Ảnh hưởng của khí động học đối với xe điện (so với xe xăng dầu)

Đối với một chiếc xe sử dụng động cơ đốt trong (ICE) thì hệ số cản gió hay khí động học thường không thực sự được chú ý đến, trừ khi đó là một chiếc xe thể thao. Thế nhưng mọi chuyện đã thay đổi trong kỷ nguyên xe điện.

Khi việc tăng phạm vi di chuyển của một chiếc xe điện trở thành yếu tố quan trọng nhất thì tính khí động học của nó lại là đề tài cần quan tâm. Vậy khí động học là gì mà các hãng xe điện lại quan tâm đến như vậy?

Khí động học (aerodynamics) của một chiếc xe là cách mà không khí di chuyển xung quanh chiếc xe, được xác định bằng tích số giữa diện tích tiếp xúc trực diện và giá trị Cd (hệ số cản).

Trong kỹ thuật, Cd là một đại lượng được sử dụng để định lượng lực cản của một vật thể trong môi trường chất lỏng. Và nếu các thông số nêu trên là quá khó hiểu, hãy hiểu đơn giản là nhìn chung, hệ số cản gió càng thấp thì càng tốt.

Và nếu đã đề cập đến khí động học mà không đề cập đến chiếc Audi 100 thì quả là thiếu sót. Bạn có biết, chiếc Audi 100 đời 1982 được chính hãng xe xác nhận là mẫu sedan có tính khí động học tốt nhất trên thế giới vào thời điểm nó được ra mắt? Hệ số Cd của chiếc xe chỉ là 0.3!

Một chiếc xe thương mại thông thường hiện nay cũng chỉ có giá trị quanh con số này. Điều đó chứng tỏ rằng con số 0.3 của Audi là điều rất khó đạt được ở thời điểm 40 năm trước.

Vậy thiết kế nào đã làm nên những chiếc xe có tính khí động học tốt đến như vậy? Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng thứ hiệu quả nhất về mặt khí động học trên hành tinh là một giọt nước với giá trị Cd là 0.05. Từ đây, các nhà thiết kế đã cố gắng để tạo ra một chiếc xe với hình dáng tương tự. Nó giải thích tại sao rất nhiều xe điện đời mới như Mercedes-Benz EQS và Hyundai Ioniq 6 lại có thiết kế giống những giọt nước.

Đối với Audi, kể từ khi bắt đầu tập trung vào các đặc tính khí động học của những chiếc xe thương mại từ những năm ’80, thiết kế xe theo hình dạng nêm đã trở thành tiêu chuẩn. Theo Audi, nó giúp giảm áp suất âm và giữ cho giá trị Cd ở mức thấp.

Marcel Straub – Kỹ sư trưởng về quản lý khí động học và nhiệt tại Porsche Engineering đã giải thích về khí động học như sau: “Ở vận tốc trên 80 km/h, lực cản khí động học trở nên quan trọng hơn lực cản lăn của lốp. Và chúng là bình phương của vận tốc, vậy nên khí động học là yếu tố quyết định đến mức tiêu thụ nhiên liệu, đặc biệt là khi lái xe trên đường cao tốc.”

Dẫu biết rằng dành nhiều sự quan tâm vào khí động học sẽ giúp chiếc xe tiết kiệm nhiên liệu, nhưng tại sao chỉ trong một vài năm trở lại đây vấn đề này lại liên tục được đưa ra để thảo luận?

Trái ngược với xe sử dụng động cơ đốt trong (thường chỉ chú trọng vào cải thiện hiệu suất của động cơ), mối quan tâm của xe điện lại nằm ở quãng đường di chuyển của xe. Và hai yếu tố chính ảnh hưởng đến quãng đường di chuyển là dung lượng pin và lực cản không khí.

Theo tiến sĩ Thomas Wiegand – Giám đốc bộ phận khí động học tại phòng nghiên cứu & phát triển của Porsche AG, hệ thống truyền động điện có hiệu suất cao hơn nhiều so với động cơ đốt trong, vì vậy các yếu tố tiêu thụ năng lượng khác trở nên quan trọng hơn nhiều.

May mắn là, tạo ra một thiết kế tối ưu trên xe điện cũng đơn giản hơn trên xe dùng động cơ đốt trong. Lý do là vì các bộ phận của xe điện có thể được thiết kế phẳng hơn xe xăng.

Một ví dụ đơn giản là gầm xe. Một chiếc xe với động cơ đốt trong cần một luồng không khí để làm mát một số thành phần bên dưới xe. Điều này vô tình lại tạo ra sự hỗn loạn luồng khí và khiến cho chúng có hệ số cản gió cao. Trong khi đó, xe điện có thể được thiết kế phẳng vì không cần làm mát quá nhiều chi tiết trên xe.

Marcel Straub thậm chí còn tin rằng xe hơi sẽ thay hình đổi dạng trong tương lai: “Ví dụ, phần đuôi xe có thể trở nên góc cạnh hơn ở tốc độ cao để tạo thành các cạnh phân tách sắc nét hơn. Bên cạnh đó, các vật liệu mới với đặc tính có thể thay đổi hình dạng có thể là cơ sở cho điều này.”

Song song với những cải tiến trong thiết kế, sự phát triển của máy móc cũng giúp việc chế tạo một chiếc xe có hiệu suất khí động học cao trở nên đơn giản hơn nhiều so với trước đây. Các kỹ sư và nhà thiết kế giờ đây có thể kiểm tra thiết kế của họ dễ dàng hơn trước. Các mô phỏng đã được thực hiện nhanh hơn và chính xác hơn nhờ hệ thống tính toán của máy tính.

Chưa hết, nhiều phép đo từ đường hầm gió và kết quả mô phỏng có sẵn cũng giúp cho quá trình phát triển xe hơi sau này không đi vào những sai lầm trước đó. Đặc biệt nhất là hiện tại, một số hãng đã đưa trí tuệ nhân tạo vào để tính toán các thông số, nhờ đó cần ít thời gian hơn để có thể tạo ra một chiếc xe có được đặc tính khí động học cao.