×
Hình dạng và kích thước vành xe có ảnh hưởng lớn đến cách xe vận hành, mức tiêu hao nhiên liệu và cảm giác khi lái. Khi bánh xe rộng hơn, nói chung sẽ bám đường tốt hơn trên mặt đường khô vì có nhiều cao su tiếp xúc với mặt đường hơn. Các bài kiểm tra cho thấy điều này có thể nâng cao khả năng vào cua khoảng 8 đến 12 phần trăm. Ngược lại, những bánh xe hẹp hơn thường lăn dễ dàng hơn, tiết kiệm nhiên liệu, giảm tiêu thụ khoảng 2 đến 4 phần trăm theo nghiên cứu của SAE vào năm 2023. Số lượng chấu cũng đóng vai trò quan trọng. Vành rèn mười chấu nhẹ hơn khoảng 18 phần trăm so với loại vành đúc năm chấu tương ứng, nghĩa là hệ thống treo phản ứng nhanh hơn khi gặp các đoạn đường xấu. Một số nhà sản xuất thiết kế vành xe đặc biệt để dẫn luồng không khí quanh phanh tốt hơn. Điều này giúp giữ cho đĩa phanh mát hơn trong quá trình lái xe mạnh, giảm nhiệt độ khoảng 1,5 độ C và giúp các bộ phận phanh đắt tiền kéo dài tuổi thọ tổng thể.
Khái niệm về quán tính quay cơ bản cho chúng ta biết tại sao việc giảm chỉ một pound (khoảng 0,45 kg) ở phần ngoài của bánh xe lại tương đương với việc loại bỏ ba pound từ một vị trí khác trên thân xe. Khi nói đến bánh xe, các tùy chọn làm bằng magiê nhẹ có thể giảm khối lượng quay xuống khoảng 22 phần trăm. Điều này thực sự tạo ra sự khác biệt rõ rệt; vô lăng trở nên nhạy bén hơn đáng kể gần như ngay lập tức, với các cải tiến thể hiện rõ sau khoảng 15 mili giây kể từ khi xoay bánh lái. Hầu hết các kỹ sư ngày nay đều nắm rõ những kiến thức này. Họ luôn tìm kiếm các cách để giảm trọng lượng, đặc biệt là ở mép ngoài cùng của vành xe, nơi có ảnh hưởng lớn nhất. Kinh nghiệm cho thấy việc giảm 10% trọng lượng ở mép ngoài vành xe giúp thời gian tăng tốc nhanh hơn khoảng 1,2%, đồng thời cải thiện hiệu suất phanh tái tạo của xe điện thêm khoảng 0,8%. Những lợi ích nhỏ này tích lũy đáng kể theo thời gian đối với các nhà sản xuất đang cố gắng tối ưu hóa mọi khía cạnh trong thiết kế của họ.
Các bài kiểm tra dyno năm 2023 của SAE International cho thấy mối quan hệ trực tiếp giữa khối lượng bánh xe và hiệu suất tăng tốc:
| Khối lượng bánh xe mỗi góc | Thời gian trung bình từ 0–60 dặm/giờ | Mất năng lượng động học |
|---|---|---|
| 28 lbs (Thép) | 6,8 giây | 14,7% |
| 21 lbs (Nhôm) | 6,5 giây | 11,2% |
| 16 lbs (Sợi carbon) | 6,2 giây | 7,9% |
Việc cải thiện 0,6 giây khi chuyển từ thép sang sợi carbon cho thấy lý do tại sao 92% các đội đua hiện nay sử dụng vành rèn hoặc vành composite.
Vành thép là lựa chọn lý tưởng cho những công việc nặng nhọc vì chúng có khả năng chịu đựng tốt và không tốn kém. Theo một số thử nghiệm do SAE International thực hiện, những vành này chịu được va chạm tốt hơn khoảng 37% so với vành nhôm. Đó là lý do tại sao thợ cơ khí và quản lý đội xe thường chọn thép khi chế tạo xe tải cần di chuyển trên những con đường đất hoặc chuyên chở hàng hóa nặng. Trọng lượng bổ sung của thép thực sự giúp tăng độ bám trên bề mặt trơn trượt và chịu được trọng lượng lớn, nhưng cũng có một số nhược điểm. Những chiếc bánh xe nặng hơn này làm giảm hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu từ 2 đến 4% so với các lựa chọn nhẹ hơn, đơn giản vì động cơ phải làm việc nhiều hơn để quay chúng.
Vành hợp kim nhẹ có thể giảm trọng lượng phần không được treo lên khoảng 25 phần trăm, giúp xe tăng tốc nhanh hơn và cải thiện hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu nói chung. Điều này đặc biệt quan trọng đối với xe điện đang cố gắng kéo dài thời gian sử dụng pin giữa các lần sạc. Theo các bài kiểm tra của Hiệp hội Kỹ sư Ô tô (Society of Automotive Engineers), việc chuyển sang sử dụng hợp kim nhôm giúp giảm khoảng nửa giây cho thời gian tăng tốc từ 0 đến 60 dặm/giờ trên các dòng xe hiệu suất cao. Một lợi ích lớn khác là khả năng chống gỉ sét vượt trội, đặc biệt hữu ích đối với những người thường xuyên lái xe qua mưa hoặc trên những con đường rải muối vào mùa đông. Tuy nhiên, nhược điểm là giá thành cao hơn từ 50 đến 70 phần trăm so với vành thép thông thường, chưa kể việc sửa chữa đúng cách sau tai nạn thường đòi hỏi phải đến các xưởng chuyên biệt thay vì các gara địa phương thông thường.
| Vật liệu | Cường độ (PSI) | Tiết kiệm trọng lượng | Chi phí cao hơn | Trường hợp sử dụng tốt nhất |
|---|---|---|---|---|
| Nhôm đúc | 45,000 | 15–20% | 10–20% | Xe điện chở khách giá cả phải chăng |
| Hợp kim rèn | 72.000 | 30–35% | 70–90% | Xe thể thao hiệu suất cao |
| Magie | 38.000 | 40–45% | 120–150% | Đua xe (sử dụng ngắn hạn) |
| Thép | 60,000 | — | — | Xe tải nặng, tải trọng cực cao |
Hợp kim rèn mang lại tỷ lệ độ bền trên trọng lượng tốt nhất nhưng đòi hỏi sản xuất chính xác. Nhôm đúc mang lại sự cân bằng hiệu quả về chi phí cho các ứng dụng phổ thông. Magiê cung cấp độ nhẹ vượt trội nhưng độ bền hạn chế – hầu hết các đội đua đều thay thế vành magiê sau mỗi 3–5 cuộc đua do mệt mỏi kim loại.
Vành mạ crom được phủ lớp hợp kim kẽm-niken, cung cấp khả năng chống ăn mòn cao gấp 3–5 lần so với lớp hoàn thiện tiêu chuẩn (SAE International 2023), lý tưởng cho các khu vực sử dụng muối tan băng trên đường. Mặc dù nặng hơn 22% so với nhôm trần, lớp hoàn thiện gương của chúng vẫn được ưa chuộng trên các dòng xe Sedan sang trọng và trong cộng đồng độ xe đô thị nơi ngoại hình là yếu tố hàng đầu.
Được gia cố với ghế đai mở rộng và sống nổi hình nón, vành lốp chạy không hơi giữ cố định lốp khi bị xì hơi, cho phép di chuyển lên đến 50 dặm ở tốc độ 50 mph sau khi bị thủng. Phiên bản hiện đại sử dụng hợp kim chịu nhiệt để xử lý việc truyền nhiệt từ phanh trong quá trình vận hành kéo dài, nâng cao an toàn trên các tuyến đường cao tốc.
Vành đúc bằng nhôm với vòng gia cố titan chịu được tải trọng va đập cao gấp 2,3 lần so với thiết bị tiêu chuẩn, khiến chúng trở nên thiết yếu cho xe bọc thép và xe cứu hỏa. Hệ thống 8 bu-lông mô-đun cho phép thay thế nhanh tại hiện trường, trong khi các rãnh vành tự bịt kín ngăn ngừa thất thoát không khí trong các tình huống va đập đạn đạo hoặc mảnh vỡ.
So với bánh xe nhôm rèn truyền thống, vành sợi carbon có thể giảm trọng lượng khoảng 40 đến 50 phần trăm. Điều này tạo ra sự khác biệt rõ rệt về khả năng tăng tốc và xử lý góc cua của xe, vì lượng khối lượng quay quanh bánh xe đã giảm đi đáng kể. Chúng ta đã thấy công nghệ này được áp dụng trên các xe đua Công thức 1 và những chiếc xe hiệu suất cao đắt tiền, giúp giảm thời gian chạy trên đường đua tới 1,5%. Quy trình sản xuất cũng đã tiến bộ rất nhiều. Các hệ thống tự động mới trong việc đặt các sợi carbon giờ đây tạo ra sản phẩm đạt tiêu chuẩn tương đương với những gì chúng ta thấy trong ngành công nghiệp hàng không. Trước đây, mọi người lo ngại rằng những chiếc bánh xe này có thể bị nứt khi chịu tải nặng, nhưng nhờ vào các phương pháp sản xuất tốt hơn, vấn đề này gần như đã được giải quyết.
Các phương tiện hiện đại ngày nay được trang bị cảm biến IoT tích hợp sẵn theo dõi các yếu tố như áp suất lốp, mức nhiệt độ và mức độ căng thẳng mà lốp phải chịu. Toàn bộ thông tin này được gửi trực tiếp đến hệ thống máy tính của xe ngay khi xảy ra. Theo những gì chúng tôi ghi nhận từ các kỹ sư cơ khí gần đây, các cảm biến thông minh này cho phép thợ kỹ thuật khắc phục sự cố trước khi chúng trở thành vấn đề nghiêm trọng và giúp phân bổ đều trọng lượng lên cả bốn bánh xe một cách hợp lý. Điều này đặc biệt quan trọng đối với xe điện, bởi vì khi lốp hoạt động không hiệu quả, nó thực sự làm tiêu hao pin nhanh hơn bình thường. Một số thử nghiệm được thực hiện trên đội xe công ty vào năm 2024 cho thấy có giảm khoảng một phần tư số trường hợp lốp xẹp và các vấn đề liên quan khác khi tài xế sử dụng vành xe được lắp đặt cảm biến đặc biệt.
Chắc chắn là trong những năm gần đây đã có sự chuyển dịch về hướng phương pháp sản xuất tuần hoàn mà một số người gọi là như vậy trong ngành sản xuất. Chẳng hạn như vành hợp kim, hiện nay chúng đang được sản xuất bằng cách sử dụng từ bảy mươi lăm đến chín mươi phần trăm nhôm tái chế mà vẫn giữ được độ bền cấu trúc. Thật sự rất ấn tượng khi chúng ta nghĩ đến lượng chất thải đã được tạo ra trước đây. Bản thân quá trình luyện kim cũng đã tiến bộ đáng kể. Chúng ta đang nói về tỷ lệ tái chế đạt mức khoảng chín mươi tám phần trăm từ những vành cũ khi kết thúc vòng đời của chúng. Điều này giúp giảm tiêu thụ năng lượng khoảng sáu mươi phần trăm so với việc sản xuất nhôm mới từ đầu. Một số nhà sản xuất có tầm nhìn xa thậm chí còn đang thử nghiệm cả lớp phủ bằng nhựa sinh học như một lựa chọn thay thế cho các lớp hoàn thiện truyền thống có nguồn gốc từ dầu mỏ. Sự chuyển dịch này không chỉ giúp giảm lượng khí thải tổng thể mà còn phù hợp tốt với các cam kết về phát triển bền vững của nhiều nhà sản xuất ô tô trên toàn diện.
Q1: Vành xe ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất của xe?
A: Vành xe ảnh hưởng đến khả năng vận hành, hiệu suất nhiên liệu, sự thoải mái khi lái và hiệu suất tổng thể thông qua thiết kế, trọng lượng và vật liệu sử dụng. Vành rộng hơn tăng độ bám đường và khả năng vào cua, trong khi vật liệu nhẹ như magiê cải thiện khả năng đánh lái và tăng tốc.
Q2: Tại sao vành xe làm bằng sợi carbon lại phổ biến trên các xe hiệu suất cao?
A: Vành xe làm bằng sợi carbon giảm đáng kể trọng lượng bánh xe, từ đó cải thiện khả năng tăng tốc và điều khiển. Công nghệ này thường được sử dụng trong các xe Công thức 1 và siêu xe để đạt được thời gian chạy tốt hơn trên đường đua.
Q3: Lợi ích của vành xe thông minh tích hợp cảm biến là gì?
A: Vành xe thông minh với cảm biến tích hợp theo dõi áp suất lốp, nhiệt độ và mức độ chịu tải của lốp theo thời gian thực, giúp duy trì hiệu suất tối ưu cho lốp xe và chia sẻ dữ liệu quan trọng với hệ thống máy tính của xe.
Q4: Các nhà sản xuất đang thúc đẩy tính bền vững trong sản xuất vành xe như thế nào?
A: Các nhà sản xuất đang sản xuất la-zăng hợp kim bằng cách sử dụng 75-90% nhôm tái chế, giảm thiểu chất thải và tiêu thụ năng lượng. Họ cũng đang thử nghiệm các lớp phủ nhựa bền vững để giảm phát thải.
EN
