Lớn hơn bánh xe làm tăng khối lượng quay, do đó động cơ phải hoạt động mạnh hơn để bắt đầu chuyển động khi tăng tốc. Hiệp hội Kỹ sư Ô tô Hoa Kỳ (SAE) đã tiến hành một số thử nghiệm và phát hiện rằng việc chỉ tăng đường kính bánh xe thêm một inch thực tế có thể làm chậm thời gian tăng tốc từ 0 lên 60 dặm/giờ (0–96 km/h) của một chiếc xe hiệu suất trung bình khoảng 0,2 giây. Vì sao điều này xảy ra? Tất cả đều bắt nguồn từ cách các định luật vật lý tác động lên các vật thể quay. Khi trọng lượng nằm càng xa tâm bánh xe, lực cản khi tăng tốc độ quay sẽ càng lớn đáng kể. Đó là lý do vì sao nhiều xe hiệu suất cao được trang bị bánh xe nhỏ và nhẹ ngay từ nhà máy. Các nhà sản xuất ô tô hiểu rõ điều này — kích thước bánh xe giờ đây không chỉ còn liên quan đến yếu tố thẩm mỹ nữa, mà thực sự ảnh hưởng lớn đến hiệu suất tổng thể của toàn bộ hệ thống truyền động.
Bánh xe lớn hơn thường giúp xe ổn định hơn khi vào cua vì chúng làm giảm độ cong của thành lốp, nhờ đó cảm giác lái trở nên chính xác và nhanh nhạy hơn khi chạy tốc độ cao trên đường cao tốc. Tuy nhiên, cũng tồn tại một nhược điểm. Những bánh xe lớn hơn làm nâng cao trọng tâm của xe, do đó khi xe vào cua mạnh, toàn bộ thân xe có xu hướng nghiêng nhiều hơn mức cần thiết. Một số thử nghiệm cho thấy việc tăng kích thước bánh xe khoảng 15% thực tế có thể làm gia tăng hiệu ứng nghiêng lên tới khoảng 8% khi vào cua ở tốc độ trung bình. Các nhà sản xuất ô tô cố gắng khắc phục vấn đề này thông qua thiết kế hệ thống treo, nhưng về cơ bản, đa số chuyên gia cơ khí vẫn đánh giá bánh xe rộng hơn là lựa chọn tốt hơn nhằm nâng cao độ chính xác khi điều khiển xe. Lốp rộng tạo ra diện tích tiếp xúc lớn hơn với mặt đường mà không làm xe bị nâng quá cao so với mặt đất, từ đó mang lại lực bám tốt hơn cho người lái và duy trì tính dự báo được trong các tình huống chuyển dịch trọng lượng khi vận hành bình thường.
Khoa học về vật liệu cho thấy sự chênh lệch khá lớn về trọng lượng giữa các loại bánh xe khác nhau. Bánh xe thép tiêu chuẩn thường có trọng lượng khoảng 25–30 kg cho một bộ đầy đủ. Khi chuyển sang sử dụng phiên bản hợp kim đúc, các nhà sản xuất có thể giảm khoảng 25–33% khối lượng không treo (unsprung mass). Tuy nhiên, yếu tố thực sự tạo ra bước đột phá là bánh xe nhôm rèn. Các bánh xe này đã được chứng minh theo các tiêu chuẩn công nghiệp như SAE J2530 có trọng lượng nhẹ hơn từ 40–50% so với bánh xe thép tương ứng. Ví dụ, một bánh xe kích thước 18 inch thường chỉ nặng 8–9 kg, trong khi bánh xe hợp kim đúc cùng kích thước lại nặng từ 13–15 kg. Lý do bánh xe nhôm rèn đạt được kết quả ấn tượng như vậy nằm ở quy trình sản xuất: bằng cách nén các phôi nhôm dưới áp lực cực cao trong quá trình chế tạo, vật liệu thu được có cấu trúc đặc hơn nhiều nhưng vẫn đảm bảo độ bền và tuổi thọ.
Việc giảm trọng lượng không được treo tại mỗi góc xe mang lại sự khác biệt thực sự trong khả năng xử lý động học của phương tiện. Theo các bài kiểm tra trong ngành, khi khối lượng không được treo giảm đi, hệ thống treo có thể phản ứng nhanh hơn khoảng 15% trước các ổ gà và chỗ lồi lõm trên mặt đường. Bánh xe nhẹ hơn đơn giản là cần ít nỗ lực hơn để xoay quanh các khúc cua. Điều này có ý nghĩa thực tiễn như thế nào? Tài xế nhận thấy độ phản hồi khi vào cua cải thiện khoảng 8–12%, đồng thời lốp duy trì tiếp xúc tốt hơn với mặt đường trong suốt quá trình vào cua. Nhiều kỹ sư trong lĩnh vực này thậm chí còn mô tả vấn đề theo cách sau: việc loại bỏ chỉ 1 kilogram khỏi khu vực không được treo tương đương gần như việc loại bỏ 10 kilogram trọng lượng được treo khi xét về khả năng xử lý các va chạm. Đó chính là lý do vì sao các thương hiệu hiệu suất cao nghiêm túc áp dụng tối đa các kỹ thuật sản xuất đặc biệt như ép chảy (flow forming) hoặc rèn bánh xe nhằm đạt được con số 'thần kỳ' dưới 9 kilogram mỗi bánh.
Khi độ rộng của vành tăng lên, diện tích tiếp xúc giữa lốp và mặt đường tự nhiên cũng mở rộng theo. Diện tích này chính là nơi diễn ra toàn bộ 'phép màu' đảm bảo độ bám đường. Bề mặt tiếp xúc lớn hơn giúp xe ổn định hơn khi vào cua vì các lực được phân bố đều hơn trên gai lốp. Đây không chỉ là lý thuyết — các kỹ sư ô tô đã kiểm tra hiện tượng này một cách kỹ lưỡng thông qua các quy trình tiêu chuẩn như quy định trong ISO 15037-1. Ngoài ra còn có yếu tố độ lệch vành (wheel offset), tức là khoảng cách từ tâm vành đến mặt phẳng lắp ghép với moay-ơ. Nếu đo và điều chỉnh độ lệch này chính xác, hệ thống treo sẽ hoạt động đúng như thiết kế. Ngược lại, độ lệch sai sẽ gây ra nhiều vấn đề như lốp trượt sớm hơn mức cần thiết và vô-lăng trở nên mơ hồ, thiếu phản hồi khi lái xe mạnh qua các khúc cua. Do những yếu tố liên quan mật thiết này, hai chiếc lốp trông giống hệt nhau có thể lại thể hiện hành vi rất khác biệt trên cùng một chiếc xe nếu được lắp trên các vành có độ rộng hoặc độ lệch khác nhau. Các đội đua dành hàng giờ đồng hồ để tinh chỉnh các thông số này nhằm đạt hiệu suất tối đa.
Khi các bánh xe được chế tạo cứng hơn, đặc biệt là những bánh làm từ nhôm rèn hoặc sợi carbon, chúng truyền trực tiếp thông tin từ mặt đường đến tay người lái vì ít năng lượng bị bánh xe hấp thụ hơn. Độ cứng này cung cấp hỗ trợ tốt hơn cho thành bên lốp, do đó khi xe vào cua mạnh, độ biến dạng xảy ra ít hơn. Các vành hiện đại cũng có các vị trí lắp mép lốp chắc chắn hơn, giúp giữ lốp bám chặt đúng vị trí cần thiết, từ đó duy trì hình dạng lốp một cách chính xác ngay cả khi chịu áp lực lớn. Tất cả những yếu tố này kết hợp lại giúp cảm giác lái trở nên sắc bén và chính xác hơn, đồng thời người lái thực sự có thể cảm nhận được những gì đang diễn ra dưới lốp xe. Mối liên kết giữa xe và mặt đường chính là yếu tố tạo nên trải nghiệm lái vừa thú vị vừa hiệu quả, đặc biệt đối với những người đặc biệt quan tâm đến hiệu năng.
Khi ô tô đạt tốc độ cao hơn, khí động học của bánh xe thực sự ảnh hưởng lớn đến độ ổn định khi vận hành cũng như hiệu suất sử dụng năng lượng. Theo tạp chí Racecar Engineering năm ngoái, việc thiết kế đúng các nan hoa cùng với tạo hình vành một cách hợp lý có thể giảm lực cản không khí lên tới 8%. Điều này mang lại sự cải thiện rõ rệt về mức tiêu thụ nhiên liệu và giúp phương tiện đạt được tốc độ tối đa cao hơn. Việc kiểm soát luồng khí bao quanh bánh xe không chỉ nhằm nâng cao tốc độ mà còn góp phần làm mát phanh hiệu quả hơn khi lái xe cường độ cao trong thời gian dài, từ đó ngăn ngừa hiện tượng suy giảm hiệu lực phanh. Bánh xe nhôm rèn hoạt động tốt nhờ hình dáng của chúng giúp cắt xuyên qua luồng khí mà không tạo ra nhiều nhiễu loạn. Các phiên bản bánh xe sợi carbon còn tiến xa hơn nữa — chúng nhẹ hơn nhưng vẫn đủ độ cứng để chịu được áp lực gió mạnh mà không bị cong vênh hay biến dạng.
Cách bánh xe xử lý nhiệt đóng vai trò rất quan trọng trong việc giữ cho bánh xe nguyên vẹn, đảm bảo hệ thống phanh hoạt động đúng cách và duy trì áp suất lốp ổn định. Theo một số nghiên cứu do Hiệp hội Kỹ sư Ô tô (SAE) công bố năm 2022, bánh xe nhôm rèn thực tế tản nhiệt nhanh hơn khoảng 40% so với bánh xe thép thông thường. Các bộ bánh xe hiện đại kiểu nhiều mảnh được tích hợp sẵn các khe thông gió cùng các hợp kim đặc biệt có khả năng chịu nhiệt cao, nhờ đó giúp làm mát nhanh hơn trên đường đua, nơi nhiệt độ có thể giảm khoảng 15 độ C so với bánh xe tiêu chuẩn. Bánh xe sợi carbon lại có hành vi khác biệt vì chúng dẫn nhiệt kém hơn. Đặc tính này giúp duy trì áp suất lốp ổn định hơn ngay cả khi vào cua mạnh hoặc tăng tốc đột ngột, từ đó mang lại độ bám đường và khả năng kiểm soát phương tiện tốt hơn cho người lái, đặc biệt khi vận hành ở giới hạn trên những cung đường đèo dốc hoặc đường đua.
EN