×
Ngành công nghiệp ô tô đang hướng đến việc giảm trọng lượng xe đã định hình lại nhà máy bánh xe các ưu tiên. Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, việc giảm 10% trọng lượng xe cải thiện hiệu suất nhiên liệu từ 6-8%. Điều này thúc đẩy các nhà máy áp dụng các vật liệu như nhôm rèn và polymer gia cố sợi carbon, kết hợp độ bền với việc giảm trọng lượng đáng kể.
Bánh xe sợi carbon hiện nay nhẹ hơn 40-50% so với bánh xe nhôm truyền thống. Các nhà sản xuất sử dụng công nghệ đúc truyền thống bằng nhựa để tạo ra các thiết kế nan hoa phức tạp và rỗng mà vẫn giữ được độ bền cấu trúc. Các vật liệu composite như hỗn hợp sợi bazan đang nổi lên như một giải pháp thay thế hiệu quả về chi phí để mở rộng thị trường.
Việc giảm khối lượng phần không được treo—khối lượng phía dưới hệ thống treo của xe—giúp cải thiện khả năng điều khiển, tăng tốc và phanh. Bánh xe nhẹ có thể giảm quãng đường phanh đi 5-7% và cải thiện độ ổn định khi vào cua. Đối với xe điện (EV), việc giảm mô-men quán tính giúp tăng phạm vi hoạt động nhờ cải thiện hiệu suất năng lượng.
| Vật liệu | Giảm trọng lượng | Chi phí mỗi bánh xe | Độ bền (thang điểm 1-10) |
|---|---|---|---|
| Thép | 0% | $120 | 9 |
| Hợp kim nhôm | 25% | $300 | 8 |
| Sợi carbon | 48% | $1,200 | 7.5 |
Trong khi thép vẫn giữ được hiệu quả về chi phí và độ bền, vật liệu composite lại mang đến mức giảm trọng lượng vượt trội. Hợp kim nhôm tạo sự cân bằng, nhưng các nhà máy sản xuất bánh xe ngày càng ưu tiên sợi carbon cho các xe điện cao cấp tập trung vào cải thiện khí động học và hiệu suất.
Xe điện có đặc điểm là mô-men xoắn được cung cấp tức thì, điều này đồng nghĩa với việc các bánh xe phải chịu nhiều áp lực hơn nhưng vẫn cần nhẹ để quay dễ dàng. Ngày nay, các nhà sản xuất bắt đầu chuyển sang sử dụng vật liệu sợi carbon để chế tạo bánh xe. Theo một số báo cáo thị trường từ khoảng năm 2025, gần ba phần tư các cơ sở sản xuất mới tập trung vào xe điện hiện nay đã sử dụng vật liệu composite thay vì phương pháp truyền thống. Những bánh xe carbon này thực tế giúp giảm khoảng 38 phần trăm trọng lượng phần không được treo (unsprung weight) so với loại nhôm thông thường. Điều này rất quan trọng vì bánh xe nhẹ hơn sẽ cải thiện hiệu quả của hệ thống phanh tái tạo năng lượng, cho phép xe thu hồi nhiều năng lượng hơn trong quá trình dừng lại. Rõ ràng là lý do khiến các công ty đều muốn chuyển đổi sang công nghệ này.
Cứ giảm 10% trọng lượng bánh xe thì phạm vi hoạt động của xe điện (EV) tăng thêm 6-8 dặm, khiến các vật liệu nền composite trở nên thiết yếu để đáp ứng kỳ vọng của người tiêu dùng. Thị trường bánh xe carbon ô tô dự báo sẽ tăng trưởng gấp 1,7 lần vào năm 2033 khi các nhà máy áp dụng công nghệ định hình bằng nhựa (resin transfer molding) thế hệ mới giúp giảm 50% thời gian sản xuất.
Một phân tích ngành năm 2025 cho thấy các xe điện sang trọng được trang bị sẵn bánh xe carbon tại nhà máy có hiệu suất cao hơn 12% so với những xe dùng bánh nhôm. Một nhà sản xuất ghi nhận gia tốc nhanh hơn 22% và mòn lốp giảm 19% nhờ tối ưu hóa khí động học của bánh xe carbon, khẳng định xu hướng của ngành công nghiệp hướng tới kỹ thuật thiết kế bánh xe dành riêng cho xe điện.
Ngày nay, hầu hết các nhà sản xuất vành xe đã chuyển sang sử dụng phương pháp đúc truyền thống bằng nhựa (RTM) để sản xuất vành carbon. Theo nghiên cứu gần đây của Tạp chí Khoa học Vật liệu, quy trình này tạo ra các bộ phận có lượng bọt khí ít hơn khoảng 30% so với kỹ thuật cũ là xử lý bằng nồi hấp. Điều gì khiến RTM trở nên hấp dẫn như vậy? Về cơ bản, phương pháp này hoạt động bằng cách bơm nhựa epoxy vào các lớp carbon đã được định hình trước, đồng thời áp dụng một lượng áp suất vừa đủ. Kết quả là tạo ra các vành xe nhẹ hơn từ 40 đến 50% so với vành nhôm truyền thống. Ngoài ra còn có một lợi ích khác. Theo kết quả nghiên cứu được công bố năm ngoái trong Báo cáo Sản xuất Vành xe Toàn cầu, các công ty sử dụng RTM cần lượng gia công sau sản xuất ít hơn khoảng 60%, giúp giảm chi phí năng lượng khoảng 18,7 USD trên mỗi sản phẩm. Rõ ràng là lý do vì sao ngày càng nhiều nhà máy đang chuyển đổi phương pháp này.
Hệ thống hình ảnh được hỗ trợ bởi AI phân tích 8.000 điểm dữ liệu trên mỗi bánh xe trong quá trình đúc, giảm lỗi 22% (Advanced Manufacturing Quarterly 2024). Các thuật toán học máy điều chỉnh nhiệt độ rót và tốc độ làm mát theo thời gian thực, cải thiện hiệu suất vật liệu 15% và cho phép hiệu chỉnh lại trong vòng 90 giây khi phát hiện sự không nhất quán về nhiệt độ.
Công nghệ bản sao kỹ thuật số đã rút ngắn thời gian phát triển mẫu bánh xe từ 18 tuần xuống còn 6,5 tuần. Các kỹ sư mô phỏng các bài kiểm tra độ bền trên hơn 200 kịch bản tải trọng trước khi sản xuất vật lý, xác định được 92% các điểm lỗi tiềm ẩn trong quá trình xác thực ảo (Automotive Engineering Today 2024).
Mặc dù sản xuất tiên tiến đòi hỏi mức đầu tư ban đầu cao hơn 35-40%, nhưng nó lại mang lại chi phí trên mỗi đơn vị thấp hơn 62% khi sản xuất ở quy mô lớn. Phân tích vòng đời năm 2025 cho thấy các nhà máy có thể thu hồi chi phí này trong vòng 3,2 năm thông qua khoản tiết kiệm hàng năm 740.000 USD từ năng lượng và giảm lãng phí vật liệu (Tạp chí Sản xuất Bền vững 2025).
Các nhà sản xuất vành xe ngày nay dựa vào những công cụ tiên tiến như động lực học chất lỏng tính toán hay CFD cùng với các bài kiểm tra trong hầm gió thực tế để tinh chỉnh cách vành xe di chuyển qua không khí. Cách tiếp cận này có thể giảm lực cản gió khoảng 15–20% so với kiểu nan hoa cũ. Cũng nhờ công nghệ này, các kỹ sư có thể giảm khoảng 7% trọng lượng mà vẫn giữ được độ bền cấu trúc. Con số cản gió thấp hơn rất quan trọng đối với xe điện vì chúng ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ pin giữa các lần sạc. Chúng ta đang thấy những thiết kế cải tiến này xuất hiện ngày càng phổ biến trên các dòng xe cao cấp của các thương hiệu như Tesla, BMW và Mercedes, nơi mong muốn tối đa hóa hiệu suất mà không làm giảm khả năng vận hành.
Cách mà bánh xe tương tác với không khí ảnh hưởng đến lực cản lăn, một yếu tố tiêu hao khoảng 20 đến 30 phần trăm toàn bộ năng lượng sử dụng bởi xe hơi hiện nay trên đường. Những bánh xe được thiết kế khí động học và có các khe hở tối thiểu thường giúp giảm các xoáy gió phiền toái, tạo ra sự khác biệt rõ rệt về mức tiêu hao nhiên liệu đối với động cơ truyền thống (khoảng tiết kiệm 4 đến 6 phần trăm) và mang lại cho xe điện thêm khoảng 12 đến 15 dặm mỗi chu kỳ sạc. Nghiên cứu công bố năm ngoái cho thấy khi các nhà sản xuất điều chỉnh hình dạng bánh xe một cách chính xác, lốp xe sẽ biến dạng ít hơn và sinh ra ít nhiệt hơn, đồng nghĩa với việc giữ được nhiều năng lượng hơn. Các nhà sản xuất ô tô đang bắt đầu áp dụng những phát hiện này vào dây chuyền sản xuất của họ, kết hợp giữa thẩm mỹ và chức năng theo cách làm thay đổi kỳ vọng của chúng ta về phương tiện hiện đại và thiết lập các tiêu chuẩn mới về hiệu suất cho toàn ngành công nghiệp ô tô.
Ngành sản xuất vành xe toàn cầu dường như chuẩn bị cho đà tăng trưởng đáng kể, với dự báo tỷ lệ tăng trưởng khoảng 6,4% mỗi năm từ năm 2025 đến năm 2032. Xu hướng tích cực này hoàn toàn hợp lý khi các nhà sản xuất ô tô, cả xe điện và xe truyền thống, ngày càng tìm kiếm những vật liệu nhẹ hơn. Trong thời gian tới, các chuyên gia dự đoán thị trường vành xe làm bằng sợi carbon có thể đạt mức khoảng 600 triệu USD vào năm 2028. Tại sao lại như vậy? Vì chính phủ các nước tiếp tục thắt chặt các quy định về khí thải, và các công ty ô tô thực sự mong muốn nâng cao hiệu suất của phương tiện. Theo một nghiên cứu được công bố năm ngoái, phần lớn các nhà sản xuất ô tô hiện đang chi tới hơn hai phần ba ngân sách phát triển mới vào các phương pháp giảm trọng lượng xe thông qua việc sử dụng vật liệu tốt hơn.
Các nhà sản xuất trên toàn ngành đang bắt đầu áp dụng quy trình tái chế vòng kín đối với chất thải sợi carbon trong những năm gần đây. Một số công ty tuyên bố rằng họ thực sự có thể tái sử dụng khoảng 90 phần trăm chất thải của mình vào quá trình sản xuất, điều này có nghĩa là lượng vật liệu được chôn lấp giảm khoảng 40 phần trăm so với năm 2020. Xét về việc sử dụng nhựa epoxy, gần một phần ba các doanh nghiệp gần đây đã chuyển sang các lựa chọn có nguồn gốc sinh học. Thay đổi này giúp giảm phát thải hợp chất hữu cơ dễ bay hơi từ khoảng 50 đến 60 phần trăm mà không làm giảm chất lượng sản phẩm. Các con số này phù hợp với kết quả từ một báo cáo ngành công nghiệp được công bố vào năm ngoái (2024), trong đó chỉ ra rằng việc xanh hóa các quy trình sản xuất có thể giảm lượng khí thải carbon trong toàn bộ chuỗi cung ứng khoảng 22 phần trăm cho mỗi sản phẩm được chế tạo.
Vật liệu nhẹ đóng vai trò quan trọng vì chúng giảm trọng lượng xe, cải thiện hiệu suất sử dụng nhiên liệu, nâng cao khả năng điều khiển và tăng hiệu quả năng lượng, đặc biệt đối với các loại xe điện.
Bánh xe làm bằng sợi carbon nhẹ hơn đáng kể, từ đó cải thiện hiệu suất của xe về khả năng tăng tốc, phanh, độ ổn định khi vào cua và hiệu quả sử dụng năng lượng.
Việc giảm trọng lượng phần không được treo ở xe điện mang lại khả năng điều khiển tốt hơn, cải thiện hiệu suất phanh, tăng phạm vi hoạt động và nâng cao hiệu quả của hệ thống phanh tái sinh.
Các vật liệu phổ biến bao gồm thép, hợp kim nhôm và sợi carbon. Thép có độ bền cao và chi phí hợp lý, trong khi sợi carbon mang lại khả năng giảm trọng lượng vượt trội cùng các lợi ích về hiệu suất.
EN
