Xe buýt được thiết kế để đảm bảo an toàn cho hành khách bằng khả năng chịu được các gờ giảm tốc trên đường, vỉa hè, tình trạng quá tải và thậm chí cả một số lỗi từ người lái. Do đó, việc sử dụng lượng lớn phương tiện giao thông đô thị là một biện pháp cần thiết.
Mặt khác, uPod trong các tổ hợp vận tải uST giải quyết cùng một bài toán vận chuyển hành khách, nhưng nhẹ hơn và tiết kiệm chi phí hơn rất nhiều. Hãy cùng tìm hiểu các nguyên nhân đằng sau điều này.
Loại bỏ tải trọng lên bề mặt đường
Để dễ hình dung, một chiếc xe buýt điện sàn thấp dài 8,5 mét từ một nhà sản xuất Trung Quốc nổi tiếng, với tổng trọng lượng 19.000 kg và sức chứa 58 hành khách, phân bổ khoảng 327,5 kg trọng lượng cho mỗi hành khách. Biên độ an toàn này giúp cải thiện độ tin cậy, nhưng cũng dẫn đến việc tiêu thụ năng lượng tăng cao, mài mòn mặt đường và gây áp lực lên môi trường. Trong khi đó, dòng xe uBus U4-220-T2 với sức chứa 48 hành khách lại được thiết kế ban đầu với trọng lượng riêng thấp hơn đáng kể (12.200 kg tính cả hành khách) nhờ kiến trúc khác biệt của toàn bộ hệ thống.
Sự khác biệt chính giữa các tổ hợp uST và giải pháp vận tải truyền thống là các phương tiện ray không người lái (uPod) không sử dụng đường bộ công cộng. Chúng di chuyển dọc theo tuyến đường ray trên cao tầng thứ hai, tuân thủ nghiêm ngặt một lộ trình được định sẵn. Cách bố trí tuyến đường này giúp giảm thiểu tác động từ các điểm bất thường của mặt đường và hạn chế tối đa nguy cơ va chạm với những người tham gia giao thông khác.
Đối với xe buýt điện hạng nặng, kết cấu của chúng được thiết kế để hấp thụ các lực tác động từ mặt đường. Điều này có nghĩa là cần có khung gầm được gia cố, hệ thống treo cồng kềnh và các tính năng an toàn bổ sung. Tất cả những yếu tố này đóng góp trực tiếp vào trọng lượng của phương tiện.
Ngược lại, uBus U4-220-T2 hoạt động trong một môi trường có tải trọng dự đoán được nhiều hơn. Do không chịu các tác động từ mặt đường, nhu cầu về các kết cấu nặng và việc gánh thêm tải trọng dư thừa “đề phòng trường hợp xấu” được giảm bớt. Thay vào đó, trọng lượng của phương tiện uST được phân bổ đều giữa các trụ neo, trụ trung gian và kết cấu đường ray ứng suất trước căng qua chúng.
Cách cơ sở hạ tầng gánh vác phần trọng lượng dư thừa
Trong ngành vận tải truyền thống, một phần đáng kể trọng lượng thuộc về các hệ thống duy trì sự ổn định khi chuyển động. Hệ thống treo, kết cấu gia cố và hệ thống phanh hoạt động để chống lại các tác động từ môi trường bên ngoài. Điều này đặc biệt đúng với giao thông đô thị sàn thấp, nơi cần phải gia cố khung bổ sung để duy trì độ cứng vững. Trên chiếc xe buýt điện Trung Quốc, các linh kiện này chiếm một phần lớn trong bộ khung của phương tiện.
Trong các tổ hợp uST, một số chức năng này được đảm nhận bởi cơ sở hạ tầng. Để dễ hiểu: đường ray dây, nơi uPod di chuyển, là một kết cấu đường ray ứng suất trước. Độ cứng cần thiết của nó không đến từ độ dày của kim loại, mà đến từ ứng suất bên trong. Kết quả là, đường ray vẫn giữ được độ ổn định hình học mà không cần các dầm chịu lực cồng kềnh. Nhờ vậy, các dòng uPod như uBus U4-220-T2 có thể sử dụng hệ thống gầm nhẹ hơn và phần thân nhỏ gọn hơn.
Nói cách khác, lò xo nặng, giảm xóc và lớp vỏ kim loại dày không còn cần thiết nữa. Nhờ các tính toán kỹ thuật, một phần trọng lượng của phương tiện đã được “chuyển giao” cho cơ sở hạ tầng. Đồng thời, bản thân tổ hợp vận tải cũng không tiêu tốn quá nhiều nguyên vật liệu.
Giảm thiểu trọng lượng không có lò xo (unsprung weight)
Một trong những yếu tố thường bị bỏ qua trong thiết kế xe là loại bề mặt tiếp xúc. Trong vận tải đường bộ như xe buýt điện, lốp khí nén thường được sử dụng. Tùy thuộc vào loại và kích thước xe, mỗi chiếc bánh có thể nặng từ 80 đến 100 kg, và thường có từ 4 đến 6 bánh. Chúng ta có hơn nửa tấn chỉ từ các bánh xe, chưa tính đến hệ thống treo được gia cố. Hơn nữa, lốp khí nén gây ra lực cản lăn bổ sung và đòi hỏi các điều chỉnh tiêu tốn năng lượng để thích ứng với các khuyết tật của mặt đường.
Mặt khác, các uPod như uBus U4-220-T2 sở hữu thiết kế gầm hoàn toàn khác biệt. Đó là cặp bánh xe thép – đường ray, nhưng ở phiên bản nhẹ và không giống với các loại được sử dụng trên đường sắt truyền thống. Do độ chính xác cao của kết cấu đường ray và không có tải trọng va đập, các kỹ sư của UST Inc. đã có thể giảm thiểu trọng lượng không có lò xo. Điều này không chỉ đồng nghĩa với việc giảm trọng lượng mà còn giảm thiểu tổn thất năng lượng khi di chuyển. Yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất tổng thể của toàn hệ thống.
Khí động học, tự động hóa và năng lượng
Hình dáng thân của xe buýt điện bị chi phối bởi kích thước đường sá, các cân nhắc về an toàn và yêu cầu về sức chứa hành khách. Điều này không cho phép tối ưu hóa hoàn toàn tính khí động học. Trong khi đó, uPod hoạt động trong một môi trường hoàn toàn khác, nơi lộ trình và đường đi được định sẵn, không có phương tiện di chuyển ngược chiều hoặc cắt ngang, và không có sự thay đổi hướng đột ngột.
Nhờ những điều kiện này, các uPod có hình dáng khí động học tối ưu mà không phải thỏa hiệp bất kỳ điều gì. Việc giảm thiểu lực cản không khí ở phần đầu phương tiện, ngay cả ở tốc độ thấp, dẫn đến việc giảm đáng kể năng lượng cần thiết cho quá trình vận chuyển. Do đó, trọng lượng của thiết bị kéo cũng được giảm theo.
Điều quan trọng cần lưu ý là các tổ hợp uST hoạt động ở chế độ hoàn toàn tự động (cấp độ GoA4), nhưng nằm dưới sự kiểm soát tập trung. Điều này cho phép thiết kế phương tiện trở nên đơn giản hơn và giảm trọng lượng bằng cách loại bỏ các yếu tố không cần thiết phục vụ cho người lái.
Ngược lại, việc giảm trọng lượng có tác động trực tiếp đến mức tiêu thụ năng lượng. Đối với các hệ thống uST, người ta đã khẳng định rằng chúng tiêu thụ ít năng lượng hơn từ 2-3 lần so với đường sắt truyền thống và từ 5-7 lần so với vận tải đường bộ. Điều này gián tiếp xác nhận rằng cả khối lượng phương tiện lẫn lực cản chuyển động đều được giảm thiểu đáng kể; nếu không, sẽ không thể đạt được hiệu suất như vậy.
Chính xác thì những tấn trọng lượng bổ sung nào đang được “loại bỏ”?
Nếu chúng ta phân tích sự khác biệt giữa các giải pháp…
📌 Khám phá các bài viết liên quan:
Nguồn tin chính thức: ust.inc
