Hệ thống khung và vỏ xe địa hình

Khung Range Rover Defender.

Khung xe là bệ đỡ toàn bộ cụm máy, hệ thống lái và vỏ... Hệ chịu lực của xe gồm khung và vỏ; tùy theo thiết kế, phần chịu lực có thể chỉ là một trong hai yếu tố đó, hoặc phối hợp cả hai nhờ liên kết gối đỡ đàn hồi hoặc liên kết cứng giữa chúng.

Khung bằng thép dập lần đầu tiên được hãng Daimler lắp cho xe Mercedes cách đây 100 năm, sau đó được áp dụng rộng rãi. Việc chuyển vỏ xe từ loại hở sang kín đã làm thay đổi khung xe khá nhiều, vì vỏ xe bằng thép liền giữa nóc và thành bên làm tăng mạnh khả năng chống xoắn của hệ khung - vỏ. Một yếu tố khác góp phần biến đổi kết cấu khung xe là việc chuyển từ hình thức bắt cứng động cơ với khung sang kiểu liên kết qua các gối đỡ cao su.

Khung xe địa hình phổ biến là loại dầm thép thấp, khi vượt chướng ngại hoặc chạy nhanh, hệ thống này luôn phải chịu tải trọng động lớn, truyền đến từ cơ cấu treo. Vì thế, việc xác định tương quan giữa độ cứng của hệ thống treo và khung là một trong những nhiệm vụ chính của nhà thiết kế. Giảm xóc một mặt phải đủ mềm để xe chạy êm và bám đường tốt, mặt khác, nó lại phải hạn chế được dao động của vỏ xe, cùng các cụm máy lắp trên khung. Phương pháp thiết kế khung dầm xe mới của hãng General Motors là xác định tiết diện dầm tối ưu, tùy theo tải trọng tác động lên từng đoạn của nó, cách này cho phép giảm đáng kể trọng lượng chung và tăng độ bền. Tuy vậy, phương pháp này chưa phổ biến lắm vì công nghệ phức tạp.

Khung xe Tatra 138.

Năm 1923, kỹ sư trưởng Letvinca của nhà máy Tatra (Cộng hòa Séc) đã đưa ra thiết kế kết cấu khung xe dạng ống thép, đến nay các xe của hãng này vẫn sử dụng. Khung loại này không những có khả năng chống xoắn cao mà còn có độ bền lớn, thậm chí, quá tải 20% vẫn không gãy. Sáng chế đã làm giảm tự trọng, tăng trọng tải, cho phép lắp loại lốp tiết diện rộng mà không tăng chiều ngang xe. Song khung ống lại khiến cầu xe có kết cấu phức tạp, khó tiếp cận khi bảo dưỡng các cụm bố trí trong ống (muốn tháo được cầu giữa ở xe 3 cầu thì phải tháo toàn bộ dầm).

Những năm gần đây, để tăng độ an toàn, người ta còn yêu cầu khung xe phải có khả năng làm giảm nhẹ các va đập khi xe đâm vào chướng ngại. Vì thế, bộ khung phải có những đoạn đặc biệt có thể hấp thụ phần lớn động năng của cú đâm, giảm chấn thương cho người trên xe. Một trong những xu hướng thiết kế mới làm tăng độ cứng, chống xoắn cho cả hệ khung - vỏ là thay đổi kết cấu các gối đỡ giữa chúng.

Khung xe Range Rover 1970.

Nhìn chung, hệ chịu lực với khung xe riêng có ưu thế hơn loại liền, bởi vỏ xe được cách biệt tốt hơn với phần động lực, giảm rung động. Quy trình hàn vỏ đơn giản hơn và có thể sản xuất các loại xe với bề ngoài khác nhau trên cùng một khung. Nhược điểm của thiết kế này là tỷ trọng khung lớn, sàn và trọng tâm xe bị nâng cao nên điều khiển khó hơn.

Để tăng hiệu suất hoạt động của chiếc xe, các nhà thiết kế tìm mọi cách làm cho khung nhẹ bớt mà vẫn đủ độ bền và cứng vững. Mặc dù vỏ xe luôn luôn phải chịu lực tác động xoắn rõ ràng, nhưng trước năm 1930, chẳng nhà thiết kế nào để ý đến hiện tượng này. Chỉ từ sau năm 1931, khi người ta thừa nhận rằng độ ồn và các vết nứt vỏ xe là do khung không đủ độ cứng, vấn đề mới được coi trọng.

(Theo Ôtô Xe Máy)