Tài liệu Tiến sĩ Kỹ thuật An toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN THÁI HÙNG AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRONG ĐÊM KHI SỬ DỤNG ĐÈN CHIẾU SÁNG PHÍA TRƯỚC Chuyên ngành: Kỹ thuật Ô tô - Máy kéo Mã số: 62.52.01.16.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. Nguyễn Văn Bang 2.TS. Đỗ Hữu Đức Hà Nội - 2014 2 MỤC LỤC Lời cam đoan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lời cảm ơn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Các ký hiệu dùng trong luận án . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Danh mục các bảng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Danh mục các hình vẽ và đồ thị . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mở đầu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Chương I. Tổng quan vấn đề nghiên cứu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1. An toàn giao thông đường bộ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2. An toàn giao thông đường bộ Việt Nam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.1. Số lượng phương tiện và hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn an toàn kỹ thuật của phương tiện. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.2. Công trình đường bộ và việc tham gia giao thông ban đêm. . . . . . . . . . . . . 8 1.2.3. Tình hình tai nạn giao thông đường bộ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3. Đánh giá an toàn chuyển động của ô tô. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4. Phân tích, đánh giá những nghiên cứu có liên quan đến an toàn chuyển động của ô tô và đèn chiếu sáng phía trước của ô tô. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.4.1. Các tác giả trong nước. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.4.2. Các tác giả nước ngoài . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.4.3. Những vấn đề còn tồn tại theo hướng nghiên cứu của luận án . . . . . . . . . . 15 1.5. Nội dung nghiên cứu và giới hạn của đề tài . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.6. Kết luận Chương I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Chương II. Cơ sở khoa học xây dựng mô hình đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước 20 2.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2. Mắt người và thị giác. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.2.1. Hệ thống quang học của mắt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2.2. Một số tính năng thị giác. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.3. Mầu sắc ánh sáng đèn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.3.1. Mầu và sắc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3 2.3.2. Các yêu cầu về mầu sắc ánh sáng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.4. Đèn chiếu sáng phía trước ô tô. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.4.1. Các loại đèn ô tô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.4.2. Kết cấu và phân loại đèn chiếu sáng phía trước ô tô. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.4.3. Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật của đèn chiếu sáng phía trước ô tô. . . . . . . . . 40 2.5. Chiếu sáng đường ô tô. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.6. Các yếu tố liên quan đến người lái . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.7. Các yếu tố liên quan đến phương tiện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.8. Các yếu tố liên quan đến đường ô tô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.9. Yếu tố về vận tốc và khoảng cách giữa các xe khi tham gia giao thông . . . . 56 2.10. Các yếu tố thời tiết. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.11. Kết luận Chương II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Chương III. Xây dựng và khảo sát mô hình đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. . . . . 59 3.1. Mối quan hệ Người lái - Ô tô - Môi trường. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.2. Các dạng va chạm khi xảy ra tai nạn giao thông đường bộ và lựa chọn mô hình nghiên cứu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.2.1. Các dạng va chạm và sơ đồ tai nạn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.2.2. Lựa chọn mô hình nghiên cứu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.3. Xây dựng phương pháp đánh giá an toàn chuyển động của ô tô . . . . . . . . . . 69 3.3.1 Quá trình phanh ô tô. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3.3.2. Tầm nhìn thấy đối tượng của người lái trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 3.3.3. Vận tốc an toàn trong điều kiện tầm nhìn bị hạn chế . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 3.3.4. Phương pháp đánh giá an toàn chuyển động của ô tô. . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.4. Kết luận Chương III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Chương IV. Nghiên cứu thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.1. Xác định mục đích và nội dung thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.1.1. Mục đích của thí nghiệm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.1.2. Nội dung thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.2. Thí nghiệm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4 4.2.1. Thí nghiệm đo tầm nhìn của người lái . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.2.2. Thí nghiệm đo hệ số bám của đường thử . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.2.3. Thí nghiệm đo hệ số hiệu quả phanh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 4.2.4. Thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động của ô tô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 4.2.5. Thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động của ô tô ở vận tốc 80 km/h . . . . 116 4.3. Kết luận Chương IV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Kết luận và kiến nghị . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Danh mục công trình công bố của tác giả . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Danh mục tài liệu tham khảo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Phụ lục . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tác giả luận án 6 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với tập thể giáo viên hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Bang, Trưởng khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông vận tải; TS Đỗ Hữu Đức, nguyên Phó Cục trưởng Cục Đăng kiểm Việt Nam, đã tận tình hướng dẫn về phương hướng, nội dung và phương pháp nghiên cứu trong quá trình thực hiện luận án! Tác giả xin trân trọng cảm ơn Bộ môn Cơ khí ô tô, Khoa Cơ khí, Phòng Đào tạo sau đại học, Trường Đại học Giao thông vận tải; Trung tâm thử nghiệm xe cơ giới, Phòng Chất lượng xe cơ giới, Cục Đăng kiểm Việt Nam; Phòng thí nghiệm Vật lý và Kỹ thuật chiếu sáng, Viện Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đã tạo điều kiện, giúp đỡ và hợp tác trong quá trình nghiên cứu! Do điều kiện về thời gian và khả năng của Nghiên cứu sinh, luận án không tránh khỏi khiếm khuyết, tác giả kính mong nhận được góp ý của các Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sỹ, các nhà khoa học, các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn các chuyên gia thuộc lĩnh vực Cơ khí Động lực trong và ngoài Trường đã đọc và góp nhiều ý kiến quý báu cho luận án! Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới tất cả các bạn bè, đồng nghiệp, những người thân trong gia đình đã động viên và giúp đỡ rất nhiều để bản luận án được hoàn thành! 7 CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN Q Diện tích m2 E Độ rọi lux I Cường độ sáng cd L Độ chói cd/m2 M Độ trưng lm/m2 T Thời gian s  Quang thông lm  Bước sóng nm Wϕ Khả năng quan sát đối tượng được chiếu sáng bằng đèn K Độ tương phản của đối tượng được chiếu sáng Kgh Độ tương phản giới hạn Cs Hệ số chói vat Vận tốc an toàn TΣ Thời gian phản ứng của người lái và thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh Kp Hệ số hiệu quả phanh φ Hệ số bám của lốp với mặt đường S0 Khoảng cách giữa ô tô đã dừng với chướng ngại vật m Snt Khoảng cách nhìn thấy người qua đường dưới ánh sáng của đèn ô tô m Katd Hệ số an toàn chung của đèn chiếu sáng phía trước Katv Hệ số an toàn theo vận tốc an toàn tối đa m/s s 8 Katp Hệ số an toàn theo khả năng phanh vcc Vận tốc an toàn lớn nhất khi tránh xe ngược chiều km/h vc Vận tốc an toàn lớn nhất khi đi bằng đèn chiếu gần, không có xe ngược chiều km/h vp Vận tốc an toàn lớn nhất khi đi bằng đèn chiếu xa km/h Ti Độ tăng ngưỡng suy giảm khả năng nhìn Ui Hệ số không đồng đều độ chói mặt đường 9 DANH MỤC CÁC BẢNG CHƯƠNG II Bảng 2.1: Liệt kê các đặc tính thị giác của mắt người . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Bảng 2.2. Độ nhạy của mắt người. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Bảng 2.3: Hệ số phản xạ của một số vật liệu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Bảng 2.4: Độ rọi tại các điểm và các vùng trên màn đo . . . . . . . . . . . . . . . . 46 CHƯƠNG III Bảng 3.1: Dạng va chạm và sơ đồ tai nạn theo phân loại của tư vấn CONSIA trong dự án an toàn giao thông Việt Nam . . . . . . . . . . . 66 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của 2 ô tô thí nghiệm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Bảng 3.3: Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới thời gian phản xạ của người lái . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 CHƯƠNG IV Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm mẫu 1 (ô tô con) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm mẫu 2 (ô tô tải) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Bảng 4.3: Kết quả tính toán hệ số bám của đường thử . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Bảng 4.4: Kết quả đo gia tốc phanh Jptt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Bảng 4.5: Kết quả tính toán hệ số hiệu quả phanh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Bảng 4.6: Kết quả thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động ở vận tốc an toàn lý thuyết. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Bảng 4.7: Kết quả đánh giá an toàn chuyển động ở vận tốc 80 km/h. . . . . . 117 PHỤ LỤC Bảng PL 1.1: Kết quả đo tầm nhìn của người lái, xe 1, mẫu xanh . . . . . . . . PL-2 Bảng PL 1.2: Kết quả đo tầm nhìn của người lái, xe 1, mẫu đỏ . . . . . . . . . . PL-3 Bảng PL 1.3: Kết quả đo tầm nhìn của người lái, xe 1, mẫu trắng. . . . . . . . PL-4 Bảng PL 1.4: Kết quả đo tầm nhìn của người lái, xe 2, mẫu xanh . . . . . . . . PL-5 Bảng PL 1.5: Kết quả đo tầm nhìn của người lái, xe 2, mẫu đỏ . . . . . . . . . . PL-6 Bảng PL 1.6: Kết quả đo tầm nhìn của người lái, xe 2, mẫu trắng. . . . . . . . PL-7 Bảng PL 2.1: Kết quả thử nghiệm phanh trên đường của một số loại xe sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-8 Bảng PL 3.1: Kết quả đo gia tốc phanh xe 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-14 Bảng PL 3.1: Kết quả đo gia tốc phanh xe 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-15 10 Bảng PL 4.1: Kết quả đánh giá an toàn chuyển động của xe mẫu thứ nhất KIA SORENTO ở vận tốc an toàn lý thuyết. . . . . . . . . . . . . . PL-17 Bảng PL 4.2: Kết quả đánh giá an toàn chuyển động của xe mẫu thứ hai CỬU LONG ở vận tốc an toàn lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . PL-18 Bảng PL 5.1: Kết quả đánh giá an toàn chuyển động của xe mẫu thứ nhất KIA SORENTO ở vận tốc giới hạn 80 km/h . . . . . . . . . . . . . PL-19 Bảng PL 6: Một số loại bóng đèn sử dụng cho đèn chiếu sáng phía trước. . PL-20 Bảng PL 8.1: Danh mục các tiêu chuẩn, quy chuẩn liên quan đến đèn chiếu sáng phía trước của ô tô đã ban hành . . . . . . . . . . . . . . PL-29 Bảng PL 9.1: Cấp chiếu sáng đường và quảng trường . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-33 Bảng PL 9.2: Độ chói và độ rọi trung bình của đường TCVN1404:2005. . . PL-34 Bảng PL 9.3: Phân cấp chiếu sáng đường CIE 115-1995 . . . . . . . . . . . . . . . PL-35 Bảng PL 9.4: Tiêu chuẩn CIE 115-1995 chiếu sáng đường . . . . . . . . . . . . . PL-36 Bảng PL 10.1: Hiệu quả phanh chính khi thử không tải . . . . . . . . . . . . PL-37 Bảng PL 10.2: Hiệu quả phanh chính khi thử đầy tải. . . . . . . . . . . . . . . PL-38 Bảng PL 11.1: Vận tốc thiết kế của các cấp đường. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-39 Bảng PL 11.2: Chiều rộng tối thiểu các yếu tố trên mặt cắt ngang cho địa hình đồng bằng và đồi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-39 Bảng PL 11.3: Độ dốc ngang các yếu tố của mặt cắt ngang. . . . . . . . . . . . . PL-40 Bảng PL 11.4: Tầm nhìn tối thiểu của người lái. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-40 Bảng PL 11.5: Bán kính đường cong nằm tối thiểu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-41 Bảng PL 11.6: Độ dốc siêu cao ứng với bán kính cong nằm và vận tốc thiết kế. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-41 Bảng PL 11.7: Độ dốc dọc lớn nhất của các cấp thiết kế của đường . . . . . . PL-42 Bảng PL 11.8: Yêu cầu về độ bằng phẳng của mặt đường IRI. . . . . . . . . . . PL-42 Bảng PL 12.1: Vận tốc tối đa cho phép xe cơ giới tham gia giao thông trên đường bộ trong khu vực đông dân cư. . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-43 Bảng PL 12.2: Vận tốc tối đa cho phép xe cơ giới tham gia giao thông trên đường bộ ngoài khu vực đông dân cư. . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-43 Bảng PL 12.3: Khoảng cách an toàn tối thiểu giữa các xe tham gia giao thông. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-44 11 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ CHƯƠNG I Hình 1.1: An toàn chuyển động của ô tô. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Hình 1.2: Số liệu thống kê tai nạn giao thông hàng năm tại Việt Nam. . . . . 9 Hình 1.3: Số liệu tai nạn giao thông đường bộ 6 tháng đầu năm 2013 phân theo thời gian xảy ra tai nạn trong ngày. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 CHƯƠNG II Hình 2.1: Mô tả các yếu tố ảnh hưởng tới an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. . . . . . . . . . . . . 21 Hình 2.2: Cấu tạo của mắt người . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Hình 2.3: Cơ chế nhìn của mắt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Hình 2.4: Đường V(λ) ban ngày và V’(λ) ban đêm của mắt người . . . . . . . . . 25 Hình 2.5: Khả năng phân biệt của mắt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Hình 2.6: Sự thay đổi tầm nhìn của người lái khi bị chói bởi đèn của xe đi ngược chiều. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Hình 2.7: Nguyên lý, kết cấu đèn xenon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Hình 2.8: a - Chùm sáng đèn pha lắp bóng sợi đốt halôgen; b - Chùm sáng đèn pha lắp bóng xenon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Hình 2.9: Cấu tạo đèn LED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hình 2.10: Màn đo theo tiêu chuẩn TCVN 6955:2001. . . . . . . . . . . . . . . . . Hình 2.11: Màn đo theo tiêu chuẩn TCVN 6902:2001; 6974:2001; 7223:2002 và 7224:2002. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hình 2.12: Các điểm đo chùm sáng chiếu gần theo tiêu chuẩn TCVN 6955:2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hình 2.13: Các điểm đo chùm sáng chiếu gần theo tiêu chuẩn TCVN 6902:2001; TCVN 6974:2001; TCVN 7223:2002; TCVN 7224:2002. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hình 2.14: Màn đo chùm sáng chiếu xa theo tiêu chuẩn TCVN 6974:2001. Hình 2.15: Tầm nhìn đối tượng trên đường của người lái xe . . . . . . . . . . . . Hình 2.16: Xác định độ chói mặt đường tại điểm P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hình 2.17: Hiệu ứng bậc thang với các hệ số đồng đều độ chói khác nhau Hình 2.18: Mức độ tỉnh táo trong ngày . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hình 2.19: Ảnh hưởng của tuổi tới tầm quan sát của người lái trong cùng điều kiện chiếu sáng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hình 2.20: Sơ đồ nhìn thấy của người lái khi chiếu sáng bằng đèn chiếu sáng phía trước. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 42 42 43 43 44 49 50 50 52 52 53 12 Hình 2.21: Quan hệ giữa vận tốc ô tô và góc nhìn thấy của mắt người lái . . 57 CHƯƠNG III Hình 3.1: Hệ thống thông tin Người lái - Ô tô - Môi trường . . . . . . . . . . . . 59 Hình 3.2: Mối quan hệ Người lái - Ô tô - Môi trường . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Hình 3.3: Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng quan sát của người lái . . . . . 62 Hình 3.4: Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng tránh va chạm của xe . . . . . . 63 Hình 3.5: Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới an toàn chuyển động của ô tô 64 Hình 3.6: Mô hình sơ đồ điều khiển khi phanh ô tô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Hình 3.7: Sơ đồ để xác định độ lệch ô tô khi phanh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Hình 3.8: Sơ đồ các lực tác dụng trong mặt phẳng dọc . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Hình 3.9: Các lực và mô men tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng ngang . . . 73 Hình 3.10: Biểu đồ gia tốc phanh theo thời gian của ô tô KIA SORENTO 77 Hình 3.11: Biểu đồ góc quay thân xe theo thời gian của ô tô KIA SORENTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Hình 3.12: Biểu đồ quãng đường phanh theo thời gian của ô tô KIA SORENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Hình 3.13: Biểu đồ gia tốc phanh theo thời gian của ô tô CỬU LONG . . . . 78 Hình 3.14: Biểu đồ góc quay thân xe theo thời gian khi phanh của ô tô CỬU LONG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Hình 3.15: Biểu đồ quãng đường phanh theo thời gian của ô tô CỬU LONG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Hình 3.16: Sự thay đổi quãng đường phanh theo vận tốc bắt đầu phanh v 1 và theo giá trị hệ số bám φ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Hình 3.17: Giản đồ phanh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Hình 3.18: Các giai đoạn trong khoảng thời gian phản xạ của người lái. . . 82 Hình 3.19: Mối quan hệ giữa vận tốc ô tô khi phanh và khoảng cách S0 . . . 87 Hình 3.20: Mối quan hệ giữa vận tốc an toàn và tầm nhìn của người lái theo giả thiết tính toán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 CHƯƠNG IV Hình 4.1: Mô hình thí nghiệm đo tầm nhìn khi sử dụng đèn chiếu gần . . . . 94 Hình 4.2: Mô hình thí nghiệm đo tầm nhìn khi sử dụng đèn chiếu xa . . . . . 94 Hình 4.3: Các vật mẫu quan sát sử dụng trong thí nghiệm. . . . . . . . . . . . . . 95 Hình 4.4: Xe mẫu thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Hình 4.5: Hình ảnh khu vực thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 13 Hình 4.6: Thiết bị đo độ rọi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Hình 4.7: Hình ảnh quá trình thí nghiệm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Hình 4.8: Thiết bị đo quãng đường phanh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Hình 4.9: Thiết bị đo vận tốc xe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Hình 4.10: Đồng hồ đo nhiệt độ và độ ẩm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Hình 4.11: Đồng hồ đo tốc độ gió. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Hình 4.12: Đường băng sân bay Hòa Lạc (đường thử phanh) . . . . . . . . . . . 106 Hình 4.13: Hình ảnh quá trình thử phanh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Hình 4.14: Xe mẫu thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Hình 4.15: Thiết bị đo gia tốc phanh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Hình 4.16: Hình ảnh quá trình đo gia tốc phanh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Hình 4.17: Quan hệ giữa vận tốc an toàn của ô tô con KIA SORENTO với khoảng cách nhìn thấy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Hình 4.18: Quan hệ giữa vận tốc an toàn của ô tô tải CỬU LONG với khoảng cách nhìn thấy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Hình 4.19: Mô hình đánh giá an toàn chuyển động. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Hình 4.20: Vật quan sát sử dụng trong thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Hình 4.21: Thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động của ô tô . . . . . . . . . . 115 Hình 4.22: Kết quả đánh giá an toàn chuyển động của xe ô tô CỬU LONG 116 Hình 4.23: Kết quả đánh giá an toàn chuyển động của ô tô KIA SORENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 PHỤ LỤC Hình PL 7.1: Kết cấu chùm sáng chiếu xa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hình PL 7.2: Hình ảnh chùm sáng chiếu xa trên đường . . . . . . . . . . . . . . . . Hình PL 7.3: Chùm sáng chiếu gần . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hình PL 7.4: Hình ảnh chùm sáng chiếu gần trên màn chiếu của một đèn chiếu sáng phía trước theo tiêu chuẩn Châu Âu. . . . . . . . . . . . . . Hình PL 7.5: Kết cấu chùm sáng chiếu gần . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hình PL 7.6: Hình ảnh chùm sáng chiếu gần trên đường . . . . . . . . . . . . . . . Hình PL 7.7: Kết cấu, nguyên lý đèn chiếu sáng phía trước theo tiêu chuẩn Mỹ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-23 PL-23 PL-24 PL-24 PL-25 PL-25 PL-26 PL-45 Hình PL 13.1: Sơ đồ khối mô phỏng động lực học ô tô khi phanh . . . . . . Hình PL 13.2: Sơ đồ khối mô phỏng động lực học bánh xe theo phương dọc/ngang khi phanh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-45 Hình PL 13.3: Sơ đồ khối mô phỏng động lực học thân xe khi phanh . . . PL-46 1 MỞ ĐẦU Ngày nay, ô tô đã trở thành loại phương giao thông phổ biến trong đời sống xã hội, góp phần tạo ra cơ sở vững chắc cho tiến bộ và văn minh nhân loại. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích vô cùng lớn đó, ô tô còn mang lại những hệ lụy không hề nhỏ cho xã hội loài người. Mỗi năm trên thế giới có hơn 5 triệu người bị tai nạn giao thông ở mức độ nghiêm trọng. Theo đánh giá của nhiều nước, tai nạn giao thông đường bộ gây ra tổn thất kinh tế chiếm khoảng từ 1% đến 2% GDP hàng năm. Có thể nói, dù ở đâu và bất cứ lúc nào, khi có người tham gia giao thông là ở đó tồn tại mối nguy hiểm do tai nạn giao thông gây ra, tai nạn giao thông thực sự đã trở thành vấn đề nóng của xã hội. Việt Nam là một trong những nước có tỷ lệ tử vong vì tai nạn giao thông trên tổng số phương tiện đứng hàng đầu Thế giới. Đặc biệt, trong những năm gần đây, do số lượng phương tiện và lưu lượng tham gia giao thông tăng lên nhanh chóng nên số vụ tai nạn giao thông đường bộ cũng tăng đột biến và không có dấu hiệu giảm xuống. Như vậy, có thể nói việc nghiên cứu về an toàn giao thông và các giải pháp kiềm chế tai nạn giao thông nói chung đang có tính cấp thiết và được cả xã hội quan tâm. Có rất nhiều yếu tố liên quan tới an toàn giao thông đường bộ. Để nghiên cứu về vấn đề này, người ta thường xem xét trong những điều kiện mất an toàn đặc trưng cụ thể, trên cơ sở đó đánh giá và đưa ra các giải pháp hạn chế nhằm giảm thiểu khả năng xảy ra tai nạn. Khi vận hành ô tô trên đường, các yếu tố gây mất an toàn có thể xuất hiện đột ngột từ nhiều phía. Điều đầu tiên chúng ta cần quan tâm đó là người lái xe có phát hiện ra yếu tố nguy hiểm đó hay không, trên cơ sở đó với kỹ năng lái xe và các thiết bị an toàn trên xe liệu có đủ khả năng để xử lý tránh xảy ra tai nạn hay không. Điều này đặt ra yêu cầu cần phải xây dựng một mô hình tính toán an toàn chuyển động của ô tô trong những điều kiện giao thông cụ thể, với tầm quan sát của người lái bị giới hạn trong những điều kiện chiếu sáng cụ thể. 2 Xuất phát từ thực tế trên, việc thực hiện đề tài luận án “An toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng. Mục đích: Trên cơ sở nghiên cứu tầm nhìn của người lái trong điều kiện sử dụng đèn chiếu sáng phía trước và khả năng phanh của ô tô để tính toán vận tốc an toàn của ô tô trong điều kiện chiếu sáng đó. Thí nghiệm để kiểm chứng các kết quả tính toán lý thuyết. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Loại phương tiện: Ô tô con và ô tô tải phù hợp với tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật của Việt Nam; - Điều kiện vận hành: Ô tô vận hành trong đêm, sử dụng đèn chiếu sáng phía trước, đoạn đường xe hoạt động không được chiếu sáng bằng đèn đường, khi người lái phát hiện ra người đi bộ qua đường (thông qua sự chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước) sẽ tiến hành phanh ô tô để không xảy ra tai nạn. Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. Trong đó, nghiên cứu lý thuyết tập trung vào xây dựng phương pháp đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong điều kiện tầm nhìn hạn chế, nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới tầm nhìn thấy đối tượng trên đường của người lái và tới an toàn chuyển động của ô tô. Các thí nghiệm sẽ được tiến hành để xác định thông số đầu vào phục vụ cho việc tính toán lý thuyết và kiểm chứng các kết quả tính toán lý thuyết. Ý nghĩa khoa học: - Luận án nghiên cứu về một vấn đề mới ở Việt Nam trên cả hai phương diện lý thuyết và thực nghiệm: Xây dựng phương pháp đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. - Luận án nghiên cứu lý thuyết về tầm nhìn của người lái, các yếu tố ảnh hưởng tới tầm nhìn của người lái. Thông qua việc nghiên cứu đèn chiếu sáng phía 3 trước với mục đích cung cấp thông tin bằng cách nhìn thấy cho người lái trong mối quan hệ với Đường - Ô tô - Môi trường để chạy xe an toàn, qua đó xây dựng phương pháp đo tầm nhìn thấy đối tượng trên đường của người lái trong điều kiện sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. - Ứng dụng các kiến thức vật lý quang học, lý thuyết ô tô, tài liệu chuyên ngành để đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. - Định hướng phát triển của các thế hệ đèn chiếu sáng phía trước của ô tô, bảo đảm khả năng quan sát của người lái và chống chói cho xe đi ngược chiều. Ý nghĩa thực tiễn: - Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần nâng cao nhận thức của những người làm công tác quản lý chuyên ngành và người tham gia giao thông về vai trò của đèn chiếu sáng phía trước của ô tô đối với việc bảo đảm an toàn giao thông đường bộ. - Đề xuất hoàn thiện quy chuẩn đèn chiếu sáng phía trước của ô tô, kiến nghị vận tốc an toàn của ô tô liên quan tới khả năng phanh và tầm nhìn của người lái. - Hệ thống hóa theo mục đích nghiên cứu các khái niệm, thuật ngữ chuyên ngành và liên ngành của hệ thống Người lái - Ô tô - Đường (Môi trường). Luận án có thể là tài liệu tham khảo hữu ích phục vụ giảng dạy, nghiên cứu khoa học và xây dựng tiêu chuẩn, quy chuẩn liên quan đến an toàn chuyển động của ô tô. Tính mới của luận án: - Lần đầu tiên ở Việt Nam, vấn đề an toàn chuyển động của ô tô trong quan hệ với khả năng chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước được nghiên cứu cơ bản bằng lý thuyết và thực nghiệm. - Đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm bằng việc sử dụng các thiết bị hiện đại trong điều kiện cụ thể về ô tô, người lái, đường và thời tiết ở Việt Nam. 4 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. An toàn giao thông đường bộ An toàn giao thông được hình thành trong mối quan hệ giữa người tham gia giao thông, phương tiện giao thông và môi trường giao thông. Mối quan hệ này bị chi phối bởi quá trình hình thành và phát triển hệ thống hạ tầng giao thông, luật giao thông, văn hóa giao thông… An toàn giao thông có thể phân thành: An toàn của người tham gia giao thông, an toàn của phương tiện giao thông, an toàn của kết cấu hạ tầng giao thông và an toàn môi trường. An toàn giao thông đường bộ giới hạn phạm vi nghiên cứu hẹp hơn đó là: nghiên cứu về an toàn của người tham gia giao thông đường bộ (người lái, hành khách và người đi bộ), của các loại phương tiện giao thông đường bộ, kết cấu hạ tầng, giao thông đường bộ và an toàn môi trường. Trong từng lĩnh vực nghiên cứu thì an toàn giao thông đường bộ còn được thể hiện thông qua nhiều khái niệm, tên gọi khác nhau. Cụ thể trong lĩnh vực nghiên cứu về ô tô thì khái niệm này được biết đến thông qua thuật ngữ “an toàn chuyển động của ô tô”. An toàn chuyển động của ô tô được phân thành: an toàn chủ động, an toàn bị động và an toàn môi trường. An toàn chủ động được bảo đảm bởi các tính chất và chất lượng kết cấu của ô tô giúp cho lái xe tránh được các tai nạn giao thông. An toàn chủ động bị chi phối bởi tính chất phanh, tính ổn định, tính điều khiển, tính cơ động, tín hiệu cảnh báo âm thanh và ánh sáng, hiệu quả chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước của ô tô... An toàn bị động được bảo đảm bởi các tính chất và chất lượng kết cấu của ô tô nhằm giảm thiểu chấn thương cho lái xe và hành khách khi xảy ra tai nạn giao thông. Hình dáng bên ngoài của xe, kết cấu bên trong khoang xe, độ bền của thùng xe (ca bin) khi chịu va chạm, các giải pháp kỹ thuật... quyết định tính an toàn bị động của ô tô. An toàn môi trường của ô tô cho phép giảm tác động có hại đến những người tham gia giao thông và môi trường xung quanh như: ánh sáng ngoại lai, bụi bẩn, tiếng ồn, chất độc hại của khí xả... 5 Ngoài ra, việc nghiên cứu về “an toàn giao thông” cũng được xem xét, phân tích thông qua việc nghiên cứu về tai nạn giao thông. Dưới đây là một số khái niệm về tai nạn giao thông đã được sử dụng: Tai nạn giao thông được hiểu là một biến cố, trong đó có sự sai khác giữa quá trình chạy xe và thực tiễn thực hiện quá trình này. Sự sai khác này thông thường là sự vượt quá một giới hạn cho phép hoặc không tuân thủ luật lệ giao thông. Do vậy, kết quả trực tiếp của tai nạn sẽ là mức độ thiệt hại trong quá trình xung đột và mức độ chấn thương liên quan đến người tham gia giao thông [9]. Tai nạn giao thông là việc xảy ra ngoài ý muốn chủ quan của người điều khiển phương tiện giao thông khi đang di chuyển trên đường giao thông... do vi phạm các quy tắc an toàn giao thông đã gây ra thiệt hại nhất định cho người và tài sản [12]. Tai nạn giao thông là tai nạn xảy ra khi các phương tiện tham gia giao thông hoạt động trên đường giao thông công cộng, đường chuyên dụng hoặc trên địa bàn giao thông công cộng (bến xe, bến cảng, nhà ga, sân bay, nhà ga xe lửa, trạm xăng...) vi phạm luật lệ giao thông vận tải gây tai nạn thiệt hại đến tính mạng, sức khỏe con người hoặc tài sản [12]. Tai nạn giao thông là sự việc xảy ra do người tham gia giao thông đang hoạt động trên mạng lưới giao thông đường bộ vi phạm các quy định về trật tự, an toàn giao thông đường bộ hay gặp phải sự cố bất ngờ gây ra những thiệt hại nhất định đến tính mạng, sức khỏe của con người hoặc tài sản của cơ quan, tổ chức, cá nhân [2]. Như vậy, khi nghiên cứu về an toàn chuyển động của ô tô sẽ luôn tồn tại hai thành phần (Hình 1.1): Thành phần thứ nhất: Khả năng an toàn (mức độ an toàn) là các nghiên cứu, giải pháp nhằm tránh xảy ra tai nạn. Thành phần thứ hai: Các nghiên cứu và giải pháp nhằm giảm thiểu thiệt hại về người, tài sản và môi trường khi tai nạn đã xảy ra. 6 An toàn chuyển động của ô tô Người lái xe Ô tô An toàn chủ động Đường - Môi trường An toàn bị động Trước khi xảy ra tai nạn Khi xảy ra tai nạn - Hệ thống thông tin, tín hiệu cho người lái; Giảm thiểu thiệt hại về người, phương tiện và hàng hóa - Đường - Môi trường; Sau khi xảy ra tai nạn - Khả năng cứu hộ người bị tai nạn; - Người lái xe; - Không phát sinh các tai nạn kéo theo; - Ô tô; - An toàn môi trường; Khả năng tránh được tai nạn. Khả năng sống sót sau tai nạn. Hình 1.1: An toàn chuyển động của ô tô.