ĐÁNH GIÁ AN TOÀN BỊ ĐỘNG CỦA CABIN XE TẢI TRONG GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ
(Method to evaluate the passive safety of truck cab in period design)
KS. Nguyễn Thành Công
PGS. TS. Nguyễn Văn Bang
KS. Vũ Ngọc Khiêm
Đại học Giao thông vận tải Hà Nội
Tóm tắt: Để đáp ứng yêu cầu ngày một cao về an toàn cho người lái, ngày nay, chúng ta mong
muốn thiết kế được các cabin xe tải đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn của thế giới, đặc biệt là tiêu chuẩn
ECE R-29. Cabin phải được thiết kế sao cho đảm bảo không gian an toàn cho người lái và phụ lái sau
khi tai nạn xảy ra.
Bài báo này đề xuất phương pháp đánh giá an toàn bị động của cabin xe tải thông qua thí nghiệm ảo
theo tiêu chuẩn ECE R-29. Công việc này giúp giảm bớt thời gian và chi phí thiết kế, khi cho phép nhà
thiết kế dự đoán được biến dạng của kết cấu cabin và đưa ra các giải pháp phù hợp.
Abstract: With the sharp increase of concern for the occupant safety, it is desirable that the
design of truck cab should meet the international safety requirements, especially the ECE R-29
standard. The cab must be designed in such a way that, adequate survival space to be guaranteed in the
event of accident for the safety of the driver and co-driver.
This paper proposes a method to evaluate the passive safety of truck cab under the ECE R-29 standard
by the virtual testing. Since it allows designer to predict the behavior and optimize the structure
performance on the very early stage of development, this method would help shorten the time and the
cost of vehicle design.

Keywords: Passive Safety; Numerical Simulation; Finite element modelling, ECE R-29
1. GIỚI THIỆU
Trong quá trình thiết kế cabin, một yêu cầu quan trọng là an toàn cho người lái khi xảy ra tai nạn
giao thông. Cabin phải được thiết kế sao cho đảm bảo không gian an toàn cho người lái khi tai nạn xảy
ra. Có nhiều tiêu chuẩn về an toàn cho người lái khi xảy ra tai nạn, như ECE R-12; ECE R-29; ECE R-
66; ECE R-95; FMVSS 204; FMVSS 208; FMVSS 216. Trong đó, tiêu chuẩn ECE R-29 quy định rõ
ràng nhất về độ an toàn của cabin xe tải và là tiêu chuẩn bắt buộc đối với các xe tải trên thị trường
Châu Âu. Hiện nay, tiêu chuẩn ECE R-29 cũng đang được áp dụng rộng rãi tại các nước công nghiệp
ôtô phát triển ở Châu Á như Ấn Độ, Trung Quốc, Hàn Quốc Với xu hướng hội nhập quốc tế rộng và

Cabin được thiết kế để giảm thiểu chấn thương cho người lái
khi tai nạn xảy ra. Sau khi trải qua các thử nghiệm trên, vùng
không gian an toàn trong cabin được hình thành (vùng giới hạn
bởi các biến dạng). Đặt hình nhân lái xe (theo tiêu chuẩn ECE
R29) lên ghế ngay ngắn. Nếu hình nhân không chạm vào các
vùng biến dạng trong buồng lái thì cabin thiết kế đảm bảo an
toàn.
Bảng1: Kích thước hình nhân tiêu chuẩn ECE R-29.
Hình 2. Kích thước hình nhân
theo tiêu chuẩn ECE R-29
3. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ AN TOÀN CABIN XE TẢI TRÊN MODULE LS-DYNA
Việc thử nghiệm an toàn cabin trên thực tế rất tốn kém, khó thực hiện ở điều kiện nước ta. Vì vậy
trong bài báo này sử dụng phương pháp mô phỏng thử nghiệm an toàn cabin bằng phương pháp phần
tử hữu hạn trên module LS-DYNA của chương trình ANSYS.
Hiện nay, việc mô phỏng va chạm của ôtô và thử nghiệm an toàn trên máy tính đóng vai trò tiên
quyết trong giai đoạn thiết kế. Công việc này giúp giảm bớt thời gian và chi phí thiết kế, khi cho phép
nhà thiết kế dự đoán được biến dạng của kết cấu cabin và đưa ra biện pháp cải tiến trước khi đưa vào
sản xuất.
3.1 Thuật toán của module LS-DYNA
Tiền xử lý (Preprocessor): Module LS-DYNA của phần mềm ANSYS tính toán biến dạng lớn của
vật liệu bằng phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên tích phân thời gian thực (Explicit Time
Integration).
Hậu xử lý (Postprocessor): đọc các file nhị phân sinh ra bởi chương trình tính toán LS-DYNA và
cho phép vẽ biểu đồ chuyển vị, ứng suất và biến dạng theo thời gian.
Biểu thức tổng quát của tích phân thời gian thực có dạng:
2
H-point tới
đỉnh đầu
K/c từ mặt ghế
tới đỉnh đầu

( ) ( ) ( )
.
 
 
= −
ext int
n n n
M u F F
&&
(1)
Trong đó: [M] - ma trận khối lượng;
{ }
u
&&
- vectơ gia tốc;
{ }
ext
F
- vectơ ngoại lực và lực khối;
{ }
int
F
- vectơ nội lực; n - bước tích phân.
Vectơ nội lực tại một nút a được xác định qua biểu thức:
(
)
σ
Ω
= Σ ∫ Ω+ +
int T hg cont

( 1) ( ) 0.5( 1)
0.5 1
0.5 1 1
.
0.5
−
+ −
+ +
+
+ +
 
 
 
∆ = ∆ +∆
 
= −
= + ∆
= + ∆
ext int
n n n
n n n n
n n n
n
n n n
u u u
t t t
u M F F
u u u t
t
&

)
200 763 2,1.10
5
0.31 7850
Mô hình vật liệu:
+ Con lắc được giả thiết là cứng tuyệt đối.
+ Cơ tính của thép làm vỏ cabin như bảng 2.
Mô hình phần tử:
+ Con lắc được xây dựng là phần tử khối rắn 2500x800x100mm.
+ Vỏ cabin là phần tử tấm vỏ Belytschko-Tsay với chiều dày là 1,2 mm.
Điều kiện biên:
+ Con lắc có vận tốc ban đầu v= 7,57 m/s.
+ Cabin được giữ chặt theo những cạnh bên hông và dưới đáy.
+ Thời gian mô phỏng va chạm là 4.10
-2
s
3
Hình 3. Mô hình hình học cabin KAMAZ 53229
Hình 4. Mô hình phần tử hữu hạn cabin
Hình 5: Mô hình thử va chạm từ phía trước Hình 6: Mô hình thử độ bền nóc cabin
3.3 Kết quả tính toán
Sau khi sử dụng module LS-DYNA của phần mềm ANSYS để giả bài toán va chạm, thu được những
kết quả như sau:
Hình 7: Phân bố ứng suất trong va chạm phía trước
Hình 8: Chuyển vị trong va chạm phía trước

Hình 9: Phân bố ứng suất trong thử độ bền nóc Hình 10: Chuyển vị trong thử độ bền nóc
4
Hình 11: Phân bố ứng suất trong thử độ bền vách
sau

[10] John O.Hallquist, LS-DYNA Theoretical Manual, Livermore Software Technology
Corporation 2006
5