Gặp tai nạn, xe thì vỡ nát, xe thì trơ trơ: 'Hấp thụ xung lực' tốt hay chất lượng thấp?

"Hấp thụ xung lực" là một trong những cụm từ đang thường xuyên được nhắc tới trên các diễn đàn, hội nhóm về xe khi xuất hiện các bài tai nạn giao thông. 

Các bài đăng này cho thấy hiện trường tai nạn giao thông mà ở đó, một chiếc ô tô bị vỡ nát phần đầu hoặc đuôi hay được mô tả là "hấp thụ xung lực tốt" và ngược lại - xe còn tương đối nguyên vẹn sau tai nạn được mô tả là "hấp thụ xung lực kém".

Câu hỏi được đặt ra là có phải cứ vỡ nát sau tai nạn thì là được thiết kế tốt?

VÙNG HẤP THỤ XUNG LỰC LÀ GÌ?

Vùng hấp thụ xung lực (tiếng Anh: Crumple zones, hoặc Crush zones) là các khu vực ở đầu hoặc đuôi xe được thiết kế để có thể biến dạng và hấp thụ lực trong tình huống tai nạn, từ đó giúp cho hành khách ngồi trong cabin xe an toàn hơn. Vùng hấp thụ xung lực do kỹ sư Béla Barényi của Daimler-Benz sáng chế và đăng ký bảo hộ sở hữu trí tuệ từ năm 1952.

Sau bản đăng ký đó, mẫu xe Mercedes-Benz W111 Fintail năm 1959 được xem là mẫu xe đầu tiên được thiết kế với vùng hấp thụ xung lực.

Thiết kế ra một mẫu xe có thể bị vò nát hoàn toàn trong tai nạn đương nhiên đơn giản hơn việc thiết kế một xe cứng-mềm đúng chỗ. Kỹ sư khi thiết kế xe sẽ cần tính toán đến các yếu tố như kích thước, trọng lượng xe, độ cứng của khung, hay độ lớn của lực có thể dẫn truyền đi. 

Một ví dụ đơn giản là xe đua thường phải chịu các va chạm có mức độ cao hơn so với các mẫu xe được chế tạo để đi trong thành phố; hoặc, các mẫu SUV thường phải chịu nhiều lực hơn khi gặp tai nạn so với xe nhỏ.

Vùng hấp thụ xung lực được thiết kế thế nào?

Thực ra, thông số chi tiết hay cách thức chế tạo vùng hấp thụ xung lực thường là các thông tin mà nhà sản xuất không muốn công bố - có thể là vì lý do bảo đảm bí mật sản xuất. Thông số của các vùng hấp thụ xung lực còn phụ thuộc vào kích thước và trọng lượng xe.

Kỹ sư thiết kế vùng hấp thụ xung lực phải cân đối giữa độ cứng và độ mềm của các chi tiết tham gia vào vùng này. Thiết kế vùng hấp thụ xung lực đơn giản có thể là khung xe với nhiều phần có thể bị bẻ cong hoặc gập vào nhau ở một số vị trí. Thiết kế phức tạp hơn cần tính toán đến các loại vật liệu khác nhau.

Có thể thấy rằng hai bên hông xe không có không gian để thiết kế vùng hấp thụ xung lực, do vậy mà hai bên hông có thiết kế khác để bảo vệ an toàn. Tiêu biểu như thanh gia cố nằm trong cửa, trụ B, hay khung kim loại dưới bệ cửa.

ĐIỀU GÌ DIỄN RA TRONG LÚC TAI NẠN?

Tai nạn thường xảy ra khi xe đang di chuyển - là lúc có nhiều lực đang cùng tác động lên chiếc xe. Lực tác động mà xe cần chống chịu hoặc hấp thụ trong tình huống này không cố định, sẽ phụ thuộc vào tốc độ và khối lượng của xe, cùng với đó là tốc độ và khối lượng của vật mà xe đâm phải. 

Vùng hấp thụ xung lực sẽ giải quyết 2 mục đích chính: Giảm thiểu lực ban đầu của vụ tai nạn, và phân phối lực này đến các bộ phận khác trên xe trước khi lực có thể tác động tới người ngồi trên xe.

Vùng hấp thụ xung lực sẽ giúp phân tán lực tác động. Chúng ta hiểu rằng khi gặp tai nạn và xe nhận lực tác động, toàn bộ lực đó cần phải có điểm đến. Chúng ta càng điều hướng được nhiều lực ra xa người ngồi trong xe thì an toàn càng cao. Toàn bộ tác động diễn ra trong tai nạn, như khung xe bị bẻ cong, vỡ kính... đều giúp làm hao tốn lực tác động. 

Nhiều bộ phận trên xe được thiết kế với kết cấu đặc biệt để khi tai nạn xảy ra có thể bị bẹp, hoặc gãy vỡ có chủ đích. Có thể lấy ví dụ về động cơ và hệ truyền động: Động cơ đốt trong là một khối kim loại có kích thước lớn và cứng, khó bị dập nát hơn (giả sử so với một thanh khung); vì vậy, khi xảy ra tai nạn từ phía trước thì cần thiết kế để khi có lực dồn ép tới thì khối động cơ có thể hướng xuống dưới cabin hoặc thậm chí tách rời khỏi xe.

Mục tiêu khi các kỹ sư thiết kế vùng hấp thụ xung lực là có thể hấp thụ tối đa lực tác động, hoặc nói cách khác là giảm thiểu tối đa lực có thể tác động đến cabin.

VÙNG HẤP THỤ XUNG LỰC LÀ CHƯA ĐỦ!

Thiết kế ô tô để tăng tính an toàn không chỉ cần tới vùng hấp thụ và phân tán lực mà còn phải đảm bảo cabin xe không bị vật lạ xuyên thủng và tác động tới người ngồi trong, đồng thời phải giữ cho hành khách không bị văng khỏi xe. Với triết lý này thì xe thường được thiết kế với vùng hấp thụ xung lực ở đầu và đuôi xe, cabin thì được thiết kế để ít bị biến dạng nhất có thể.

Túi khí có thể coi là một vùng hấp thụ xung lực, bởi khi người ngồi trong xe va phải, túi khí có tác dụng làm đệm đỡ cho các bộ phận cơ thể người.

Kỹ sư có thể tạo vùng hấp thụ xung lực rộng hơn bằng cách đẩy động cơ về sát cabin, nhưng thiết kế này không ổn vì động cơ khó bị biến dạng. Bên cạnh động cơ, bình xăng hay pack pin trên xe điện hoặc xe lai điện (hybrid) cũng cần được thiết kế để tránh gây ra cháy nổ. 

Tesla Roadster là một trong những mẫu xe điện đầu tiên của thời đại mới; mẫu xe này được chế tạo với hệ thống an toàn có thể ngắt và xả hết điện một cách an toàn khi xảy ra tai nạn.

Một mẫu xe có kích thước lớn có thể có nhiều không gian cho vùng hấp thụ xung lực, với các mẫu xe cỡ nhỏ thì các kỹ sư cần sáng tạo hơn. Ví dụ tiêu biểu là mẫu Smart Fortwo: Mẫu xe 3 cửa ngắn hơn KIA Morning gần 1 mét này có hình dáng có thể phân phối và chống chịu lực đâm va tốt nhất; bên cạnh đó thì mọi chi tiết của xe đều được tính toán để đảm bảo an toàn như lốp, bánh xe hay hệ thống treo được thiết kế để có thể biến dạng, gãy vỡ hoặc rơi ra khỏi vị trí để đảm bảo an toàn.