Động lực 101: P1 – Các nguyên nhân lật xe

Ô tô là phương tiện phổ biến được sử dụng trên toàn thế giới. Đi cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các tính năng trên ô tô ngày càng được cải thiện và nâng cao. Tuy nhiên, đi kèm với sự phát triển này cũng là rất nhiều các vấn đề về an toàn và ổn định khi di chuyển. Vấn đề về tai nạn ô tô luôn là mối quan tâm hàng đầu của nhà sản xuất cũng như người sử dụng.

Có rất nhiều kiểu tai nạn giao thông có thể xảy ra trên đường, đặc biệt trong đó hiện tượng lật xe là vô cùng nguy hiểm. Hiện tượng này thường để lại hậu quả vô cùng nghiêm trọng về người và tài sản, thậm chí có thể dẫn đến tử vong. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu các nguyên nhân cơ bản dẫn đến hiện tượng lật xe dưới góc nhìn động lực học chuyển động.

Các kiểu lật xe

Có hai kiểu lật xe chủ yếu, đó là: lật dọc và lật ngang. Lật dọc (turnover) là hiện tượng xe bị lật ngửa với tất cả các bánh đều hướng lên trên, mui xe (và một phần của nắp capo) sẽ là phần tiếp xúc chính với mặt đường. Hiện tượng này thường xảy ra khi xe di chuyển với tốc độ cao và đột ngột đâm phải chướng ngại vật phía trước. Trên thực tế, tần suất xảy ra các vụ tai nạn lật dọc thường là không quá lớn.

Hiện tượng lật ngang thân xe (rollover) có tần suất xuất hiện nhiều hơn so với hiện tượng lật dọc. Khi xe bị lật ngang, các bánh xe hướng về cùng một phía. Toàn bộ (hoặc gần như toàn bộ) bề mặt bên của xe sẽ tiếp xúc với mặt đường. Có hai nguyên nhân chính gây ra hiện tượng lật ngang:

• Lật ngang do ngoại lực;
• Lật ngang do đánh lái đột ngột.

Lật ngang do ngoại lực

Một ví dụ của ngoại lực là lực gió ngang. Nếu xe có chiều cao trọng tâm lớn (thường là các dòng xe chở hàng), khi di chuyển trong những điều kiện thời tiết rất xấu (gió, bão lớn) thì nguy cơ bị lật ngang có thể xảy ra. Tuy nhiên, tình trạng này là khá hi hữu.

Lật ngang do đánh lái đột ngột

Khi xe đánh lái ở tốc độ cao, lực ly tâm xuất hiện. Điểm đặt lực ly tâm có thể quy về trọng tâm xe, với chiều hướng ra ngoài cung quay vòng. Lực ly tâm làm cho thân xe bị nghiêng về một phía, tải trọng hai bên của bánh xe cũng sẽ thay đổi (tải trọng dồn từ bánh xe phía trong sang bánh xe bên ngoài).

Trong đó là lực ly tâm, là khối lượng, là vận tốc vào cua, và là bán kính vòng cua.

Theo (1), ta thấy rằng lực ly tâm tỉ lệ thuận với bình phương vận tốc, vậy nếu xe chuyển động càng nhanh thì giá trị này càng lớn.

Lực này tạo ra một momen ly tâm, tạm gọi là momen gây lật xe. Momen gây lật này lại phụ thuộc vào chiều cao của trọng tâm xe. Do đó, những xe có kích thước lớn thì vấn đề mất ổn định sẽ nghiêm trọng hơn.

Khi momen gây lật thắng được momen chống lật của xe, bánh xe ở phía trong cung quay vòng bị nhấc khỏi mặt đường, hiện tượng mất ổn định thân xe bắt đầu xảy ra. Nếu góc nghiêng của thân xe vẫn tiếp tục tăng (trong khoảng thời gian rất nhỏ), xe có thể sẽ bị lật ngang. Ngoài ra, độ lớn của góc đánh lái (hay góc quay vô lăng), gia tốc đánh lái, kiểu đánh lái… cũng ảnh hưởng tới khả năng lật ngang của xe.

Để cải thiện tình trạng nguy hiểm này, đã có rất nhiều các biện pháp được đề xuất và sử dụng trên thực tế. Trong phần tới, Otoman sẽ tiếp tục giới thiệu các phương pháp hạn chế hiện tượng lật ngang thân xe thông dụng nhất. Mời bạn đón đọc.