Làm thế nào để một chiếc xe hơi trở nên nhẹ hơn?

Ngày nay, ở các nước có ngành công nghiệp phát triển. Thì việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu nhẹ trên các phương tiện giao thông vận tải đang trở thành yếu tố cốt lõi. Vậy làm thế nào để một chiếc xe hơi trở nên nhẹ hơn?

Tại sao cần phải sử dụng vật liệu nhẹ cho xe hơi

Giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu

Kể từ lúc ngành công nghiệp ô tô còn sơ khai. Một chiếc xe được sản xuất với mục đích giúp con người di chuyển đi lại sao cho bền bỉ và ít hư hỏng nhất. Người ta còn không nghĩ đến việc gắn thêm những thiết bị tiện ích lên chiếc xe của mình. Khi đó nhà sản xuất xe và các kỹ sư tập trung vào các tính năng như: động cơ mạnh mẽ, an toàn, cảm giác thoải mái và hạn chế được sự khắc nghiệt của khí hậu bên ngoài. Vì vậy, chiếc xe ô tô trở nên nặng hơn.

Ngày nay, để giải quyết các vấn đề về khí hậu các quốc gia trên thế giới đã đẩy mạnh việc cắt giảm lượng khí thải và cải thiện chất lượng không khí. Đó là những thử thách lớn cho các kỹ sư trong việc thiết kế và xây dựng quy trình sản xuất ô tô. Liên tục cắt giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ nhưng vẫn phải đảm bảo cảm giác thoải mái và an toàn cho người ngồi trong xe.

Các giải pháp

Có những giải pháp để cắt giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu như: sử dụng nguồn nhiên liệu thay thế, tối ưu hóa động cơ, tối ưu hóa thân xe từ bên trong lẫn bên ngoài cho nó nhẹ hơn.

Hiện nay, khi xe điện và xe tự lái ngày càng trở nên phổ biến. Chúng ta tiếp tục tìm kiếm các nguồn năng lương thay thể khác như năng lượng mặt trời, năng lượng gió.. Nhưng suy cho cùng dù cho có sử dụng bất kỳ nguồn năng lượng tiêu hao nào thì sử dụng vật liệu nhẹ có hiệu suất cao trên chiếc xe và trong cả quá trình sản xuất là hai yếu tố cốt lõi nhất.

Tại sao việc giảm lượng khí thải của ngành giao thông vận tải đóng góp phần lớn cho việc cải thiện chất lượng không khí. Theo cơ quan bảo vệ môi trường ở Hoa Kỳ ngành giao thông vận tải đóng góp 27% lượng khí thải trên toàn cầu. Trong khi đó Liên Minh Châu Âu chỉ ra rằng 24% lượng khí CO2 đến từ ngành giao thông vân tải trong đó có 20% là từ giao thông đường bộ.

Cùng với đó xu hướng trên toàn cầu như xu hướng đô thị hóa ở các quốc gia đang phát triển. Hiện nay có khoảng 54% người dân đang sinh sống ở các đô thị và con số này ngày được tăng lên. Nền kinh tế ở các nước đang phát triển như Châu Á sẽ thúc đẩy nhu cầu du lịch của người dân khi điều kiện kinh tế của họ được cải thiện. Từ đó, nhu cầu đi lại của hành khách cũng ngày càng tăng lên.

Các mục tiêu giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu ở Liên Minh Châu Âu

Liên minh châu Âu (EU) đặt mục tiêu giảm lượng khí thải CO2 trên tất cả các lĩnh vực bao gồm Giao Thông Vận Tải. Mục tiêu lũy tiến đến năm 2050. Đến năm 2050 dự định giảm 20% lượng khí thải so với mức năm 1990.

Các mục tiêu cụ thể được đặt ra cho ngành giao thông vận tải. Vì ngành này chiếm khoảng một phần tư tổng lượng khí thải nhà kính ở châu Âu. Theo ủy ban cộng đồng châu Âu, xe hơi chiếm 12% của tổng lượng khí thải CO2 ở châu Âu.

Tháng 11 năm 2017, Ủy ban cộng đồng châu Âu công bố các quy đinh mới về giới hạn lượng khí thải. Chính các quy định mới này thúc đẩy các nhà sản xuất cắt giảm lượng khí thải cho xe du lịch và xe thương mại xuống thấp hơn 30% vào năm 2030 so với năm 2021.

Tìm kiếm sự cân bằng: trọng số kỳ vọng của người sử dụng xe

Khi sử dụng phương tiện đi lại như một chiếc xe hơi. Hầu hết các khách hàng mong muốn sự an toàn, động cơ mạnh mẽ, và có thể tích hợp những thiết bị tiện nghi.

Làm thế nào để các nhà sản xuất ô tô có thể cân bằng được mục tiêu của chính phủ, sự kỳ vọng của khách hàng, và lợi nhuận.

Giải pháp về an toàn hiện nay người lái xe có thể được tích hợp các phần mềm trợ lái như phát hiện chênh lệch làn đường và phanh tránh va chạm.

Những chiếc ô tô cũng có thể được thiết kế nhẹ hơn bằng cách sử dụng các vật liệu mới tiên tiến. Như Glass bubbles, hay các giải pháp kết dính nhẹ có độ bền cao (băng keo cường lực). Từ các giải pháp từ các chuyên gia 3M chúng ta có thể một phần giải đáp câu hỏi “Làm thế nào để một chiếc xe hơi trở nên nhẹ hơn?”

Các loại vật liệu siêu nhẹ

AL (NHÔM): Nhôm là một vật liệu kim loại phổ biến khác được sử dụng trong ngành sản xuất ô tô và tỷ lệ được tang lên mỗi ngày một nhiều. Nhôm là vat liệu nhẹ có độ chống gỉ sét cao. Thông thường được đung ở các vị trí như: trần xe, nắp cốp, ốp cửa. Sử dụng nhôm có thể giảm trọng lượng xe đến 60%. Tuy nhiên những chiếc xe làm nhiều vật liệu nhôm có giá thành cao vì nhôm có giá cao hơn và phương pháp gia công định hình phức tạp hơn thép. Những chiếc xe đắt tiền có xu hướng dung nhiều nhôm hơn.

Carbon fiber (Sợi Carbon):

Vật liệu sợi Carbon có tỷ trọng nhẹ bằng một nữa  và có độ bền gấp bốn lần thép. Sử dụng vật liệu sợi Carbon có thể giảm trọng lượng chiếc xe đến 70%. Vấn đề lớn cho việc sử dụng loại vật liệu này là chi phí cao, công nghệ gia công phức tạp và khó tái chế hơn là thép và nhôm.

Vật liệu sợi Carbon thường được sử dụng trong ngành hàng không và xe cao cấp.

Magiê: Là vật liệu có tỷ trọng thấp trong tất cả vật liệu kim loại được ứng dụng trên xe ô tô hiện tại sử dụng trong hệ thống truyền lực. Magie được sử dụng từ năm 1979 nhưng gặp khó khăn lớn về phương pháp gia công.

Titanium được sử dụng nhiều ở phần hệ thống xả và có khả năng chịu nhiệt tốt. Titan có độ bền cao tuyệt vời nhưng giá thành đắt.

Plastics (Nhựa)

Nhựa được sử dụng rộng rãi trong nội thất và cản xe ô tô. Nhựa có độ cứng cao và hiệu quả về chi phí. Chất độn Glass Bubbles độ cứng cao được cho vào thành phần của nhựa khi gia công để giảm tỷ trọng thậm chí nhẹ hơn và độ bảo tồn hạt cao.

Xem thêm: HẠT CẦU RỖNG THỦY TINH 3M TRONG CÔNG NGHIỆP Ô TÔ

Sự khác biệt khi một chiếc xe hơi sử dụng vật liệu nhẹ

• Magnesium: 30-70% cải thiện trọng lượng
• Carbon fiber composite: 50 – 70%
• Aluminum & AL matrix composites: 30 – 60%
• Titanium: 40-55%
• Thép chất lượng cao: 15-25%

Các vị trí ứng dụng

Xu hướng đổi mới các loại vật liệu

Một số thử thách khi ứng dụng vật liệu mới

Sự khác nhau về nhiệt độ nóng chảy
Điểm nóng chảy khác nhau giữa các loại vật liệu. Khó kiểm soát quy trình gia công.

Ăn mòn
Sự tương quan ăn mòn điện hóa khi tiếp xúc với độ ẩm.

Hệ số giãn nở nhiệt trên lệch
Sự khác nhau của hệ số giãn nở nhiệt của các vật liệu dẫn đến sự giãn nỡ khác nhau ở trong buồng sơn.

Tăng chi phí
Quá trình nghiên cứu và thực nghiệp các loại vật liệu mới để đáp ứng được quy trình sản xuất mất nhiều thời gian và chi phí.

Khả năng cung ứng
Nhà sản xuất ô tô đang phân hóa nền tảng sản xuất phân bố trên toàn cầu. Khả năng cung ứng trên toàn thế giới từ nhiều nhà cung cấp là rất quan trọng.

Khả năng tái chế
Hầu hết các vật liệu được sử dụng làm xe hơi nên có khả năng tái chế cao để đóng góp cho môi trường và các quy định.

Khả năng sửa chữa
Những chiếc xe khả năng sửa chữa thấp sẽ tăng chi phí bảo hành tăng dẫn đến doanh số thấp.

Khả năng vận hành
Sự thay đổi vật liệu mới cần phải thay đổi quy trình sản xuất và trình độ của các kỹ sư trong nhà máy.

Ứng dụng giải pháp kết dính siêu nhẹ

Hiện nay, vật liệu được sử dụng trên xe ô tô đang ngày càng đa dạng. Vì vậy, các giải pháp liên kết truyền thống đang gặp nhiều hạn chế.

Các giải pháp kết dính mới như keo, băng keo đang có xu hướng thay thế các giải pháp truyền thống và chiếm tỷ lệ cao trong ngành sản xuất ô tô.

Tại sao dùng keo mang lại hiệu quả hơn?

Sự đa dạng vật liệu ứng dụng trong ngành sản xuất ô tô dẫn đến các phương pháp kết dính truyền thống gặp nhiều hạn chế nhất định. Phương pháp hàn không sử dụng được khi kết dính hai loại vật liệu khác nhau. Trong khi đó phương pháp Rivets, ốc vít gặp khó khăn bởi sự ăn mòn khi gặp thời tiết khắc nghiệt.

Giải pháp kết dính sử dụng keo và băng keo ngày càng trở nên hiệu quả. Với khả năng có thể kết dính nhiều loại vật liệu với nhau, bền hơn với thời tiết. Ngoài ra giải pháp liên kết từ keo và băng keo có khả năng giảm sự truyền rung động và tiếng ồn.

Sử dụng giải pháp kết dính thế nào là phù hợp

Cũng như các phương pháp kết dính cơ học khác thì khi sử dụng keo và băng keo chúng ta cũng cần phải lựa chọn đúng loại keo để áp dụng cho bề mặt vật liệu cần dán.

• 1. Băng keo cường lực 3M (kết dính ốp phụ kiện trang trí bên ngoài)
• 2. Băng keo cường lực 3M (Dán ron cao su trên cửa)
• 3. Phim cách nhiệt 3M (Phim cách nhiệt 3M dán lên kính xe)
• 4. Băng keo cường lực 3M Die-Cutable (Dùng để dán bảng tên logo)
• 5. 3M™ Exterior Trim Film (dùng để thay thế các ốp viền bằng thép giúp nhẹ nhàng và tạo sự khác biệt)
• 6. Hạt cầu thủy tinh 3M (3M™ Glass Bubbles) dùng cho các chi tiết nhựa, composites
• 7. Hạt cầu thủy tinh 3M (3M™ Glass Bubbles) dùng trong chất trám trét (sealants), hoặc phủ gầm.
• 8. Phim bảo vệ bề mặt sơn 3M PPF (3M™ Paint Protection Film)
• 9. Phim đổi màu sơn 3M (3M™ Paint Replacement Film)
• 10. Keo kết cấu 3M (Kết dính trần xe)
• 11. 3M Wheel Weight
• 12 Băng keo kết cấu 3M (Dán định vị các phụ kiện lên mặt kính)

Các loại băng keo cường lực

Những chiếc xe trong tương lai

Chúng ta hoàn toàn có thể kỳ vọng những chiếc xe trong tương lai có thể sử dụng các nguồn năng lượng thay thế như: năng lượng mặt trời, năng lượng gió,… Trong khi đó các nhà nghiên cứu, các chuyên gia vẫn luôn tiếp tục hướng đến các loại vật liệu nhẹ hơn. Dù cho sử dụng bất kỳ nguồn năng lượng tiêu hao nào thì việc tối ưu hóa trọng lượng chiếc xe sẽ hỗ trợ rất nhiều trong việc khắc phục những khó khăn khi ứng dụng nguồn năng lượng mới. Và việc làm thế nào để một chiếc xe hơi trở nên nhẹ hơn? Có thể là yếu tố chính để tối ưu hóa những chiếc xe.