Xe ô tô tương lai

Kỹ thuật , khoa học công nghệ cơ khí Việt Nam làm được dạng nào đây , thay vì chỉ có lắp ráp?:

5 kỹ thuật làm hình dạng cho xe ô tô – xe hơi tương lai

G S Tôn thất Trình

1- Buồng lái thông minh

Khi J. D. Power, tháng 6 năm 2012, giải tỏa nghiên cứu hằng năm về thỏa mãn khách hàng, vấn đê đa số dân Hoa Kỳ bực bội khi đi mua xe hơi không phải vì gió thổi ôn ào, gia tốc không thích hợp hay bất cứ điều gì dính dáng tới tiến trình lái ô tô hiện tại. Mà là không thỏa mãn về nhận diện giọng nói – voice recognition . Nay các người lái xe hy vọng là xe sẽ lăn ra những bong bóng kỷ thuật thông tin và các nhà chế tạo xe hơi đang chiếu theo đó làm lại kinh nghiệm lái xe.

Cho đến nay , các hãng xe đã thấy khó khăn đuổi cho kịp tiên tiến vi tính – computing advances. Trong khi hảng Apple cho ra đời mỗi năm một iPhone mới, hảng GE – General Motors cần hòan tất mất nhiều năm các phần cứng và mềm trong bảng đồng hồ xe, trước khi xe tung ra bán ở thị trường. Nhưng các nhà chế tạo xe sắp tới đây, sẽ nhượng lại đa số phát triễn phần mềm cho chính những kỷ sư đã viết ra các ứng dụng – apps cho điện thọai tinh khôn – smartphone. Ngày nay, bạn có thể nối kết – connect điện thọai bạn đến xe hơi bạn, sử dụng cáp USB; phần mềm xe hơi sẽ chất tải âm nhạc của bạn và các liên lạc của bạn. Rồi sau đó, điện thọai tinh khôn sẽ trở thành computer của xe, chứa chấp phần mềm nay chạy các ứng dụng trong bảng đồng hồ. Điện thọai tinh khôn là một “ computer tự do uy vũ khách hàng đưa vào xe”, theo lời David Bloom, một kỷ sư của Cơ sở Kỷ thuật Nhóm BMW. Và nó sẽ làm buồng lái - màn hình du hành , các lọai thước đo – gauges , giọng nói nói lên câu “ quay sang trái trước mặt” - cũng dễ dàng để bán ra và cập nhật như thể một điện thoại tinh khôn ngày nay .

Hầu ngăn ngừa một tràn ngập thông tin kỷ thuật số trở nên một xao lãng chết người, các kỷ sư đã bắt đầu nghĩ lại cách nào các xe liên lạc được với các người lái xe. Chẳng hạn, đầu năm nay, hảng Audi tiết lộ một ý niệm cho hệ thống tăng gia thêm thực tế, chiếu các thông tin về vùng đất đai ( điểm đáng chú ý, tên các dinh thự ) trên kính chắn gió , bọc đè lên cảnh trí phía trước.

Xe ô tô cũng có thể gửi thông tin đến các người lái xe, xử dụng phản hồi xúc giác ( sờ mó được ). Xe XTS xê đăng - sedan Cadillac 2013, sử dụng các động cơ rung chuyễn ở ghế ngồi để cảnh báo người lái xe các nguy hiểm, tỉ như những xe di chuyễn ở các điểm mù - blind spots trên kính chiếu hậu ngòai xe. Các nhà khảo cứu Viện Đại học Carnegie Mellon và các La Bô Khảo cứu AT&T đã cộng tác để họa kiểu một tay lái kiểu mẩu đầu tiên, sử dụng các rung chuyễn để đưa các chỉ thị đến hệ thống du hành – navigation system. Khi xe đến gần góc đường phải quay, 20 động cơ bé tí xíu kêu vo vo theo một tần số tăng dần theo chiều hay ngược chiều kim đồng hồ, giúp cho người lái biết rỏ hướng nào phải đi. Kevin Li, một kỷ sư ở AT&T đã họat động trên kiểu mẩu đầu tiên này nói là nảo bộ “ khâu vá lại nhau” các rung chuyễn phân lập này, tạo ra ảo tưởng một dòng chuyễn động liên tục. Nhóm làm công nghệ đã tiếp xúc với các hảng chế tạo ô tô và Li cho biết là các tay lái căn cứ xúc giác, có thể dàn trải ngay tức khắc.

2- Sợi carbon rẽ rề

Plastic cũng cố bằng sợi carbon – carbon –fiber- reinforced plastic ( CFRP ) 5 lần mạnh hơn thép mà chỉ có 2/3 cân lượng , trong 20 năm qua đã là vật liệu được lựa chọn làm khung gầm xe – chassis ô tô chạy đua . Nhưng sợi carbon mất nhiều thì giờ và cần nhiều sức lao động( cường sinh lao động ) – labor intensive để chế tạo, cho nên không tí nào kinh tế - lợi lộc cho các ô tô chở hành khách. Các phương pháp chế tạo mỗi ngày mỗi hửu hiệu hơn đã hạ giá phí tổn sản xuất. Năm tới 2013, BMW sẽ bắt đầu bán ra kiểu i3 ô tô điện thị trấn, một lọai ô tô sản xuất đại trà đầu tiên có khung gầm xe bằng sợi carbon. Khung gầm xe i3 bốn chỗ ngồi mà BMW gọi là “ Mô đun Đời sống – Life Module” chỉ nặng có 265 cân Anh ( 120.3 kg ) hay 50 % nhẹ hơn cấu tạo bằng thép ( CFRP cũng nhẹ hơn 30% đa số aluminium tiên tiến ép đùn ra – extruded ).

Một liên doanh BMW đã đầu tư 100 triệu đô la tại một cơ xưởng bang Washington chế tạo các “ dây thừng – tow”, những bó 50 000 sợi carbon, mỗi sợi 1/10 bề rộng một sợi tóc. Những dây thừng này dày hơn các bó 6000 sợi sử dụng trước đây ở ngành công nghệ không gian – aerospace và các ứng dụng trên ô tô, cho nên ít cần chúng hơn để dệt thành vải sợi carbon hầu củng cố CFRP. Trong tiến trình BMW, các nhà lao động chuyễn các bó dây thừng từ Washington đến Đức Quốc nơi chúng được dệt thành vải , rồi nén và thấm đẩm với plastic lỏng. Sau đó CFRP có thể đúc khuôn thành các thành phần cấu tạo trong vòng ít hơn 10 phút, một tiến trình trước đó tốn nhiều tiếng ( giờ ) đồng hồ.

Khung gầm xe i3 sợi carbon tiết kiệm đủ cân lượng để bù trừ khối lượng nặng nề bó bình điện ion- lithium trên xe. Thật sự, các kỷ sư BMW đã đủ khả năng để đạt 100 dặm Anh ( trên 160km ) bằng cách sử dụng bình nhỏ hơn rẽ tiền hơn hơn là các xe hảng khác ( 21 kw-giờ thay vì 24 kw- giờ trên xe Leaf của hảng Nissan). Năm tới 2013, hảng chế tạo BMW dự tính khởi sự xây đắp hơn 1 triệu bộ phận cấu tạo sợi carbon mỗi năm. Joerg Pohlman, giám đốc điều hành liên doanh BMW ở bang Washington nói rằng sợi carbon vẫn còn đắt hơn aluminium, nhưng ông tin tưởng tuyệt đối rằng BMW có thể cắt bớt phí tổn xuống ngang giá aluminium, một khi BMW chế tạo ô tô theo thể tích. Ông nói : “ Bạn sẽ thấy các cấu tạo composit ở xe chở hành khách bình thường trong thời gian ít hơn 10 năm tới’. Đây là một phát triễn có cơ làm cho ô tô chạy mau lẹ, hửu hiêu và chống lại đâm sầm hơn bao giờ hết.

3- Siêu tụ điện – ultra capacitors

Lái một xe ô tô từ từ quanh thành phố thì điện sạc - charge chứa trong bình điện ion –lithium sẽ gia giảm đóan được một cách hòan hảo, nhưng những khi gia tốc mạnh thì rất khổ cực cho bình điện. Đụng xa lộ thì tầm lái xe còn lại, sẽ rớt dốc ngược ngay .

Cặp đôi bình điện với tụ điện có thể sửa chửa điều này. Khác với bình điện tồn trử năng lượng theo hóa học, các siêu tụ điện giữ lại một sạc điện ở một trường điện từ - electromagnetic field giữa hai điện cực phết sơn bằng carbon hoạt tính có lỗ - porous activated carbon. Điểm này giúp chúng hấp thu điện mau lẹ như thể một lỗ thóat có thể phân phát và tháo điện mau lẹ vậy đó. Trên ô tô, điều này có nghĩa là tái sạc điện nhanh chóng và gia tốc mạnh mẽ !

Ngay bây giờ, các siêu tụ điện tốt nhất, chỉ giữ lại được chừng 5% năng lượng như bình điện ion - lithium cùng một kích thước tương tự , nghĩa là không đủ điện chạy một ô tô chạy bằng điện , nhưng đã đủ để họat động một vai trò hổ trợ rồi . Những hảng chế tạo xe hơi như Peugeot đã thí nghiệm với siêu tụ điện, để tái tạo phanh- brake xe và các hệ thống mở máy,ngưng- start, stop, tiết kiệm được nhiên liệu bằng cách cắt ngưng động cơ khi đèn đỏ trước khi cho xe chạy lại, lúc i người lái đụng nhận chân đạp xăng( ga ) – gas pedal. Bước tiến hửu lý nhất là thêm siêu tụ điện vào xe hơi chạy bằng điện , để giải quyết nhiệm vụ đặt qúa nhiều kéo căng cho các bình điện . Joel Schindal, một giáo sư công nghệ điện ở MIT đang khảo cứu những phương thức sử dụng các ống nanô , hầu cải thiện các siêu tụ điện. Ông nói: giải đáp hay nhất là một lọai lai, nơi đó bình điện được tối hảo hóa tồn trử tổng thể năng lượng, trong lúc đó các siêu tụ điện thỏa mãn các đỉnh yêu cầu điện khi gia tốc. Schindal và các nhà khoa học khác đang họat động để tạo ra các siêu tụ điện có thể tồn trữ nhiều năng lượng hơn bằng cách cải thiện các vật liệu làm điện cực ở mức độ phân tử. Nếu họ thành công, tỉ như mai đây các siêu tụ điện đến gần được khả năng mang theo sạc của các bình lithium-ion , họ có thể giải đáp một trong những vấn đề bực mình các xe hơi chạy điện phải đối đầu : thời gian tái sạc chậm rì. Trạm sạc lẹ nhất cũng cần đến 30 phút để tái sạc một bình điện rổng tuếch ( bất cứ thêm dòng điện nào đi nữa , cũng bắt đầu làm hư hỏng các điện cực ). Các siêu tụ điện, trái lại, có thể thấm hết một sạc đầy, trong vòng vài phút mà thôi.

4- Liên lạc giữa các xe.

Ngày nay , các xe cấp cao có thể đổi hướng bạn lại khi xe bạn đổi hướng ra ngòai một lằn đường , phanh tự động để bạn khỏi đụng nhằm xe khác và qui định khi bạn sẽ ngủ thiếp đi. Cadillac còn hy vọng ngay cả tiết lộ kiểm sóat lái dạo – cruise không nắm tay lái, trong vòng hai năm tới. Tuy nhiên, muốn mạng lưới xe hơi tự trị hay bán tự trị họat động được, các xe phải có đủ khả năng liên lạc và phản ứng với nhau. Kỷ thuật giúp chúng làm như thế, có cơ sẳn sàng cho sản xuất một ngày gần đây.

Một buổi chiều tháng 5 năm 2012, các thành viên của dự án khảo cứu SARTRE do Hiệp Hội Âu Châu tài trợ, gửi một đòan cồng voa – convoi gồm có một xe móc theo máy kéo – tractor trailer có 3 xe ô tô Volvo theo sau trên một xa lộ công cọng Tây Ban Nha. Các xe cách nhau 6m, chạy cùng một tốc độ là 50 dặm Anh ( 80, 45 km ) một giờ ; chỉ xe cam nhông là có người lái. SARTRE là thử nghiệm thế giới thật sự đầu tiên cho « xe lữa đường bộ », một công voa xe tự động theo đuôi một xe hơi lảnh đạo có người chuyên môn lái( thường là một xe cam nhông hay xe búyt ). Các ô tô móc theo có thể là xe chở hành khách cho một chuyến đi dài. Bằng cách giảm bớt sư »c kháng cự gió và di chuyễn theo một tốc độ vũng bền, những công voa này có thể cải thiện kinh tế nhiên liệu và giảm bớt phát thải 20% ở ống đuôi . Chúng còn có thể làm cho chuyến đi bội phần thích thú hơn. Môt khi đã ở trên công voa, Eric Chan chánh kỷ sư dự án , giải thích là người lái các xe theo sau có thể thư giản , hay đọc sách .

Các Volvo ở thử nghiệm SARTRE dò ra các dấu chuẩn lằn đường và các xe khác, sử dụng cùng một máy chụp hình và các máy cảm nhận radar/lidar đã có sẳn trong các xe sản xuất . Các kỷ sư thêm vào một phần mềm cho ai muốn mua để dung hợp các dữ liệu các máy cảm nhận thu thập ( và một vi xử lý – processor chạy nó ) cũng như những ăng ten giúp cho các xe liên lạc nhau qua Wi-Fi, . Nhưng các kỷ sư SARTRE nhấn mạnh là mọi kỷ thuật liên hệ đã có sẳn ngòai kệ tủ này . Thật sự những thách thức còn lại lớn nhất là pháp lý và tâm lý. Các nhà điều hòa sẽ phải thay đổi luật đi đường để tính thêm các xe không người lái. Các nhà chế tạo xe hơi cũng phải trang bị các xe này với các phần mềm cần thiết gia nhập các xe lữa xa lộ này . Cuối cùng, các người lái cũng phải được thuyết phục là hệ thống an tòan . ( Các kỷ sư SARTRE nói rằng các xe lửa đường bộ này có thể giảm chết chóc giao thông ). Cả 3 bước tiến này khá đủ lớn để cho các xe lữa khỏi cần 10 năm nữa mới thật sự dàn trải được .

5- Máy nổ bé tí xíu – tiny internal combustion

Các tiêu chuẩn kinh tế nhiên liệu để nâng lên 54.5 dặm Anh ( 87,7 km ) một giờ - mpg vào năm 2025. Viễn cảnh này đã buộc các hảng chế tạo xe hơi thêm các sạc turbo charger và tiêm trực tiếp computer kiểm sóat và các động cơ mãi mãi nhỏ hơn, hầu vắt chéo những dặm Anh cuối cùng ở một ga lông xăng. Kiểu xe năm 2012 BMW 328i, chẳng hạn, chạy một turbo sạc động cơ 4 xylanh ( 4 xylanh lần đầu tiên của BMW từ năm 1999 ) hửu hiệu hơn và xản xuất nhiều mô men quay hơn lọai 6 xylanh chúng thay thế. Ford cũng đang đặt một loại sạc turbo 3 xy lanh, trên kiểu xe Fiesta, trong tươnglai gần. Nhưng turbo sạc và tiêm trực tiếp chỉ có thể làm nhiều như thế : nếu để đến gần dặm đi ba con số này, các kỷ sư phải tái suy nghĩ cơ bản về động cơ nổ . Đa số kỷ sư đã khỏi sự rồi.

Nhóm Scuderi, một hảng ở bang Massachussets - Hoa Kỳ, đang thử nghiệm một động cơ kiểu mẩu đầu tiên chuyên về làm các pít tông rời rạc sức nén và các cú đập , gây ra một chuyễn động cho một lọat thay đổi làm tăng thêm số dặm đường – mileage đến 50 % . Hảng EcoMotors căn cứ ở bang Michigan đang hòan tất một động cơ có pít tông đối chọi nhau – opposed piston , chu kỳ đối chọi nhau – opposed cycle ( OPOC ), trong đó một cặp pít tông di động ngang, chia sẽ một phòng nổ cháy. Hửu hiệu cọng thêm có thể đẩy một xe hơi dày đặc – compact car đạt 100 mpg. EcoMotor cho biết hảng sẽ sản xuất lọai động cơ này trong 5- 7 năm tới .

( chiếu theo Khoa học Phổ thông- Popular Science số tháng 9 năm 2012 )

( Irvine , Nam Ca li- Hoa Kỳ ngày 16 tháng 8 năm 2012 )