Thiết kế xe ô tô chi phối thế nào đến khả năng vận hành?

Kiểu dáng xe không chỉ đóng vai trò tạo nên vẻ ngoài của một chiếc xe, mà còn chi phối nhiều yếu tố như hình dáng khí động học của ô tô, hỗ trợ quá trình vận hành hiệu quả…

Một điều mà ai cũng biết về kiểu dáng xe là nó quyết định vẻ ngoài của một chiếc xe, từ phong cách cho đến tính thẩm mĩ. Khi nhìn vào kiểu dáng của một chiếc ô tô, rất nhiều người chỉ xem xét việc nó có đẹp hay không, nó mang phong cách đơn giản, sang trọng, trẻ trung hay thể thao… Tuy nhiên đối với các chuyên gia hay những người có nhiều kinh nghiệm, kiểu dáng xe còn liên quan mật thiết đến hình dáng khí động học của xe ô tô, bao gồm các yếu tố như giảm lực cản không khí, gió và lực nâng.

Lực cản không khí

Hiệu quả khí động học của một chiếc xe ô tô ảnh hưởng bởi kiểu dáng xe thông qua hệ số cản (Cd). Hiểu một cách đơn giản, hệ số cản là sức cản của không khí tác động lên xe trong quá trình di chuyển. Khi xe di chuyển trên mặt đường, các áp suất sẽ đồng thời xuất hiện ở nhiều vị trí trên toàn bộ xe. Áp suất phía trước tăng lên khi tiết diện cản gió của thân xe tăng nhanh đột ngột ở kiếng trước. Ở phía sau, áp suất chân không phía đuôi xe tạo ra hiện tượng xoáy lốc làm gia tăng lực nghịch chiều chuyển động xe.

Nếu góc của mui xe phía sau càng dựng đứng, sự ổn định ở tốc độ cao sẽ càng bị ảnh hưởng xấu bởi luồng không khí dễ thay đổi đột ngột. Khi vấn đề này chưa được nghiên cứu kĩ trước đây, các nhà sản xuất đã chế tạo một số loại xe như vậy và nhận ra sự sai lầm của mình. Ngoài ra, các yếu tố như vỏ xe ma sát với không khí, xoáy lốc ở vị trí hai gương chiếu hậu, lưới tản nhiệt, kính chắn gió,… cũng làm gia tăng đáng kể lực cản không khí, ảnh hưởng đến tốc độ xe. Do đó, các nhà sản xuất luôn phải tính toán rất kỹ lưỡng trong việc thiết kế các chi tiết trong kiểu dáng xe để giảm thiểu các tác động xấu từ lực cản không khí.

Phần đuôi xe thường được thiết kế cong và thon để hướng quỹ đạo chuyển động của dòng khí tuần hoàn thoát ra phía sau xe ngăn chặn việc hình thành các điểm xoáy. Kiểu thiết kế Fastback (đuôi lướt) có phần đuôi xe được giảm bớt độ dốc, nghiêng xuống dưới 20 độ hoặc hơn để không khí xuôi theo đường mui xe một cách trơn tru.

Sự tác động của lực nâng

Theo nguyên lý khí động học, khi xe di chuyển trên đường, luồng không khí phía trên mui xe di chuyển với quãng đường dài hơn luồng không khí dưới gầm xe. Sự chênh lệch này sẽ sản sinh một áp lực tạo nên lực nâng xe lên làm giảm sức bám của mặt đường với lốp, đây gọi là lực nâng.

Lực nâng chủ yếu tập trung ở phần đuôi xe, khi lực nâng quá lớn, hai bánh sau xe sẽ có khả năng bị trượt, điều này cực kỳ nguy hiểm nếu xe đang di chuyển ở tốc độ cao hơn 200km/giờ. Đặc biệt, thiết kế đuôi trơn sẽ làm tình hình xấu hơn trong trường hợp này vì diện tích bề mặt đuôi tiếp xúc với không khí lớn. Việc cùng một lúc giải quyết hiệu quả cùng một lúc lực cản không khí và lực nâng là điều không hề dễ dàng. Tuy nhiên, các nhà sản xuất đã dày công nghiên cứu và tìm được một số phương pháp tối ưu nhằm cân bằng tối đa các tác động xấu của khí động học.

Một số giải pháp trong thiết kế kiểu dáng xe nhằm giảm lực cản và lực nâng

Cánh gầm

Là loại cánh hướng gió lắp phía dưới cản trước, dọc hông xe và đuôi xe. Cánh gầm ở gờ của cản trước gọi là “cản gió trước”, ở đuôi xe là “cánh gầm định hướng sau” và tấm chắn dọc hông xe là “tấm chắn gió ngang”. Trong quá trình di chuyển, các bộ phận ở dưới gầm xe như động cơ, hộp số, trục lái,… sẽ ngăn cản luồng không khí phía dưới sàn xe, gây nhiễu loạn, làm tăng lực cản và lực nâng. Cánh gầm có tác dụng giảm luồng không khí bên dưới gầm bằng cách hướng chúng di chuyển theo những phân luồng nhất định.

Tấm bọc gầm

Đây cũng là biện pháp nhằm làm giảm sự nhiễu loạn của không khí khi đi qua các bộ phận dưới gầm xe, thông qua việc làm nhẵn bề mặt gầm bằng tấm bọc.

Cánh đuôi

Cánh đuôi có tác dụng hướng luồng không khí trên mui xe đi thẳng ra phía sau mà không quay ngược trở lại để làm giảm lực nâng. Việc gắn thêm cánh đuôi có tác dụng tạo ra một áp lực ép xuống, phương và chiều ngược với lực nâng mà không khí tác dụng vào gầm xe. Nếu tăng góc độ của cánh lên thì có thể làm tăng lực nén tới tận 100kg.

Tạo hiệu ứng mặt đường

Đây là biện pháp nhằm khắc phục hạn chế của cánh đuôi khi nó cho phép giảm lực nâng nhưng lại tăng hệ số cản. Hiệu ứng mặt đường tạo ra một đường dẫn không khí ở đáy xe, hẹp ở phía trước và mở rộng dần về phía sau. Do gầm xe gần sát với mặt đường nên đường dẫn không khí và mặt đường tạo thành một đường hầm gần như đóng kín. Khi xe đang di chuyển, không khí vào đường hầm từ phía đầu rồi thoát ra phía sau, áp suất không khí giảm dần về phía đuôi và phát sinh lực nén, nhằm giảm lực nâng. Hiệu ứng mặt đường được đánh giá là cho hiệu quả tốt hơn so với cánh đuôi nhưng nó không thích hợp với các loại xe phổ thông. Hiệu ứng mặt đường mất tác dụng với những chiếc xe này do chúng đòi hỏi có gầm cao để thích hợp với nhiều loại đường thông dụng.

Kim Oanh

Tin tức Suzuki Chính Hãng