Công nghệ vỏ xe – độ ồn và sức mạnh cơ động

Chúng ta muốn có một chiếc xe chạy trên đường mạnh mẽ nhưng êm ái. Điều này làm trăn trở nhiều nhà chế tạo ôtô từ lâu, nhưng có lẽ, không phải dễ dàng để giải quyết, trước nhu cầu giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu cho ôtô.

Trước tiên hãy nói đến việc đảm bảo cho ôtô có sức mạnh mong muốn, có nhiều con đường có thể dẫn tới mục tiêu này, nhưng tựu chung lại cần phải nâng cao công suất động cơ, giảm bớt các chi phí công suất không tương thích để tăng sức mạnh cơ động của ôtô.

Ngày nay, động cơ dùng trên ôtô con đã phát triển không ngừng, song giới hạn của nó lại là vấn đề bản chất của quá trình chuyển đổi nhiệt năng do đốt cháy nhiên liệu thành cơ năng. Quá trình chuyển đổi này chỉ đạt cao nhất với hiệu suất chuyển đổi là 42%, phần năng lượng còn lại chi phí cho bản thân của quá trình chuyển đổi năng lượng. Đó là chưa kể đến việc tối ưu năng lượng trong quá trình truyền và sử dụng năng lượng trên ôtô.

Chúng ta hãy tạm thời loại bỏ ‎‎‎ý‎‎ tưởng về việc thay thế động cơ với công suất và trọng lượng lớn hơn vì chúng dẫn tới tăng lượng tiêu thụ nhiên liệu và là điều mà ngay bản thân người sử dụng không mong muốn. Các nhà chế tạo đang cố gắng đưa hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên tới giá trị cao nhất có thể bằng giải pháp cơ điện tử (Mechatronic) các hệ thống trong động cơ, nhưng cũng khó có thể lên tới giá trị mong muốn. Hy vọng, trong tương lai gần, động cơ 2.0 sẽ chi phí phổ biến chừng 4 lít nhiên liệu trên quãng đường 100km.

Quá trình truyền năng lượng từ động cơ tới các bánh xe chủ động, với hiệu suất cao hơn nhiều so với hiệu suất chuyển đổi năng lượng của động cơ. Ngày nay, hiệu suất trung bình truyền năng lượng này có thể đạt tới 96%. Việc tăng hiệu suất truyền năng lượng dẫn tới chi phí thay đổi công nghệ khá cao và chưa phải là lựa chọn tối ưu với các nhà chế tạo.

Sự tối ưu trong sử dụng năng lượng được lựa chọn trước tiên, và đòi hỏi người sử dụng cần thiết phải có hiểu biết và kinh nghiệm. Vấn đề này cũng có thể được san lấp một phần bởi sự thu hồi năng lượng trên các ôtô hiện đại. Chẳng hạn, thu hồi năng lượng trong quá trình phanh, quá trình chuyển động trên đường vòng và sự thay đổi số truyền trong hệ thống truyền lực… Phải chăng, từ đây đã dẫn tới tư duy về việc sử dụng động cơ bánh xe (mỗi bánh xe chủ động có nguồn động lực riêng), nhưng với động cơ nhiệt hiện nay, điều này khó khả thi. Với động cơ điện đặt tại bánh xe là một tư duy thay thế cho động cơ nhiệt, nhưng chúng chỉ tương thích với các loại xe sử dụng năng lượng điện (Electric Vozidel) hay năng lượng lai điện (Hybrid).

Kế tiếp với việc đảm bảo sức mạnh cơ động, các nhà chế tạo đang tập trung nhiều vào công nghệ vỏ xe với mục đích chính là tạo dạng khí động tối ưu và giảm nhỏ trọng lượng vỏ xe, tức là trực tiếp giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ khí thải.

Trên thị trường trong thập kỷ vừa qua, chúng ta nhận thấy hình dáng bên ngoài của ôtô có nhiều biến đổi đáng kể. Lấy loại xe “sedan” làm ví dụ (hình 1): Việc thay đổi góc va đập gió ở kính trước và chiều cao thoát gió ở phía sau xe cũng có thể làm thay đổi năng lượng tiêu hao cho lực cản gió. Sự thay đổi tiêu hao năng lượng cho lực cản gió tỷ lệ với hệ số CW. Hệ số này càng tăng thì lực cản gió sẽ càng lớn và năng lượng tiêu thụ cho cản gió sẽ lớn, tức là sẽ giảm năng lượng cho việc tăng sức mạnh cơ động cho ôtô khi không gia tăng công suất động cơ. Như vậy, chỉ cần giảm gió ở cản gió phía trước và thay đổi chiều cao thoát gió phía sau, lực cản gió sẽ giảm đi khoảng 3% và dành phần năng lượng cho sức mạnh cơ động. Hay nói một cách khác là có thể giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu.

Hiển nhiên, sự thay đổi này tùy thuộc vào cấu trúc hình dáng vỏ xe của một mẫu cụ thể. Nếu chỉ tính riêng hãng Toyota hàng năm bán ra thị trường khoảng 200 mẫu xe, số lượng thay đổi hình dáng vỏ chiếm đến 30%, cũng để thấy được công nghệ vỏ xe thay đổi nhanh tới mức nào.
 
Để tiết kiệm nhiên liệu, ngày nay, vỏ xe được chế tạo với độ dày của vỏ mỏng hơn trước đây. Nhờ sự phát triển của công nghệ máy tính, các bài toán tối ưu vỏ được tính toán và cho phép hình thành các cấu trúc khung xương vỏ đủ đáp ứng khả năng bao kín và an toàn trước va chạm của ôtô (xem hình 2).

Tuy nhiên, kèm theo việc giảm khối lượng và chiều dày vỏ dẫn tới việc sử dụng các tấm mỏng và là nguồn gây ồn cho khoang bên trong và cả môi trường bên ngoài. Công nghệ chống ồn trước tác động của mấp mô nền đường và sự thay đổi chế độ làm việc của động cơ… được giảm thiểu nhờ việc sử dụng các đệm cao su và keo dán đàn hồi nối giữa các mảnh ghép tạo vỏ. Các lớp keo đàn hồi này được phủ rộng hơn chỗ ghép nối tạo điều kiện hạn chế rung ồn cho vỏ ôtô con.

Như vậy, công nghệ vỏ xe, độ ồn và sức mạnh cơ động tưởng chừng ít liên quan lại trở nên gắn kết chặt chẽ. Khi sử dụng chiếc ôtô con, người sử dụng đều mong muốn được thỏa mãn các tiêu chí kỹ thuật, song quả thật quá trình hình thành chiếc vỏ xe là một công nghệ hết sức phức tạp.

Khu vực công nghệ vỏ xe ngày nay đang trở thành ngành công nghệ có tốc độ thay đổi nhanh hơn so với các khu vực công nghệ khác trong chế tạo‎ ôtô. Người sử dụng mong chờ các thành tựu khoa học này trong quá trình hoàn thiện ôtô khiến công nghệ khung vỏ ôtô ngày càng phát triển.

• Sơn Hà