Để đánh giá một chiếc xe ô tô cần xét đến tiêu chí khác nhau. Hệ số cản không khí là yếu tố quan trọng ảnh hưởng khả năng vận hành của xe. Xe có hệ số cản càng thấp thì xe chuyển động càng mượt mà và càng tiết kiệm nhiên liệu.Vậy vai trò của hệ số cản không khí trong thiết kế ô tô là gì cùng tìm hiểu xem nhé!
Hệ số cản không khí là gì?
Khi chuyển động đặc biệt ở tốc độ cao, xe hơi thường chịu tác động của nhiều lực cản. Cụ thể như lực ma sát, lực quán tính, lực cản của không khí (lực cản gió).
Trong đó, hiệu quả khí động học của lực cản này được xác định bởi hệ số cản không khí của nó. Hay còn gọi là hệ số cản gió Cd (Car Drag Coefficient).
Cũng có thể hiểu một cách đơn giản hệ số cản không khí là giá trị xác định lực kháng của xe khi chuyển động.
Chỉ số này được tính toán dựa trên 3 yếu tố: mật độ không khí, bề mặt tiếp xúc và vận tốc của xe bằng cách phân tích lực cản tác động khi xe đạt đến một vận tốc nhất định thông qua 2 phương pháp:
Sử dụng chương trình máy tính để mô phỏng dòng chảy của chất lỏng và tính toán động lực học
Thử nghiệm vật lý trong đường hầm gió
Dù hai phương thức trên đều được áp dụng vào thực tế nhưng phương pháp thử nghiệm vật lý vẫn cho ra kết quả chính xác hơn. Qua đó nhà sản xuất ghi nhận được hiệu ứng của không khí để có thể điều chỉnh thiết kế ô tô cho phù hợp nhất.
Vai trò của hệ số cản không khí trong thiết kế ô tô
Lực cản không khí càng thấp thì khí động học của xe sẽ đạt hiệu suất càng cao. Giúp xe dễ dàng tăng tốc, vận hành mượt mà và đỡ tốn nhiên liệu.
Nếu phân tích kỹ, hệ số cản tiêu chuẩn của dòng xe Sedan chỉ dao động từ 0,25 – 0,3. Xe SUV là từ 0,35 – 0,45. Trong khi đó, hệ số cản của một chiếc xe đua công thức có thể lên tới 0,7 – 1,1. Vậy tại sao hệ số này ở xe đua lại cao như vậy?
Tùy vào mục đích sử dụng mà nhà sản xuất phải cân bằng giữa lực cản và lực ép xuống của xe. Cụ thể ở 2 trường hợp của xe đua và xe ô tô thông thường:
- Xe đua khi ôm cua với tốc độ cao thường chịu tác động bởi lực ép xuống nên cần một lực cản lớn để tăng lực ép xuống mặt đường, giúp xe không bị văng ra mà vẫn đảm bảo an toàn cho người lái
- Trong khi đó, xe ô tô thông thường cần có các bánh xe bám chắc trên mặt đường ở mức độ có thể kiểm soát được nên phải thiết kế với lực kéo đủ lớn. Bên cạnh đó, các bộ phận tản nhiệt và trao đổi nhiệt cũng nên được làm mát thông qua luồng không khí tự nhiên.
- Để tối ưu, nhà sản xuất có thể giảm thiểu không khí xáo trộn xung quanh xe bằng cách:
- Điều hướng luồng không khí va đập cho đi đúng hướng thông qua các rãnh, vây,… ở thân xe
- Thiết kế đầu xe nhỏ để giảm một phần hệ số cản không khí
Top 5 mẫu xe được thiết kế có hệ số cản không khí thấp nhất
Hệ số này không đại diện cho cả một dòng xe mà được gắn với từng chiếc xe riêng biệt. Hãy cùng lướt qua 5 mẫu xe có hệ số thấp nhất trên thị trường hiện nay!
Mercedes EQS (từ 2021) – 0,202
Mercedes được biết đến không chỉ nhờ vào vẻ ngoài sang trọng, tinh tế. Mà còn nổi tiếng với khả năng vận hành cực kỳ mượt mà, êm ái. Các mẫu xe sử dụng động cơ xăng/ dầu của hãng có hệ số cản cực thấp. Cụ thể là dòng EQXX lên đến 0,17.
Riêng đối với dòng EQS là mẫu có hệ số cản không khí thấp nhất, chỉ 0,202.
Tesla Model S (từ 2012) – 0,208
Tesla là thương hiệu xe sở hữu hành trình ấn tượng với khả năng tăng tốc đỉnh cao. Đặc biệt bản Model S được thiết kế tối ưu khí động học. Giúp xe có thể di chuyển được đến 651 km chỉ với một lần sạc 100 kWh.
Hệ số cản không khí 0,208 kết hợp với các thiết kế gầm phẳng và tay nắm cửa ẩn. Cùng nhiều ưu điểm khác đã góp phần tạo nên thành quả này cho dòng Model S của hãng.
BMW series 5 Efficient Dynamics (2011 – 2013) – 0,22
BMW series 5 Efficient Dynamics được trang bị bộ vành hợp kim khí động học. Cùng bộ lốp với lực cản thấp giúp chỉ số cản không khí của xe chỉ có 0,22. Làm giảm thiểu tối đa chi phí vận hành và mức tiêu hao nhiên liệu của xe.
Ngoài ra, hộp số của xe cũng được hãng thay đổi. Mục đích nhằm giảm vòng tua ở dải tốc độ cao. Vậy nên xe có thể vận hành nhẹ nhàng và êm ái hơn nhiều.
Mercedes A-class sedan (từ 2018) – 0,22
Mercedes đang không ngừng nỗ lực nâng cấp và cải thiện cái dòng xe của hãng. Ngay cả những mẫu xe tiêu chuẩn A-class cũng không là ngoại lệ. Khi chỉ số cản không khí cũng được giảm chỉ còn 0,22. Điều này làm cho cái tên của Mercedes xuất hiện đến 2 lần trong top 5 những chiếc xe có hệ số cản không khí thấp nhất hiện nay.
Porsche Taycan (từ 2019) – 0,22
Porsche Taycan gây ấn tượng mạnh mẽ với hình dáng “lùa gió”, giúp xe vận hành được đến 480 km chỉ trong một lần sạc đầy.
Thiết kế này được tạo ra nhờ thử nghiệm vật lý trong đường hầm gió khoảng 1500 giờ và tính toán dựa trên mô phỏng luồng khí tác động quanh xe bằng kỹ thuật 3D trên máy tính.
Hệ số cản không khí ngày càng được chú trọng hơn trong nhiều năm gần đây vì nó có ý nghĩa rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho người điều khiển xe và góp phần bảo vệ môi trường đang ngày một ô nhiễm.
Bài viết hữu ích: Các loại biển báo và vạch kẻ trên cao tốc tài xế mới cần nhớ
Mong rằng bài viết về vai trò của hệ thống cản không khí trong thiết kế ô tô đã giúp bạn có thêm kiến thức về cơ chế vận hành của xe ô tô – phương tiện mà bạn vẫn đang gặp và di chuyển hàng ngày!