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

140 trang ngocly 3180

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án An toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

luan_an_an_toan_chuyen_dong_cua_o_to_trong_dem_khi_su_dung_d.pdf

Nội dung text: Luận án 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 m/s TΣ Thời gian phản ứng của người lái và thời gian chậm s 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 m sáng của đèn ô tô Katd Hệ số an toàn chung của đèn chiếu sáng phía trước Katv Hệ số an toàn theo vận tốc an toàn tối đa
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, km/h không có xe ngược chiều 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Hình 2.10: Màn đo theo tiêu chuẩn TCVN 6955:2001. . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Hình 2.11: Màn đo theo tiêu chuẩn TCVN 6902:2001; 6974:2001; 7223:2002 và 7224:2002. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Hình 2.12: Các điểm đo chùm sáng chiếu gần theo tiêu chuẩn TCVN 6955:2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Hình 2.14: Màn đo chùm sáng chiếu xa theo tiêu chuẩn TCVN 6974:2001. 44 Hình 2.15: Tầm nhìn đối tượng trên đường của người lái xe . . . . . . . . . . . . 49 Hình 2.16: Xác định độ chói mặt đường tại điểm P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Hình 2.17: Hiệu ứng bậc thang với các hệ số đồng đều độ chói khác nhau 50 Hình 2.18: Mức độ tỉnh táo trong ngày . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Hình 2.19: Ảnh hưởng của tuổi tới tầm quan sát của người lái trong cùng điều kiện chiếu sáng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Hình 2.20: Sơ đồ nhìn thấy của người lái khi chiếu sáng bằng đèn chiếu sáng phía trước. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 v1 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-23 Hình PL 7.2: Hình ảnh chùm sáng chiếu xa trên đường . . . . . . . . . . . . . . . . PL-23 Hình PL 7.3: Chùm sáng chiếu gần . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-24 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. . . . . . . . . . . . . . PL-24 Hình PL 7.5: Kết cấu chùm sáng chiếu gần . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-25 Hình PL 7.6: Hình ảnh chùm sáng chiếu gần trên đường . . . . . . . . . . . . . . . PL-25 Hình PL 7.7: Kết cấu, nguyên lý đèn chiếu sáng phía trước theo tiêu chuẩn Mỹ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PL-26 Hình PL 13.1: Sơ đồ khối mô phỏng động lực học ô tô khi phanh . . . . . . PL-45 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 Đường - Môi trường An toàn chủ động An toàn bị động Trước khi xảy ra tai nạn Khi xảy ra tai nạn Sau khi xảy ra tai nạn - Hệ thống thông tin, tín Giảm thiểu thiệt hại - Khả năng cứu hộ hiệu cho người lái; về người, phương người bị tai nạn; tiện và hàng hóa - Đường - Môi trường; - Không phát sinh các tai nạn kéo theo; - Ng ười lái xe; - Ô tô; - An toàn môi trường; Khả n ăng tránh được tai nạn. Khả năng sống sót sau tai nạn. Hình 1.1: An toàn chuyển động của ô tô.
7 1.2. An toàn giao thông đường bộ Việt Nam 1.2.1. Số lượng phương tiện và hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn an toàn kỹ thuật của phương tiện Cùng với sự phát triển chung của nền kinh tế Việt Nam, trong nhiều năm qua số lượng phương tiện tham gia giao thông ở nước ta đã tăng lên đáng kể. Với nhu cầu vận chuyển hàng hoá, hành khách ngày càng tăng và đặc biệt trong bối cảnh Việt Nam đang dần hội nhập sâu, rộng với nền kinh tế thế giới thì trong những năm tới số lượng phương tiện giao thông tăng trưởng nhanh là điều không thể tránh khỏi. Ngành công nghiệp sản xuất ôtô của Việt Nam nói riêng và của thế giới nói chung ngày càng có nhiều tiến bộ, chất lượng phương tiện không ngừng được nâng cao. Việt Nam là thị trường hứa hẹn cho sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô trong tương lai. Theo số liệu của Ủy ban an toàn giao thông Quốc gia, đến 31/3/2013 cả nước có 2.033.265 ôtô các loại và hơn 37 triệu xe gắn máy đang lưu hành. Dự báo số lượng ôtô tăng trưởng hàng năm từ 10 - 20% và đến năm 2020 sẽ đạt con số 4 triệu chiếc. Hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật ô tô của Việt Nam được hình thành, phát triển gắn liền với tiến trình hội nhập kinh tế và sự ra đời của ngành công nghiệp chế tạo ô tô non trẻ của đất nước. Cho đến nay, hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật ô tô của Việt Nam được đánh giá là tương đối phù hợp với hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn của các nước trong khu vực và từng bước hài hòa, hội nhập với quốc tế. Hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật ô tô của Việt Nam được chia thành ba nhóm: - Nhóm các tiêu chuẩn, quy chuẩn áp dụng cho xe đang lưu hành: Các tiêu chuẩn này được xây dựng nhằm mục đích kiểm soát chất lượng, an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường đối với các loại ô tô trong quá trình khai thác, sử dụng. Hệ thống tiêu chuẩn này cũng được tham khảo và từng bước hài hòa với các tiêu chuẩn đăng
8 kiểm quốc tế cho xe đang lưu hành (theo Khuyến nghị của hiệp hội Đăng kiểm quốc tế CITA - The International Motor Vehicle Inspection Committee). - Nhóm các tiêu chuẩn, quy chuẩn áp dụng cho xe mới: Các tiêu chuẩn này thường được biên soạn trên cơ sở tham khảo và chuyển đổi từ các tiêu chuẩn quốc tế (UN-ECE Regulations) hoặc tiêu chuẩn quốc gia. Hệ thống tiêu chuẩn này về cơ bản là hài hòa và phù hợp với quy định và thông lệ quốc tế. - Nhóm các tiêu chuẩn, quy chuẩn về phụ tùng, linh kiện ô tô: Cũng tương tự như nhóm tiêu chuẩn áp dụng cho xe mới, các tiêu chuẩn này thường được biên soạn trên cơ sở tham khảo và chuyển đổi từ các tiêu chuẩn quốc tế. 1.2.2. Công trình đường bộ và việc tham gia giao thông ban đêm Công trình đường bộ của nước ta trong thời gian qua cũng có những tiến bộ đáng kể, nhiều dự án giao thông, đặc biệt là các dự án đường cao tốc cho ôtô đang được Chính phủ tập trung chỉ đạo đầu tư xây dựng đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội. Điều này cũng nhằm mục đích tăng lưu lượng vận chuyển hàng hoá và hành khách, giảm chi phí vận tải, tiết kiệm thời gian. Do vậy, vận tốc chuyển động trung bình của ôtô trên đường cũng tăng lên. Tại một số tuyến đường, vận tốc tối đa cho phép đã đạt 100 km/h và một số tuyến đường cao tốc sắp đưa vào khai thác sử dụng, vận tốc tối đa có thể đạt 120 km/h. Việt Nam, với đặc thù kinh tế đặc trưng của một nước đang phát triển, nhu cầu vận chuyển nhiên, nguyên vật liệu đang tăng lên nhanh chóng. Hệ thống đường giao thông lại không đáp ứng được với nhu cầu vận tải tại nhiều thành phố lớn như Tp. Hồ Chí Minh, Hà Nội, dẫn đến đã phải cấm xe tải, xe khách ra vào thành phố trong những giờ cao điểm. Do vậy, việc vận chuyển hàng hoá vào ban đêm đã tăng lên đáng kể. Với việc vận chuyển hành khách đường dài, đa số hành khách đều tính toán lộ trình để tận dụng thời gian di chuyển vào ban đêm. Với những lái xe chuyên nghiệp, chạy xe ban đêm với “đường thông - hè thoáng” cũng là một tiêu chí để họ lựa chọn thời gian làm việc. Ngoài ra, do một số yếu tố xã hội khác như: Việc tăng cường kiểm soát vận tốc, tải trọng của các cơ quan chức năng cũng làm cho nhiều
9 lái xe (đặc biệt là các lái xe tải và xe khách đường dài) có thói quen sử dụng xe vào ban đêm để tránh sự kiểm soát. 1.2.3. Tình hình tai nạn giao thông đường bộ Cùng với việc gia tăng nhanh chóng về số lượng phương tiện tham gia giao thông, số vụ tai nạn giao thông cũng tăng lên hàng năm. Theo số liệu thống kê (hình 1.2) của Ủy ban an toàn giao thông quốc gia [9], diễn biến tai nạn giao thông theo thời gian từ năm 1990 đến năm 2012 có thể chia ra 3 giai đoạn như sau: Hình 1.2. Số liệu thống kê tai nạn giao thông hàng năm tại Việt Nam + Giai đoạn thứ nhất (từ năm 1990 đến năm 2002): Số người chết và người bị thương liên quan đến tai nạn giao thông có khuynh hướng gia tăng, tương ứng với sự gia tăng của các vụ tai nạn giao thông. Trong thời kỳ này, số lượng người chấn thương tăng 6,2 lần (từ 4.956 lên 30.999 người) và con số người chết tăng 5,8 lần (từ 2.268 lên 13.186 người). + Giai đoạn thứ hai (từ năm 2002 đến năm 2005): Số vụ tai nạn và người bị chấn thương hàng năm giảm mạnh khoảng 47% (từ 27.993 xuống 14.711 vụ) và 61% (từ 30.999 xuống 12.013 người). Điều này thể hiện những tích cực trong chính sách an toàn giao thông, các giải pháp cũng như các trương trình hành động được thực thi trong suốt thời gian từ năm 2000 đến năm 2005.
10 + Giai đoạn thứ ba (từ năm 2005 đến năm 2012): Số vụ tai nạn và số người tử vong giảm nhẹ hơn trước. Tuy nhiên, có sự dao động lên xuống trong xu hướng phát triển của số lượng người chết vì tai nạn giao thông kể từ năm 2002 đến nay. Con số tử vong hàng năm giảm gần 30% (từ 13.186 trong năm 2002 xuống xấp xỉ 10.000 người trong năm 2012). Điều này thể hiện sự khác biệt trong cấu trúc tai nạn của người chết và người bị thương. Thêm vào đó, các giải pháp được đề xuất phát huy chưa đầy đủ hiệu quả để ngăn cản tai nạn chết người. Theo các số liệu thống kê của nước ngoài thì xác suất xảy ra tai nạn giao thông về đêm lớn gấp 5 đến 8 lần so với ban ngày và số lượng vụ tai nạn giao thông xảy ra trong khoảng thời gian tối và đêm chiếm đến 50 % tổng số [42]. Số liệu thống kê của Việt Nam về thời gian xảy ra tai nạn giao thông cũng phù hợp với thống kê của nước ngoài (hình 1.3). 3000 2500 2000 1500 Số vụ tai nạn 1000 500 0 0h - 6h 6h - 12h 12h - 18h 18h - 24h 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 (nguồn Cục CSGT Đường bộ - Đường sắt) 1.3. Đánh giá an toàn chuyển động của ô tô An toàn chuyển động của ô tô là một đề tài hàng đầu luôn được các nhà khoa học, nhà sản xuất quan tâm nghiên cứu. Có rất nhiều yếu tố có thể gây ra sự mất an toàn chuyển động của ô tô. Ở đây khái niệm An toàn được hiểu là khả năng hạn chế được các nguy hiểm tiềm ẩn có thể xảy ra đối với phương tiện, người ngồi trên xe, người và phương tiện cùng tham gia giao thông An toàn chủ động liên quan đến
11 các thiết bị, kết cấu có chức năng ngăn cản hoặc làm giảm khả năng xe gặp tai nạn. Ví dụ như hệ thống phanh, lái, chiếu sáng, tín hiệu hay nói một cách khác chính là các thiết bị, kết cấu giúp vận hành chiếc xe một cách an toàn. Còn đối với an toàn bị động, đó là các thiết bị, kết cấu nhằm mục đích hạn chế thương vong, tổn thất khi tai nạn xảy ra. Ví dụ như: dây đai an toàn, túi khí, các kết cấu thân vỏ có khả năng hấp thụ xung lực khi va chạm Trên quan điểm nghiên cứu về an toàn bị động, mức độ an toàn được thể hiện thông qua việc đánh giá mức độ nguy hiểm. Trên quan điểm nghiên cứu về an toàn chủ động, người ta quan tâm tới quá trình vận hành ô tô, các giải pháp giúp người lái điều khiển ô tô an toàn chính xác. Mức độ an toàn được đánh giá trên cơ sở khả năng tránh được tai nạn trong những điều kiện cụ thể. Để nghiên cứu về mức độ an toàn thì trước tiên cần phải nghiên cứu về mối quan hệ giữa Người - Ô tô - Đường. Trong từng tình huống giao thông cụ thể, các yếu tố này sẽ ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp lẫn nhau. Để đánh giá tính an toàn chuyển động của ô tô thì nhất thiết phải đề cập đến “động lực học chuyển động của ô tô”. Trong nghiên cứu lý thuyết động lực học chuyển động của ô tô có thể tách ra thành ba hướng chính là: chuyển động thẳng, chuyển động quay vòng và tính êm dịu chuyển động. Về an toàn chuyển động cũng được nghiên cứu theo ba hướng đó và chủ yếu tập trung vào quỹ đạo chuyển động của ô tô. Việc nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của ô tô sẽ phải đặt trong hệ tọa độ không gian ba chiều, tức là xem xét với các điều kiện không gian đầy đủ. Đối với ô tô, có thể xem xét quỹ đạo của ô tô trong mặt phẳng đường (tọa độ hai chiều) đồng thời sẽ phải xem xét đến ảnh hưởng kết cấu đặc trưng trong không gian. Trong các tài liệu hiện nay gọi chung là: Động lực học chuyển động của ô tô, nhằm mục tiêu khảo sát quỹ đạo của ô tô trong mặt phẳng nền đường.
12 Ngoài ra, các yếu tố môi trường cũng ảnh hưởng rất lớn đến tính an toàn chuyển động của ô tô. Do vậy, khi đánh giá an toàn chuyển động của ô tô, nhất thiết phải đề cập đến yếu tố môi trường, điều kiện giao thông tại thời điểm đánh giá. 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 1.4.1. Các tác giả trong nước - Cuốn sách “Kỹ thuật chiếu sáng - Chiếu sáng tiện nghi và hiệu quả năng lượng” [10] của Lê Văn Doanh, Đặng Văn Đào, Lê Hải Hưng và các tác giả khác, trình bầy kiến thức cơ bản về kỹ thuật chiếu sáng và công nghệ chiếu sáng hiện đại. Các chương giới thiệu khái niệm cơ bản về ánh sáng và kỹ thuật chiếu sáng đường giao thông có thể tham khảo làm cơ sở để nghiên cứu khoảng không gian chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước cũng như các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng quan sát của người lái trong những điều kiện chiếu sáng khác nhau. - Các tác giả Bùi Xuân Cậy, Nguyễn Văn Hùng trong cuốn sách “An toàn giao thông đường bộ” [9] giới thiệu những khái niệm mới về an toàn giao thông và rủi ro tai nạn; giới thiệu một số mô hình nghiên cứu tai nạn trên thế giới Các nghiên cứu về an toàn giao thông có thể tham khảo, trích dẫn trong quá trình nghiên cứu về an toàn chuyển động của ô tô. - Công trình nghiên cứu khoa học “Điều tra tai nạn giao thông” [12] của tác giả Đỗ Đình Hòa giới thiệu một cách hệ thống cơ sở pháp lý, những lý luận cơ bản và trình tự tổ chức tiến hành các hoạt động điều tra tai nạn giao thông. Các phần nghiên cứu về diễn biến tai nạn, quá trình xử lý, phản ứng của người lái trước khi xảy ra tai nạn có thể tham khảo, trích dẫn trong quá trình nghiên cứu đánh giá an toàn chuyển động của ô tô. - Hội thảo về đèn chiếu sáng phía trước được tổ chức ở Việt Nam “The 28th Asia experts meeting on Headlamps” [36] có kỷ yếu gồm các báo cáo khoa học giới thiệu về tiêu chuẩn kỹ thuật của đèn chiếu sáng phía trước ô tô, so sánh giữa các
13 tiêu chuẩn, các yêu cầu kỹ thuật của từng loại đèn, giới thiệu các trang thiết bị, phòng thí nghiệm để kiểm tra đèn - Đề tài luận án phó tiến sĩ khoa học kỹ thuật của tác giả Phạm Hữu Nam, “Nghiên cứu phương pháp đánh giá hiệu quả phanh ô tô” [14], tác giả đã có những nghiên cứu về các nhân tố ảnh hưởng đến sự bám giữa bánh xe với mặt đường, nghiên cứu mô hình toán học, động lực học quá trình phanh ô tô cũng như tính ổn định hướng chuyển động của ô tô. 1.4.2. Các tác giả nước ngoài - Tác giả К.М.ЛЕВИТИН [42] đã tổng hợp và tóm tắt rất nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến đèn chiếu sáng phía trước cũng như các vấn đề liên quan đến an toàn chuyển động của ô tô trong các điều kiện tầm nhìn hạn chế khác nhau. Trên cơ sở tính toán được tầm nhìn của người lái, tác giả đã xây dựng các công thức đánh giá an toàn chuyển động của xe bằng cách sử dụng các tính toán vận tốc, quãng đường phanh trong lý thuyết ô tô. Một số thí nghiệm đã được thực hiện để kiểm chứng các công thức lý thuyết. Phần nghiên cứu lý thuyết về an toàn chuyển động cũng như đánh giá an toàn chuyển động của xe có thể tham khảo và trích dẫn cũng như là cơ sở lý thuyết để nghiên cứu ứng dụng trong luận án. Các nghiên cứu về hiệu quả chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước, cấu tạo đèn và các hệ thống tiêu chuẩn đèn: Do quan điểm của một số quốc gia về an toàn liên quan đến đặc tính quang học chùm sáng đèn chiếu sáng phía trước có khác nhau nên hệ thống các tiêu chuẩn đèn chiếu sáng phía trước cũng khác nhau. Tác giả đã giới thiệu một số nghiên cứu về vấn đề này và trong thực tiễn, chủ đề này vẫn đang được nhiều nhà khoa học quan tâm và tiếp tục nghiên cứu. - Các tác giả Burkard Wordenweber, Jorg Wallaschek trong cuốn sách “Automotive lighting and Human Vision” [22] đã giới thiệu nhiều thành tựu nghiên cứu, các quy định kỹ thuật liên quan đến tầm nhìn của người lái và đèn chiếu sáng phía trước ô tô, tài liệu được chia thành 4 phần:
14 Phần thứ nhất: Nghiên cứu về tầm nhìn - khả năng quan sát của con người. Trong phần này các tác giả đã hệ thống một số kết quả nghiên cứu về cấu trúc của mắt, khả năng nhìn của mắt, các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng nhìn của mắt như kích thước, hình dáng vật quan sát, mầu sắc, độ tương phản giải thích bản chất một số hiện tượng mà mắt người không quan sát được trong điều kiện chiếu sáng nhất định. Phần thứ hai: Nghiên cứu về đèn chiếu sáng phía trước lắp trên ô tô và các loại đèn tín hiệu khác. Trong phần này các tác giả đã tóm tắt lịch sử phát triển của công nghệ chế tạo đèn chiếu sáng phía trước; kết cấu của các loại đèn chiếu sáng phía trước, bóng đèn; quy định về lắp đặt đèn trên ô tô, các điểm khác biệt giữa quy định, tiêu chuẩn đèn chiếu sáng phía trước của một số nước trên thế giới; hướng phát triển của công nghệ chế tạo đèn chiếu sáng phía trước thông minh. Phần thứ ba: Nghiên cứu về ảnh hưởng (không có lợi) của đèn chiếu sáng phía trước tới người lái. Trong phần này, tác giả giới thiệu các nghiên cứu liên quan đến hai vấn đề tồn tại lớn nhất khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước để chiếu sáng đường đó là: Khả năng quan sát của mắt ở vùng tối (vùng không hoặc ít được chiếu sáng) là rất khác so với ở vùng được chiếu sáng và Hiện tượng chói lóa gây ra bởi đèn ô tô đi ngược chiều. Tác giả cũng đã giới thiệu một số kết quả nghiên cứu về độ chói, mức độ giảm tầm nhìn của người lái khi có xe ô tô đi ngược chiều, khả năng phục hồi của mắt ngay sau khi bị gây chói, sự điều tiết của mắt khi bị chói. Tác giả đã đưa ra kết luận là việc nghiên cứu mối quan hệ giữa ưu tiên tăng khả năng quan sát của người lái bằng chiếu sáng đèn với những yêu cầu giảm khả năng gây chói cũng của đèn là một vấn đề rất quan trọng và cần tiếp tục được nghiên cứu, đặc biệt nó sẽ có những ứng dụng thiết thực trong việc phát triển các thế hệ đèn chiếu sáng phía trước thông minh. Phần thứ tư: Giới thiệu về các ứng dụng cơ - điện tử trong công nghệ chế tạo đèn chiếu sáng phía trước. Hệ thống cân bằng, điều chỉnh hướng đèn chiếu sáng phía trước, các thế hệ đèn chiếu sáng phía trước thông minh tự động lựa chọn chế
15 độ, vùng chiếu sáng theo điều kiện môi trường hoạt động của xe. Hướng phát triển của công nghệ đèn chiếu sáng phía trước trong tương lai. - Tác giả Jason Clark trong công trình “Nighttime Driving Evaluation of the Effects of Disability and Discomfort Glare from Various Headlamps under Low and Hight Light Adaptation Levels [29] đã đánh giá sự ảnh hưởng của chói lóa bất lực và chói lóa mất tiện nghi đến tầm nhìn của người lái trong đêm khi sử dụng một số loại đèn chiếu sáng phía trước chiếu gần và chiếu xa. - Tác giả Douglas Mace, Philip Garvey và các tác giả khác trong công trình “Countermeasures for reducing the effects of headlight glare” [25] đã nghiên cứu sự hình thành các nguồn gây chói đối với người lái, mối quan hệ qua lại giữa yêu cầu chiếu sáng đường và khả năng không gây chói mắt cho người lái xe ngược chiều. Trên cơ sở các số liệu thí nghiệm để đưa ra các giải pháp nhằm làm giảm ảnh hưởng do sự chói mắt gây ra bởi đèn chiếu sáng phía trước. - Trong nghiên cứu của John Van Derlofske “Glare and nighttime roadway visibility” [30], tác giả đã tập trung vào các ảnh hưởng của độ chói đèn chiếu sáng phía trước làm suy giảm tầm nhìn của người lái xe ngược chiều, tiến hành thí nghiệm so sánh mức độ gây chói của một số loại đèn chiếu sáng phía trước ô tô, trên cơ sở đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật cũng như sửa đổi các tiêu chuẩn kỹ thuật quy định đối với đèn chiếu sáng phía trước. - Tác giả Hứa Hồng Quốc trong cuốn sách “Sự cố kỹ thuật ô tô” [43] giới thiệu các vấn đề về lý luận và thực tiễn có liên quan tới sự cố kỹ thuật của ô tô, các phương pháp nghiên cứu tai nạn giao thông, quá trình diễn biến và hậu quả xảy ra tai nạn ô tô, phương pháp xác định các tham số gây ra tai nạn ô tô, thí nghiệm va chạm ô tô, cơ sở lý luận của mô hình thí nghiệm va chạm Các nghiên cứu về quá trình xảy ra tai nạn có thể tham khảo và trích dẫn trong quá trình nghiên cứu đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong khuôn khổ nghiên cứu của luận án. 1.4.3. Những vấn đề còn tồn tại theo hướng nghiên cứu của luận án Đối với đề tài nghiên cứu của các tác giả trong nước
16 Cho đến nay, vẫn còn quá ít các tác giả trong nước có các đề tài nghiên cứu về đèn chiếu sáng phía trước lắp trên ô tô. Do vậy, các nội dung nghiên cứu về lĩnh vực này có nhiều tính mới. Ngoài ra, việc tiến hành các thí nghiệm để đo khoảng chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước, khả năng quan sát của người lái trong các điều kiện môi trường giao thông cụ thể ở Việt Nam cũng rất cần thiết cho việc nghiên cứu đánh giá hiện trạng giao thông của Việt Nam. Đối với đề tài nghiên cứu của các tác giả nước ngoài - Nhóm các đề tài nghiên cứu về đèn chiếu sáng phía trước của ô tô: Cùng với sự tiến bộ rất nhanh của khoa học, công nghệ trong thời gian gần đây, các đề tài nghiên cứu về kết cấu đèn, các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao chất lượng chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước sẽ luôn là đề tài có tính mới và được nhiều nhà khoa học cũng như các hãng sản xuất quan tâm. - Nhóm đề tài nghiên cứu đánh giá an toàn chuyển động: Đã có khá nhiều nghiên cứu đưa ra các công thức lý thuyết để đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong điều kiện tầm nhìn hạn chế. Tuy nhiên, bản thân khái niệm tầm nhìn còn phụ thuộc nhiều yếu tố nên việc xây dựng các công thức lý thuyết cũng bị giới hạn bởi quan điểm về an toàn cũng như việc lựa chọn thông số đầu vào của người nghiên cứu. Do vậy, vẫn có thể xây dựng các công thức mới trong các điều kiện cụ thể. Về mặt thực nghiệm, các kết quả thí nghiệm đã được công bố trước đây được tiến hành với những loại đèn chiếu sáng phía trước thông dụng từ những năm 1970, do đó, các kết quả này không hoàn toàn phù hợp với các thế hệ đèn chiếu sáng phía trước đang sử dụng phổ biến hiện nay. Ngoài ra, điều kiện giao thông, môi trường, phương tiện ở các nước cũng có sự khác nhau nên về mặt thí nghiệm, các kết quả thí nghiệm mới là hết sức cần thiết cho việc đánh giá an toàn chuyển động của ô tô tại Việt Nam. Quan điểm về an toàn khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước của một số nước, khu vực có khác nhau dẫn đến hệ thống tiêu chuẩn về đèn chiếu sáng phía trước cũng có sự khác biệt. Do đó, có nhiều đề tài đã tập trung nghiên cứu, so sánh
17 về khả năng chiếu sáng cũng như gây chói của các nhóm đèn chiếu sáng phía trước được thiết kế theo các tiêu chuẩn khác nhau. Chính vì vậy, đối với các loại đèn được thiết kế mới hoặc ứng dụng công nghệ mới rất cần có các thử nghiệm, so sánh để đánh giá chất lượng, an toàn. Đặc biệt là trong điều kiện của Việt Nam, khi hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho đèn ô tô đang dần từng bước được hoàn thiện và bắt buộc áp dụng. - Nhóm đề tài nghiên cứu về tầm nhìn của người lái: Do có quá nhiều thông số ảnh hưởng tới tầm nhìn của người lái nên rất cần các nghiên cứu chuyên sâu theo từng điều kiện cụ thể. Đặc biệt đối với mỗi một quốc gia, vùng miền, đặc điểm môi trường, con người và phương tiện là không giống nhau nên các kết quả nghiên cứu đã công bố chỉ mang tính chất tham khảo. Khai thác, ứng dụng kết quả của các đề tài đã công bố phục vụ mục tiêu nghiên cứu - Các đề tài đã công bố giúp định hướng việc nghiên cứu và củng cố cơ sở khoa học của đề tài. - Một số công thức lý thuyết, kết quả thí nghiệm đã công bố có thể được tham khảo và sử dụng trong đề tài. 1.5. Nội dung nghiên cứu và giới hạn của đề tài Nội dung nghiên cứu của đề tài: Do các vấn đề liên quan đến bài toán đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước là rất rộng, phụ thuộc nhiều vào các yếu tố môi trường, vì vậy, trong phạm vi nghiên cứu của luận án chỉ tập trung giải quyết các nội dung chính sau: - 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.
18 - 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 vận tốc 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 1.6. Kết luận Chương I Trên cơ sở các nghiên cứu tổng quan có thể rút ra một số kết luận sau: - 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 đề tài đã đi thẳng vào vấn đề đang có tính cấp thiết và được xã hội quan tâm. - Chưa có nghiên cứu trong nước nào về an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. Các nghiên cứu về đèn chiếu sáng phía trước lắp trên ô tô và các nghiên cứu về vận tốc an toàn, quỹ đạo chuyển động của ô tô cũng chưa nhiều và thiếu hệ thống.
19 - 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. - Nghiên cứu mối quan hệ Người lái - Phương tiện - Môi trường dưới góc độ an toàn chuyển động của ô tô sẽ làm rõ thêm các thông số, yếu tố ảnh hưởng tới tính an toàn chuyển động của ô tô trong điều kiện sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. - Tầm nhìn của người lái ô tô khi vận hành ô tô trong đêm phụ thuộc rất nhiều vào khả năng chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước. Yếu tố này là thông số ảnh hưởng trực tiếp tới an toàn chuyển động của ô tô. Do vậy, rất cần có các nghiên cứu sâu về mối quan hệ giữa tầm nhìn của người lái với khả năng chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước. - Có thể tham khảo các công thức lý thuyết từ một số nghiên cứu của nước ngoài về đánh giá an toàn chuyển động của ô tô, trên cơ sở đó nghiên cứu, thí nghiệm đánh giá trong điều kiện thực tế ở Việt Nam.
20 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. 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 gồm: Thị lực của người lái, chiếu sáng phía trước, mầu sắc ánh sáng, mầu sắc và kích thước của vật quan sát, kính chắn gió, tình trạng chiếu sáng đường phố, hiện tượng chói lóa, thời gian lái xe, kỹ năng lái xe, tuổi của người lái - Nhóm các yếu tố ảnh hưởng do kết cấu của phương tiện gồm: Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phanh của ô tô, hệ thống lái, hệ thống đèn chiếu sáng phía trước thông minh, các tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật đối với phương tiện. - Nhóm các yếu tố môi trường bao gồm: Kết cấu mặt đường, điều kiện thời tiết, các phương tiện cùng tham gia giao thông, hệ thống các biển báo, tín hiệu giao thông Việc nghiên cứu quá trình hình thành, mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố tới an toàn chuyển động của ô tô sẽ giúp lựa chọn chính xác các thông số phù hợp và có ý nghĩa nhất cho quá trình đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. Đồng thời, qua việc nghiên cứu này sẽ loại bỏ và hạn chế một số thông số có ảnh hưởng tới an toàn chuyển động nhưng nằm ngoài phạm vi nghiên cứu. Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn chuyển động của ô tô được nghiên cứu ở đây thuộc phạm vi an toàn chủ động. Không xét đến các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình và sau khi xảy ra tai nạn.
21 - Mắt người và thị giác; - Đèn chiếu sáng phía trước; Khả năng - Chiếu sáng đường phố; quan sát, điều khiển - Sức khỏe của người lái; phương tiện - Kỹ năng lái xe; của người lái. - Thói quen lái xe; - Kính chắn gió phía trước. - Hệ thống phanh; Các yếu tố Các yếu tố ảnh hưởng từ cơ cấu, - Hệ thống lái; đến an toàn thiết bị an - Hệ thống đèn chiếu sáng phía chuyển động toàn của của ô tô phương trước thông minh; trong đêm . tiện. - Các tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật. - Kết cấu, mầu sắc của mặt đường và các đối tượng tham gia giao Các yếu tố thông; từ môi trường giao - Hệ thống biển báo, tín hiệu giao thông. thông; - Các quy định về vận tốc, khoảng cách; - Điều kiện thời tiết khi tham gia giao thông. Hình 2.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước 2.2. Mắt người và thị giác Mắt là cơ quan cảm thụ ánh sáng, có cấu trúc vô cùng tinh vi. Mắt người có dạng hình cầu, đường kính khoảng 2,4 cm, nặng khoảng 7 gam. Sơ đồ bổ dọc của mắt, từ ngoài vào trong được mô tả trong hình 2.2 [10], gồm có: Ngoài cùng là lớp
22 giác mạc mềm và trong suốt (1), rồi đến một lớp màng mống mắt hay còn gọi là lòng đen (2), có tác dụng chắn sáng. Chính giữa lòng đen có lỗ nhỏ, hình tròn, gọi là con ngươi (4). Phía sau con ngươi là thuỷ tinh thể (3) tác dụng như một thấu kính hội tụ. Thuỷ tinh thể được đặt trong một chất lỏng trong suốt chiết suất n = 1,336 gọi là thuỷ tinh dịch (5). Đáy mắt phía trong được phủ một màng gọi là võng mạc (6) vừa là màn ảnh vừa là bộ phận thu nhận ánh sáng. Chính giữa võng mạc có một vòng tròn nhỏ, đường kính chừng 1 mm, gọi là điểm vàng (7), đây là nơi nhạy sáng nhất của võng mạc. Võng mạc được bao phủ bằng các tế bào thần kinh dạng prôtêin, thực chất đây là các tế bào quang điện liên hệ với não bộ bằng các dây thần kinh thị giác (8) biến đổi tín hiệu sáng thành tín hiệu điện phù hợp với ánh sáng kích thích vào nó. Các cơ (9) giúp mắt có thể xoay trong hốc mắt để định hướng trục nhìn. Hình 2.2: Cấu tạo của mắt người 2.2.1. Hệ thống quang học của mắt Ta có thể hình dung mắt giống một camera như hình 2.3 [10], trong đó: Con ngươi tương tự cơ cấu điều chỉnh độ mở ống kính, thuỷ tinh thể là một thấu kính hai mặt lồi bằng chất trong suốt, đàn hồi và có thể thay đổi độ cong để điều tiết hình ảnh hội tụ đúng võng mạc. Hoạt động điều tiết của thuỷ tinh thể tương tự bộ phận điều chỉnh tiêu cự, còn võng mạc tương tự lớp nhạy ánh sáng hay màn
23 ảnh camera. Sự điều tiết của mắt nhằm mục đích làm cho các hình ảnh xa, gần rơi đúng trên võng mạc với độ sáng thích hợp giúp ta nhìn rõ các vật. Hình 2.3: Cơ chế nhìn của mắt Có hai loại tế bào thị giác: - Tế bào hình nón có số lượng khoảng 7 triệu, chúng được phân bố chủ yếu ở vùng giữa võng mạc và được kích thích bằng mức chiếu sáng cao, còn gọi là thị giác ngày (photopic vision), các tế bào hình nón bảo đảm chức năng nhận biết mầu. - Tế bào hình que nhiều hơn tế bào hình nón (khoảng 130 triệu) và bao phủ vùng còn lại của võng mạc, tuy nhiên vùng này vẫn có lẫn một số tế bào hình nón. Các tế bào hình que được kích thích bằng mức chiếu sáng thấp, còn gọi là thị giác đêm (stocopic vision) và chỉ tạo ra nhận biết mầu đen trắng. Vì vậy, khi chiếu sáng ở mức độ quá thấp, ta không thể phân biệt được mầu của các vật. Không có một ranh giới rõ rệt đối với hai loại tế bào này, chúng hoạt động nhiều hay ít còn phụ thuộc vào mức độ chiếu sáng, nhất là trong miền trung gian giữa thị giác ngày và thị giác đêm. Trong thực tế việc sử dụng thị giác ngày hoặc đêm để đánh giá đặc tính thị giác trong miền trung gian giữa ngày và đêm là không chính xác và cho đến nay vẫn chưa có các định nghĩa cũng như tiêu chuẩn đối với đặc tính thị giác trong vùng này. Trong một vài năm gần đây, các nhà khoa học đã phát triển một khái niệm mới tạm gọi là thị giác chiều (mesopic vision). Tuỳ thuộc vào mức độ chiếu sáng mà ta
24 sử dụng các khái niệm thị giác tương ứng để nghiên cứu: Thị giác ngày được áp dụng khi độ sáng (đọ chói) vượt quá 10 cd/m2, thị giác đêm áp dụng khi độ sáng nhỏ hơn 0,01 cd/m2, thị giác chiều được xét đến khi độ sáng nằm trong khoảng từ 0,01 đến 10 cd/m2. Độ nhạy của mắt đối với ánh sáng phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng. Bảng 2.1: Liệt kê các đặc tính thị giác của mắt người.[10] Đặc tính thị giác Thị giác ngày Thị giác đêm Tế bào cảm quang Hình nón, đáy 0,005 mm, Hình que, dài 0,07 mm cao 0,07 mm đường kính 0,002 mm Số lượng tế bào 7 triệu 130 triệu Phân bố tế bào 150000/mm2, giữa võng Ngoài tâm võng mạc mạc Độ nhạy cảm nhận >10 cd/m2 < 0,01 cd/m2 Thời gian thích dưới 2 phút 30-40 phút ứng Độ nhạy phổ Cực đại ở λ = 555 nm Cực đại ở λ = 510 nm Cảm nhận màu Tốt, nhạy với độ tương Kém, ít nhạy với độ tương phản phản Phân biệt chi tiết Tốt Không Với các bước sóng khác nhau thì tiêu cự của thuỷ tinh thể ứng với chúng cũng khác nhau. Ánh sáng vàng đạt hiệu quả lớn nhất vì chúng hội tụ đúng trên võng mạc. Tia sáng mầu xanh da trời hội tụ trước võng mạc một chút, trong khi đó tia mầu đỏ lại hội tụ sau võng mạc một chút. Các tế bào hình nón chỉ cảm nhận được các tia sáng có bước sóng nằm giữa 380 nm (ở đó chúng bắt đầu cảm nhận được) đến bước sóng 780 nm (ở đó chúng mất nhạy cảm). Đường cong đánh giá hiệu quả cảm nhận ánh sáng của mắt theo bước sóng ánh sáng được cho ở hình 2.4. 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
25 của đường hiệu quả cảm nhận ánh sáng ngày V(λ) khoảng 50 nm. Bảng 2.2 trình bầy độ nhạy của mắt đối với các bước sóng ánh sáng trong vùng nhìn thấy trong điều kiện nhìn ban ngày và ban đêm [10]. Bảng 2.2. Độ nhạy của mắt người λ(nm) Vλ Vλ’ λ (nm) Vλ Vλ’ 380 0,00004 0,000589 600 0,631 0,03315 400 0,0004 0,00929 620 0,381 0,00737 420 0,004 0,0966 640 0,175 0,001497 440 0,023 0,3281 660 0,061 0,0003129 460 0,060 0,567 680 0,017 0,0000715 480 0,139 0,793 700 0,0041 0,0000178 500 0,323 0,982 720 0,00105 0,00000478 520 0,710 0,935 740 0,00025 0,000001379 540 0,954 0,650 760 0,00006 0,000000428 560 0,995 0,3288 780 0,000015 0,000000139 580 0,870 0,1212 (V(λ) Hệ số hiệu quả cảm nhận ánh sáng ban ngày của mắt V’(λ) Hệ số hiệu quả cảm nhận ánh sáng ban đêm của mắt) Hình 2.4 mô tả đường V’(λ) và V(λ) của mắt người [10]. Hình 2.4: Đường V(λ) ban ngày và V’(λ) ban đêm của mắt người
26 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. Hai điểm trong không gian được người quan sát nhìn và phân biệt một cách rõ ràng nếu hình ảnh do nó tạo nên cảm giác của hai tế bào thần kinh thị giác khác nhau, tương ứng với góc nhìn cỡ 17.10-3 độ, đó là khả năng phân biệt của mắt. Sự nhìn thấy là bình thường nếu góc phân biệt là 1 phút. Để đọc sách cần góc phân biệt từ 3-5 phút. Khả năng phân biệt được xem xét khi xác định tiêu chuẩn độ rọi cho các công việc khác nhau. Trên hình 2.5 bên trái, mắt chỉ phân biệt được một điểm sáng do ảnh của hai điểm sáng rơi vào cùng một tế bào cảm quang còn trên hình bên phải mắt có thể phân biệt được hai điểm [10]. Nói chung 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. Hình 2.5: Khả năng phân biệt của mắt Sự thích ứng thị giác Mắt phải hoạt động trong những điều kiện chiếu sáng hết sức khác nhau, từ nơi có độ rọi cao hàng vạn lux như ngoài trời nắng đến những nơi có độ rọi thấp vài
27 phần mười lux như trong bóng tối. Để bảo đảm hoạt động ấy, mắt đồng thời phải thay đổi độ nhạy của các tế bào nhạy sáng trên võng mạc, đồng thời thay đổi thông lượng. Ở chỗ tối con ngươi tự động mở ra, ở chỗ sáng lại tự động thu nhỏ lại. Cả hai quá trình thay đổi độ nhạy và thay đổi kích thước con ngươi đều diễn biến một cách tự động nhưng nhanh chậm không đều. 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. Trong trường hợp chuyển đột ngột từ chỗ tối ra chỗ sáng, ta nói mắt bị lóa. Độ tương phản Hai tờ giấy trắng giống nhau đặt cạnh nhau nhưng được chiếu sáng với độ rọi khác nhau làm mắt cảm nhận khác nhau. Ngược lại, mắt ta không phân biệt được sự khác nhau giữa tờ giấy mầu ghi sáng được chiếu sáng ít đặt cạnh tờ giấy mầu ghi sẫm nhưng chiếu sáng tốt hơn. Đó là vì độ nhạy của mắt với sự tương phản, sự chênh lệch tương đối của hai độ chói của các vật đặt cạnh nhau mà mắt ta có thể phát hiện được. Gọi Ln là độ chói của nền, Lv là độ chói của vật, ta chỉ có thể phân biệt được vật so với nền nếu thỏa mãn điều kiện độ chênh lệch độ chói tương đối. Độ tương phản [10] được định nghĩa bằng: L L K v n (2.1) L n Có ba loại độ tương phản: tương phản độ sáng; tương phản hình ảnh và tương phản mầu. - Tương phản độ sáng do sự thay đổi lượng ánh sáng phản xạ hoặc bức xạ từ một bề mặt. - Tương phản hình ảnh được cảm nhận do sự thay đổi hình ảnh của vật khi chuyển động, ví dụ hình ảnh ngôi sao thay đổi khi lá cờ bay.
28 - Tương phản mầu dựa trên sự hòa trộn các mầu khi để gần nhau. Từng nhóm mầu, ví dụ đỏ - xanh hoặc xanh - vàng tạo nên sự tương phản lớn nhất. Việc tăng độ tương phản giữa vật và môi trường xung quanh làm tăng khả năng nhìn và giảm yêu cầu chiếu sáng. Đối với một độ chói của nền và kích thước của vật đã cho ta có thể xác định một ngưỡng độ tương phản Kgh là giá trị cực tiểu K cho phép phân biệt vật. Trong thực tế kích thước và mầu sắc của vật cũng tác động đến khả năng phân biệt của mắt. Tăng độ tương phản đặc biệt có hiệu quả ở nơi cần tăng khả năng nhìn khi độ rọi thấp. 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. Chói lóa xuất hiện khi các đèn hoặc các nguồn sáng khác nhìn thấy trực tiếp hoặc phản xạ với độ chói quá lớn so với độ chói xung quanh. Chói lóa có thể gây khó chịu, cản trở sự nhìn và gây mất tiện nghi thị giác. Ta phân biệt hai mức độ gây chói lóa [25]: Chói lóa bất lực (disability glare): là hiện tượng mắt bị lóa khi gặp nguồn sáng có độ chói cao, phản ứng tự vệ của mắt là thu hẹp con ngươi để độ rọi trên võng mạc giảm đi làm mờ hình ảnh quan sát. Khi xuất hiện chói lóa bất lực, hệ số tương phản sẽ giảm đi, do vậy hiệu quả nhìn thấy cũng giảm. Độ chói đối với mắt có thể đánh giá theo độ chói màng (veiling luminance). 2 2 Lv = 10.E/θ (cd/m ) (2.2) Trong đó E là độ rọi đo ở mắt và θ là góc nhìn. Chói lóa bất lực được đánh giá theo độ tăng ngưỡng TI (Threshold Increment) chỉ mức độ suy giảm khả năng nhìn gây ra bởi hiện tượng chói lóa bất lực: Lv TI 65 0,8 (%) L tb (2.3)
29 2 Trong đó TI là độ tăng ngưỡng %, Lv là độ chói màng cd/m , Ltb là độ chói trung bình, TI càng nhỏ càng tốt. Chói lóa mất tiện nghi (discomfort glare): là hiện tượng lóa khi nhìn những đối tượng tương phản độ chói cao, nói chung không làm giảm khả năng quan sát nhưng gây cảm giác khó chịu. Mức chói lóa không tiện nghi giảm khi độ chói xung quanh cao, ví dụ về ban đêm ta thấy đèn chiếu sáng phía trước rất chói, nhưng lại ít nhận thấy hiện tượng này vào ban ngày. Hình 2.6 là kết quả thí nghiệm mức độ thay đổi khoảng cách phát hiện ra vật quan sát khi người quan sát bị chói vì đèn của ô tô đi ngược chiều [20]. Hình vẽ thể hiện kết quả đo với 2 vật quan sát có hệ số phản xạ khác nhau là 0,12 và 0,54, đường đứt đoạn là kết quả tính toán mô phỏng, đường liền nét là kết quả thí nghiệm. 200 0.54 150 0.12 100 50 Kết quả tính toán Khoảngcách nhìn thấy vật(m) Kết quả thí nghiệm 0 1000 750 500 250 0 250 500 Trước Điểm gặp nhau Sau Khoảng cách giữa hai xe (m) Hình 2.6: Sự thay đổi tầm nhìn của người lái khi bị chói bởi đèn của xe đi ngược chiều. Nhận xét Liên quan đến các vấn đề về mắt người và thị giác, để bảo đảm tính chính xác khi tiến hành thí nghiệm đo tầm nhìn của người lái và đánh giá an toàn chuyển động của ô tô, cần lưu ý một số điểm sau:
30 - Cần loại trừ các yếu tố khuyết tật về mắt người quan sát như thị lực kém, khả năng phân biệt mầu sắc - Ánh sáng được lựa chọn sử dụng trong quá trình thí nghiệm cần phù hợp với khả năng quan sát của mắt người. - Kích thước vật quan sát lựa chọn trong thí nghiệm cần đủ lớn để đáp ứng khả năng phân biệt của mắt. - Trong quá trình thí nghiệm đo tầm nhìn của người lái, cần lưu ý xây dựng quy trình đo đảm bảo sự thích ứng thị giác của mắt người. - Khi lựa chọn mầu sắc vật quan sát cần lưu ý tới độ tương phản giữa vật quan sát và nền. - Hiện tượng chói lóa có ảnh hưởng rất lớn tới khả năng quan sát của mắt. Do vậy, khi tiến hành thí nghiệm phải kiểm soát hoặc loại trừ các nguồn gây chói để đảm bảo độ chính xác của kết quả đo. 2.3. Mầu sắc ánh sáng đèn 2.3.1. Mầu và sắc 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. - Mầu vô sắc như mầu đen, trắng và xám (giữa đen và trắng), chúng không có trong phổ ánh sáng mặt trời nên coi là “không mầu”. - Mầu có sắc là tất cả các mầu có trong phổ ánh sáng trắng và các mầu pha trộn giữa chúng. Ánh sáng trắng ban ngày mà chúng ta nhìn thấy là ánh sáng phức hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có phổ tần số liên tục trong miền bức xạ nhìn thấy. Tuy vậy, chất lượng ánh sáng ban ngày thay đổi đáng kể theo điều kiện khí hậu, thời tiết. Ánh sáng trắng do một nguồn sáng thông thường phát ra có năng lượng không đổi trong phổ nhìn thấy.
31 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. Sự liên tưởng trên tạo ra mối liên hệ nhiệt độ - mầu, có nghĩa là ứng với mỗi mầu tương ứng với một nhiệt độ. Nhiệt độ mầu của nguồn tính theo Kelvin diễn tả mầu của các nguồn sáng so với mầu của vật đen được nung nóng từ 2.000 oK đến 10.000 oK. Nhiệt độ mầu không phải là nhiệt độ thực của nguồn sáng mà là nhiệt độ của vật đen tuyệt đối và khi được nung nóng đến nhiệt độ này thì ánh sáng do nó bức xạ có phổ hoàn toàn giống phổ của nguồn sáng khảo sát. 2.3.2. Các yêu cầu về mầu sắc ánh sáng Trong các tiêu chuẩn liên quan đến đèn chiếu sáng phía trước lắp trên xe có các quy định liên quan đến mầu sắc của ánh sáng đèn chiếu sáng phía trước như: Mầu của ánh sáng đèn pha phải là mầu trắng hoặc vàng nhạt (QCVN 09:2011) hoặc trong TCVN 6974:2001 thì lại có khái niệm mầu trắng hoặc vàng chọn lọc đối với ánh sáng đèn pha. Ánh sáng xanh là các ánh sáng có bước sóng ngắn, dễ tán xạ. Khi ánh sáng xanh chiếu vào nước (mưa, sương mù ), nó tán xạ theo tất cả mọi hướng và làm cho mắt người rất khó nhận biết các hình ảnh trên mặt đường. Ánh sáng xanh cũng là ánh sáng mà mắt khó chịu nhất khi nhìn vào, nó tạo ra cảm giác bị chói. Trong thập kỷ 70, ở một số nước Châu Âu, người ta đã quyết định loại bỏ ánh sáng xanh khỏi phổ các ánh sáng của đèn chiếu sáng phía trước. Ánh sáng trắng sau khi đã được loại bỏ đi thành phần ánh sáng mầu xanh trong quang phổ của nó thì được gọi là “ánh sáng vàng chọn lọc” [23]. Nó có mầu hơi vàng nhạt và có thể có thêm một chút mầu cam. Theo các quan niệm trước đây thì đèn có ánh sáng vàng thường vẫn được cho là có hiệu quả sử dụng cao hơn trong các điều kiện thời tiết không tốt và không gây ra chói so với đèn có ánh sáng trắng. Tuy nhiên, theo các nghiên cứu khoa học và kinh nghiệm của người Pháp khi sử dụng ánh sáng vàng chọn lọc, nếu so sánh với một đèn sử dụng ánh sáng trắng cùng công suất thì
32 độ rọi sáng của đèn có ánh sáng vàng giảm đi 12%. Điều này mới chính là nguyên nhân đã làm giảm độ chói của đèn sử dụng ánh sáng vàng chọn lọc. Ngay cả khi xem xét về mầu ánh sáng của một đèn sương mù, thì một đèn sương mù tốt sẽ không tạo ra ánh sáng hướng lên phía trên và có ranh giới vùng sáng tối rõ ràng. Cho đến nay, ánh sáng vàng chọn lọc vẫn được xem là mầu phù hợp nhất với đèn sương mù bởi vì phần chính của chùm sáng (dưới ranh giới) ít gây ra chói nhất. Nhưng trong thực tế, chỉ khi ở trong điều kiện được gọi là “sương mù mầu xanh”, tức là khi kích thước các hạt nước nhỏ hơn nhiều lần các hạt nước trong sương mù thường gặp thì ánh sáng vàng chọn lọc (hoặc ánh sáng vàng thông thường) mới phát huy hết hiệu quả về khả năng truyền qua của nó. Một đèn sương mù khi không dùng ánh sáng vàng thì nó phải hạn chế được tối đa ánh sáng hướng lên trên và có ranh giới rõ ràng, và điều quyết định ở một đèn sương mù có tốt hay không là ở lượng ánh sáng hướng lên trên (càng ít càng tốt), và ranh giới vùng sáng (càng rõ càng tốt), chứ không phải mầu của chùm sáng. Trong điều kiện sương mù, mưa thông thường, hạt sương thường có kích thước lớn hơn vài lần so với bước sóng ánh sáng do vậy sẽ không có hiệu ứng tán xạ của Rayleigh (hiệu ứng này đã giải thích vì sao bầu trời lại có mầu xanh). Thực chất việc sử dụng ánh sáng vàng chọn lọc không phải bởi vì nó “xuyên qua sương mù tốt hơn”. Theo các kết quả nghiên cứu thì khả năng nhận biết của mắt người với từng loại ánh sáng khác nhau. Mầu xanh và mầu tím là các mầu mà mắt người nhận biết rất khó. Các hình mầu xanh thường có khuynh hướng lệch ra khỏi võng mạc và ánh sáng mầu xanh được coi là nguyên nhân gây chói. Do vậy, việc quyết định loại bỏ ánh sáng xanh là nhằm mục đích tăng khả năng quan sát và giảm độ chói. Một số phương pháp tạo ra ánh sáng vàng chọn lọc hiện nay như tạo ra lớp lọc chỉ cho ánh sáng vàng đi qua trên vỏ bóng đèn, trên gương phản xạ hoặc trên kính đèn có thể gây ra nhiều vấn đề phiền phức. Ví dụ: Các lớp phủ này có xu hướng làm tăng phần ánh sáng xanh theo các hướng quan sát khác, đó cũng là lý do vì sao một số đèn lại tạo ra ánh sáng xanh không mong muốn. Theo tiêu chuẩn Mỹ thì mầu trắng được định nghĩa theo bước sóng ánh sáng. Nhưng như ta đã biết thì ánh sáng trắng không phải là ánh sáng đơn sắc thông
33 thường, vì vậy, tiêu chuẩn này quy định ánh sáng trắng là tập hợp của các ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong một khoảng nhất định. Đó là lý do vì sao mà đèn xenon phát ra ánh sáng mầu xanh nhạt thì vẫn được coi là ánh sáng “trắng” trong khi một số loại bóng “blue ion” hoặc “crystal blue” cũng có ánh sáng hơi xanh thì lại không được coi là ánh sáng trắng. Hoặc ánh sáng có xu hướng ngả sang ánh sáng vàng với một mức độ nào đó vẫn được coi là ánh sáng trắng. Ánh sáng vàng không gây ra nhiều độ chói khi trời mưa, sương mù nhưng trong điều kiện thời tiết bình thường thì khả năng quan sát lại không cao. Các phiên bản mới nhất hiện nay của Tiêu chuẩn Châu Âu đối với đèn chiếu sáng phía trước (ECE R112 và ECE R113) cũng đã loại bỏ ánh sáng mầu vàng chọn lọc khỏi yêu cầu về mầu sắc của ánh sáng đèn chiếu sáng phía trước. Nhận xét: - Trong phạm vi nghiên cứu của luận án sẽ không đủ điều kiện để nghiên cứu sự ảnh hưởng của sương mù, mưa. Do vậy, loại đèn chiếu sáng phía trước chống sương mù sẽ không được lựa chọn để nghiên cứu và tiến hành thí nghiệm. - Các loại đèn chiếu sáng phía trước sử dụng ánh sáng vàng chọn lọc đến nay không còn được chế tạo nữa, trong quá trình thí nghiệm sẽ lựa chọn loại đèn chiếu sáng phía trước có ánh sáng trắng phù hợp với các tiêu chuẩn hiện hành. 2.4. Đèn chiếu sáng phía trước ô tô 2.4.1. Các loại đèn ô tô Xét về công năng sử dụng, các loại đèn lắp trên xe ô tô có thể chia thành 3 nhóm, đó là: Nhóm đèn chiếu sáng lắp bên ngoài xe, nhóm đèn tín hiệu và nhóm đèn chiếu sáng lắp trong xe. - Nhóm đèn chiếu sáng lắp bên ngoài xe: Nhóm này gồm các đèn chiếu sáng phía trước như đèn chiếu sáng xa (đèn chiếu xa), đèn chiếu sáng gần (đèn chiếu gần), đèn sương mù (sử dụng khi trời mưa hoặc có sương mù), đèn gầm (các đèn được lắp ở vị trí tương đối thấp để hỗ trợ chiếu sáng vùng gần đầu xe và sát mép đường), đèn dùng ban ngày. Đèn lùi của xe được thiết kế để chiếu sáng phía sau xe khi xe được cài số lùi, mặc dù vậy, khả năng chiếu sáng của đèn này là khá hạn chế và chức năng chủ yếu lại là tín hiệu
34 cảnh báo. Nhóm này thông thường được quy định sử dụng ánh sáng mầu trắng, một số loại đèn sương mù, đèn chiếu sáng phía trước có thể sử dụng ánh sáng mầu vàng. - Nhóm đèn tín hiệu: Nhóm này gồm các đèn có chức năng báo tín hiệu cho các đối tượng cùng tham gia giao thông nhằm mục đích đưa ra các cảnh báo an toàn như đèn phanh, đèn báo chuyển hướng (đèn xi nhan), đèn kích thước, đèn đỗ xe, đèn cảnh báo nguy hiểm Mầu sắc của từng loại đèn được quy định cụ thể và thống nhất để đảm bảo cho người lái và người cùng tham gia giao thông có thể nhận biết được chính xác và dễ dàng. Các đèn trong bảng đồng hồ của xe với nhiệm vụ báo chức năng hoạt động của các hệ thống trên xe không được xếp vào nhóm này. - Nhóm đèn chiếu sáng lắp trong xe: Nhóm đèn này chỉ phục vụ cho việc quan sát, sinh hoạt của người lái và hành khách trên xe, không liên quan tới các yêu cầu an toàn khi vận hành nên không có quy định cụ thể, các hãng sản xuất tùy theo yêu cầu tiện nghi cho người sử dụng để thiết kế lắp đặt các đèn này. 2.4.2. Kết cấu và phân loại đèn chiếu sáng phía trước ô tô 2.4.2.1. Các dạng kết cấu thông dụng của đèn chiếu sáng phía trước Đèn chiếu sáng phía trước thông dụng sử dụng trên ôtô thường có kết cấu gồm 3 phần chính: Phần kính đèn, gương phản xạ và bóng đèn. Ngoài ra, ở một số loại đèn chiếu sáng phía trước lắp trên các xe thế hệ mới thì có thể có trang bị thêm cơ cấu phụ như: cơ cấu điều chỉnh hướng đèn chiếu sáng phía trước, lau kính đèn Kính đèn chiếu sáng phía trước Kính đèn chiếu sáng phía trước thường được làm bằng thuỷ tinh hoặc thủy tinh hữu cơ trong suốt. Nhiệm vụ chính của kính đèn là bảo vệ các kết cấu bên trong của đèn, đồng thời đảm bảo khả năng truyền ánh sáng theo đúng thiết kế. Trên một số loại đèn chiếu sáng phía trước, kính đèn có kết cấu gồm nhiều thấu kính và lăng kính kết hợp với nhau. Với kính đèn dạng này, ngoài nhiệm vụ bảo vệ nguồn sáng ra nó còn có nhiệm vụ điều chỉnh hướng của các tia sáng để đạt được một chùm sáng của đèn chiếu sáng phía trước theo mong muốn của người thiết kế.
35 Các kính đèn loại này yêu cầu chế tạo với độ chính xác cao nhằm tránh những tia sáng khúc xạ không đúng hướng tạo ra ánh sáng chói đối với xe đi ngược chiều. Gương phản xạ Chức năng của gương phản xạ là phản xạ càng nhiều ánh sáng phát ra từ bóng đèn càng tốt, đồng thời đạt được mức chiếu sáng cần thiết cũng như việc phân bố chùm sáng trên mặt đường theo thiết kế. Gương phản xạ thường được làm bằng thép lá hoặc nhựa và được mạ một lớp kim loại để tăng hệ số phản xạ ánh sáng. Gương thường có kết cấu dạng paraboloid hoặc là tổ hợp của nhiều gương paraboloid. Tuy nhiên, trong một vài trường hợp kết cấu dạng này không đáp ứng được hết các yêu cầu đề ra, do vậy, ngày nay gương phản xạ thường thiết kế có nhiều biên dạng. Bảng 2.3: Hệ số phản xạ của một số vật liệu [10] Vật liệu Hệ số phản xạ (%) Bạc đánh bóng 92 Thạch cao trắng 80 Sơn trắng 75 - 90 Gương tráng bạc 80 - 90 Giấy trắng 80 Men sứ 70 - 80 Nhôm đánh bóng 87 Hợp kim thiếc 60 - 80 Đồng đỏ đánh bóng 60 - 70 Thép đánh bóng 60 Vàng đánh bóng 50 - 55 Đồng đánh bóng 40 - 50 Giấy nâu đậm 13 Giấy đen 5 Giấy mầu sôcôla đậm 4 Vải đen 1,2
36 Ánh sáng phát ra từ nguồn sáng đặt ở tiêu điểm của một gương paraboloid sẽ tạo thành một chùm sáng với các tia sáng gần như song song theo một hướng xác định về phía trước. Nếu quan sát từ điểm này, toàn bộ bề mặt của gương đóng vai trò như một nguồn sáng, nó có tâm phát sáng đặt tại tiêu điểm của gương. Tùy thuộc vào công suất của nguồn sáng, cường độ sáng của nó sẽ được tăng thêm theo hướng trục của gương. Chính vì vậy cường độ sáng của một đèn chiếu sáng phía trước phụ thuộc công suất của nguồn sáng, hệ số phản xạ và diện tích của bề mặt gương. Một số loại gương phản xạ thông dụng được dùng trong các loại đèn chiếu sáng phía trước của ô tô: - Gương phản xạ loại có bậc; - Gương phản xạ đồng tiêu điểm; - Gương phản xạ hai tiêu cự; - Gương phản xạ sử dụng hệ thống gương ellipsoid. Bóng đèn Bóng đèn (nguồn sáng) là bộ phận quan trọng nhất của đèn chiếu sáng phía trước. Hiện nay, có nhiều loại bóng đèn chiếu sáng được sản xuất dựa trên các nguyên tắc vật lý khác nhau. Do các yêu cầu đặc thù trong thiết kế, chế tạo cũng như trong sử dụng mà bóng đèn sử dụng trong đèn chiếu sáng phía trước của ôtô thường được tiêu chuẩn hoá. Khi chế tạo mới một kiểu loại đèn thì các nhà thiết kế thường phải lựa chọn loại bóng phù hợp có các thông số kết cấu và đặc tính quang học xác định. Tuỳ theo hệ thống điện của xe mà có thể lựa chọn loại bóng đèn sử dụng điện áp danh định loại 6 V, 12 V hoặc 24 V. (Xem Phụ lục 6 Bảng PL6.1) Bóng đèn dùng cho đèn chiếu sáng phía trước được chia thành các nhóm: - Bóng đèn sợi đốt thường; - Bóng đèn sợi đốt halogen; - Bóng đèn xenon; - Bóng đèn LED.
37 Đèn sợi đốt thông thường có sợi đốt vofram cháy sáng trong môi trường chân không hoặc khí trơ, loại này ngày nay ít được sử dụng do hiệu suất phát sáng thấp (10 lm/W) và tiêu tốn nhiều năng lượng, tuổi thọ bóng đèn cũng không cao (khoảng 500 - 1000 h). Bóng đèn có thể phân biệt theo nguyên lý tạo ánh sáng [22]. Nguồn bức xạ ánh sáng thường là các nguyên tử bị kích thích. Để tạo nên điện tử kích thích, người ta thường sử dụng một trong bốn phương pháp sau đây: - Kích thích nhiệt: Tạo bởi dao động nhiệt của các hạt vật chất trong chất rắn khi bị nung nóng. Đây là nguyên lý làm việc của đèn sợi đốt. - Kích thích điện: Tạo ra bởi va chạm của các hạt mang điện được gia tốc trong điện trường. Đây là nguyên lý làm việc của các đèn phóng điện trong môi trường khí. - Kích thích quang: Tạo ra bởi sự hấp thụ photon. Đây là nguyên lý làm việc của các đèn huỳnh quang. - Kích thích trong chất bán dẫn: Khi lớp chuyển tiếp p-n của một số chất bán dẫn được đặt vào điện trường ngoài theo chiều thuận sẽ phát ra các photon. Đây chính là nguyên lý hoạt động của các đi ốt phát quang (LED). Một số nguồn sáng thường được sử dụng làm bóng đèn chiếu sáng phía trước như: - Đèn sợi đốt, loại sợi đốt vonfram cháy sáng (nhiệt độ nóng chảy 3650 K) là một ví dụ về loại nguồn phát ra bức xạ nhiệt. Tuy nhiên, sự bay hơi của Vonfram và hiện tượng bị đen bóng đèn đã làm giảm tuổi thọ của loại bóng đèn này. - Đèn halogen cho phép nhiệt độ của sợi đốt tăng lên gần tới nhiệt độ nóng chảy của vonfram. Loại đèn này được chứa đầy khí halogen (Iod hoặc Brom), ở vỏ nóng của bóng đèn, vonfram bay hơi sẽ kết hợp với khí halogen tạo thành halide vonfram. Hợp chất này ở dạng khí, có khả năng truyền sáng ổn định ở nhiệt độ từ 500 K đến 1700 K. Nó lại trở về sợi đốt nhờ sự đối lưu, phân hoá do nhiệt độ cao của sợi đốt thành vonfram và ở lại trên sợi đốt. Để duy trì được điều này, đòi hỏi nhiệt độ của bóng đèn xấp xỉ 300 0C. Người ta thường tạo một lớp dioxit silic xung
38 quanh sợi đốt. Một điểm thuận lợi nữa của phương pháp này là có thể sử dụng áp suất cao để hạn chế sự bay hơi của vonfram. - Loại phóng điện trong môi trường khí (đèn xenon) Nguyên lý của loại đèn này là tạo ra sự phóng điện giữa hai điện cực trong môi trường khí bao xung quanh. Loại đèn này không có sợi đốt như loại đèn dùng nguyên lý bức xạ nhiệt, thay vào đó là hai bản cực đặt trong khí trơ Xenon. Khi tia lửa điện sinh ra sẽ kích thích các phân tử khí trơ lên mức năng lượng cao, khi các phân tử khí trơ bị kích thích sẽ giải phóng năng lượng để trở về trạng thái bình thường. Hình 2.7 mô tả nguyên lý, kết cấu đèn xenon [20]. Hình 2.7: Nguyên lý, kết cấu đèn xenon 1. Ống sứ cách điện, 2. Bản cực, 3. Thân đèn, 4. Buồng khí Đèn xenon có tuổi thọ rất cao do không sử dụng sợi đốt, ngoài ra ánh sáng phát ra mầu trắng xanh giống với ánh sáng ban ngày giúp cho người lái có khả năng quan sát tốt hơn. Hình 2.8 mô tả hình ảnh chùm sáng đèn chiếu sáng phía trước lắp bóng sợi đốt halôgen và bóng xenon [17]. (a) (b) Hình 2.8: a - Chùm sáng đèn chiếu sáng phía trước lắp bóng sợi đốt halôgen; b - Chùm sáng đèn chiếu sáng phía trước lắp bóng xenon
39 - LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là linh kiện bán dẫn quang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. LED được cấu tạo từ một khối tinh thể bán dẫn InGaN tạo nên chuyên tiếp p-n (khối bán dẫn loại p (dương) ghép với một khối bán dẫn loại n (âm)). Nguyên lý hoạt động: Các điện tử tự do ở khối âm có xu hướng chuyển sang khối dương do đặc điểm là khối dương chứa nhiều “lỗ trống”. Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Khi đặt điện áp nhỏ lên chuyển tiếp, sẽ tạo nên các điện tích di động chạy qua chuyển tiếp và biến đổi năng lượng dư thành ánh sáng. Năng lượng giải phóng do sự tái hợp điện tử sẽ làm phát sinh các photon. Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. - Epoxy lens: Thấu kính êpoxy - Wire bond: Dây vàng - Reflective cavity: Đầu phản xạ - Semiconductor die: Chíp LED Hình 2.9. Cấu tạo đèn LED [17] Quang thông do LED phát ra chỉ nằm trong dải hẹp. Để mở rộng phổ mầu của LED người ta sử dụng phốt pho được kích thích bằng LED, chúng phát ra mầu xanh da trời. LED mầu trắng được thực hiện bằng hai cách: - Sử dụng phốt pho hấp thụ ánh sáng xanh và chuyển đổi thành ánh sáng trắng.
40 - Bố trí một số LED đỏ, da trời và xanh lá cây gần nhau, chúng hòa mầu và tạo nên mầu trắng. 2.4.2.2. Phân loại đèn chiếu sáng phía trước ôtô Theo các quy định kỹ thuật bắt buộc thì đèn chiếu sáng phía trước ô tô phải có hai chùm sáng là chùm sáng chiếu xa và chùm sáng chiếu gần. Hai chùm sáng này có thể kết hợp trong cùng một đèn hoặc là hai đèn riêng biệt. Kết cấu và yêu cầu kỹ thuật đối với đèn chiếu sáng phía trước phụ thuộc nhiều vào quan điểm về an toàn chuyển động của phương tiện hay nói chính xác hơn là phụ thuộc nhiều vào tiêu chuẩn kỹ thuật mà kiểu loại đèn chiếu sáng phía trước đó phải tuân thủ. Về kết cấu đèn chiếu sáng phía trước, trên thế giới hiện nay có hai nhóm tiêu chuẩn chính ảnh hưởng tới kết cấu của đèn đó là hệ thống tiêu chuẩn Châu Âu và hệ thống tiêu chuẩn Mỹ. Các loại đèn chiếu sáng phía trước theo hệ thống tiêu chuẩn khác tuy cũng có một số yêu cầu kỹ thuật riêng song về kết cấu là không khác biệt so với các đèn của Châu Âu và Mỹ. Kết cấu đèn chiếu sáng phía trước theo các hệ tiêu chuẩn được trình bầy tại Phụ lục 7. 2.4.3. Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật của đèn chiếu sáng phía trước ô tô 2.4.3.1. Đối tượng, phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn Đèn chiếu sáng phía trước lắp trên ô tô là một thiết bị an toàn rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chuyển động của phương tiện. Các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến đèn chiếu sáng lắp trên xe thường được phân theo nhóm đối tượng áp dụng như: - Nhóm tiêu chuẩn liên quan tới bóng đèn. - Nhóm tiêu chuẩn liên quan tới cụm đèn rời (chỉ quan tâm tới bản thân cụm đèn đó mà không quan tâm tới việc lắp đặt trên xe nào). - Nhóm tiêu chuẩn liên quan tới lắp đặt đèn trên xe. - Nhóm tiêu chuẩn an toàn chung của phương tiện (trong đó có yêu cầu riêng đối với đèn chiếu sáng phía trước và yêu cầu về lắp đặt chúng trên xe). Ngoài ra, trong từng tiêu chuẩn riêng biệt cũng quy định rõ đối tượng áp dụng là loại phương tiện gì: mô tô, xe máy, ô tô cũng như phạm vi áp dụng là khi
41 chứng nhận kiểu loại đèn, kiểu loại xe mới hay cho xe đã qua sử dụng, xe đang lưu hành Mỗi một Quốc gia đều có quyền xây dựng và công bố một hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật riêng cho mình hoặc cùng áp dụng một hệ thống tiêu chuẩn chung theo các hiệp định đã ký kết. Các Hệ thống tiêu chuẩn ô tô trên thế giới và các tiêu chuẩn liên quan đến đèn chiếu sáng phía trước của Việt Nam được giới thiệu tóm tắt tại Phụ lục 8. 2.4.3.2. Các yêu cầu kỹ thuật chính của đèn chiếu sáng phía trước quy định trong các tiêu chuẩn kỹ thuật Các yêu cầu về lắp đặt đèn Các yêu cầu về việc lắp đặt đèn chiếu sáng phía trước trên xe là rất quan trọng vì nếu lắp đặt hoặc điều chỉnh không đúng đối với đèn chiếu sáng phía trước trên xe thì hiệu quả chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước sẽ không đạt được như mong muốn và ảnh hưởng của nó tới các phương tiện khác cùng tham gia giao thông sẽ tăng lên. Yêu cầu về số lượng đèn lắp trên xe Trong quy chuẩn kỹ thuật QCVN 09:2011 có quy định cụ thể về số lượng đèn chiếu xa và đèn chiếu gần lắp trên xe. Cụ thể là tối thiểu phải có 2 đèn được lắp thành cặp. Màu ánh sáng được quy định là trắng hoặc vàng nhạt. Chiều dài dải sáng đèn chiếu xa ≥ 100 m, chiều rộng 4 m. Chiều dài dải sáng đèn chiếu gần ≥ 40 m và phải đảm bảo quan sát được chướng ngại vật ở khoảng cách 40 m. Yêu cầu về vị trí lắp đặt Trong quy chuẩn kỹ thuật QCVN 09:2011 ngoài các yêu cầu lắp đặt chung của đèn thì còn có các quy định riêng về vị trí lắp đặt đối với đèn chiếu gần như sau: Chiều cao tính từ mặt đỗ xe tới mép dưới của đèn phải lớn hơn hoặc bằng 500 mm, tới mép trên của đèn phải nhỏ hơn hoặc bằng 1200 mm. Khoảng cách giữa hai mép trong của đèn ≥ 600 mm và khoảng cách từ mép ngoài của đèn đến mép ngoài của xe ≤ 400 mm. Các yêu cầu về đặc tính quang học của chùm sáng
42 Như đã trình bầy ở trên, việc chiếu sáng tốt sẽ giúp nâng cao khả năng quan sát cũng như độ nhạy cảm của mắt. Vì vậy, yêu cầu về đặc tính quang học được đặt ra đối với đèn chiếu sáng phía trước của xe. 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. Trong quy chuẩn QCVN 09:2011 thì việc kiểm tra đặc tính quang học của đèn chiếu sáng phía trước được quy định tại 2.22.2 (theo quy chuẩn QCVN 35:2010 hoặc các quy định ECE tương ứng). Dưới đây sẽ giới thiệu một số màn đo sáng theo một số tiêu chuẩn cũng như quy định về các điểm đo, quan hệ giữa các điểm đo, các vùng sáng và yêu cầu kỹ thuật V 250 Vùng III B50 HV h 250 h 375 VïngVùng II H 750 50R 50L 50V VùngVïng IVIV 25V 25L 25R Vïng I 1125 1125 Vùng I 2250 2250 V Hình 2.10: Màn đo theo tiêu chuẩn TCVN 6955:2001 V 3960 3960 2250 2250 H3 1500 750 45° 500 15° 250 250 B50L H1 VïVùng ng IIIIII H4 H H2 h 75L 75R VïVùng ng II II h 375 50V 50R 50L VïVùng ng IV IV 750 25L 250 25R VùngVï ng I I V HìnhH×nh 2 2.21:.11: MànMµn ®ođo theo theo tiª tiêu u chuÈn chuẩn TCVN TCVN 6902:2001; 6902:2001; 6974:2001; 6974:2001;7223:2002 7223:2002 vµ và 7224:20027224:2002
43 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. Ví dụ: Trên hình 2.12 và hình 2.13 là các điểm, vùng cần đo của chùm sáng đèn chiếu gần. V 50 250 BP Vùng50 III 250 375 Vùng II 750 Vùng IV Vùng I 1125 1125 2250 2250 V Hình 2.12: Các điểm đo chùm sáng chiếu gần theo tiêu chuẩn TCVN 6955:2001 BP 2 3 50 1 BP 6 50 5 4 Vùng 3 B50L 8 7 75L 75R 50R 25L 50L 25R Vùng 4 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.
44 EHV2L EHV1L EHV EHV1R EHV2R 1125 mm 1125 mm 1125 mm 1125 mm Điểm có độ rọi lớn nhất: 48 lux ≤Emax ≤ 240 lux. Hình 2.14: Màn đo chùm sáng chiếu xa theo tiêu chuẩn TCVN 6974:2001 Việc kiểm tra đặc tính quang học thông qua các điểm đo là phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất để xác định sự phù hợp của một đèn chiếu sáng phía trước. Khi dùng những điểm đo đặc biệt hoặc các vùng sáng theo quy định thực chất là đã kiểm soát các vùng sáng đó. Ví dụ, SAE J575e, quy chiếu FMVSS 108 quy định “ Giá trị cường độ sáng giữa các điểm kiểm tra không được nhỏ hơn giá trị dưới của một trong hai điểm kiểm tra liền kề theo phương ngang hoặc thẳng đứng”. Việc gián tiếp kiểm soát các vùng sáng giữa các điểm đo sẽ giúp cho chùm sáng đồng đều. Tất nhiên, điều này không đảm bảo thay thế cho việc kiểm tra tất cả các điểm của vùng sáng để khẳng định thoả mãn các yêu cầu về độ chói hoặc khoảng quan sát. Các điểm và các vùng sáng kiểm tra được lựa chọn trên cơ sở bảo đảm các yêu cầu về mặt chiếu sáng đồng thời giảm thiểu độ chói gây ra đối với xe đi ngược chiều cũng như hạn chế các phép đo không cần thiết. - Điểm B50L (trên màn đo hình 2.13) sẽ tương ứng với vị trí mắt của người lái trên xe đi ngược chiều. Đây là kết quả khảo sát khi xe đi trên đoạn đường thẳng và phẳng thì tần suất xuất hiện của mắt người lái ở vị trí này không nhỏ hơn 50% số lần khảo sát. Tất nhiên, khi kích thước hình học của mặt đường cũng như chiều cao của đèn và xe thay đổi thì khoảng cách liên quan giữa mắt người lái với đèn xe ngược chiều cũng thay đổi, và khi đó việc kiểm soát độ chói có thể là một điểm hoặc nhiều điểm (ví dụ việc kiểm soát độ chói của đèn chiếu gần theo TCVN 6955:2001 sẽ là cả vùng II với mức yêu cầu là các điểm đo trong vùng này có độ rọi ≤ 0,7 lux). Đây là cách có hiệu quả cao để giảm độ chói cho xe đi ngược chiều.
45 - Điểm 75L cho phép ta kiểm soát vùng chiếu sáng phía trước bên trái đầu xe, vùng sáng này có ý nghĩa bảo đảm cho lái xe quan sát tốt khi gặp đoạn đường vòng. - Điểm 75R cho phép ta kiểm soát vùng chiếu sáng phía trước bên phải đầu xe, vùng sáng này có ý nghĩa bảo đảm cho lái xe quan sát tốt khoảng không phía trước. - Điểm 50L cho phép ta kiểm soát vùng chiếu sáng trên mặt đường bên trái đầu xe, vùng sáng này có ý nghĩa bảo đảm cho lái xe quan sát tốt khi gặp đoạn đường vòng sang trái. - Điểm 50R cho phép ta kiểm soát vùng chiếu sáng phía trước bên phải đầu xe, vùng sáng này có ý nghĩa bảo đảm cho lái xe quan sát tốt khi gặp đoạn đường vòng sang phải. - Điểm 25L cho phép ta kiểm soát vùng chiếu sáng gần trên mặt đường bên trái đầu xe, vùng sáng này có ý nghĩa bảo đảm cho lái xe quan sát tốt khi quay vòng sang trái. - Điểm 25R cho phép ta kiểm soát vùng chiếu sáng gần trên mặt đường bên phải đầu xe, vùng sáng này có ý nghĩa bảo đảm cho lái xe quan sát tốt khi quay vòng sang phải. - Các điểm trong vùng III kiểm soát phần ánh sáng hướng lên trên bảo đảm cho người lái quan sát được hệ thống biển báo giao thông. - Các điểm trong vùng IV kiểm soát phần ánh sáng hướng thẳng ra phía trước đầu xe bảo đảm khoảng quan sát phía trước cho người lái. - Điểm EH,V (Chùm sáng đèn chiếu xa) kiểm soát luồng ánh sáng hướng thẳng ra phía trước, bảo đảm khoảng quan sát xa của người lái. - Các điểm EHV1L, EHV1R, EHV2L, EHV2R kiểm soát toàn bộ chùm sáng chiếu xa, bảo đảm chùm sáng phân bố đều sang cả hai phía trái và phải. Yêu cầu kỹ thuật của các điểm đo và vùng sáng theo TCVN 6974:2001 Chùm sáng đèn chiếu xa và gần được đo trong phòng tối chuyên dùng, trên màn đo đặt ở khoảng cách 25 m phía trước đèn.
46 Đèn được sử dụng bóng tiêu chuẩn. Trường hợp đèn có lắp các bộ lọc màu vàng chọn lọc thì chúng phải được thay thế bằng bộ lọc không màu đồng nhất về hình học và có hệ số truyền sáng nhỏ nhất là 80%. Trong quá trình kiểm tra đèn, điện áp tại các cực của đèn phải được khiểm soát theo quy định. - Qui định đối với chùm sáng chiếu gần Trên màn đo, hình ảnh chùm sáng chiếu gần phải tạo ra một đường "ranh giới" (cut - off) sắc nét. Đường "ranh giới" là một đường nằm ngang phù hợp với loại hình giao thông (bên phải hoặc bên trái) quy định trong tiêu chuẩn tương ứng. Góc nghiêng tạo bởi ranh giới chùm sáng với đường nằm ngang không quá 45, giới hạn của các vùng sáng tạo ra trên màn đo cũng được quy định cụ thể. Độ rọi tại các điểm và vùng đo quy định trên màn đo do chùm sáng đèn chiếu gần tạo ra phải thoả mãn các yêu cầu trong bảng 2.4. Bảng 2.4: Độ rọi tại các điểm và các vùng trên màn đo Điểm trên màn đo Yêu cầu về độ rọi Đèn dùng cho hệ thống Đèn dùng cho hệ thống (lux) giao thông bên phải giao thông bên trái Điểm B50 L Điểm B50 R 0,4 Điểm B75 R Điểm B75 L 12 Điểm B75 L Điểm B75 R 12 Điểm B50 L Điểm B50 R 15 Điểm B50 R Điểm B50 L 12 Điểm B50 V Điểm B50 V 6 Điểm B25 L Điểm B25 R 2 Điểm B25 R Điểm B25 L 2 Điểm bất kỳ trong vùng III 0,7 Điểm bất kỳ trong vùng IV 3 Điểm bất kỳ trong vùng I ( 2 x (E 50R hoặc E 50L)
47 Các điểm từ 1 đến 8 trên hình 2.13 khi đo, độ rọi phải nằm trong các giới hạn sau: 1+2+3 0,3 lux 4+5+6 0,6 lux 7 từ 0,1  0,7 lux 8 từ 0,2  0,7 lux - Qui định đối với chùm sáng xa Trường hợp đèn được thiết kế kết hợp cả chùm sáng xa và chùm sáng gần, việc chỉnh đèn thực hiện theo chùm sáng chiếu gần, sau đó chuyển sang chế độ chiếu xa để tiến hành đo độ rọi. Trong trường hợp đèn chỉ có chùm sáng chiếu xa, nó sẽ được điều chỉnh theo chùm sáng chiếu xa, sao cho vùng độ rọi lớn nhất tập trung tại giao điểm của đường hh và vv. Độ rọi được tạo ra trên màn đo bởi chùm sáng xa phải thoả mãn các yêu cầu sau: Giao điểm (HV) của các đường hh và vv phải nằm trong vùng độ rọi đồng đều bằng 80% độ rọi lớn nhất. Giá trị độ rọi lớn nhất (Emax) không được nhỏ hơn 48 lux nhưng không được vượt quá 240 lux. Hơn nữa, trong trường hợp đèn có cả hai chức năng chiếu xa và chiếu gần thì giá trị lớn nhất này không được lớn hơn 16 lần độ rọi đo được tại điểm 75 R (hoặc 75 L) của chùm sáng chiếu gần. Bắt đầu từ điểm HV, theo phương ngang về bên phải và trái, độ rọi không được nhỏ hơn 24 lux với khoảng cách không quá 1,125 m và không được nhỏ hơn 6 lux với khoảng cách không quá 2,25 m. Các yêu cầu về thử độ bền và độ ổn định Trong các tiêu chuẩn liên quan đến đèn chiếu sáng phía trước lắp trên ô tô thì ngoài các yêu cầu về đặc tính quang học của chùm sáng thì còn có các yêu cầu về độ bền với nhiệt độ, ví dụ: Thử nghiệm với 12 giờ thắp sáng liên tục hoặc thử nghiệm trong 1 giờ thắp sáng liên tục với kính đèn bị sơn bịt kín. Các yêu cầu về độ bền của vật liệu như khả năng chịu tác động của khí hậu, khả năng chống xước của bề mặt Các thử nghiệm đối với yêu cầu về thử độ bền và độ ổn định đòi hỏi mất