Luận án: An toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước

Chia sẻ: Trần Khánh Dư | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

105
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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 và thí nghiệm để kiểm chứng các kết quả tính toán lý thuyết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án: An toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước

MỞ ĐẦU Ngày nay, ô tô đã trở thành loại phương tiện 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 cũng tăng đột biến và không có dấu hiệu giảm xuống. 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. 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 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 1
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 ô tô và 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. CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trong chương tổng quan, luận án đã nghiên cứu, phân tích tình hình an toàn giao thông đường bộ, các khái niệm về an toàn giao thông, tai nạn giao thông, thông qua đó xác định mục tiêu nghiên cứu; phân tích, đánh giá những nghiên cứu có liên quan đến an toàn chuyển động của ô tô và đèn chiếu sáng phía trước. Với mục tiêu là nghiên cứu về an toàn chuyển động của ô tô, vận tốc an toàn của ô tô trong đêm, trên cơ sở đó đề xuất một số giải pháp nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông trong đêm, nội dung của luận án đang có tính cấp thiết và được xã hội quan tâm. Việc nghiên cứu đánh giá an toàn chuyển động của ô tô cần phải được thực hiện trong những điều kiện môi trường cụ thể, lựa chọn các tình huống giao thông tiêu biểu, phù hợp với thực tế, bảo đảm tính khả thi và độ tin cậy khi tiến hành thí nghiệm. 2
Nội dung nghiên cứu của đề tài: - Nghiên cứu lý thuyết về tầm nhìn thấy đối tượng trên đường của người lái, nghiên cứu xây dựng phương pháp đo tầm nhìn thấy đối tượng trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước trong các điều kiện khác nhau. - Nghiên cứu thực nghiệm đo một số thông số liên quan như: Hệ số bám của đường thử, hệ số hiệu quả phanh của xe thí nghiệm. - Trên cơ sở xác định được tầm nhìn của người lái trong điều kiện sử dụng đèn chiếu sáng phía trước, khả năng phanh của ô tô và các thông số liên quan, tiến hành tính toán vận tốc an toàn của ô tô trong điều kiện chiếu sáng đó. - Các kết quả thí nghiệm và kết quả tính toán lý thuyết là cơ sở khoa học để kiến nghị và đề xuất với các cơ quan quản lý trong việc nâng cao chất lượng đèn chiếu sáng phía trước ô tô và khuyến cáo tốc độ an toàn của ô tô phù hợp với điều kiện chiếu sáng đường. Giới hạn của đề tài: - Trong khuôn khổ luận án chỉ xem xét đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong mô hình chuyển động thẳng, chưa xét đến các trường hợp mất an toàn khi ô tô bị lệch khỏi hành lang phanh. - Đối với ô tô thí nghiệm, chỉ tiến hành với loại xe được trang bị hệ thống đèn chiếu sáng phù hợp với quy chuẩn quốc gia. - Các thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động được thực hiện trong điều kiện hạn chế một số thông số ảnh hưởng như các nguồn gây chói cho người lái, trời mưa hoặc có sương mù, đường thử trơn, ướt, không bằng phẳng, vật quan sát di động... CHƯƠNG II. CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH VẬN TỐC AN TOÀN CỦA Ô TÔ TRONG ĐÊM KHI SỬ DỤNG ĐÈN CHIẾU SÁNG PHÍA TRƯỚC. 2.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước có thể phân thành 3 nhóm như sau: - Nhóm các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng quan sát, điều khiển phương tiện. - Nhóm các yếu tố ảnh hưởng do kết cấu của phương tiện. - Nhóm các yếu tố môi trường. 2.2. Mắt người và thị giác Mắt là cơ quan cảm thụ ánh sáng, có cấu trúc vô cùng tinh vi. Trong ánh sáng ban ngày, mắt nhạy cảm nhất với ánh sáng vàng lục có bước sóng 555 nm, còn trong đêm, mắt nhạy cảm với mầu lục có bước sóng 510 nm. Đường cong hiệu quả cảm nhận ánh sáng đối với thị giác đêm V’ (λ) lệch về phía trái của đường hiệu quả cảm nhận ánh sáng ngày V(λ) khoảng 50 nm. 3
Hình 2.4: Đường V(λ) ban ngày và V’(λ) ban đêm của mắt người 2.2.2. Một số tính năng thị giác Khả năng phân biệt Khả năng phân biệt (thị lực) được xác định bằng góc mà người quan sát có thể phân biệt được hai điểm hoặc hai vạch đặt gần nhau. Vật có kích thước càng lớn thì càng dễ phân biệt, giữa kích thước d của vật và khoảng cách nhìn D có quan hệ với nhau và có liên quan đến độ rọi. Sự thích ứng thị giác Khi điều kiện chiếu sáng thay đổi, mắt không thích ứng một cách tức thời mà phải mất một thời gian có khi khá dài. Hiện tượng này gọi là sự thích nghi thị giác. Nếu chuyển đột ngột từ chỗ sáng vào chỗ tối hoặc ngược lại, thì mắt không kịp thích nghi, trong vài giây đầu, mắt hầu như không nhìn thấy gì. Độ tương phản Có ba loại độ tương phản: tương phản độ sáng; tương phản hình ảnh và tương phản mầu. Hiện tượng chói lóa Khi có sự chênh lệch quá mức về độ chói nhất là trong vùng quan sát của mắt người thì không tránh khỏi nguy cơ bị lóa mắt làm cho tính tiện nghi nhìn bị suy giảm. 2.3. Mầu sắc ánh sáng đèn Mầu và sắc không phải là những khái niệm đồng nhất. Trong tự nhiên ta gặp các mầu được chia thành hai nhóm: Mầu vô sắc và Mầu có sắc. Khi cảm thụ ánh sáng, con người chịu tác động tâm lý của mầu sắc ánh sáng theo cơ chế “liên tưởng” và tạo ra cảm giác nóng, lạnh. Người ta phân biệt ba loại nguồn sáng: Ánh sáng nóng, Ánh sáng trung tính (trắng) và ánh sáng lạnh. 2.4. Đèn chiếu sáng phía trước ô tô Các yêu cầu về đặc tính quang học của chùm sáng Theo các quy định thì phải kiểm soát cả vùng cần chiếu sáng để đảm bảo tầm quan sát của người lái nhưng đồng thời cũng có vùng phải hạn chế tối đa việc chiếu sáng để tránh gây chói cho người lái xe đi ngược chiều. 4
V 3960 3960 2250 2250 H3 1500 750 45 500 250 250 ° 15° B50L H1 Vï ngIII Vùng III H4 H H2 h 75R Vï ng II Vùng II 375 75L h 50V 50R 750 50L Vï ngIV Vùng IV 250 25L 25R Vùng I I Vï ng V H× 2.21: Mµn ®o theo tiª u chuÈn TCVN 6902:2001; 6974:2001; 7223:2002 vµ nh 7224:2002 2.11: Màn đo theo tiêu chuẩn TCVN 6902:2001; Hình 6974:2001;7223:2002 và 7224:2002 Quan hệ giữa các điểm đo, các vùng sáng và yêu cầu kỹ thuật Trên cơ sở lý thuyết về đèn chiếu sáng cũng như kết quả thực nghiệm, người ta đã đưa ra các yêu cầu cụ thể đối với một chùm sáng khi kiểm tra trên màn đo. Ở đây, các điểm đo và các vùng cần kiểm soát cường độ sáng đã được lựa chọn trên cơ sở các điểm, các vùng quan sát có yêu cầu đặc biệt nhằm kiểm soát khả năng chiếu sáng và giảm độ chói của đèn. BP 2 3 50 1 6 BP 4 50 5 Vùng 3 B50L 8 7 75R 75L 25L 50L 50R Vùng 4 25R 50V Vùng 1 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. 2.5. Chiếu sáng đường ô tô Các tiêu chuẩn chất lượng chiếu sáng đường phố thực chất đòi hỏi phải tạo nên tri giác nhìn nhanh chóng, chính xác và tiện nghi. Yêu cầu chung là phải bảo đảm chức năng định vị, dẫn hướng cho các thiết bị tham gia giao thông. Các thông số chính cần kiểm soát là: Độ chói trung bình của mặt đường đóng vai trò quan trọng hơn độ rọi vì để phân biệt một vật trong đêm từ khoảng cách xa thì mặt đường được chiếu 5
sáng sẽ trở thành nguồn sáng thứ cấp và phải đạt được độ chói quy định thì mới phân biệt được vật trên mặt đường so với màn đêm. 2.6. Các yếu tố liên quan đến người lái - Kỹ năng điều khiển của người lái và thói quen tham gia giao thông - Yêu tố sức khỏe của người lái, thời gian lái xe liên tục - Ảnh hưởng do tuổi của người lái - Khả năng quan sát khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước 2.7. Các yếu tố liên quan đến phương tiện. Kính chắn gió phía trước là thiết bị liên quan trực tiếp tới an toàn của người lái và phương tiện. Đây là loại linh kiện bắt buộc phải kiểm tra chất lượng, an toàn trước khi gắn lên ô tô. Các tính chất vật lý của kính chắn gió phía trước chính là yếu tố ảnh hưởng tực tiếp tới khả năng quan sát của người lái ô tô, cụ thể như: độ truyền sáng, độ méo ảnh, sự phân tách hình ảnh thứ cấp, sự thay đổi mầu. Hệ thống phanh của ô tô, chất lượng hệ thống phanh của ô tô có ý nghĩa rất lớn trong việc đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô. Nội dung đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước thực chất sẽ là đánh giá khả năng phanh của ô tô khi phát hiện ra chướng ngại vật trong điều kiện chiếu sáng chỉ bằng đèn chiếu sáng phía trước. 2.8. Các yếu tố liên quan đến đường ô tô Một số quy định kỹ thuật trong tiêu chuẩn đường ô tô có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến khả năng quan sát của người lái cũng như an toàn chuyển động của ô tô: vận tốc thiết kế, chiều rộng tối thiểu một làn xe, độ dốc ngang, tầm nhìn, bán kính cong, độ dốc siêu cao, độ dốc dọc, độ bằng phẳng. 2.9. Yếu tố về vận tốc và khoảng cách giữa các xe khi tham gia giao thông Khi vận tốc chuyển động tăng lên, khả năng quan sát của người lái giảm xuống. Thực chất, khả năng quan sát của người lái giảm xuống chủ yếu do góc quan sát bị thu hẹp, các vật ở gần di chuyển với tốc độ quá nhanh nên mắt người không phân biệt được Hình 2.21: Quan hệ giữa vận tốc ô tô và góc nhìn thấy của mắt người lái 6
Khi tham gia giao thông đường bộ, các loại xe cơ giới phải tuân thủ các quy định về vận tốc và khoảng cách giữa các xe. 2.10. Các yếu tố thời tiết Sương mù và mưa: Sự suy giảm tầm nhìn của người lái trong sương mù và mưa phụ thuộc rất nhiều vào lượng mưa hoặc độ dầy của sương mù cũng như mức chiếu sáng. Ngoài ra còn các yếu tố khác làm suy giảm tầm nhìn của người lái và ảnh hưởng tới an toàn chuyển động của ô tô: mặt đường trơn ướt, mặt đường không bằng phẳng, ánh sáng trăng. 2.11. Kết luận Chương II - Việc lựa chọn người quan sát trong các thí nghiệm đo tầm nhìn và đánh giá an toàn cần phải lưu ý các vấn đề về thị lực, khuyết tật về mắt, tuổi đời, sức khỏe, kỹ năng lái xe... - Lựa chọn xe thí nghiệm cần lưu ý chọn loại xe thỏa mãn các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật hiện hành, lắp loại đèn chiếu sáng phía trước thông dụng phù hợp tiêu chuẩn Việt Nam. - Khi xây dựng mô hình, quy trình thí nghiệm cần phải căn cứ vào loại phương tiện, loại đèn chiếu sáng phía trước lắp trên phương tiện đã chọn, các tiêu chuẩn áp dụng cho đèn, phương tiện, mầu sắc ánh sáng đèn, vật quan sát dùng trong thí nghiệm, vị trí xuất hiện của vật quan sát... - Lựa chọn khu vực tiến hành thí nghiệm cần xem xét các yếu tố môi trường, loại bỏ các nguồn sáng thứ cấp, các nguồn gây chói, chất lượng mặt đường bảo đảm, các yếu tố thời tiết khi tiến hành thí nghiệm phải bảo đảm không ảnh hưởng, làm sai lệch kết quả đo. 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. 3.1. Mối quan hệ Người lái - Ô tô - Môi trường Chuyển động của ô tô là kết quả của quá trình tác động qua lại, liên tục giữa các đối tượng của hệ thống Người lái - Ô tô - Môi trường trong một không gian và thời gian.. ĐK 1 ĐK 2 Đường - Môi Ô tô Người lái trường LHN 2 X LHN 1 LHN 3 Hình 3.1: Hệ thống thông tin Người lái - Ô tô - Môi trường (ĐK - Mạch điều khiển; LHN - Mạch liên hệ ngược) 7
Hoạt động của người lái dựa trên cơ sở những thông tin nhận được. Xong trên thực tế, đôi khi có những thông tin sai lệch do các tình huống trên đường liên tục thay đổi. Vì vậy, bản thân người lái ô tô cần phải có khả năng phỏng đoán, suy luận, đề phòng… Khi nghiên cứu về an toàn chuyển động, chúng ta coi ô tô như một hệ thống có mối liên hệ chặt chẽ với người lái và đường (môi trường). Trong từng điều kiện vận hành cụ thể, các yếu tố này có ảnh hưởng trực tiếp và chi phối lẫn nhau đồng thời đóng vai trò là nguyên nhân gây mất an toàn. Do vậy, để nghiên cứu về an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước, chúng ta sẽ xem xét mối quan hệ Người lái - Ô tô - Môi trường trên cơ sở phân tích các yếu tố có khả năng gây mất an toàn xuất phát từ ba đối tượng trên trong điều kiện vận hành ban đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. 3.2. Các dạng va chạm khi xảy ra tai nạn giao thông đường bộ và lựa chọn mô hình nghiên cứu Để xây dựng mô hình nghiên cứu, ta cần khảo sát và đánh giá các dạng va chạm khi xảy ra tai nạn giao thông đường bộ, chúng ta có thể phân thành 9 dạng va chạm. Khi lái ô tô, người lái tập trung sự chú ý vào các đối tượng sau: Người đi bộ, xe thô sơ, xe máy, ô tô ngược và cùng chiều (40 - 60%); phần đường xe chạy (5 - 25%); đánh giá tình hình giao thông xung quanh (25 - 35%). Trong đó việc phát hiện người đi bộ là khó khăn nhất do những đặc trưng của người đi bộ: kích thước (nhỏ), mầu sắc (dễ lẫn với môi trường), tiếng ồn (không có), chuyển động không theo quy luật (có thể thay đổi rất nhanh từ đứng yên sang chuyển động, từ đi bộ sang chạy, từ tiến sang lùi, đi thẳng sang rẽ trái hoặc phải…). Vì vậy, dạng va chạm số 1: Tai nạn với người đi bộ, được lựa chọn để tiến hành nghiên cứu, thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động. 3.3. Xây dựng phương pháp đánh giá an toàn chuyển động của ô tô 3.3.1 Quá trình phanh ô tô Với các giả thiết về mô hình nghiên cứu đã lựa chọn, việc đánh giá an toàn chuyển động của ô tô sẽ tiến hành thông qua việc đánh giá chất lượng phanh ô tô. Về nguyên tắc, việc đánh giá chất lượng phanh ô tô được thực hiện thông qua các chỉ tiêu về hiệu quả phanh và tính ổn định hướng của ô tô khi phanh. Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, với giả thiết là sẽ không xảy ra va chạm và ô tô dừng được trước chướng ngại vật nên khi đánh giá quá trình phanh ô tô sẽ không xét đến các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định hướng của ô tô khi phanh. Đồng thời, khi đánh giá an toàn chuyển động sẽ thực hiện thông qua đánh giá chỉ tiêu quãng đường phanh. Động lực học quá trình phanh ô tô Xét quá trình phanh ô tô trên đường bằng, các lực và mô men tác dụng vào ô tô khi phanh sẽ gây ảnh hưởng chủ yếu trong mặt phẳng dọc (ZOX), mặt 8
phẳng ngang (ZOY). Trong mặt phẳng ngang, quỹ đạo ô tô bị lệch khỏi phương chuyển động một góc β. Chúng ta có hệ phương trình vi phân xác định quá trình động lực học của ô tô khi phanh bằng hệ thống phanh chính: dv x g(PP1F  PP1T  PP2F  PP 2T )   vx dt G dSp  vx dt dv y g(Y1T  Y1F )  (Y2T  Y2 F )   v y (3.4) dt G dS y  vy dt d Bg g(Y1F  Y1T )a  (Y2 F  Y2T )b  (PP1F  PP1T  PP2F  PP2T )  dt 2Gab Gab d  dt Tiến hành giải hệ phương trình vi phân (3.4) để xác định các chỉ tiêu đánh giá tính chất phanh của ô tô. Quãng đường phanh và thời gian phanh ô tô Để xác định được quãng đường phanh thực tế cần nghiên cứu quá trình phanh qua các đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa lực phanh sinh ra ở bánh xe (hoặc mô men phanh) với thời gian phanh. Đồ thị này được gọi là giản đồ phanh (là quan hệ của lực phanh Pp cũng như gia tốc phanh j với thời gian t) như trong hình 3.17. Pp , j Hình 3.11: Giản đồ phanh A B 0 t1 t2 t3 t4 t5 t Hình 3.17: Giản đồ phanh Nếu kể đến thời gian phản xạ của lái xe (t1), thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh t2 thì quãng đường phanh thực tế được tính như sau: 9
v 2 .K p S  T   (3.7) 2g 3.3.2. Tầm nhìn thấy đối tượng của người lái trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước Từ thực tế trên, sẽ không có một công thức chung để tính toán tầm nhìn thấy đối tượng trên đường trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. Do vậy, các nghiên cứu lý thuyết chủ yếu tập trung vào việc tính toán sự suy giảm tầm nhìn của người lái do các yếu tố ảnh hưởng cụ thể. Tuy nhiên, về mặt thực nghiệm chúng ta hoàn toàn có thể xác định được tầm nhìn thấy đối tượng trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước trong những điều kiện chiếu sáng cụ thể. 3.3.3. Vận tốc an toàn trong điều kiện tầm nhìn bị hạn chế Phần lớn nguyên nhân các vụ tai nạn giao thông đường bộ là do lái xe lựa chọn vận tốc không đúng. Để bảo đảm an toàn chuyển động với vận tốc tối ưu, người lái xe cần phải duy trì khả năng quan sát đường trong điều kiện thích hợp với chế độ vận hành xe, nhất là lựa chọn vận tốc thích hợp với điều kiện tầm nhìn xa trên đường và các vật cản trên đường. Điều kiện để xe chuyển động an toàn xét trên quan điểm tầm nhìn của người lái là khoảng cách nhìn thấy vật cản trên đường phải lớn hơn hoặc bằng khoảng cách an toàn khi phanh. Trên quan điểm đó, ta có công thức xác định khoảng cách an toàn theo khả năng phanh của ô tô như sau: v2K p Snt  Sp  S0  T v  S0 (3.11) 2g Trên cơ sở công thức 3.11 ta có thể xây dựng được đồ thị mối quan hệ giữa vận tốc của ô tô với khoảng cách S0 từ điểm ô tô dừng lại tới vật cản trên đường. Giả sử, một kiểu loại ô tô có hệ số hiệu quả phanh Kp = 1,1; hệ số bám của đường được chọn là 0,7; tổng thời gian nhận biết vật cản trên đường, phản ứng của lái xe và sự chậm tác động của hệ thống phanh T Σ = 1,2 giây; tầm nhìn thấy đối tượng Snt là 46,5 m; g = 9,8 m/s2. Ta vẽ được đồ thị mối quan hệ giữa vận tốc của ô tô với khoảng cách S0 như trên hình 3.19. 10
Sp S0 Hình 3.19: Mối quan hệ giữa vận tốc ô tô và khoảng cách S0 Từ công thức xác định khoảng cách an toàn theo khả năng phanh, ta có thể xác định vận tốc an toàn chuyển động của ô tô trong những điều kiện tầm nhìn bị hạn chế như sau: g  Kp  v at   T  T  2  0,2 Snt  S0  (3.12) Kp      Như vậy, trên cơ sở công thức 3.12, ứng với mỗi một kiểu loại ô tô, ta có thể xây dựng được đồ thị mối quan hệ giữa tầm nhìn của người lái với vận tốc an toàn theo khả năng phanh của kiểu loại xe đó. Giả sử, một kiểu loại ô tô có hệ số hiệu quả phanh Kp = 1,1; hệ số bám của đường chọn thay đổi tương ứng là 0,3; 0,5 và 0,7; tổng thời gian nhận biết vật cản trên đường, phản ứng của lái xe và sự chậm tác động của hệ thống phanh TΣ = 1,2 giây; khoảng cách giữa điểm ô tô dừng lại và chướng ngại vật S0 = 5m; g = 9,8 m/s2. Ta vẽ được đồ thị mối quan hệ giữa tầm nhìn của người lái với vận tốc an toàn như trên hình 3.20. 180  =0.7 160 152.63 143.39 133.62  =0.5 140 132.04 123.22 124.2 Vận tốc an toàn Vat (km/h) 115.91 120 112.04  =0.3 107.08 105.25 99.87 99.16 97.58 100 92.72 86.41 87.24 85.85 78.45 80 75.78 71.12 70.4 62.74 61.45 60 52.96 51.25 47.18 40 29.19 26.61 39.03 20 22.7 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Tầm nhìn Snt (m) Hình 3.20: Mối quan hệ giữa vận tốc an toàn và tầm nhìn của người lái 11
3.3.4. Phương pháp đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong đêm Để đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trên cơ sở khoảng cách an toàn theo khả năng phanh, ta có thể sử dụng công thức sau: Snt Katp  (3.13) Sp Ta cũng có thể đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trên cơ sở vận tốc an toàn chuyển động của ô tô theo công thức: vat Katv  (3.15) v Nếu coi hiệu quả của thiết bị chiếu sáng chính là vận tốc an toàn lớn nhất của xe khi trời tối. Như vậy, ta có thể đưa ra các chỉ tiêu đánh giá hệ số an toàn của đèn chiếu sáng phía trước như sau: - Đối với đèn chiếu gần: vcc Kc  (3.16) vc - Đối với đèn chiếu xa: vc Kp  (3.17) vp - Hệ số an toàn chung của đèn chiếu sáng phía trước được xem như bằng tích của Kc, Kp có nghĩa là: vcc vc vcc Katd   (3.18) vc vp vp Ý nghĩa vật lý của hàm số trên có thể diễn giải như sau: Khi Katd càng nhỏ tương đương với việc vận tốc an toàn lớn nhất khi tránh xe đi ngược chiều càng nhỏ so với vận tốc an toàn lớn nhất khi đi bằng đèn chiếu xa và như vậy sẽ càng phải phanh gấp ô tô để giảm vận tốc ô tô xuống vận tốc an toàn. Vì vậy, về mặt lý thuyết, hệ số an toàn Katd càng gần tới 1 thì hệ thống đèn chiếu sáng phía trước của xe càng hoàn thiện. 3.4. Kết luận Chương III - Trong phạm vi nghiên cứu về an toàn chủ động, với giả thiết xe dừng lại trước khi xảy ra va chạm, do vậy việc tính toán vận tốc an toàn của ô tô thông qua việc so sánh tầm nhìn thấy đối tượng trên đường của người lái với khả năng phanh của ô tô là hợp lý. - Đối với một kiểu loại ô tô cụ thể, dựa vào công thức tính toán lý thuyết xác định vận tốc an toàn, ta có thể xây dựng đồ thị mối quan hệ giữa tầm nhìn thấy đối tượng của người lái ô tô và vận tốc an toàn của loại ô tô đó trong các điều kiện giao thông khác nhau. 12
- Hệ số an toàn Katd có thể đặc trưng cho một hệ thống chiếu sáng và so sánh với một hệ thống chiếu sáng khác. Tuy nhiên, để lựa chọn một hệ thống chiếu sáng tối ưu cần quan tâm tới điều kiện sử dụng cụ thể của ô tô. CHƯƠNG IV. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1. Xác định mục đích và nội dung thí nghiệm Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, thí nghiệm sẽ tập trung giải quyết các mục đích chính sau đây: - Xây dựng và hoàn thiện phương pháp đo tầm nhìn thấy đối tượng trên đường của người lái ô tô trong điều kiện sử dụng đèn chiếu sáng phía trước; - Tiến hành đo, xác định các thông số đầu vào nhằm mục đích tính toán vận tốc an toàn lý thuyết của ô tô ứng với hệ thống đèn chiếu sáng phía trước đã được trang bị trên xe. - Xây dựng phương pháp thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. - Thông qua thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước để kiểm chứng kết quả tính toán lý thuyết. 4.1.2. Nội dung thí nghiệm Toàn bộ nội dung thí nghiệm được chia thành hai phần chính: Phần 1: Thí nghiệm, xác định các thông số đầu vào để tính toán vận tốc an toàn lý thuyết của ô tô. Phần 2: Thí nghiệm, đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trên đường khi vận hành ở vận tốc an toàn lý thuyết và ở vận tốc giới hạn khi tham gia giao thông. 4.2. Thí nghiệm 4.2.1. Thí nghiệm đo tầm nhìn của người lái Mô hình thí nghiệm được xây dựng trên cơ sở mô hình hóa sơ đồ tai nạn giữa ô tô với người đi bộ qua đường. Có hai mô hình thí nghiệm đo tầm nhìn khác nhau ứng với khi được chiếu sáng bằng đèn chiếu gần và đèn chiếu xa: Người qua đường Người qua đường bên trái bên phải Người qua đường Người qua đường bên trái bên phải 35 35 30 30 25 25 35 35 30 30 20 20 25 25 20 20 15 15 15 15 10 10 10 10 5 5 5 5 0 0 0 0 Hình 4.1 và 4.2: Mô hình thí nghiệm đo tầm nhìn khi sử dụng đèn chiếu gần và chiếu xa 13
Kết quả thí nghiệm đo tầm nhìn Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm mẫu 1 (ô tô con) Đèn chiếu gần Đèn chiếu xa Vật quan sát đặt Vật quan sát đặt Vật quan sát đặt bên phải đường bên trái đường giữa đường Đối tượng K. cách Độ rọi K. cách Độ rọi K. cách Độ rọi quan sát (m) (lux) (m) (lux) (m) (lux) Mầu xanh 49,8 0,8 38,8 0,8 156,7 2,3 sẫm Mầu đỏ sẫm 54,7 0,8 46,5 0,6 165,8 2,2 Mầu trắng 62,7 0,7 54,5 0,5 232,6 1,5 Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm mẫu 2 (ô tô tải) Đèn chiếu gần Đèn chiếu xa Vật quan sát đặt Vật quan sát đặt Vật quan sát đặt bên phải đường bên trái đường giữa đường Đối tượng K. cách Độ rọi K. cách Độ rọi K. cách Độ rọi quan sát (m) (lux) (m) (lux) (m) (lux) Mầu xanh 61,3 1,5 53,8 1,2 211,2 2,2 sẫm Mầu đỏ sẫm 69,1 1,7 55 1,1 236,7 2,0 Mầu trắng 73,6 1,3 62 0,7 273 1,4 4.2.2. Thí nghiệm đo hệ số bám của đường thử Mục tiêu của thí nghiệm này là xác định hệ số bám của đường thử. Hệ số bám của đường thử sẽ được xác định thông qua phương pháp thử phanh trên đường. Do lực phanh sinh ra ở các bánh xe được xác định theo biểu thức: Pp = φG nên ta có: v 2  (4.2) 2gS p Thiết bị sử dụng trong thí nghiệm đo quãng đường phanh - Thiết bị đo quãng đường phanh và Thiết bị đo vận tốc Hình 4.8 và 4.9: Thiết bị đo quãng đường phanh và Thiết bị đo vận tốc xe 14
Hình 4.12: Đường băng sân bay Hòa Lạc (đường thử phanh) Sử dụng công thức 4.2 để tính toán các giá trị φi tương ứng. Xử lý số liệu thí nghiệm tương tự trong 4.2.1.8, ta được kết quả hệ số bám của đường thử nêu tại Bảng 4.3 Bảng 4.3: Kết quả tính toán hệ số bám của đường thử Kỳ vọng Phương sai Kết luận Hệ số bám 0,68 0,08 0,68 4.2.3. Thí nghiệm đo hệ số hiệu quả phanh Hệ số hiệu quả phanh được xác định như sau: J p max Kp  (4.4) J ptt trong đó: Jpmax - gia tốc phanh (lý thuyết) được xác định từ công thức trên; Jptt - gia tốc phanh (đo thực tế của xe mẫu). Các xe mẫu thí nghiệm chính là các xe mẫu đã thực hiện đo tầm nhìn của người lái. - Xe mẫu thứ nhất: Ô tô con Nhãn hiệu: KIA Sorento - Xe mẫu thứ hai: Ô tô tải Nhãn hiệu: CỬU LONG Hình 4.14: Xe mẫu thí nghiệm 15
Kết quả thí nghiệm đo gia tốc phanh Jptt Bảng 4.4: Kết quả đo gia tốc phanh Jptt Gia tốc phanh Jptt Xe mẫu thứ nhất Xe mẫu thứ hai KIA SORENTO CỬU LONG Kỳ vọng 6,49 5,87 Phương sai 0,11 0,13 Kết luận 6,49 5,87 Kết quả tính toán hệ số hiệu quả phanh theo kết quả đo gia tốc chậm dần cực đại khi phanh (công thức 4.4) được trình bầy trong bảng 4.5. Bảng 4.5: Kết quả tính toán hệ số hiệu quả phanh Xe mẫu thứ nhất Xe mẫu thứ hai KIA SORENTO CỬU LONG Hệ số hiệu quả phanh 1,02 1,15 Kp 4.2.4. Thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động của ô tô Trên cơ sở kết quả đo tầm nhìn thấy đối tượng trên đường của người lái ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước Snt, kết quả đo hệ số hiệu quả phanh Kp, hệ số bám của đường thử φ nêu trên, tiến hành tính toán vận tốc an toàn của xe mẫu thí nghiệm. Mối quan hệ giữa khoảng cách nhìn thấy đối tượng và vận tốc an toàn của ô tô được xây dựng thành đồ thị hình 4.17 và 4.18. Đường cong trên đồ thị thể hiện giới hạn an toàn, vùng bên dưới đường cong là vùng an toàn, vùng phía trên là vùng nguy hiểm. Hình 4.17: Quan hệ giữa vận tốc an toàn của xe mẫu thứ nhất (KIA SORENTO) với khoảng cách nhìn thấy Như vậy, đối với xe mẫu thứ nhất KIA SORENTO, khi vận hành trong đêm và sử dụng đèn chiếu gần (tầm nhìn của người lái là 46,5 m - vật quan sát 16
mầu đỏ sẫm ở bên trái đường) thì vận tốc an toàn theo tính toán là 59,6 km/h. Trong trường hợp vật quan sát cũng ở bên trái đường nhưng có mầu xanh sẫm, tầm nhìn người lái giảm xuống 38,8 m thì vận tốc an toàn theo tính toán giảm xuống 51,8 km/h. Hình 4.18: Quan hệ giữa vận tốc an toàn của xe mẫu thứ hai (CỬU LONG) với khoảng cách nhìn thấy Đối với xe mẫu thứ hai CỬU LONG, khi vận hành trong đêm và sử dụng đèn chiếu gần (tầm nhìn của người lái là 55 m - vật quan sát mầu đỏ sẫm ở bên trái đường) thì vận tốc an toàn theo tính toán là 64,3 km/h. Trong trường hợp vật quan sát cũng ở bên trái đường nhưng có mầu xanh sẫm, tầm nhìn người lái giảm xuống 53,8 m thì vận tốc an toàn theo tính toán giảm xuống 63,3 km/h. 4.2.4.1. Xây dựng mô hình thí nghiệm: Trên cơ sở sơ đồ tai nạn giữa ô tô với người đi bộ qua đường, lựa chọn tình huống người đi bộ xuất hiện từ phía hành lang bên trái đường, xe ô tô đang sử dụng đèn chiếu gần (đây là tình huống bất lợi nhất về an toàn trên quan điểm tầm nhìn của người lái bị hạn chế), đề xuất mô hình thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động của ô tô như trong hình 4.19. 17
Người qua đường Người qua đường bên trái bên phải 0 0 5 5 10 10 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 Hình 4.19: Mô hình đánh giá an toàn chuyển động 4.2.4.2. Vật quan sát sử dụng trong thí nghiệm Trong thí nghiệm này vật quan sát được lựa chọn là bảng dán giấy mầu đỏ sẫm (hệ số phản xạ 0,3 kích thước 1,7m x 0,33m) Hình 4.20: Vật quan sát sử dụng trong thí nghiệm. Vị trí xuất hiện vật quan sát trên đường là ở mép bên trái của đường. 4.2.4.3. Điều kiện chiếu sáng Để bảo đảm thống nhất với các kết quả tính toán lý thuyết, điều kiện chiếu sáng và môi trường khi thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động sẽ phải giống với khi thí nghiệm đo tầm nhìn của người lái. Vì vậy, các thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động sẽ được thực hiện ngay sau khi tiến hành các thí nghiệm đo tầm nhìn của người lái. Ngoài ra, thí nghiệm cũng chỉ tiến hành trong điều kiện sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. 18
4.2.4.4. Xe mẫu thí nghiệm Xe mẫu thí nghiệm chính là các xe mẫu đã thực hiện đo tầm nhìn của người lái - Xe mẫu thứ nhất: Ô tô con Nhãn hiệu: KIA Sorento - Xe mẫu thứ hai: Ô tô tải Nhãn hiệu: CỬU LONG 4.2.4.5. Người lái xe thí nghiệm Việc điều khiển xe thí nghiệm theo đúng quy trình thí nghiệm là rất quan trọng. Vì vậy, trong quá trình thí nghiệm đã sử dụng các Đăng kiểm viên của Cục Đăng kiểm để thực hiện việc lái xe thí nghiệm, khả năng quan sát 10/10, không có các khuyết tật về mắt. 4.2.4.6. Dụng cụ phục vụ thí nghiệm - Thiết bị đo quãng đường phanh + Nhãn hiệu: Circuitling Brake Check; + Model: BRK 05985 - Series 2; + Xuất xứ: Australia; + Cấp chính xác: 1%; - Thiết bị đo vận tốc + Nhãn hiệu: GARMIN GPS72; + Model: 13434208; + Xuất xứ: TAIWAN; + Dải đo: 0 - 300 km/h; + Cấp chính xác: 1%; - Thước dây đo khoảng cách. - Bộ đàm liên lạc không dây. 4.2.4.7. Quy trình và kết quả thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động của ô tô. Việc chuẩn bị xe mẫu và quy trình thao tác thực hiện tương tự như với quy trình thí nghiệm đo quãng đường phanh của xe. Quy trình thí nghiệm Xe thí nghiệm sẽ được thử ở chế độ không tải, lốp xe bơm đúng áp suất lốp theo quy định của nhà sản xuất, các trang thiết bị, phụ kiện tiêu chuẩn lắp đầy đủ trên xe, nhiên liệu đổ đầy ít nhất 2/3 bình. Vận tốc của xe thí nghiệm (vận tốc khi bắt đầu phanh) - Xe ô tô con: 59,6 km/h - theo tính toán ở trên - Xe ô tô tải: 64,3 km/h - theo tính toán ở trên Quy trình đo: + Bước 1: Lắp đặt các thiết bị đo lên xe, kiểm tra tình trạng hoạt động của các thiết bị đo. + Bước 2: Khởi động động cơ đưa xe vào vị trí xuất phát. + Bước 3: Khởi hành xe theo đúng quy trình, tăng tốc đên vận tốc thí nghiệm, giữ ổn định ở vận tốc thí nghiệm. Khi phát hiện có chướng ngại vật 19
(vật quan sát) trên đường, người lái lập tức tực hiện việc phanh xe (đối với xe sử dụng hộp số cơ khí điều khiển bằng tay thì tiến hành đạp bàn đạp ly hợp đồng thời với đạp bàn đạp phanh), đạp hết phanh cho đến khi xe thí nghiệm dừng hoàn toàn. + Bước 4: Đọc và ghi nhận các giá trị hiển thị trên thiết bị đo như: vận tốc tại thời điểm bắt đầu phanh, quãng đường phanh. Đo giá trị khoảng cách còn lại từ xe thí nghiệm đến vật quan sát. Ghi nhận các kết quả vào mẫu tại Phụ lục 4. Thực hiện phép đo 20 lần theo quy trình trên. Một số hình ảnh thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động của ô tô: Hình 4.21: Thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động của ô tô Kết quả thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động của ô tô Kết quả từng lần đo được trình bầy chi tiết trong Phụ lục 4 - Bảng PL 4.1, Bảng PL 4.2. Xử lý số liệu thí nghiệm tương tự mục 4.2.1.8, ta được kết quả đánh giá an toàn chuyển động của ô tô như trong bảng 4.6. Bảng 4.6: Kết quả thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động ở vận tốc an toàn. Xe mẫu thứ nhất Xe mẫu thứ hai KIA SORENTO CỬU LONG Sp (m) S0 (m) Sp (m) S0 (m) Kỳ vọng 20,85 6,28 24,83 5,88 Phương sai 0,77 0,89 0,67 0,72 Kết luận 20,85 6,28 24,83 5,88 20