Nguyên lý hoạt động của vùng hấp thụ xung lực trên xe ô tô

Mercedes-Benz lần đầu tiên thử nghiệm công nghệ hấp thụ xung lực trên mẫu W111

Ngược thời gian quay trở lại những năm 1950, các hãng xe hơi tin rằng khung xe càng cứng thì càng an toàn. Tuy nhiên, thực tế đã chứng minh, khi xảy ra tai nạn, có rất nhiều chấn thương bắt nguồn từ lực va chạm ở bên ngoài, qua phần khung xe cứng chắc và tác động gián tiếp hay trực tiếp lên cơ thể lái xe. Do đó, vào năm 1959, Mercedes-Benz lần đầu tiên thử nghiệm công nghệ hấp thụ xung lực trên mẫu W111.

Tìm hiểu cấu tạo của vùng hấp thụ xung lực (Crumple Zones) trên xe ô tô

Theo định luật 1 Newton, vật gì đang di chuyển sẽ tiếp tục di chuyển trên cùng một hướng, cùng một tốc độ cho đến khi bị cản lại bởi một lực khác. Vậy, nếu lái xe ô tô gặp tai nạn khi đang chạy ở tốc độ 100km/h thì xe ngay lập tức xe bị chậm lại nhưng cơ thể lái xe vẫn tiếp tục di chuyển ở vận tốc 100km/h và chỉ dừng lại khi va chạm với vô-lăng hay bảng táp-lô. 

Nếu phải "hứng trọn" lực va chạm này thì dây đai an toàn và túi khí thực sự không đủ khả năng để hỗ trợ. Do đó, lái xe sẽ gặp phải các chấn thương vô cùng nghiệm trọng và đó là lý do các nhà sản xuất ô tô đã thiết kế ra vùng biến dạng mềm có khả năng hấp thu xung lực khi ô tô bị va chạm trước/sau và ngăn chặn lực truyền đến các hành khách bên trong ô tô. Được biết, vùng biến dạng mềm là một phần của khung an toàn - một trong 10 công nghệ ô tô an toàn quan trọng nhất lịch sử ngành công nghiệp xe hơi. 

Vùng hấp thụ xung lực trên xe ô tô là một kết cấu khung thép được lắp đặt ở đầu và đuôi xe

 Vùng hấp thụ xung lực trên xe ô tô là một kết cấu khung thép được lắp đặt ở đầu và đuôi xe. Chúng có thiết kế "mềm" hơn các vùng khác để dễ bị bóp méo, uốn cong hay "co rụm" và "chuyển hướng" lực tác động tránh xa khoang cabin hành khách khi xảy ra va chạm. Vậy liệu của vùng hấp thụ xung lực làm từ thép cứng, trong khi đó, một số phần của khung cửa sẽ làm từ thép rất cứng với độ dày cao. Đáng chú ý nhất là khung cabin có trách nhiệm chính bảo vệ hành khách nên phải làm từ thép siêu cứng để chống bị biến dạng. 

Nguyên lý của vùng hấp thụ xung lực trên xe ô tô

Các chuyên gia kinh nghiệm về sử dụng ô tô cho biết nếu xảy ra va chạm thì vùng hấp thụ xung lực trên xe ô tô sẽ bị biến dạng và "co rụm" giúp xe giảm tốc từ từ và kéo dài thời gian va chạm nhằm giảm thiểu tối đa chấn thương cho hành khách. Kết quả các cuộc thử nghiệm cho thấy với cùng một lực nhưng tăng thời gian va chạm từ 0,2 - 0,8 giây sẽ làm tổng động lực tác động lên cơ thể giảm xuống đi 85%. Bên cạnh cấu trúc khung xe, các thành phần làm từ nhựa bao gồm: quạt gió, cản nhựa, các ống cao su bị vỡ cũng giúp triệt tiêu lực này. 

Tuy nhiên, có không ít câu hỏi đặt ra là liệu động cơ ô tô có thuộc vùng hấp thu xung lực không? Vậy nếu các nhà sản xuất ô tô chế tạo ra động cơ dễ bị biến dạng khi xảy ra va chạm thì điều hiển nhiên là chúng sẽ không có đủ khả năng chịu được nhiệt sinh ra từ các xi-lanh hay không đủ cứng để tạo ra sức kéo cho xe. Thực tế, vị trí đặt "trái tim" của ô tô chính là đáp án cho các câu hỏi trên. Subaru và Mercedes đã lắp đặt động cơ ở vị trí thấp nhất trong khoang máy để trong trường hợp xảy ra va chạm, toàn bộ khối động cơ sẽ rơi xuống đây thay vì dồn tất cả vào khoang cabin. 

Với các xe hạng A và B có kích thước nhỏ, việc thiết kế vùng hấp thụ xung lực sẽ cần có sự sáng tạo

Với các xe hạng A và B có kích thước nhỏ, việc thiết kế vùng hấp thụ xung lực sẽ cần có sự sáng tạo. Với Smart Fortwo bé nhỏ, Mercedes đã đặt cả khoang nội thất trong kết cấu thép siêu cứng để có thể phân tán đều lực va chạm lên toàn bộ khung sườn. Trong khi đó, phần đuôi và đầu xe vẫn có vùng hấp thụ xung lực như các mẫu xe khách nhưng do hạn chế về kích thước nên vùng này sẽ nhỏ hơn và cần được "trợ lực" thêm. 

Trong đó, bộ phận hộp số sẽ được các kỹ sư tính toán để hoạt động như một cây “phuộc nhún” khi xảy ra va chạm từ phía trước. Mặt khác, cụm giảm sốc, bánh và lốp xe sẽ có vai trò như "túi khí" để bật lại lực va chạm. Các bộ phận trong khoang máy có khả năng bị biến dạng, vỡ vụn hay đàn hồi nhằm giảm thiểu lực tác động lên các hành khách trên xe. Các bài thử nghiệm va chạm cho thấy ở tốc độ 112km/h, dù chỉ nặng 800 kg nhưng phần khung không hề bị biến sạng sau tai nạn. 

Nguyên lý hoạt động của túi khí và dây an toàn trên xe ô tô cũng tương tự với vùng hấp thụ xung lực. Cả 2 trang bị an toàn này sẽ giúp giảm bớt tốc độ của hành khách, đỡ cơ thể tránh va vào những vật cứng trên xe. Được biết, hãng xe hơi Thụy Điển - Volvo đang nghiên cứu và phát triển thêm công nghệ ô tô an toàn mới nhằm giữ an toàn cho các hành khách dựa trên nguyên lý hoạt động của vùng hấp thụ xung lực. Theo đó, các ghế ngồi sẽ được gắn một thanh ray và được giảm tốc bằng bộ phận có tên "Piston giảm sốc" và khi xảy ra va chạm, chúng sẽ giúp kéo dài thời gian va chạm nhằm bảo vệ an toàn cho người ngồi.