Nhìn vào những bức ảnh đăng tải đầy trên các mạng xã hội, không khó để nhận thấy những chiếc xe cổ xưa từ thế kỷ 20 hầu như không suy suyển khi va chạm trong khi nhiều mẫu xe mới lại dễ dàng bẹp dúm dó khi đụng vào thứ gì đó – dù chỉ là chiếc xe đạp hay con vật băng ngang đường. Điều này khiến nhiều người tự đặt câu hỏi – phải chăng ngành công nghiệp ô tô đang đi giật lùi về mặt công nghệ thân vỏ?
Nhìn vào những bức ảnh tai nạn ngày nay, nhiều người tự hỏi phải chăng thân vỏ những chiếc ô tô ngày càng…”lởm”?
Thực tế, trong giai đoạn đầu, các nhà sản xuất đã xuất xưởng những mẫu xe với thân vỏ rất cứng – hầu như không biến dạng nhiều khi va chạm. Hệ quả tất yếu của đặc tính này là toàn bộ lực va chạm đều tác động lên người lái. Ở thời điểm đó, tỉ lệ hành khách tử vong trong các vụ tai nạn là rất lớn. Phải mãi tới năm 1953, lần đầu tiên những kỹ sư xe hơi mới đề cập tới khái niệm “vùng biến dạng” (Crumple Zone).
Sau nhiều năm nghiên cứu, kĩ sư người Áo có tên Béla Barényi của Mercedes-Benz đã thành công khi lần đầu tiên tích hợp được phát minh nói trên vào thiết kế của chiếc W120. Tới năm 1967, chiếc Mercedes Heckflosse trở thành mẫu xe thương mại đầu tiên được quảng bá với tính năng an toàn bao gồm cả vùng biến dạng. Phần cốp của xe này cũng được tăng kính thước để tạo khoảng trống hấp thu lực tốt hơn – bảo vệ cho người ngồi bên trong khoang hành khách. Vậy, vùng biến dạng là gì? ích lợi và ảnh hưởng của nó tới sự an toàn của con người như thế nào?
Xe tông trực diện vào xe khách ở tốc độ cao nhưng bốn hành khách chỉ bị thương nhẹ nhờ các vùng biến dạng đã “hi sinh” hấp thu xung lực thay cho khoang lái (Nghệ An, năm 2014).
Khái niệm cơ bản về “Vùng biến dạng”
Để hiểu rõ hơn về vai trò của vùng biến dạng này, chúng ta sẽ cùng nhắc lại một số nguyên tắc cơ bản nhất về vật lý. Theo nguyên lý thứ nhất của Newton, một vật thể chuyển động sẽ duy trì chuyển động ấy ở cùng tốc độ và hướng cho tới khi bị tác động bởi một lực nào khác gây mất cân bằng.
Như thế, khi chiếc xe di chuyển ở khoảng 80km/giờ, cơ thể những người ngồi bên trong cũng sẽ có tốc độ tương tự. Nếu xe bất ngờ đâm vào đâu đó và dừng lại đột ngột, cơ thể sẽ vẫn di chuyển với tốc độ 80km/giờ. Kể cả khi cơ thể dừng lại (ví dụ như được giữ chặt nhờ dây bảo hiểm), nội tạng bên trong sẽ vẫn di chuyển theo đà quán tính và tiềm ẩn gây ra những chấn thương nội hết sức nghiêm trọng.
Vùng biến dạng được bố trí phía trước và sau trên xe Toyota Camry.
Trong khi đó, theo nguyên lý thứ hai của Newton, động lực được tính bằng khối lượng nhân với gia tốc. Nói cách khác, khi tai nạn xảy ra, lực tác động vào xe và người ngồi bên trong sẽ giảm đi đáng kể nếu khoảng thời gian để chiếc xe hay cơ thể con người dừng hẳn lại được tăng lên. Nhìn nhận ở góc độ này, chúng ta đã có thể lờ mờ nhận ra vai trò của các vùng biến dạng trong thiết kế khung-gầm-vỏ của một chiếc xe. Trong đó, quan trọng hơn cả là ba “nhiệm vụ” sau:
Thứ nhất, các vùng biến dạng – thường được đặt phía trước và phía sau xe – sẽ hấp thụ lực tác động từ các vụ đâm thông qua việc biến dạng vật liệu – thứ không hề có ở những chiếc xe đời cũ. Điều đặc biệt nằm ở chỗ trong khi hầu hết các thành phần xung quanh được thiết kế để biến dạng dễ dàng, toàn bộ khoang lái chính lại sẽ được gia cố cứng cáp hơn rất nhiều nhằm bảo vệ hành khách bên trong.
Vật liệu từng bộ phận, vị trí từng con ốc, loại chốt…đều được cân nhắc kĩ để chọn các điểm gãy, bung, vỡ có thể triệt tiêu tối đa xung chấn khi va chạm cũng như dễ dàng khắc phục, sửa chữa về sau.
Thứ hai, vùng biến dạng sẽ giúp trì hoãn va chạm. Thay vì để hai chủ thể cứng đập thẳng vào nhau, vùng biến dạng sẽ “hãm” va chạm – tăng thời gian từ lúc va chạm bắt đầu đến khi xe dừng hẳn. Điều này sẽ giúp cho tác động giảm đi đáng kể. Theo tính toán lý thuyết, nếu sự giảm tốc được kéo dài gấp đôi thời gian, tác động lực cũng sẽ giảm một nửa. Chính vì thế, chỉ cần kéo dài thời gian giảm tốc từ 0,2 giây lên 0,8 giây, các nhà sản xuất đã có thể giảm tác động lực tới 75%.
Thứ ba, vùng biến dạng cũng sẽ giúp chuyển hướng lực tác động. Lực này sẽ phải được hướng “né” khỏi các vị trí người ngồi bên trong khoang lái. Khi chiếc xe rơi vào tình huống va chạm, mỗi thành phần của nó cũng như con người bên trong đều “hưởng” một lực tác động nhất định. Nếu xe bị lật hoặc lăn, lực tác động sẽ còn lớn và phức tạp hơn nhiều. Khung gầm bị méo mó, vỏ nhàu nát, kính vỡ… dù xót xa về tiền bạc – nhưng đều là may mắn bởi lẽ tất cả những biểu hiện ấy đều cho thấy lực tác động đã được “tiêu” vào chỗ khác thay vì cơ thể con người.
Thử nghiệm của Toyota cho thấy tính hiệu quả thấy rõ của vùng biến dạng trong việc hấp thụ xung lực, bảo vệ khoang lái.
Vậy khi đâm thì xe nhỏ hay xe to có lợi hơn? Trái với quan niệm của nhiều người thường tư duy theo lối mòn “to là tốt”, cơ hội sống sót của người bên trong khoang lái khi va chạm xảy ra phụ thuộc rất nhiều vào cách mà các nhà sản xuất thiết kế những vùng biến dạng trên xe đó. Nhiều người thường có cách hiểu sai khi nhìn vào những chiếc xe hiện đại bị bẹp cả đầu đuôi khi va chạm và “xót tiền” hay cho là chiếc xe quả mỏng manh mà không nhận thấy rằng toàn bộ khoang lái vẫn giữ nguyên hình dạng, đảm bảo được cửa mở dễ dàng – đồng nghĩa rằng người ngồi bên trong được an toàn và có thể thoát ra nhanh chóng.
Trên một số mẫu xe nhỏ, các nhà sản xuất đôi khi không đủ chỗ để thiết kế vùng biến dạng đủ lớn như ý muốn nhưng không vì thế mà chúng kém an toàn hơn. Thay vào đó, các cải tiến thông minh như chuyển hướng lực va chạm “né” khỏi khoang lái, “tản” lực va chạm ra các bề mặt rộng hơn, hay thậm chí là các cơ chế cho phép những thành phần “rẻ tiền” và dễ thay thế nhất hi sinh thay… đều đã được đưa vào các sản phẩm thế hệ mới. Ở những dòng xe hiệu năng cao, nhiều thành phần khung gầm được sử dụng kết cấu tổ ong – vừa đảm bảo độ cứng cáp trong vận hành vừa cho phép “sập” – biến dạng dễ dàng khi có va chạm xảy ra.
Kết hợp với vùng biến dạng, khung kim loại siêu cứng bảo vệ hình dạng khoang lái cũng giúp người ngồi bên trong có thể mở cửa thoát ra hoặc được cứu hộ rất nhanh chóng.
Thậm chí, Volvo còn thiết kế một cơ chế riêng cho việc triệt tiêu lực trên xe nhỏ khi gắn ghế lái vào một cơ chế trượt trên đường ray với thụt giảm xóc nằm ngang ở phía trước. Khi cso va chạm, toàn bộ ghế và người lái sẽ trượt lên phía trước khoảng 12cm và thụt giảm xóc sẽ làm nhiệm vụ làm chậm lại lực tác động. Khi kết hợp với vùng biến dạng hấp thụ xung lực và túi khí, dây đai an toàn, nó sẽ giúp bảo vệ người lái trong các vụ va chạm trực diện.
Trong khi đó, không khó để nhận ra rằng những dòng xe hiện đại với thiết kế thân đơn mảnh luôn bảo vệ con người tốt hơn nhiều so với các dòng SUV trước kia. Thiết kế khung vỏ trên thân của SUV tuy không dễ bị méo mó nhưng lại thường truyền toàn bộ lực tác động bên ngoài tới người ngồi do thiếu đi các vùng biến dạng.
Vụ việc KIA Morning sau khi va chạm với một chiếc SUV hồi năm 2015, cả hai tài xế đều bị thương nhưng giữ được mạng sống do khoang lái được bảo vệ.
Đặc điểm trên cũng dẫn tới một hệ quả: khi một chiếc xe với vùng biến dạng được thiết kế tốt đâm vào xe tải hay SUV cỡ lớn không có thành phần tương đương, chúng thường bị móp méo nhiều hơn do phần lớn lực tác động đều được hấp thụ bởi chính xe có vùng biến dạng tốt hơn. Tuy nhiên, chắc chắn rằng trong tình huống ấy, những người bên trong cả hai xe vẫn có tỉ lệ sống sót cao hơn so với trường hợp hai chiếc xe không hề có vùng biến dạng va vào nhau.
Xe ngày càng “mềm oặt” là tốt hay xấu?
Điều đáng nói là cùng với sự phát triển nhanh chóng của các tính năng an toàn chủ động. Vai trò của vùng biến dạng ngày càng bị khoả lấp và trở nên ít quan trọng hơn trong con mắt suy xét đầy kĩ lưỡng của các “thượng đế”. Thậm chí, nhiều người thường xuyên ngộ nhận những ích lợi của thành phần này với những phán xét như: chất lượng xe kém, vỏ mỏng, hay “xe gì…như đồ tàu”.Đây là điều thực sự đáng lo ngại.
Thử nghiệm va chạm của Toyota Prius thế hệ mới (nền tảng TNGA 2) để đánh giá khả năng bảo vệ khoang lái và pin của xe, tiến hành tại trung tâm Higashi-Fuji hồi đầu tháng 9/2016.
Trên thực tế, chính sự phát triển của các thiết kế vùng biến dạng ngày một hiệu quả hơn đã khiến những tổ chức quản lý các quy chuẩn thử nghiệm va chạm như IIHS, NHTSA hay Euro NCAP… mạnh dạn nâng cấp các phép thử an toàn ngày càng khó vượt qua hơn. Thậm chí, những quy định bảo vệ người đi bộ hà khắc – đặc biệt là tại châu Âu – đã ảnh hưởng rất lớn tới thiết kế của những chiếc xe hiện đại.
Vùng biến dạng đã triệt tiêu toàn bộ xung lực hoặc “đẩy” chúng đi chỗ khác – bảo vệ an toàn cho khối pin ở chính giữa xe không bị hỏng hóc dẫn đến rò điện hay cháy nổ.
Với yêu cầu như thế, các nhà sản xuất cũng phải tính cả tới việc bảo đảm phần đầu và đuôi mỗi chiếc xe phải đủ độ mềm và tính đàn hồi nhất định để tránh gây thương tích nặng dẫn tới tử vong cho người đi bộ hay xe thô sơ khi có va chạm.
Mặt khác, chiều dài, độ cao nắp capo, góc đặt lưới ca lăng… và nhiều thành phần khác cũng phải được bố trí sao cho “lành” nhất, giảm thiểu tối đa các thương tích trong trường hợp tai nạn xảy ra. Thậm chí, ở các dòng xe cỡ nhỏ, phần cản trước cũng được bố trí để dễ dàng bung ra, giúp giảm đáng kể lực tác động trực diện nhằm giữ an toàn cho con người trong các va chạm nhỏ (thường thấy ở môi trường giao thông nội thị).
Dù phần capô đã bị đâm bẹp hẳn nhưng khoang lái vẫn giữ nguyên hình dáng – thử nghiệm cho thấy rõ hiệu quả của vùng biến dạng.
Mặt khác, theo thời gian, sự tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ vật liệu đã cho phép các nhà sản xuất có thêm điều kiện gia cố cho khoang an toàn nhờ thép siêu cứng hay vật liệu sợi carbon. Điều này cũng tạo điều kiện giúp các kĩ sư thoải mái đưa ra những thiết kế khung vỏ phong phú hơn, với cách bố trí các khoảng biến dạng linh hoạt hơn rất nhiều so với trước kia. Và một thực tế hiển hiện là dù cho một chiếc xe có được trang bị dày đặc các tính năng an toàn hay thông minh tới đâu, những khoảng biến dạng vẫn luôn hiện diện như một thành phần cốt yếu không thể vắng mặt.
Ở Việt Nam, chiếc ô tô vẫn là một tài sản lớn – điều khiến cho mọi va chạm đều gây ra sự xót xa đối với chủ sở hữu. Điều này cũng dẫn tới tâm lý quy kết-chụp mũ “đồ dỏm” khi chúng ta nhìn thấy chiếc xe “bung lụa” dù chỉ bởi va chạm nhẹ ngoài đường. Tuy nhiên, qua những tìm hiểu đã chia sẻ trong khuôn khổ bài viết này, tác giả rất hi vọng rằng một ngày nào đó, nếu bạn nhìn thấy một chiếc ô tô hiện đại méo mó sau cú đâm tưởng như khá nhẹ nhàng, hãy bỏ qua những cảm tính “ăn chắc mặc bền” cũ kĩ cũng như hành vi bĩu môi chê bai. Thay vào đó, hãy thầm cám ơn chiếc xe đã chịu đòn “thế chỗ” để ai đó có được cơ hội sống sót và có thể trở về bên gia đình yêu dấu, bạn nhé!.
Nguyễn Thúc Hoàng Linh
