EN
Giải thích các cấp độ thép thân xe: AHSS & UHSS cải thiện an toàn va chạm & hiệu suất nhiên liệu như thế nào
Thép thân xe tự động là nền tảng của thiết kế xe, cân bằng giữa độ bền, trọng lượng và chi phí. Qua nhiều năm, các loại thép dùng cho thân xe đã không ngừng phát triển — từ thép mềm cơ bản đến các loại thép cường độ cao tiên tiến. Hai loại thép đóng vai trò quan trọng trong thiết kế ô tô hiện đại là AHSS (Thép cường độ cao tiên tiến) và UHSS (Thép cường độ cực cao). Các loại thép này đang thay đổi ngành công nghiệp ô tô bằng cách mang lại sự an toàn cao hơn khi va chạm và tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn. Hãy cùng phân tích các loại Thép thân xe tự động thép chính, tập trung vào cách AHSS và UHSS mang lại những lợi ích này.
1. Hiểu về các loại thép thân xe
Thép thân xe ô tô có nhiều cấp độ khác nhau, mỗi loại có những tính chất riêng biệt. Các loại chính, từ yếu nhất đến mạnh nhất, bao gồm:
- Thép mềm : Thép thân xe cơ bản nhất, có độ bền thấp (270–350 MPa độ bền kéo) nhưng rất dẻo. Thép này rẻ và dễ tạo hình, thường được sử dụng cho các bộ phận không quan trọng như các tấm thân xe hoặc nắp cốp. Tuy nhiên, nó khá nặng và khả năng bảo vệ trong trường hợp va chạm có hạn.
- Thép độ bền cao (HSS) : Mạnh hơn thép mềm (350–600 MPa) và nhẹ hơn một chút. Thép này được sử dụng trong các bộ phận cần độ bền cao hơn như khung cửa hoặc sàn xe. HSS mang lại sự cân bằng giữa chi phí và hiệu suất nhưng không đủ mạnh để sử dụng cho các bộ phận an toàn quan trọng.
- Thép độ bền cao tiên tiến (AHSS) : Một nhóm các loại thép có độ bền từ 600–1.300 MPa. Điều khiến AHSS đặc biệt là sự kết hợp giữa độ bền và độ dẻo (khả năng uốn cong mà không gãy). Độ dẻo này giúp nó hấp thụ năng lượng trong các vụ va chạm.
- Thép độ bền cực cao (UHSS) : Loại thép thân xe ô tô mạnh nhất, với độ bền kéo trên 1.300 MPa. Vật liệu này cứng và nhẹ, được thiết kế để bảo vệ khoang hành khách trong các vụ va chạm nghiêm trọng.
Ngày nay, hầu hết các xe đều sử dụng hỗn hợp các loại thép này, nhưng AHSS và UHSS đang ngày càng phổ biến—chiếm hơn 60% thép thân xe ô tô trong các xe mới.
2. AHSS Cải Thiện An Toàn Va Chạm Như Thế Nào
AHSS là yếu tố đột phá trong an toàn va chạm vì nó kết hợp độ bền và tính linh hoạt, cho phép hấp thụ năng lượng va chạm trong khi vẫn bảo vệ khu vực khoang hành khách.
- Khả năng hấp thụ năng lượng : Trong một vụ va chạm, AHSS uốn cong và biến dạng (quá trình gọi là "biến dạng dẻo") để hấp thụ năng lượng. Ví dụ, cản trước và các vùng hấp thụ xung lực (những bộ phận được thiết kế để bị bẹp lại) thường được làm bằng AHSS. Khi xe va vào vật cản, các vùng này bị bẹp, làm chậm va chạm và giảm lực tác động lên hành khách.
- Biến dạng được kiểm soát : Khác với thép mềm, vốn có thể bị rách hoặc gãy khi chịu lực, AHSS biến dạng theo cách có thể dự đoán được. Điều này đảm bảo các vùng hấp thụ xung lực hoạt động đúng như thiết kế, trong khi khoang hành khách (được chế tạo từ các loại AHSS bền hơn) vẫn giữ nguyên vẹn. Các thử nghiệm cho thấy ô tô sử dụng AHSS ở những khu vực quan trọng làm giảm nguy cơ chấn thương tới 20–30% trong các vụ va chạm trực diện.
- Bảo vệ khi va chạm bên hông : Va chạm bên hông không để lại nhiều không gian để hấp thụ năng lượng, vì vậy các tấm cửa và cột B (các thanh đỡ thẳng đứng giữa cửa trước và cửa sau) cần phải chắc chắn. AHSS ở những vị trí này chống lại sự uốn cong, ngăn không cho xe bị sụp đổ vào bên trong. Một nghiên cứu của Viện An toàn Giao thông Đường bộ (IIHS) cho thấy việc sử dụng AHSS trong cấu trúc bên hông giúp giảm 45% nguy cơ chấn thương nghiêm trọng.
AHSS không chỉ làm cho xe mạnh mẽ hơn—nó còn giúp xe thông minh hơn trong việc xử lý các vụ va chạm.
3. UHSS: Lớp giáp bảo vệ trong các vụ va chạm nghiêm trọng
UHSS nâng cao độ bền hơn nữa, với giới hạn bền kéo trên 1.300 MPa (một số loại có thể đạt tới 2.000 MPa). Vật liệu này được sử dụng ở những khu vực quan trọng nơi độ cứng là yếu tố then chốt để bảo vệ hành khách.
- Tính toàn vẹn của khoang hành khách : Khung bao quanh người lái và hành khách (sàn, mái và cột) sử dụng thép siêu bền (UHSS) để chống biến dạng ép. Trong trường hợp va chạm lật xe, mái xe được gia cố bằng UHSS có thể chịu được lực gấp 5–6 lần trọng lượng xe, ngăn không bị sụp đổ. Điều này làm giảm 50% nguy cơ chấn thương đầu và cổ so với sử dụng thép thường.
- Các vùng chịu lực lớn : Các bộ phận như khung phụ phía trước (nơi gắn động cơ) hoặc thanh chống va chạm phía sau sử dụng UHSS để chịu các tác động mạnh. Trong va chạm tốc độ cao, UHSS không dễ bị cong hoặc gãy, giữ cho các bộ phận nặng (như động cơ) không xâm nhập vào khoang cabin.
- Tương thích với các tính năng an toàn : UHSS hoạt động cùng túi khí và dây an toàn. Bằng cách giữ khoang lái ổn định, nó đảm bảo túi khí bung ra đúng cách và dây an toàn giữ hành khách ở đúng vị trí – tối đa hóa hiệu quả của các thiết bị an toàn này.
UHSS hoạt động như một "khung an toàn", biến khung xe thành một lớp bảo vệ trong những vụ va chạm nghiêm trọng nhất.
4. AHSS & UHSS giúp tăng hiệu suất nhiên liệu như thế nào
Hiệu suất nhiên liệu (hoặc phạm vi hoạt động của xe điện) phụ thuộc rất nhiều vào trọng lượng xe. Xe nhẹ hơn tiêu thụ ít năng lượng hơn, và AHSS/UHSS giúp giảm trọng lượng mà không làm giảm độ bền.
- Thiết kế nhẹ : AHSS và UHSS có độ bền cao hơn thép mềm, vì vậy các nhà sản xuất có thể sử dụng các tấm kim loại mỏng hơn (ví dụ: 0.8mm thay vì 1.2mm) để chế tạo các bộ phận. Điều này giúp giảm tổng trọng lượng xe từ 10–15%. Việc giảm trọng lượng 10% sẽ cải thiện hiệu suất nhiên liệu từ 5–7%, giúp người lái tiết kiệm chi phí nhiên liệu. Đối với xe điện, mức giảm trọng lượng tương tự giúp tăng phạm vi hoạt động từ 8–10%.
- Giảm lượng vật liệu sử dụng : Do AHSS và UHSS có độ bền cao hơn, nên cần ít vật liệu hơn. Ví dụ: một nắp ca-pô làm bằng AHSS sử dụng ít hơn 30% lượng thép so với nắp ca-pô làm bằng thép mềm nhưng vẫn đảm bảo độ bền như nhau. Giải pháp này không chỉ giúp giảm trọng lượng mà còn làm giảm chi phí sản xuất theo thời gian.
- Hiệu quả trong mọi điều kiện vận hành : Xe nhẹ hơn cần ít năng lượng hơn để tăng tốc và phanh, từ đó giảm hao mòn động cơ và pin. Trong suốt vòng đời của xe, điều này giúp giảm chi phí bảo trì và tác động môi trường.
Bằng cách cân bằng độ bền và trọng lượng, AHSS và UHSS cho phép các nhà sản xuất ô tô chế tạo những chiếc xe vừa hiệu quả vừa an toàn.
5. Vị trí sử dụng AHSS & UHSS trên thân xe
Các nhà sản xuất ô tô bố trí chiến lược các loại thép này để tối đa hóa lợi ích:
- Vị trí sử dụng AHSS : Vùng hấp thụ xung (phía trước và phía sau), tấm cửa và thanh nóc. Tính linh hoạt của nó khiến nó lý tưởng cho việc hấp thụ năng lượng.
- Vị trí sử dụng UHSS : Cột B, giá đỡ mái và vách ngăn (ngăn cách động cơ và khoang lái). Độ cứng vững của nó bảo vệ khu vực dành cho hành khách.
- Thiết kế pha trộn : Phần lớn các xe sử dụng phương pháp 'đa vật liệu'. Ví dụ, một chiếc sedan có thể có vùng hấp thụ xung phía trước bằng AHSS, cột B bằng UHSS và thép mềm cho các bộ phận không quan trọng như chắn bùn - cân bằng giữa an toàn, chi phí và trọng lượng.
Việc sử dụng có mục tiêu này đảm bảo mọi bộ phận của Thép thân xe đều hoạt động hiệu quả nhất có thể.
Câu hỏi thường gặp
Sự khác biệt giữa AHSS và UHSS là gì?
AHSS (600–1.300 MPa) cân bằng giữa độ bền và độ dẻo, hấp thụ năng lượng va chạm. UHSS (trên 1.300 MPa) rất cứng, bảo vệ khoang hành khách trong các va chạm nghiêm trọng.
AHSS có đắt hơn thép thông thường không?
Có, AHSS đắt hơn từ 10–20% ban đầu, nhưng thiết kế nhẹ của nó giúp tiết kiệm chi phí nhiên liệu trong suốt vòng đời chiếc xe. Đối với các nhà sản xuất ô tô, lợi ích an toàn cũng giúp giảm chi phí bảo hiểm và rủi ro pháp lý.
AHSS hoặc UHSS có thể sửa chữa sau va chạm không?
Có, nhưng phải cẩn thận. AHSS đôi khi có thể được nắn thẳng, nhưng UHSS (vật liệu cứng lên khi được gia nhiệt) có thể cần thay thế. Các xưởng sửa chữa sử dụng công cụ đặc biệt để tránh làm yếu thép.
Xe điện (EV) có sử dụng nhiều AHSS/UHSS hơn xe dùng xăng không?
Có. EV có pin nặng, vì vậy AHSS/UHSS nhẹ giúp bù lại trọng lượng. Chúng cũng cần lớp bảo vệ bổ sung cho cụm pin—thường sử dụng UHSS để bảo vệ pin trong các vụ va chạm.
Những chiếc xe tương lai sẽ sử dụng thép thân xe mạnh hơn nữa không?
Có. Các nhà nghiên cứu đang phát triển loại AHSS thế hệ thứ ba với độ bền cao hơn và tính linh hoạt tốt hơn. Những vật liệu này có thể khiến xe hơi an toàn và nhẹ hơn, từ đó nâng cao hiệu suất.