Lực cản lăn của bánh xe là gì?
Để vượt qua “hệ số cản lăn” của lốp sẽ yêu cầu tiêu thụ ước tính khoảng 4-15% năng lượng của xe tùy thuộc vào xe và điều kiện lái xe. Theo Michelin, lực cản lăn của lốp cũng là nguyên nhân gây ra tới 4% lượng khí thải carbon-dioxide trên thế giới.
Tại sao và làm thế nào mà lốp xe lại tạo ra nhiều lực cản như vậy? Nó liên quan đến sự tương tác giữa lốp xe và mặt đường khi xe đang chuyển động. Lốp xe hầu như luôn được quan sát khi đứng yên, và vì vậy chúng ta có xu hướng coi chúng như những vật thể cố định, không thay đổi. Trong thực tế, lốp xe rất hoạt động và tương tác trong quá trình sử dụng.
Trong khi chịu tải và lăn, mặt lốp phải biến dạng so với mặt đường và sau đó trở lại trạng thái tĩnh. Sự biến dạng của lốp tiếp xúc và tương tác với mặt đường là rất quan trọng đối với độ bám và hiệu suất của xe, nhưng quá trình này đòi hỏi một năng lượng đáng kể.
Lực cản lăn là năng lượng mà xe cần để giữ bánh xe di chuyển ở vận tốc nhất định trên một bề mặt. Nói cách khác, đây là lực cần thiết giúp bánh xe lăn. Yếu tố chính tạo ra lực cản lăn là do sự đàn hồi trễ của các vật liệu chế tạo lốp xe. Cơ bản, hiện tượng này là quá trình tiêu phí năng lượng xảy ra khi do sự biến dạng liên tục của lốp xe khi lăn. Động cơ xe phải vượt qua lực cản lăn này khi di chuyển, dẫn đến việc tiêu hao nhiên liệu.
Có thể loại bỏ lực cản lăn được không?
Lực cản lăn xảy ra bất kì khi nào lốp xe tiếp xúc với mặt đường và có xu hướng quay. Tuy nhiên, mặc dù không thể loại bỏ hoàn toàn, nhưng có thể giảm lực cản lăn này. Vì lực cản lăn sinh ra do độ trễ đàn hồi, lốp xe được thiết kế từ những hợp chất đặc biệt với khả năng chống sinh nhiệt tốt hơn, giảm sự biến dạng của lốp để giảm tiêu phí năng lượng hơn. Đây được xem là những dòng lốp có lực cản lăn thấp.
Lốp có lực cản lăn thấp là gì?
Lốp có lực cản lăn thấp là loại lốp được thiết kế để giảm tổn thất năng lượng khi bánh xe lăn, giảm nỗ lực lăn cần thiết – và trong trường hợp ứng dụng ô tô, cải thiện hiệu suất nhiên liệu của xe, bởi vì một chiếc xe thông thường sẽ cần khoảng 5–15% lượng nhiên liệu tiêu thụ để khắc phục lực cản lăn.
Lốp có lực cản lăn thấp có thành bên mỏng hơn, rãnh gai nông hơn và hợp chất cao su đặc biệt làm cho chúng nhẹ hơn và di chuyển xa hơn bằng cách sử dụng động lượng thay vì sức đạp.
Lốp mới tạo ra nhiều lực cản lăn hơn so với lốp mòn đơn giản vì chúng có nhiều rãnh hơn, đồng nghĩa với việc bám đường hơn và nhiều lực cản hơn. Bởi vì lực cản lăn giảm xuống theo thời gian – khoảng 20% tổng thể trong suốt vòng đời của lốp.
Lốp xe có lực cản lăn thấp phù hợp hơn bao giờ hết và chỉ hứa hẹn ngày càng quan trọng khi các hạn chế về môi trường (tiêu chuẩn tiết kiệm nhiên liệu) đối với xe được tăng cường và chi phí nhiên liệu tăng. Các nhà sản xuất xe đang dựa rất nhiều vào các nhà sản xuất lốp xe để đóng vai trò chính trong việc đạt được các tiêu chuẩn tiết kiệm nhiên liệu hiện đại. Chưa kể, sự ra đời và phát triển của xe điện – lực cản lăn của lốp có ảnh hưởng trực tiếp đến phạm vi sử dụng, tính thực dụng và do đó là sự hấp dẫn của người tiêu dùng.
Lợi ích của lốp có lực cản lăn thấp
Với những người lái quan tâm đến vấn đề tiết kiệm nhiên liệu, thì câu trả lời là có. Lốp có lực cản lăn thấp có thể giúp tiết kiệm nhiên liên hơn rất nhiều so với lốp thông thường. Bộ Năng Lượng Mỹ đã thực hiện nghiên cứu cho thấy việc sử dụng lốp xe có lực cản lăn thấp giúp tiết kiệm nhiên liệu hơn lên đến 10%. Tuy nhiên, với đa số người lái, lốp có lực cản lăn thấp chỉ tiết kiệm nhiên liệu ở mức khoảng 3%. Mặc dù nghe có vẻ không nhiều, nhưng khi sử dụng trong thời gian dài, bạn có thể tiết kiệm đáng kể chi phí nhiên liệu cũng như lượng nhiên liệu tiêu hao.
Hạn chế của lốp có lực cản lăn thấp
Như một quy luật trong cuộc sống, bạn không thể có được tất cả mọi thứ, và điều này đúng với trường hợp của lốp có lực cản lăn thấp, trừ khi công nghệ mới được giới thiệu. Ví dụ, một nhà sản xuất lốp có thể giảm độ sâu gai lốp để giảm lực cản lăn. Nhưng, điều này đồng nghĩa độ bền lốp cũng sẽ giảm. Ngoài ra, lốp xe có lực cản lăn thấp cứng hơn và có xu hướng kêu to hơn và chạy gồ ghề hơn. Lốp có lực cản lăn thấp đồng nghĩa với độ bám của lốp cũng thấp, do đó loại lốp này không được sử dụng cho các xe địa hình.
Làm sao để đạt được lốp có lực cản lăn thấp?
1. Thiết kế gai lốp
Để hiểu được ảnh hưởng của gai lốp đối với lực cản lăn, ta xem xét một ví dụ về thiết kế kém hiệu quả, lốp xe địa hình. Được thiết kế với các khối gai lớn kết hợp với độ sâu gai lốp tạo ra hệ số cản lăn đáng kể. Khi loại lốp này lăn, năng lượng đáng kể được tiêu tốn để vượt qua các khối gai lốp lớn, riêng lẻ khi chúng tiếp xúc, uốn cong và biến dạng so với mặt đường. Năng lượng cần thiết để vượt qua loại thiết kế gai lốp này giống với năng lượng bổ sung cần thiết để đạp một chiếc xe đạp có lốp chưa căng.
Đặc điểm gai lốp có lực cản lăn thấp thì ngược lại. Thay vì các khối gai lốp riêng biệt và độ sâu gai lốp được thiết kế để đào và bám địa hình, gai lốp có lực cản lăn thấp có xu hướng thiết kế liền kề, kết nối và nông hơn. Các khối gai lốp không kết nối riêng lẻ nhiều với mặt đường mà lăn liền mạch hơn như một khối liên kết với nhau.
2. Hợp chất lốp xe
Thành phần của gai lốp có thể được điều chỉnh cho các mục đích hiệu quả. Những tiến bộ của hợp chất lốp hiện đại đã cho phép lốp cứng hơn, tiết kiệm năng lượng hơn. Lốp xe mát hơn khi sử dụng, ít mất năng lượng do nhiệt hơn và tăng hiệu quả.
3. Thành bên lốp cứng
Giảm bớt quá trình biến dạng là một cách khác mà có thể đạt được lực cản lăn thấp. Tiếp tục xem xét sự tương tự của lốp xe đạp chưa đầy hơi: Lốp xe sẽ dễ dàng biến dạng, việc đạp qua sự biến dạng và giãn nở của lốp khi chúng kết nối với mặt đường là thứ đòi hỏi rất nhiều năng lượng. Bằng cách làm cứng thành lốp và giảm hiệu ứng này, nhu cầu năng lượng sẽ giảm.
4. Vết tiếp xúc lốp nhỏ hơn
Cho dù thiết kế mặt lốp và cấu tạo lốp hiệu quả đến đâu, thì lực cản lăn là không thể tránh khỏi. Do đó, giảm vết tiếp xúc của lốp – diện tích bề mặt tổng thể nơi lốp tiếp xúc với đường – là một phương pháp đơn giản để giảm lực cản lăn. Ví dụ, lốp rộng 6″ (155 mm) sẽ tạo ra lực cản lăn ít hơn 40% so với lốp rộng 10″ (255 mm). Đây là lý do tại sao bạn thường thấy lốp xe hẹp hơn được trang bị cho xe hybrid và xe điện.
5. Giảm trọng lượng lốp
Trọng lượng xe “không treo” là trọng lượng có ảnh hưởng đặc biệt đến cả động lực và hiệu quả xử lý của xe. Trọng lượng không treo của xe bao gồm lốp, bánh xe, phanh và hệ thống treo. Giảm trọng lượng này có thể mang lại lợi ích cụ thể về hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu.
