9 phát minh tuyệt vời nhất trong lịch sử phát triển ngành công nghiệp ô tô

Dù cho mối quan tâm chính của khách hàng đối với một chiếc ô tô là hiệu suất, độ an toàn, độ tin cậy, tiện ích, phong cách hay sự thoải mái thì cũng đã trải qua một chặng đường dài để ô tô đạt được đến thời điểm này. Từ những chiếc xe đầu tiên chạy bằng hơi nước ở thế kỷ 18, đến nay làng ôtô thế giới đã cho ra đời những chiếc xe động cơ điện sang trọng, hiện đại. Xe hơi trước đây được chế tạo để càng chắc chắn càng tốt nhưng giờ đây ngày càng được bổ sung thêm nhiều tính năng và trang bị, giúp mang lại hiệu suất, tiện nghi và an toàn tối ưu.

Phanh đĩa

Ở các dòng ô tô rẻ tiền nhất hiện vẫn có thể được trang bị phanh trống bao gồm một xi lanh và má phanh được ép ra ngoài từ bên trong của một xi lanh, được gọi là tang trống. Về cơ bản, phanh đĩa đúng như tên gọi bao gồm một đĩa tròn và má phanh kẹp vào từ hai bên. Chỉ cần tác động một áp lực nhẹ nhàng và cân đối hơn sẽ giúp việc dừng xe mượt mà và trơn tru hơn các phương pháp phanh trước đó. Phanh đĩa cũng có tuổi thọ lâu hơn đặc biệt là khi sử dụng nhiều, phục hồi nhanh hơn sau khi bị ướt và ít bị quá nhiệt.

Xuất hiện lần đầu ở Anh từ năm 1890 nhưng phanh đĩa không được ứng dụng trong thực tế vì nhà sáng chế Frederick William Lanchester đã sử dụng đĩa đồng mang nhược điểm hấp thụ nhiệt lớn và kém bền. Sau đó, phanh đĩa được phát triển trên xe máy nhưng lại sử dụng lâu dài nhất trên các xe lửa vào những năm 1930.

Trong một thời gian dài, phanh đĩa từng được coi là trang bị kỳ lạ trên ô tô. Năm 1950, Chrysler đã sử dụng loại phanh chỉ có đĩa mà không có kẹp trên vài mẫu xe, nhưng phải đến khi có mặt trong những cuộc đua thì phanh đĩa mới cho thấy giá trị của mình. Hãng Jaguar đã sử dụng phanh đĩa Dunlop tại cuộc đua 24 Hours of Le Mans vào năm 1953. C-Type chính là chiếc xe đầu tiên đạt tốc độ trung bình trên 100 dặm/giờ (~160 km/h) mà đáng tin cậy khi phanh. Chiếc xe phổ thông đầu tiên sử dụng công nghệ này là Citroen DS nguyên bản.

Động cơ đặt trước - dẫn động cầu trước

Cả ba hãng xe Citroen, Saab và DKW đều nhận ra rằng hệ dẫn động cầu trước là một cấu hình hữu ích. Hãng xe Đức DKW lần đầu tiên sử dụng định dạng này vào năm 1931, nhưng chính nhà thiết kế Alexander Arnold Constantine Issigonis mới là người đã thay đổi thế giới ô tô khi ông cho ra mắt mẫu xe Austin Mini. Ông đã phát hiện ra rằng nếu động cơ có thể được lắp theo chiều ngang của khoang động cơ thay vì từ trước ra sau thì mẫu xe sẽ được sắp xếp nhỏ gọn hơn nhiều. 

Điều này có nghĩa là cabin của một chiếc xe nhỏ có thể dài hơn mà không làm thay đổi diện tích tổng thể. Thiết kế này đã thay đổi cấu trúc ô tô và vẫn được sử dụng đến ngày nay trong mọi loại xe, từ dạng xe nhỏ gọn đến những chiếc SUV cỡ lớn, với một loạt các cấu hình động cơ đã được sử dụng qua nhiều thập kỷ. Trong số những lợi ích phổ biến, hệ dẫn động cầu trước cho độ bám phía trước tốt trên đường tuyết nhờ trọng lượng động cơ đè lên các bánh dẫn động và phần sàn để phía sau không bị ảnh hưởng quá nhiều.

Bộ tăng áp

Việc nạp khí cưỡng bức đã xuất hiện từ thời Gottlieb Daimler vào năm 1855 nhưng một kỹ sư người Thụy Sĩ mới là người đã tạo ra bộ tăng áp đầu tiên khả thi về mặt thương mại. Bằng cách đưa thêm không khí vào động cơ máy bay, hệ thống này giúp làm hạn chế tác động của việc giảm mật độ không khí trộn với nhiên liệu ở độ cao lớn. Công nghệ này sau đó chuyển sang ứng dụng trên tàu thủy và tiếp đó là xe tải chạy bằng động cơ diesel. Vào những năm 1950, các công ty Mỹ đã mở đường cho động cơ tăng áp sản xuất trên ô tô lần đầu tiên với các mẫu xe Corvair Monza và Oldsmobile Jetfire. Tuy nhiên, chúng chỉ tồn tại được trong khoảng thời gian ngắn do vấn đề là độ trễ turbo (sự chậm trễ trong phản ứng tại thời điểm khi người lái thực hiện tăng tốc).

BMW 2002 Turbo là chiếc xe tăng áp thực sự phổ biến đầu tiên nhưng lại gặp vấn đề về độ tin cậy. Sau đó, Porsche đã sử dụng công nghệ này để tạo ra chiếc Porsche 911 Turbo, mẫu xe đường trường nhanh nhất mà khách hàng có thể mua vào năm 1974 với ý tưởng về động cơ tăng áp đáng mơ ước. Đến năm 1981, Maserati quyết định giới thiệu động cơ tăng áp kép đầu tiên với Biturbo. Porsche đã tiến xa hơn sau đó và sử dụng bộ tăng áp kép tuần tự trong mẫu xe 959. Giờ đây, việc trang bị bộ tăng áp cuộn đôi làm cho độ trễ không còn đáng chú ý, giúp tăng hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.

Định vị GPS

Đã từng có lúc người lái phải sử dụng chỉ đường được cung cấp hoặc bản đồ giấy để điều hướng trong ô tô. Tất cả đã thay đổi khi Mazda bắt đầu sử dụng Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) của quân đội Mỹ trên chiếc xe Eunos Cosmo chỉ có ở thị trường Nhật Bản vào năm 1990. Trước đó, các nhà sản xuất ô tô chỉ có thể nghĩ ra những cách mới để sử dụng bản đồ vật lý. Tiền thân trực tiếp của định vị GPS chính là hệ thống định vị CD-ROM của Toyota lưu trữ bản đồ trong bộ nhớ của xe và hiển thị chúng trên màn hình màu. 

Giờ đây, hầu hết mọi người đều có hệ thống GPS trên điện thoại thông minh của họ. Điều này đã dẫn đến việc các nhà sản xuất ô tô hỗ trợ chức năng đó trong hệ thống thông tin giải trí với Android Auto và Apple CarPlay dù vẫn tiếp tục cung cấp các tùy chọn dịch vụ điều hướng có sẵn tích hợp trên ô tô. Mặc dù công nghệ vẫn còn tiềm ẩn các vấn đề, nhưng bây giờ bạn sẽ không bao giờ bị lạc nữa.

Dây an toàn

Các nghiên cứu vào giữa những năm 1980 đã chỉ ra rằng dây an toàn làm giảm đáng kể những chấn thương và tử vong trong các vụ tai nạn ô tô. Gần đây hơn, sự kết hợp giữa dây an toàn và túi khí cho thấy đã làm giảm một nửa số ca tử vong do tai nạn. Tuy nhiên, quay trở lại giữa thế kỷ 19 thì chiếc dây an toàn đầu tiên được phát minh bởi kỹ sư người Anh George Cayley cho chiếc tàu lượn của ông. Phải đến năm 1946, một bác sĩ ở California mới nảy ra ý tưởng về dây an toàn có thể tự thu vào. Nhà sản xuất ô tô hiện đã không còn tồn tại Nash đã đưa trang bị này ứng dụng vào ô tô của họ năm 1949, nhưng nhưng nhiều khách hàng cho rằng dây an toàn không cần thiết và muốn các đại lý loại bỏ chúng. Nash tuyên bố rằng họ đã thất bại trong việc bán hàng nhưng Ford sau đó vẫn cung cấp chúng như một tùy chọn vào năm 1955.

Dây an toàn ba điểm đầu tiên không thu lại (kiểu chữ Y) được thiết kế bởi Roger W. Griswold và Hugh DeHaven vào năm 1955. Tuy nhiên, chính Saab đã thành công trong việc chế tạo dây an toàn như một tính năng tiêu chuẩn phổ biến với sự ra đời của mẫu xe GT 750 trong năm 1958. Sau đó, nhà phát minh người Thụy Điển Nils Bohlin đã phát triển ra dây an toàn ba điểm hiện đại có thể thu vào được tương tự như ngày nay cho chiếc Volvo. Thiết kế này mang tính cách mạng và Volvo cam kết đảm bảo an toàn đến mức nhà sản xuất ô tô đã cho phép sử dụng miễn phí trong toàn ngành.

Bang Victoria, Úc đã ban hành luật đầu tiên yêu cầu thắt dây an toàn vào năm 1970. Hoa Kỳ đã tuân theo luật này suốt những năm 1980, nhưng đã bị tranh luận ở các tòa án khiến nó không được đưa vào thực thi. Bây giờ, hầu hết mọi người không nghĩ nhiều vì nó đã như một thói quen và công nghệ bắt buộc người lái phải cài dây an toàn trước khi cầm lái đang nhanh chóng trở thành một tiêu chuẩn chung.

Thiết kế khí động học

Kể từ khi ô tô ra đời, các kỹ sư đã hiểu rằng lực cản lớn nhất đối với ô tô là không khí. Những tay đua tốc độ vào những năm 1800 đã chế tạo ra những chiếc xe trông giống như lấy cảm hứng từ những con thuyền. Tới năm 1914, Alfa Romeo đã thiết kế chiếc xe tinh gọn đầu tiên được biết đến, nhưng trọng lượng thêm của thân xe không cải thiện được tốc độ của xe cơ bản. Chiếc xe Rumpler "Tropfenwagen" (xe giọt nước) của Đức năm 1921 đã thành công hơn, và Hệ số lực cản (Cd) của nó là .28 ngày nay được coi là trơn trượt trong không khí. Thiết kế "tinh giản" đã trở thành xu hướng chủ đạo, được thấy trong các mẫu xe như Chrysler Airflow từ năm 1934. 

Mãi cho đến cuối những năm 1950, giới đua xe mới bắt đầu quan tâm hơn đến tính khí động học. Ngoài việc ô tô trơn chạy nhanh hơn, nhà nghiên cứu người Anh G.E. Lind-Walker cũng đã khởi đầu một cuộc cách mạng trong lĩnh vực đua xe bằng cách chứng minh vai trò của lực bám đường của xe trong quá trình tăng tốc, phanh và vào cua. Cánh và cánh lướt gió bắt đầu xuất hiện trên ô tô đường phố, đồng thời bắt đầu xuất hiện mối liên hệ giữa xe đua và xe đường trường về tính khí động học và kiểu dáng.

Chìa khóa điện tử

Vào năm 1980, Ford giới thiệu hệ thống mở khóa không cần chìa mà sử dụng mã số được nhập vào bàn phím 5 nút gắn trên cửa tài xế để mở. Tuy nhiên, chính Renault mới là hãng xe đầu tiên giới thiệu hệ thống mở khóa từ xa vào năm 1982 tại Pháp với mẫu xe Fuego. Sau đó, General Motors đã đưa trang bị đến với công chúng vào đầu những năm 1990. 

Giờ đây, chúng ta thậm chí không cần lấy chìa khóa ra khỏi túi để mở các cửa xe hơi hiện đại. Thay vào đó, một bộ phát sóng-cảm nhận khi đến gần xe để tự động mở khóa và khóa cửa khi đi xa. Mặc dù nghe có vẻ như là một phát minh gần đây, nhưng "hệ thống mở khóa thụ động" đầu tiên đã có trên chiếc xe Chevrolet Corvette 1993. Công nghệ này vẫn còn rất nhiều sự phát triển và trong khi Tesla đang sử dụng thẻ khóa, có vẻ như thế hệ tiếp theo sẽ là công nghệ tích hợp chìa khóa vào điện thoại.

Hộp số ly hợp kép

Hộp số tự động đầu tiên xuất hiện vào năm 1904 còn được gọi là "hộp số xe ngựa không có ngựa". Tới năm 1939, General Motors đã giới thiệu hộp số tự động sản xuất hàng loạt đầu tiên. Dù giúp người lái dễ dàng hơn nhưng hộp số tự động khi ấy lại khó chuyển số nhanh. Vì vậy, hộp số ly hợp kép (DCT) xuất hiện với một ly hợp xử lý các bánh răng số chẵn trong khi ly hợp kia xử lý các số còn lại đã giải quyết được vấn đề chuyển số nhanh.

Ý tưởng về hộp số DCT bắt nguồn từ một kỹ sư quân sự người Pháp trước Thế chiến thứ hai nhưng ông chưa bao giờ đưa khái niệm này vào cuộc sống. Chiếc ô tô sản xuất đầu tiên được trang bị DCT là mẫu xe Hillman Minx của Anh vào năm 1961, mặc dù loại xe này bán tự động hơn là hoàn toàn tự động. Đua xe đã lên ngôi khi Porsche bắt đầu sử dụng khái niệm này trên chiếc xe đua 962 C của mình vào năm 1985. Tuy nhiên, phải đến năm 2003, chiếc xe đường trường hiện đại đầu tiên sở hữu hộp số ly hợp kép mới xuất hiện và đó là Volkswagen Golf R32.

Hệ thống cân bằng điện tử

Hệ thống cân bằng điện tử (ESC) có lẽ đã cứu nhiều mạng người hơn bất kỳ sự đổi mới nào trên ô tô. Mọi phương tiện mới ở Mỹ đều được luật pháp quy định phải được trang bị hệ thống ESC này. Tiền đề cơ bản cho hệ thống là một máy tính nhận diện xe trượt bánh trước (Understeer) và trượt bánh sau (Oversteer) để tự động áp dụng phanh hoặc ga để khắc phục sự cố và cho phép người lái giữ quyền kiểm soát. 

ESP hoạt động dựa trên sự hỗ trợ của hai công nghệ an toàn là ABS và TCS. Trong đó TCS là từ viết tắt của Traction Control System - hệ thống kiểm soát lực kéo, còn ABS là từ viết tắt của Anti-lock Brake System - hệ thống chống bó cứng phanh. Cả hai hệ thống đều có nhiệm vụ kiểm soát độ bám đường của bánh xe, trong đó ABS sẽ kích hoạt khi xe phanh lại, còn TCS kích hoạt khi xe tăng tốc đột ngột - điều đặc biệt cần thiết khi xe di chuyển trong điều kiện mặt đường ướt hoặc trơn trượt.

Về mặt kỹ thuật, Toyota Crown 1983 là chiếc xe đầu tiên được trang bị Hệ thống kiểm soát chống trượt (Anti-Skid Control), nhưng BMW đã cải tiến hệ thống kiểm soát lực kéo của mình với mẫu xe Bosch vào đầu những năm 1990 và áp dụng nó cho toàn bộ dòng xe của mình từ năm 1992. Mercedes cũng thông qua việc hợp tác với Bosch, đã đưa hệ thống ESC của mình vào sản xuất vào năm 1995 trên chiếc S-Class Coupe, cùng lúc với Hệ thống kiểm soát ổn định xe (Vehicle Stability Control System) của Toyota xuất hiện trên mẫu Crown Majesta.

Phải mất một khoảng thời gian để công nghệ này trở nên tương đối rẻ nhưng tới những năm 2000, hầu hết các nhà sản xuất ô tô đều cung cấp hệ thống này dưới dạng phiên bản tùy chọn hoặc tiêu chuẩn. Vào năm 2012, ESC đã trở thành bắt buộc đối với những chiếc xe sản xuất được bán ở Mỹ. Theo các nghiên cứu của Cục An toàn Giao thông Đường bộ Hoa Kỳ (NHTSA), chỉ riêng ESC đã giúp làm giảm đến 56% các vụ va chạm gây tử vong của xe SUV.