Năm 2009-2010, Toyota đối mặt với một trong những cuộc khủng hoảng lớn nhất trong lịch sử hơn bảy thập kỷ của hãng. Hàng triệu xe trên khắp thế giới phải triệu hồi để kiểm tra và sửa chữa.
Điều khiến cả ngành công nghiệp ô tô bất ngờ là nguyên nhân không nằm ở động cơ, hộp số hay hệ thống điều khiển điện tử – những bộ phận thường được xem là “trái tim” của chiếc xe.
Mà lại bắt nguồn từ một cơ cấu rất nhỏ bên trong bàn đạp ga.
Thoạt nhìn, đó chỉ là một cụm chi tiết bằng nhựa có kích thước vài centimet, giá thành không đáng kể và hầu như không ai để ý đến trong suốt quá trình sử dụng. Thế nhưng chính cơ cấu nhỏ ấy lại góp phần quyết định cảm giác điều khiển của người lái và sự vận hành an toàn của cả chiếc xe.
Điều đáng chú ý là không có chi tiết nào bị gãy.
Không có trục bị phá hủy.
Không có bánh răng bị vỡ.
Không có ứng suất nào vượt quá giới hạn bền của vật liệu.
Nếu chỉ đánh giá theo các điều kiện bền thông thường, cụm bàn đạp ga vẫn được xem là đáp ứng yêu cầu thiết kế.
Vấn đề nằm ở một cơ cấu tạo ma sát bên trong bàn đạp. Hai chi tiết nhựa có các gờ nhỏ ăn khớp với nhau được thiết kế nhằm tạo lực cản vừa đủ để bàn đạp có cảm giác chắc chắn, đồng thời vẫn có thể trở về vị trí ban đầu nhờ lò xo hồi vị. Về mặt ý tưởng, đây là một giải pháp hợp lý và đã được tính toán cẩn thận.
Nhưng thực tế luôn phức tạp hơn bản vẽ thiết kế.
Sau thời gian dài làm việc, dưới tác động đồng thời của độ ẩm, nhiệt độ, mài mòn bề mặt, biến dạng vật liệu và sai số tích lũy trong quá trình chế tạo, lực ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc tăng dần vượt quá giá trị dự kiến. Khi đó, lò xo hồi vị không còn đủ khả năng thắng lực cản, khiến bàn đạp ga trở về chậm, thậm chí trong một số trường hợp có thể bị kẹt ở vị trí mở ga.
Chỉ một thay đổi rất nhỏ trong điều kiện tiếp xúc giữa hai chi tiết máy.
Nhưng đủ để làm thay đổi hành vi của cả hệ thống, ảnh hưởng đến sự an toàn của hàng triệu người và làm tổn hại uy tín của một trong những tập đoàn ô tô lớn nhất thế giới.
Mức độ nghiêm trọng của sự cố cũng được phản ánh qua các số liệu điều tra của Cơ quan An toàn Giao thông Đường cao tốc Quốc gia Hoa Kỳ (NHTSA). Theo báo cáo Technical Assessment of Toyota Electronic Throttle Control (ETC) Systems (2011), tính đến ngày 31/12/2010, NHTSA đã tiếp nhận 75 báo cáo về các vụ tai nạn chết người được cho là có liên quan đến hiện tượng tăng tốc ngoài ý muốn (Unintended Acceleration – UA) trên xe Toyota, với tổng cộng 93 người thiệt mạng. Tuy nhiên, sau quá trình điều tra kỹ thuật chi tiết, cơ quan này chỉ xác nhận một vụ việc trong cơ sở dữ liệu khiếu nại và một vụ việc khác ngoài cơ sở dữ liệu có nguyên nhân trực tiếp từ bản thân chiếc xe, và cả hai đều liên quan đến hiện tượng bàn đạp ga bị mắc vào thảm lót sàn (pedal entrapment).
Kết luận này một lần nữa khẳng định rằng, trong thiết kế cơ khí, chỉ một thay đổi rất nhỏ ở một chi tiết hoặc cơ cấu tưởng chừng đơn giản cũng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn của con người và tạo nên những hậu quả vượt xa giá trị của chính chi tiết đó.
Sau khi xác định được nguyên nhân, Toyota không phải thiết kế lại toàn bộ cụm bàn đạp ga. Giải pháp được lựa chọn lại rất đơn giản: bổ sung một thanh thép gia cường phía sau cơ cấu ma sát. Thanh thép này làm tăng độ cứng của kết cấu, giảm biến dạng của chi tiết nhựa, từ đó giảm lực ép giữa các bề mặt tiếp xúc và đưa lực ma sát trở về đúng giá trị thiết kế.
Một chi tiết có giá thành rất thấp.
Nhưng đã khắc phục được sự cố trên hàng triệu chiếc xe.
Ngày 5 tháng 2 năm 2010, khi nguyên nhân đã được xác định và giải pháp kỹ thuật đang được triển khai trên toàn cầu, Chủ tịch Toyota Akio Toyoda xuất hiện trước báo giới tại Nagoya. Trước hàng trăm phóng viên và ống kính truyền hình, ông cúi đầu xin lỗi khách hàng vì những gì đã xảy ra.
Đó không chỉ là lời xin lỗi cho một đợt triệu hồi xe.
Đó còn là lời thừa nhận rằng trong kỹ thuật, một chi tiết rất nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến sự an toàn của hàng triệu người, làm tổn hại danh tiếng của một thương hiệu được xây dựng trong nhiều thập kỷ và buộc người đứng đầu một trong những tập đoàn công nghiệp lớn nhất thế giới phải nhận trách nhiệm trước công chúng.
Đối với các kỹ sư cơ khí, đây là một bài học kinh điển về thiết kế chi tiết máy.
Một chi tiết được thiết kế tốt không chỉ cần đủ bền, mà còn phải đủ cứng, đủ ổn định và đủ tin cậy để thực hiện đúng chức năng trong suốt vòng đời làm việc. Người thiết kế phải dự đoán được ảnh hưởng của ma sát, mài mòn, dung sai lắp ghép, biến dạng, lão hóa vật liệu và điều kiện môi trường, chứ không chỉ dừng lại ở việc tính toán ứng suất hay lựa chọn vật liệu.
Thực tế cho thấy, nhiều sự cố kỹ thuật nghiêm trọng không bắt nguồn từ việc chi tiết bị phá hủy, mà từ việc một cơ cấu rất nhỏ không còn hoạt động đúng như ý đồ thiết kế ban đầu.
Đó cũng chính là yêu cầu cốt lõi của môn Chi tiết máy.
Môn học không chỉ giúp sinh viên tính toán đường kính trục, thiết kế các bộ truyền hay lựa chọn ổ lăn. Quan trọng hơn, nó rèn luyện tư duy thiết kế – khả năng nhìn thấy mối liên hệ giữa từng chi tiết với toàn bộ hệ thống, dự đoán các dạng hỏng có thể xảy ra và tạo ra những sản phẩm an toàn, tin cậy và bền vững trong điều kiện làm việc thực tế.
Bởi trong kỹ thuật, sự thành công hay thất bại của một sản phẩm đôi khi không được quyết định bởi những bộ phận lớn nhất, mà bởi chất lượng thiết kế của từng chi tiết máy. Không có chi tiết máy nào là quá nhỏ để có thể xem nhẹ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA), Technical Assessment of Toyota Electronic Throttle Control (ETC) Systems, U.S. Department of Transportation, 02/2011. https://www.nhtsa.gov/sites/nhtsa.gov/files/nhtsa-ua_report.pdf
[2] NASA Engineering and Safety Center, Technical Support to the National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) on the Reported Toyota Motor Corporation (TMC) Unintended Acceleration (UA) Investigation, 18/01/2011. https://www.nhtsa.gov/sites/nhtsa.gov/files/nasa-ua_report.pdf
[3] Toyota Motor Sales U.S.A., Inc., “Toyota Announces Comprehensive Plan to Fix Accelerator Pedals on Recalled Vehicles and Ensure Customer Safety”, thông cáo báo chí, 01/02/2010. https://www.prnewswire.com/news-releases/toyota-announces-comprehensive-plan-to-fix-accelerator-pedals-on-recalled-vehicles-and-ensure-customer-safety-83233002.html
[4] Toyota Motor Corporation, “TMC announces remedy for U.S. accelerator-pedal recall”, thông cáo báo chí, 02/2010. https://newsroom.toyota.eu/2010-tmc-announces-remedy-for-us-accelerator-pedal-recall/
[5] Toyota Motor Sales U.S.A., Inc., thư gửi đại lý về chiến dịch triệu hồi NHTSA số 10V-017, 02/2010. Lưu trữ tại NHTSA: https://static.nhtsa.gov/odi/rcl/2010/RCMN-10V017-5275.pdf
[6] P. Niedermeyer, “Toyota Gas Pedal Fix Explained – With Exclusive Photos”, The Truth About Cars, 06/02/2010. https://www.thetruthaboutcars.com/2010/02/toyota-gas-pedal-fix-explained-with-exclusive-photos/
[7] Associated Press / NBC News, “Toyota’s chief apologizes for global recalls”, 05/02/2010. https://www.nbcnews.com/id/wbna35254001
[8] NPR, “Toyota’s President Apologizes For Safety Woes”, 05/02/2010. https://www.npr.org/2010/02/05/123398847/toyotas-president-apologizes-for-safety-woes
[9] M. Rust, P. Geib, đồ họa giải thích sự cố và giải pháp thanh gia cường trên bàn đạp ga Toyota, Chicago Tribune, 02/02/2010 (nguồn dữ liệu: Toyota). Bản gốc trên chicagotribune.com đã ngừng hoạt động; đồ họa được lưu và phân tích tại blog “And now it’s all this” (Dr. Drang, 03/02/2010): https://leancrew.com/all-this/2010/02/the-toyota-pedal-problem/
[10] Associated Press / NBC News, “Toyota’s president apologizes to shareholders”, 06/2010. https://www.nbcnews.com/id/wbna37895187
