Vai trò của hệ số cản không khí trong thiết kế ô tô

Các nhà sản xuất ô tô đã đưa hệ số lực cản không khí vào số liệu thống kê nhiều hơn trong thập kỷ qua. Điều này trùng hợp với thời điểm chuyển đổi sang các dòng ô tô thân thiện với môi trường. Vậy hệ số cản không khí và ô tô thân thiện môi trường có mối liên hệ như thế nào?

1. Hệ số cản không khí là gì? 

Hệ số cản không khí Cd (viết tắt của Car Drag Coefficient) có tác động mạnh mẽ tới vận tốc tối đa, độ ổn định và mức tiêu hao nhiên liệu của xe. Khi xét tính động lực học của chất lỏng, hệ số cản không khí là một đại lượng xác định lực cản hoặc kháng của vật thể trong các môi trường không khí hoặc nước.

Đối với xe ô tô, hệ số cản là lực do không khí xung quanh gây cản trở cho xe di chuyển chậm hơn. Việc tính hệ số cản không khí được thực hiện bằng một công thức toán học phức tạp liên quan đến tốc độ, mật độ không khí, bề mặt tiếp xúc cũng như khu vực đầu xe. Do vậy, hệ số lực cản không khí cũng liên quan đến việc thiết kế các hầm gió trong thí nghiệm. 

Nhà sản xuất có thể xác định hệ số cản không khí của ô tô bằng cách phân tích lực cản tác dụng lên xe ở một vận tốc nhất định. Trong công thức, khu vực đầu xe là thành phần gây ảnh hưởng lớn nhất đến thiết kế ô tô và các phần còn lại.

Lực cản có thể được xác định bằng cách thử nghiệm vật lý trong đường hầm gió hoặc tính toán động lực học của chất lỏng (viết tắt là CFD) mô phỏng dòng chảy của chất lỏng thông qua chương trình máy tính.

Mặc dù cả hai phương pháp tính trên đều có cơ sở, nhưng thử nghiệm vật lý vẫn là phương án mang lại kết quả chính xác nhất trong ngành kỹ thuật. 

Trong thử nghiệm vật lý, các hiệu ứng của không khí khi đi qua xe trong thế giới thực sẽ được ghi lại để chỉnh sửa thiết kế ô tô cần thiết đối với thân xe.

2. Vai trò của hệ số cản không khí trong thiết kế ô tô

Hệ số cản không khí giữ vai trò quan trọng trong thiết kế ô tô. Hệ số này càng thấp thì xe càng đạt hiệu suất khí động học cao hơn. Khi đó, ô tô sẽ vận hành mượt mà, tăng tốc tốt hơn và đỡ tốn nhiên liệu hơn.

Như vậy, việc thiết kế ô tô với hệ số cản không khí thấp sẽ góp phần quan trọng vào sản xuất xe thân thiện với môi trường, giúp giảm thiểu khí thải đáng kể. 

Trong khi đó, những xe đua cần vào cua với tốc độ cao và chịu ảnh hưởng của lực ép xuống - sẽ được thiết kế với hệ số cao hơn. Vì lực cản càng cao thì lực ép càng lớn, xe đua sẽ cần sức cản lớn để tăng lực ép xuống mặt đường khi ôm cua tốc độ cao, giúp đảm bảo an toàn mà không bị hất văng ra.

Ô tô cần một lực kéo đủ lớn để giữ cả bốn bánh bám chắc trên mặt đường và có khả năng kiểm soát được. Đồng thời, nhà sản xuất cũng muốn bộ tản nhiệt và các bộ phận trao đổi nhiệt khác được làm mát tự nhiên bằng các luồng không khí. Do vậy, thiết kế ô tô đòi hỏi cân bằng giữa lực cản và lực ép xuống tùy theo mẫu xe và mục đích sử dụng.

Hiện tại, hệ số cản không khí 0,3 được coi là giá trị tiêu chuẩn, còn 0,2 là vượt trội. Để tối ưu hệ số cản, nhà sản xuất cần giảm thiểu sự xáo trộn của không khí di chuyển xung quanh xe nhiều nhất có thể.

Hệ số cản này sẽ tăng lên khi không khí va đập vào một số khu vực của ô tô và đổi hướng, làm giảm tốc độ hoặc bị xáo trộn trong quá trình di chuyển.Do đó, các kỹ sư ô tô sẽ điều hướng các luồng không khí đi thẳng và đúng hướng bằng cách thiết kế các vây, rãnh,... trên thân xe.

Bên cạnh đó, hệ số cản cũng là một phần của lực cản không khí. Phần đầu xe càng nhỏ thì lực cản càng nhỏ. Do vậy, các phương tiện nhỏ, ngắn hoặc hẹp sẽ ít chịu tác động lực cản không khí hơn đáng kể.

Hệ số cản không khí có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế ô tô đảm bảo tối ưu về tốc độ và mức tiêu thụ nhiên liệu. Tuy nhiên, việc cân bằng giữa lực cản và lực ép là điều cần thiết để đảm bảo an toàn cho người điều khiển khi ôm cua tốc độ cao.

Khách hàng có thể tham khảo đặt cọc online để sớm sở hữu các mẫu ô tô điện thông minh với khả năng vận hành mạnh mẽ và công nghệ hiện đại.

Liên hệ với chúng tôi nếu cần cung cấp, tư vấn thêm về các sản phẩm/dịch vụ của VinFast:

• Tổng đài trực tư vấn: 1900 23 23 89.
• Email chăm sóc khách hàng: [email protected] 

>>> Tìm hiểu thêm:

• Khí động học ảnh hưởng như nào đến ô tô và phương pháp cải thiện 
• Hệ thống kiểm soát lực kéo là gì? Điểm nổi bật và ứng dụng trên ô tô 

* Thông tin trong bài mang tính chất tham khảo.