáng khi xe chạy ban đêm. Và hãng audi đã áp
dụng loại đèn pha tự động chuyển hướng khi xe vào cua, tăng độ an toàn cho xe do
mặt đường ở đoạn cua được chiếu sáng hơn nhiều so với đèn pha cố định

Hệ thống gương chiếu hậu theo dõi xe chuyển động phía sau và giúp người
lái quan sát phía sau xe độ bao quát càng rộng độ an toàn càng cao.
Tính năng bám đường ngoài những vấn đề nêu ra ở trên thì vấn đề lốp và áp
suất lốp lại ít được sự quan tâm nhất. Nhưng vấn đề này lại có tầm quan trọng khá
lớn không chỉ đối với việc vận hành của ôtô mà còn ánh hưởng tới vấn đề tiêu thụ
nhiên liệu nữa(một trong vấn đề cấp thiết hiên nay). Khi áp suất lốp non thì sức cản
tăng khả năng tăng tốc khó khăn(không bon), lốp bị mòn nhanh dẫn đến tay lái nặng
thì việc tiêu thụ nhiên liệu lúc đó sẽ tăng.
Khả năng quan sát của người lái trên ghế ngồi: vùng quan sát, góc quan sát,
vùng phản chiếu ánh sáng khi quan sát v.v…
Khả năng điều khiển chính xác và kịp thời của cơ cấu xung quanh người lái.
Các đặc tính liên quan đến tính tiện nghi của người lái bao gồm các đặc tính
của ôtô nhằm gây mệt mỏi người lái trong quá trình điều khiển ôtô.
Các yếu tố sau đây phụ thuộc:

14


- Sự thích hợp của ghế ngồi
- Các giải pháp về nhân trắc, không gian làm việc của người lái
- Lực điều khiển và hành trình cơ cấu gài
- Đáp ứng tốt khoảng thực của người lái
- Khí hậu buồng điều khiển tốt (khí hậu, điều hòa, sưởi nóng, thông gió, âm
thanh phụ)
- Ánh sáng bên trong và bên ngoài xe phục vụ quan sát trong các điều kiện
chuyển động, kể cả màu đèn tín hiệu v.v…
- Độ ồn và rung động v.v…
b. Bố trí ghế ngồi
Bố trí ghế ngồi liên quan chặt chẽ với nhân trắc học và có ảnh hưởng tới an
toàn chủ động trên ôtô. Việc lựa chọn không gian, môi trường làm việc thích hợp

của người lái về các phương diện: vật lý, tinh thần và khả năng làm việc thích hợp
của con người, tạo cho con người sống và làm việc trên ôtô một cách tối ưu, đặc
biệt với lái xe. Trong đó việc bố trí ghế ngồi cần thiết thích hợp với các điều kiện
làm việc của người lái và sinh hoạt của hành khách.
Vấn đề bố trí ghế ngồi khi thiết kế cần xem xét liên quan tới khung vỏ ôtô
bởi:
- Xác định kích thước hình học ghế ngồi hợp lý phù hợp với các cơ cấu điều
khiển trong buồng lái
- Xác định các điểm tựa của cơ thể trên ghế tối ưu
- Xác định các lực điều khiển và sự dịch chuyển các cơ cấu điều khiển
- Tạo sự thích hợp của chiều dài, vị trí cần điều khiển, phím bấm
- Hình thành và cấu trúc các thiết bị kiểm soát các hệ thống cần thiết
- Xác định khả năng quan sát và nhận tín hiệu tốt nhất
- Hạ thấp tiếng ồn và rung động
- Xác định sự liên quan tới các cấu trúc an toàn bị động
Bố trí ghế ngồi cho người trên xe cần quan tâm đến các vấn đề liên quan
được trình bày trên hình 1.4.

15


Bố trí ghế ngồi trong xe
Kích thước không gian
trong ôtô

Tạo dáng cho ghế ngồi

Kích thước ghế ngồi
của người lái và cơ
cấu điều khiển chính

Hình dáng, khả năng
chịu tải

Kích thước cơ cấu
điều khiển bằng tay

Trạng thái tâm sinh lý

Kích thước không gian
bên trong

Tiện nghi sử dụng

An toàn thụ động

Các vấn đề động lực học
(rung v.v…)

Hình 1.4. Bố trí ghế ngồi cho người trên xe
Chỗ ngồi của lái xe được quan tâm về các phương diện:
- Đảm bảo không gian ghế ngồi
- Đảm bảo khả năng quan sát
- Đảm bảo khả năng điều khiển
- Đảm bảo khả năng môi trường và khí hậu
- Đảm bảo tính an toàn thụ động
c. Bố trí các cơ cấu điều khiển
Bố trí các cơ cấu điều khiển phải phù hợp với việc bố trí ghế ngồi. Các cơ
cấu điều khiển được quyết định tới:
- Khả năng nhận biết vị trí cơ cấu điều khiển

- Khả năng điều khiển các cơ cấu về phương diện lực và chuyển dịch cơ cấu
- Khả năng kiểm soát các tín hiệu trên các bảng điều khiển
Các quy định được ghi trong tiêu chuẩn ECE R35. Lựa chọn cơ cấu điều
khiển có thể chia ra:
- Loại dùng chân điều khiển
- Loại dùng tay điều khiển
- Loại dùng tay khiển phím ấn, xoay v.v…

16


d. Khả năng quan sát
Khả năng quan sát của người lái đóng vai trò quan trọng. Khả năng quan sát
của người lái có thể chia ra:
- Vùng quan sát tĩnh là vùng quan sát mà đầu và mắt người không dịch
chuyển, góc quan sát chiếm khoảng 1200
- Vùng mù là vùng không quan sát được, vùng này khoảng chừng 300
Các vùng quan sát liên quan nhiều tới việc bố trí khung vỏ. Trong vùng quan
sát trực tiếp cần đảm bảo cấu trúc khung vỏ so cho không hạn chế vùng quan sát
của người lái. Trên hình 1.5 trình bày sự phân chia các vùng quan sát của người lái.

Hình 1.5. Sự phân chia các vùng quan sát của người lái
Trên ôtô con vùng quan sát toàn bộ có thể chiếm tới xấp xỉ 80%, bao hàm
vùng quan sát trực tiếp và vùng quan sát gián tiếp.
1.1.2. An toàn thụ động
An toàn thụ động bao gồm các đặc tính, kết cấu ôtô để khi xảy ra tai nạn đảm
bảo tổn thất ít nhất cho người và hàng hóa.
Các nghiên cứu về tai nạn giao thông cho thấy: khả năng va chạm ôtô theo
các vùng mép biên ngoài của nó thường xảy ra với các xác suất va chạm khác nhau.
Xác suất va chạm xảy ra lớn nhất ở vùng phía trước, sau và phía bên chỗ ngồi người

lái

17


Hình1.6. Xác suất va chạm theo các hướng
Các va chạm ở các vùng theo tốc độ khác nhau cũng phân bố khác nhau
(hình 1.6). Khi tốc độ thấp xác suất va chạm lớn ở vùng sau và vùng bên, thường
xảy ra do các nguyên nhân khách quan. Khi tốc độ cao va chạm thường xảy ra ở
phía trước và gia tăng theo tốc độ ôtô chuyển động.

Hình 1.7. Biểu đồ xác suất va chạm theo các hướng
Các tai nạn giao thông này có thể gây tổn hại đến con người tham gia giao
thông. Theo các nhà nghiên cứu thì có thể chia ra các mức:
Mức 0 : Không gây tổn thương cho con người
Mức 1: Tổn thương nhỏ
Mức 2: Tổn thương vừa
Mức 3: Tổn thương nặng

18


Mức 4: Tổn thương rất nặng
Mức 5: Tổn thương nghiêm trọng xác suất sống sót rất nhỏ
Mức 6: Tổn thương rất nghiêm trọng không có khả năng sống
Các mức tổn hại này dùng để đánh giá an toàn thụ động với con người.
Nhiệm vụ chính của an toàn thụ động là giảm các tổn thương của người lái
và hành khách,các thành phần tham gia giao thông khi xảy ra đâm va. Hình 1.8 trình
bày sơ đồ biểu diễn các thành phần liên quan đến tính an toàn thụ động của ôtô.
a. Các tiêu chuẩn về bảo vệ con người

Trong giai đoạn hiện nay thông qua các hệ thống tiêu chuẩn quốc tế và các
quốc gia, vấn đề an toàn thụ động đang quản lý chặt chẽ, tạo điều kiện cho các sản
phẩm trong ngành công nghiệp ô tô phục vụ con người ở mức độ cao hơn. Các tiêu
chuẩn bảo vệ con người phần lớn thiết lập cho ô tô con, ngày nay cũng đã dần dần
thiết lập và ứng dụng cho ô tô chở người và ô tô tải.
Tiêu chuẩn quốc tế của ôtô được hình thành trên cơ sở thỏa thuận theo các
quy định chặt chẽ của quốc tế, đồng thời phải chấp nhận các thử nghiệm nhất định
phù hợp các tiêu chuẩn và có giá trị cho tất cả các quốc gia, vùng lãnh thổ có thể có
các quy định của riêng mình. Các quốc tế, quốc gia hay vùng lãnh thổ riêng.
Các tiêu chuẩn về bảo vệ con người thiết lập theo các hệ thống được áp dụng
rộng rãi :
- ECE (Economic commission for Europe) hình thành 1958
- ECE (European Economic Community) hình thành 1993 cho các nước EU,
ngày nay ký hiệu gọn bằng tiếng Anh là: EC, hệ thống tiêu chuẩn ECE cũng nằm
trong hệ thống EC
- FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standart) tiêu chuẩn của Mỹ.
Nội dung của tiêu chuẩn ECE liên quan tới việc bảo vệ con người trong ôtô
khi xảy ra tai nạn làm giảm thiểu tổn thất của con người bằng cách:
- Hạn chế tốc độ tối đa sự va chạm cứng với các bộ phận cứng của cơ thể để
gây nên gãy vỡ xương (hạn chế mức 3,4,5,6)

19


- Đảm bảo khoảng không gian cho phép để con người trong xe có khả năng
duy trì sự sống (mức 3 trở lên)
- Giảm thiểu khả năng gây thương tích cho lái xe và hành khách trong xe bởi
các cơ cấu điều khiển, các bề mặt trong của vỏ xe và các bề mặt xung quanh con
người (trang bị nội thất)
- Đảm bảo khả năng tháo dỡ nhanh các cụm để giảm thời gian cứu hộ con

người trong xe.
- Hạn chế tối đa xảy ra cháy nổ
b. Bảo vệ người lái và hành khách ngồi trên xe với ôtô con
Bảo vệ người lái trước chấn thương là mục đích của an toàn thụ động bên
trong xe bao gồm các vấn đề sau :
- Các bộ phận đàn hồi bên trong của khung vỏ (bố trí các bộ phận có khả
năng biến dạng của trục lái, làm mềm các bề mặt giảm áp lực va đập)
- Loại trừ các vật liệu khi gãy vỡ tạo thành nhọn sắc, cứng
- Chống văng các mảnh vỡ do va đập của kính
- Làm mềm các vật có thể gây nên sát thương với người lái và hành khách
khi bị va chạm
- Giữ chặt người ngồi không bị văng ra khỏi vị trí (đai an toàn, gối đỡ đầu,
tựa ghế)
- Khóa cửa xe an toàn không tự mở cửa (khung giá bản lề cửa v.v...)
- Sử dụng các vật liệu mềm giảm va đập v.v...
Quan niệm về bảo vệ con người khi nghiên cứu an toàn thụ động trong các
hệ thống tiêu chuẩn bao gồm các công việc cần bảo vệ khi va chạm và sau va chạm
được miêu tả tổng quát như hình 1.8

20


An toàn thụ động

Sau va chạm

Khi va chạm
Ôtô con, ôtô
tải, ôtô chở
người, mô tô

và xe máy

Các thành
phần tham gia
giao thông
khác

Tự bảo vệ

Bảo vệ các thành
phần tham gia
giao thông khác

Bảo vệ người lái

Bảo vệ hành
khách trên xe

Bảo vệ hành
người trong xe
Kết cấu trong xe

Hệ
thống
đai, túi
khí

Kết cấu
buồng
lái

khí

Kết cấu vỏ ngoài

Giới hạn
cơ sinh
học
khí

Kết cấu
trong
khung vỏ
khí

KẾT CẤU AN
TOÀN TRONG XE

Kết cấu
ngoài
khung vỏ
khí

Giới hạn
cơ sinh
học

KẾT CẤU AN
TOÀN NGOÀI XE

KHẢ NĂNG SỐNG CHO TẤT CẢ THÀNH PHẦN THAM GIA GIAO THÔNG

Hình 1.8. An toàn thụ động và các vấn đề bảo vệ con người

Hình 1.8. An toàn thụ động và các vấn đề bảo vệ con người

21


c. Sự cháy nổ của ôtô
Sự cháy nổ của ôtô khi tai nạn xảy ra là yếu tố hết sức nguy hiểm. Điều kiện
để xuất hiện sự cháy hình thành bởi hỗn hợp xăng nóng ở dạng bốc hơi với không
khí môi trường và nguồn gây lửa.
Để đảm bảo chống cháy cần phải bố trí các đường dẫn điện, vỏ bọc dây dẫn
và bố trí bình điện để khi xảy ra tai nạn có khả năng nhỏ nhất xuất hiện tia lửa và
đốt cháy nhiên liệu.
d. Dây đai an toàn và túi khí bảo vệ
Các chi tiết bên trong khi va chạm có thể gây thương tích cho người lái.
Thống kê cho ôtô con về các tổn thất khi va chạm xảy ra ở phía trước hình 1.9. Phần
quan trọng cần quan tâm đó là khi xảy ra đâm va, người lái bị ép vào vô lăng hoặc
kính chắn gió những va đập đó gây ra thương tích cho người lái ở vùng ngực.

Hình 1.9. Xác suất gây thương tích khi va chạm trước
Một giải pháp kết cấu bố trí nội thất như sau:

a. Trục lái có các khớp nối mềm

22


b

c

d

Hình 1.10. Giải pháp kết cấu bố trí nội thất
- Sử dụng dây đai an toàn kết hợp với túi khí bảo vệ người lái và hành khách
- Sử dụng trục lái có khớp nối mềm và đàn hồi (a)
- Vành lái có khả năng tự dịch chuyển khi va chạm (b)
- Chống tỳ ép vành lái vào người lái (c)
Trong trường hợp khi xe bất ngờ đâm va với một vận tốc lớn, gia tốc tác
động lên người lái, hành khách và xe độc lập hoàn toàn với nhau. Phản lực từ xe
dừng lại hoặc nảy ngược lại. Thay vì toàn bộ xe phải dừng lại bất ngờ, vùng chịu
lực từ phía trước hoặc sau sẽ bị biến dạng. Nếu không thắt dây an toàn, cơ thể của
người lái sẽ bị va vào kính chắn gió, bảng táp lô hoặc va đầu vào vô lăng. Vì vậy
các yêu cầu đối với đai an toàn và túi khí bảo vệ là:
- Có hiệu quả hoạt động nhanh kể từ khi xuất hiện gia tốc chậm dần đủ lớn,
theo hướng chống xô mạnh người lái và hành khách về phía trước. Hiện nay hiệu
quả tác động nhanh trong khoảng 50 †20ms (miligiây).
- Sau tác động bảo vệ, túi khí phải nhanh chóng xả khí để chống ngạt
- Lực căng của dây đai tác động lên người lái và hành khách phù hợp với
giới hạn cơ sinh học của con người
- Hệ thống không tự hoạt động trong phạm vi sử dụng thông thường và
không phải thường xuyên hiệu chỉnh độ căng dây giữ.
- Thực hiện các yêu cầu giữ chặt trẻ em theo tiêu chuẩn ECE R16 và ECE
R44.

23

Kết cấu điển hình cho giải pháp đai an toàn và túi khí bảo vệ như hình 1.11

1. Đai an toàn

2. Túi khí cho hành khách

3. Túi khí cho lái xe

4. Thiết bị điều khiển

Hình 1.11. Giải pháp đai an toàn và túi khí bảo vệ
f. An toàn thụ động bên ngoài
An toàn thụ động bên ngoài là giảm hậu quả tai nạn đối với mọi người tham
gia giao thông, đặc biệt là người đi trên đường.
Các giải pháp chính để đảm bảo an toàn thụ động bên ngoài là:
- Tạo nên các tấm chắn giảm va phía trước và sau xe
- Kết cấu hợp lý các phần đầu xe, tránh va chạm vào chỗ cứng của người đi
đường v.v...
- Loại trừ tất cả những đường cong nhọn trên khung vỏ
- Loại trừ mọi kết cấu bắt bên ngoài có thể văng xa khi xảy ra tai nạn.
1.2. Đặc điểm tổn thương của người lái và hành khách
Khi xe đâm vào xe khác hoặc vật thể cố định, nó dừng lại rất nhanh nhưng
không phải ngay lập tức. Ở thời điểm va đập, đầu xe ngừng dịch chuyển nhưng
phần còn lại của xe vẫn dịch chuyển với vận tốc nhất định. Xe bắt đầu hấp thụ năng
lượng va đập và giảm tốc độ vì phần trước của xe bị ép lại hình 12 a.
Khi đó khoang hành khách bắt đầu chuyển động chậm lại hoặc giảm tốc,
nhưng người lái và hành khách vẫn tiếp tục chuyển động lao về phía trước với vận
tốc như vận tốc ban đầu trong khoang xe hình 1.2 b. Khi đó, xe không có túi khí và
đai an toàn, người lái và hành khách sẽ có nguy cơ va ngực vào vô lăng hoặc phần

24


đầu của người lái và hành khách sẽ lao vào kính chắn gió (nếu ngồi ở phía trước),
khi đó người lái và hành khách bị tổn thương hoặc tử vong.

a. Xe bị đâm va

b. Xe không có túi khí và

c. Xe có túi khí và

người lái không thắt đai an

người lái thắt đai an

toàn

toàn

Hình 1.12. Hệ thống đai an toàn và túi khí
Trong trường hợp xe có đai an toàn và túi khí nó giảm các chấn thương ở
vùng đầu, cổ ngực và mặt của người lái và hành khách khi xe bị va chạm.
Vì vậy đai an toàn có tác dụng để giữ cho hành khách không bị văng ra khỏi
ghế, lao về phía trước khi xe bị đâm va. Hay nó có nhiệm vụ làm triệt tiêu quán
tính.
Đai an toàn phải chịu một lực kéo cực mạnh, tốc độ va chạm diễn ra càng
nhanh thì lực kéo của đai an toàn càng lớn, gây chấn thương cho người ngồi trong
xe.

Hình 1.13. Chấn thương ở vùng bụng và ngực do đai an toàn gây ra sau khi đâm va
Cho nên một số hệ thống đai an toàn được chế tạo có giới hạn tải trọng tác
động để giảm thiểu các chấn thương do tác dụng của đai an toàn
Như vậy, qua các phân tích trên tác giả nhận thấy để nghiên cứu đai an toàn
có tác dụng để giữ cho hành khách không bị văng ra khỏi ghế, lao về phía trước khi

25