Khả năng bám đường của lốp xe và những điều bạn cần biết

Chuyện kể rằng vào năm 1920, John F. Sipe làm việc tại lò mổ thuộc khu chế biến thịt của thành phố New York. Công việc hàng ngày của ông là xúc nội tạng động vật vào máy xay. Trong quá trình làm việc, ông sử dụng những đôi ủng với đế cao su dày nhưng những đôi ủng này lại khá trơn trượt trên sàn nhà máy nhiều mỡ. Vì vậy John đã bắt đầu thử nghiệm cải tiến những đôi ủng này.

Ông nhận thấy việc khắc các rãnh ngang trên đế giày cải thiện đáng kể độ bám của giày với sàn nhà - giảm thiểu đáng kể việc té ngã trong lúc làm việc.

Và như vậy, "rãnh gai lốp" (sipe) đã ra đời.

Ít nhất, đó là theo như truyền thuyết kể lại.

Mặc dù ra đời với mục đích giúp giày chống trơn trượt, Sipe lại chọn ứng dụng độ bám dính này trong ngành công nghiệp ô tô, cụ thể là thiết kế trên các lốp cao su đặc. Năm 1923, John đã được cấp Bằng sáng chế Hoa Kỳ #1452099 với phát minh gai lốp xe.

Tuy ngành công nghiệp chuyển hướng và không còn tập trung vào lốp cao su đặc, khiến phát minh của John không còn áp dụng nhiều và không làm ông trở nên giàu có, nhưng những phát hiện của ông liên quan đến độ bám của gai lốp xe vẫn tồn tại, hữu dụng và được sử dụng trong thiết kế lốp xe ngày nay.

Vậy chính xác gai lốp xe cải thiện độ bám đường như thế nào?

Khi lốp xe lăn, các rãnh trên lốp xe sẽ mở ra để thoát nước hoặc đẩy tuyết ra khỏi khu vực trung tâm lốp, thường được gọi là "tiết diện tiếp xúc" của lốp. Đây cũng là bộ phận lốp xe tiếp xúc trực tiếp với mặt đường. Theo đó, nếu tiết diện tiếp xúc càng khô thì độ bám đường của lốp xe càng cao. Bên cạnh khả năng thoát nước, các gai lốp còn cho phép lốp xe uốn cong xung quanh chướng ngại vật, từ đó bám đường tốt hơn.

Gai lốp là một đặc điểm quan trọng trong nhiều thiết kế lốp xe, nhưng chúng chỉ là một trong những công cụ giúp tối đa hóa độ bám mà các kỹ sư ngày nay sử dụng để tạo và duy trì độ bám đường cho xe ô tô. Để tìm hiểu về toàn bộ các công cụ này, chúng tôi đã gặp Brandon Sturgis, Giám đốc thiết kế sản phẩm tại BFGoodrichⓇ Tires.

Độ Bám Đường Là Gì?

Khi chúng ta nghĩ về lốp xe, khái niệm "độ bám đường" là cách diễn đạt ngắn gọn để tóm tắt và đơn giản hóa môt số lực phức tạp xảy ra khi lốp xe tiếp xúc với địa hình. Bạn có thể tìm hiểu rõ hơn về độ bám đường thông qua 3 thang đo riêng biệt dưới đây:

Độ bám phân tử: Đây là độ bám tồn tại trong thành phần hóa học của cao su. Cụ thể, cao su lưu hóa của lốp xe có thể tạo ra độ bám đường ngay cả trên bề mặt lốp nhẵn, trơn tru nhờ đặc tính kết dính.
Độ bám cơ học vi mô: Độ bám này xảy ra khi kết cấu bề mặt của lốp tiếp xúc với kết cấu bề mặt của địa hình. Cụ thể, bề mặt lốp xe không nhẵn mà có kết cấu "răng" có thể tạo ra độ bám đường bằng cách ăn khớp vào các "răng" gồ ghề của địa hình.
Độ bám cơ học vĩ mô: Độ bám này đạt được khi phần thân và gai lốp tương tác với địa hình. Cụ thể, các hoa văn gai lốp có thể "uốn cong" xung quanh chướng ngại vật để tạo độ bám và rãnh giữa các gai lốp có thể thoát bùn hoặc tuyết để duy trì độ bám. Với độ bám này, bạn có thể dễ dàng quan sát bằng mắt thường.

"Một ví dụ tuyệt vời về độ bám đường cơ học vĩ mô, bạn hãy nhìn Lốp địa hình BFGoodrich® Mud-Terrain T/A® KM3 khi nó vượt qua một tảng đá. Chúng tôi đã thiết kế hoa văn gai lốp có khả năng tự uốn cong và ôm lấy các vật thể khi được xì hơi để đi đường địa hình. Lốp xe giống như bàn tay ôm lấy chướng ngại vật, mang lại độ bám đường vượt trội cho lốp xe khi vượt qua vật cản.” - Brandon Sturgis

Tại BFGoodrich, các kỹ sư trong mỗi nhóm kỹ thuật sẽ tập trung vào thiết kế lốp phù hợp với thang đo độ bám khác nhau. Ví dụ, các nhà hóa học tập trung thiết kế lốp có độ bám phân tử, các nhà khoa học vật liệu tập trung vào độ bám cơ học vi mô và các nhà thiết kế gai lốp tập trung vào độ bám cơ học vĩ mô. Từ khâu lên ý tưởng, quá trình thiết kế đến tất cả các công đoạn kiểm tra và đo lường kích thước, hàng trăm chuyên gia sẽ cùng chung tay thiết kế để tạo nên chiếc lốp chất lượng nhất trước khi nó được tung ra thị trường đại chúng.

Các Yếu Tố Tạo Nên Độ Bám Đường Của Lốp Xe

Bên cạnh tạo ra độ bám đường, việc duy trì độ bám trên hàng ngàn km di chuyển trên đường cao tốc ẩm ướt, đường vòng quanh co sỏi đá, đường ven núi phủ tuyết hoặc bất cứ nơi nào người lái muốn đến cũng là một nhiệm vụ quan trọng. Mọi thứ trên đường, từ độ ẩm không khí đến các kết cấu nhỏ của mỗi tảng đá đều là những vật cản mà lốp xe địa hình cần tiếp xúc. Khi bạn thiết kế ra lốp xe vừa đáp ứng được nhiều yếu tố môi trường mà vẫn duy trì độ bền ổn định thì đã thành công.

“Nếu bạn nhìn vào hoa văn gai lốp, bạn sẽ nhận thấy tất cả lốp xe BFGoodrich trông đều có vẻ quen thuộc. Đây không chỉ đơn thuần là vì thẩm mỹ mà hoa văn gai lốp khớp nối mang lại hiệu quả bám đường tốt đến mức chúng tôi đã áp dụng nó cho tất cả các sản phẩm của mình. Điểm kỳ diệu của nó nằm ở chỗ, nó không chỉ cung cấp lực kéo về phía trước mà nó còn mang lại lực kéo ngang ở mọi góc lái, trên nhiều loại địa hình khác nhau. Thực hiện tốt tất cả các yếu tố đó không hề dễ dàng. Vì vậy, hoa văn này là ‘tuyệt vời nhất’. Ít nhất là cho đến khi chúng tôi thử nghiệm và tìm ra được một phương cách khác thậm chí còn tốt hơn.” - Brandon Sturgis

Giống như các hợp chất hóa học trong công thức làm cao su, những yếu tố dưới dây liên kết và hoạt động cùng nhau để tạo ra độ bám đường tối đa ở mọi cấp độ, trong mọi tình huống lái xe:

1. Khối gai lốp và hoa văn gai lốp: Cung cấp sự bám đường cơ bản cho lốp xe trên tiết diện tiếp xúc. Theo đó, gai lốp cung cấp lực bám chính và ở phạm vi rộng, cho phép xe dừng chuyển động về phía trước. Tất cả các lốp địa hình BFGoodrich đều có hoa văn gai lốp giúp tối ưu hóa hiệu quả của lực bám trong mọi điều kiện lái xe.

2. Các rãnh gai lốp (Sipes): Giúp lốp xe duy trì độ bám trên các bề mặt ướt và tuyết. Tương tự với hầu hết các đặc điểm khác của lốp xe, rãnh gai lốp cũng mang lại những ảnh hưởng tích cực và tiêu cực. Tuy rãnh gai lốp giúp bám đường tốt, nhưng lốp xe nếu có nhiều rãnh gai sẽ mòn nhanh hơn so với lốp không có rãnh gai. Vì vậy, mật độ rãnh gai lốp là một yếu tố rất quan trọng khi thiết kế lốp xe.

3. Thanh chống bùn (Mud-Phobic Bars): Giúp lốp xe duy trì lực kéo trong môi trường nhiều bùn bằng cách giải phóng bùn nén và đất mềm khi lốp xe quay. Về cơ bản, bùn là chất lỏng và các thanh này hoạt động để đẩy nó ra khỏi lốp xe thông qua quá trình quay. Đây là một tính năng chính của Lốp địa hình BFGoodrich® Mud-Terrain T/A® KM3.

4. Khu vực uốn cong linh hoạt (Flex Zones): Giúp lốp xe đạt được độ bám đường tốt khi lốp được xì bớt hơi để đi trong khu vực nhiều đá, nhưng vẫn duy trì sự ổn định khi lốp được bơm thêm hơi để di chuyển trên đường bằng phẳng hơn, một cách linh hoạt. Hoa văn gai lốp có khía cạnh đặc trưng trên Lốp địa hình BFGoodrich® Mud-Terrain T/A® KM3 giúp tạo sự cân bằng giữa tính linh hoạt và độ bền, tạo ra "Vùng Uốn Cong Linh Hoạt Tuyến Tính".

5. Vai lốp răng cưa (Serrated Shoulders): Thiết kế "răng" đặc trưng giúp tăng diện tích tiếp xúc giữa lốp xe và mặt đất hoặc chướng ngại vật. Thiết kế vai lốp răng cưa nổi tiếng của lốp BFGoodrich® All-Terrain T/A® KO2 giúp cải thiện độ bám đường trong nhiều tình huống lái xe, đặc biệt là khi lốp được xì hơi để đi địa hình.

6. Công nghệ khuôn độc quyền của lốp BFGoodrich: Với gai lốp được nối dài thêm ở khu vực hông lốp, cho phép các tính năng gai lốp được phát huy nhiều hơn xung quanh mặt gai chính, từ đó tăng khả năng bám đường vượt trội mà các thương hiệu cạnh tranh khó có thể làm được.

“Nếu bạn so sánh lốp xe của chúng tôi với các đối thủ cạnh tranh, bạn có thể nhận thấy rằng lốp xe BFGoodrich có thiết kế hoa văn gai lốp xung quanh hông lốp nhiều hơn, nhờ vào công nghệ khuôn lốp độc quyền của chúng tôi. Kỹ thuật này tận dụng không gian trống trên lốp để cung cấp lốp xe của bạn độ bám đường cao hơn." - Brandon Sturgis

Quá Trình Phía Sau Sự Ra Đời Của Sản Phẩm

Cải thiện về độ bám dính là nỗ lực không ngừng nghỉ. Điều này đòi hỏi phải có chuyên môn trong các lĩnh vực như mô phỏng máy tính, hóa học, khí tượng học, địa chất học, khoa học vật liệu, kỹ thuật kết cấu,... Quan trọng hơn, nó cũng yêu cầu chuyên môn trong việc lái xe và kinh nghiệm trong cuộc sống. Công việc này đòi hỏi một chút va chạm thực tế lấm lem, và một niềm đam mê chân thành dành cho thế giới thiên nhiên, bùn lầy và trộng lớn ngoài kia.

Có thể nó được hoàn thiện trong phòng thí nghiệm, nhưng độ bám dính luôn được sinh ra trong thế giới thực. Trên các sàn nhà trơn trượt của lò mổ, trên xa lộ đầy tuyết của vùng Trung Tây nước Mỹ và trên đường đua khắc nghiệt của các sự kiện như Baja 1000 hay Mint 400. Thế giới thực, không ngừng đòi hỏi và không thể đoán trước, luôn là nguồn cảm hứng vô tận cho các kỹ sư tại BFGoodrich Tires.

“Bạn không thể chỉ ngồi sau bàn làm việc và nghĩ ra ý tưởng lớn tiếp theo cho lốp xe. Bạn cần phải ra ngoài hiện trường và có trải nghiệm thực tế. Tại BFGoodrich, những người thiết kế lốp xe cũng chính là người có mặt tại các sự kiện đua xe thể thao để hỗ trợ các tay đua, thử nghiệm các mẫu gai lốp khác nhau trên thực địa và cân nhắc lựa chọn chúng dựa trên tiêu chí hoạt động tốt nhất trong điều kiện khắc nghiệt nhất. Mọi người đều được khuyến khích ra ngoài, vì đó là cách để bạn học hỏi.” – Brandon Sturgis

Cuộc sống truyền cảm hứng cho khoa học, tạo điều kiện cho cuộc sống trở nên tốt hơn, và ngược lại.

Đó là một vòng tuần hoàn liên tục.

Bạn đang sử dụng trình duyệt web không được hỗ trợ

Bạn đang sử dụng một trình duyệt trang web không được trang web này hỗ trợ. Điều này có thể dẫn đến việc một số chức năng có thể không hoạt động như dự định. Và nó cũng có thể gây ra một số hiện tượng lạ khi tìm kiếm. Sử dụng hoặc nâng cấp / cài đặt một trong các trình duyệt sau để sử dụng được hết chức năng của trang web này

Phát Hiện Khoa Học Về Độ Bám Dính

Độ Bám Đường Là Gì?

The Science of Grip

Các Yếu Tố Tạo Nên Độ Bám Đường Của Lốp Xe

Quá Trình Phía Sau Sự Ra Đời Của Sản Phẩm