Nhiều thập kỷ qua, kết cấu thân trên khung (body on frame) – gồm phần thân xe đặt trên khung chính có dạng hình thang – được xem là thiết kế chuẩn mực cho các phương tiện cần tải nặng và vượt địa hình, nhờ khả năng chịu lực vặn xoắn rất tốt. Nhìn từ góc độ nhà sản xuất, kết cấu này còn có lợi điểm lớn ở việc có thể dễ dàng tùy biến, như điều chỉnh độ dài hay bổ sung thêm trục bánh xe để chia tải khi cần. Đây cũng chính là điều khiến việc tạo ra những dòng xe “khủng long” như Mercedes-AMG G63 6×6 hay Dodge RAM 6×6 trở nên “dễ như ăn kẹo”. Nhờ thế, cho tới đầu thế kỷ 21, hầu hết các dòng xe “gầm cao” đều ưa chuộng sử dụng thiết kế thân trên khung, và thực tế đã tạo dựng được danh tiếng về sự bền bỉ và khả năng chinh phục địa hình phức tạp.

Tuy nhiên, chính sự ưu việt mang tính truyền thống nói trên của kết cấu thân trên khung lại là điều khiến người tiêu dùng hoài nghi về năng lực thế hệ mới của các mẫu xe địa hình mang tính biểu tượng của Land Rover như Defender 2020 hay mẫu xe đa dụng phổ biến như Sorento của KIA – vốn từng là đối thủ cạnh tranh của nhiều dòng SUV cỡ lớn và luôn phải đảm bảo khả năng chở tới 7-8 hành khách – khi chuyển sang nền tảng đơn mảnh. Trong đó, câu hỏi gây nhiều tranh cãi nhất nằm ở việc liệu kết cấu đơn mảnh có thể duy trì được chất cứng cáp vốn có của những chiếc xe dạng này hay không.

Thực tế, cần phải khẳng định rằng, sự phát triển vũ bão của công nghệ nền tảng ô tô, với hàng loạt phát kiến mới về vật liệu cũng như kết cấu, đã thay đổi hoàn toàn cục diện cuộc chơi.

Để giải bài toán độ cứng cho khung xe đơn mảnh, các nhà sản xuất ô tô đã viện tới công nghệ vật liệu mới, đặc biệt là thép siêu cứng với độ cứng có thể đạt gấp 4 lần các loại thép thông thường, trong đó có thép boron – vốn phổ biến sử dụng chế tạo các loại gậy golf. Công nghệ đúc hiện đại cũng gia tăng đáng kể độ cứng của thép, ví dụ như hợp kim nhôm đúc nóng trên khung gầm Audi Q8 có khả năng chịu lực tới trên 230 mega-pascal (MPa), trong khi các loại thép đúc nóng có thể lên tới hơn 1.000 MPa. Như thế, đây là một bước tiến rất dài so với con số chỉ 50-80 MPa mà vật liệu kim loại trên xe ô tô cách đây một thập kỷ đạt được. Ngoài kim loại, người ta cũng có thể bắt gặp các vật liệu sợi tổng hợp (như vật liệu sợi carbon) trên một số dòng xe cao cấp.

Sự kết hợp vật liệu linh hoạt kết hợp với cách bố trí hợp lý (mà các nhà thiết kế thường gọi là “đặt đúng loại vật liệu ở đúng chỗ” có thể giúp cải thiện độ cứng của khung xe từ 30 đến 60% so với trước kia. Mức này đủ giúp độ cứng của các thế hệ khung gầm đơn mảnh hiện đại đáp ứng mọi nhu cầu mà một người sử dụng SUV thương mại có thể cần tới, dĩ nhiên đôi khi có thể khiến chi phí sản xuất xe trội lên.

Ngoài việc giúp cải thiện độ cứng khung gầm, vật liệu công nghệ cao cũng giúp cắt giảm đáng kể trọng lượng thành phần này.

Để hiểu rõ hơn về hiệu quả mang lại từ kết cấu đơn mảnh, hãy lấy ví dụ với Land Rover Defender 2020 hoàn toàn mới. Thiết kế khung gầm tiên tiến của chiếc xe này khi được kết hợp cùng vật liệu mới đã cải thiện đáng kể khả năng chịu vặn xoắn của thân xe. Đây vốn là điểm yếu của kết cấu đơn mảnh so với kết cấu thân trên khung, và là yếu tố quan trọng liên quan trực tiếp tới khả năng leo trèo và chở nặng của những chiếc xe. Theo hãng xe Anh quốc, chỉ số này đã tăng gấp 3 lần, đạt tới 29 kiloNewton/độ. Vật liệu mới cũng giúp nóc của Defender mới đã có thể chịu tải hàng hóa lên tới 170kg khi di chuyển và 300kg khi xe đứng yên – tức gấp 4 lần so với thế hệ trước đó.

Cùng với những bước tiến về thiết kế và vật liệu, nhiều “món mới” khác cũng cho phép những chiếc xe ứng phó tình huống khó một cách dễ dàng hơn. Trong số này, nổi bật là công nghệ hỗ trợ điện tử (như hệ thống kiểm soát lực kéo) hay hệ thống treo (giảm xóc) tiên tiến giúp giảm lực vặn xoắn tác động lên khung gầm trong vận hành. Mặt khác, ít ai biết rằng, khung gầm của Defender 2020 tuy nằm chung nhóm D7 đơn mảnh như một số mẫu Range Rover, nhưng được cải tiến và gia cố đáng kể để chống chọi lực tác động, và mang một mã riêng là D7x. Trong đó, kí tự “x” là viết tắt của “extreme”, thể hiện việc được gia cố để cải thiện khả năng chịu tải tới mức…cực đoan.

Dĩ nhiên, bản thân kết cấu mảnh cũng đem lại nhiều lợi thế mới cho SUV truyền thống. Việc kết hợp hai thành phần vào một đã giảm thiểu đáng kể trọng lượng tổng thể của xe. Điều này đồng nghĩa lượng nhiên liệu tiêu thụ – điểm yếu cố hữu của các dòng xe cỡ lớn nặng nề – cũng giảm theo. Các khớp nối giữa hai phần chính của khung gầm biến mất cũng khiến những chiếc xe giờ đây cứng cáp, vận hành linh hoạt và êm ái hơn rất nhiều.

Kết cấu đơn mảnh liền khối với trọng tâm hạ thấp cũng giúp những chiếc SUV cục mịch một thời giờ đây có thể được điều khiển nhẹ nhàng, linh hoạt như những chiếc sedan, đồng thời êm ái hơn nhiều khi di chuyển trên các cung đường xấu.

Ở khía cạnh an toàn, thiết kế đơn mảnh còn cho phép các nhà sản xuất bổ sung dễ dàng vùng tự gãy (crush zone) vào kết cấu khung gầm, qua đó triệt tiêu đáng kể các xung chấn tác động trong tình huống rủi ro, bảo vệ an toàn khoang lái. Nhờ thế, các dòng SUV với kết cấu đơn mảnh an toàn hơn rất nhiều so với các “bậc tiền bối” khi lưu thông ở tốc độ cao.

Những đặc điểm rất phù hợp với thị hiếu người dùng ô tô hiện đại nói trên khiến không chỉ Sorento 2020 hay Defender 2020 mà ngày càng nhiều những mẫu xe SUV đình đám khác, vốn từng xây dựng danh tiếng về chinh phục địa hình nhờ kết cấu thân trên khung (body on frame) đều dần dần chuyển sang nền tảng đơn mảnh. Trong số đó, nổi bật là Land Rover Range Rover (từ thế hệ thứ 4), Ford Explorer (từ thế hệ thứ 5), Nissan Pathfinder (từ thế hệ thứ 4), Jeep Cherokee (từ thế hệ thứ 5), Honda Pilot…

Điểm yếu đáng kể nhất của kết cấu đơn mảnh vào lúc này có lẽ nằm ở chi phí. Với kết cấu thân trên khung, nhà sản xuất dễ dàng nâng cấp hay thậm chí thay thế phần thân xe phía trên trong khi vẫn duy trì bộ khung bên dưới. Trên kết cấu đơn mảnh, điều này không dễ dàng, và thường tốn nhiều công sức và tài chính. Việc sản xuất các xe với kết cấu dạng này cũng đòi hỏi hạ tầng máy móc đắt đỏ (như máy dập kim loại khổ lớn) mà không phải nhà sản xuất nào cũng dám đầu tư. Về phía người dùng, sửa chữa khung gầm đơn mảnh sau khi gặp va chạm thường khó khăn hơn nhiều so với xe sử dụng kết cấu thân trên khung.

Hoàng Linh