Xe máy

Nửa cuối thế kỷ 19: Lịch sử xe gắn máy bắt đầu

Ý tưởng xe gắn máy dường như đã xảy ra với rất nhiều kỹ sư và nhà phát minh đặc biệt là ở châu Âu sau sự ra đời của các phát minh: động cơ hơi nước (James Watt), động cơ điện (Michael Faraday), xe đạp, động cơ đốt trong (Etienne Lenoir),...trong khoảng cuối thế kỷ 18 và nửa đầu thế kỷ 19. Ý tưởng trên đã được thể hiện bằng việc cho ra đời những mẫu "xe đạp gắn động cơ" vào khoảng nửa cuối của thế kỷ 19, đánh dấu mốc cho lịch sử phát triển của xe gắn máy.

Năm 1868 - Tại Pháp

Chiếc xe đạp gắn động cơ hơi nước Michaux-Perreaux là xe gắn máy đầu tiên ra đời tại Pháp do Pierre Michaux và Louis-Guillaume Perreaux thực hiện. Pierre Michaux (25/6/1813 - 1883) là một thợ rèn, người cung cấp phụ tùng cho các xe thương mại Paris trong những năm 1850 và năm 1860. Louis-Guillaume Perreaux (19/2/1816 - 05/4/1889) là kỹ sư Pháp, người đã thiết kế chiếc xe đạp gắn động cơ hơi nước sử dụng nhiên liệu cồn đầu tiên tại Pháp. Chiếc xe của họ đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1868 và năm 1869 đã được trình bày cho công chúng.
Cho tới nay vẫn còn tồn tại một số tranh cãi về tác giả của chiếc xe này do ghi nhận về tuổi của Perreaux trong bằng sáng chế. Tuy nhiên, phần lớn đều công nhận là xe gắn máy Michaux-Perreaux. Hiện tại, bản gốc duy nhất chiếc Michaux-Perreaux được lưu giữ tại bảo tàng Ile-de-France
Chiếc Michaux-Perreaux bao gồm khung bằng sắt rèn, thiết kế theo dạng khung xe đạp có sửa đổi cho yên ngồi nâng lên tạo khoảng trống để lắp động cơ hơi nước nhỏ. Bàn đạp gắn ở bánh trước xe đạp vẫn được giữ lại từ xe đạp. Bánh xe trước lớn hơn bánh sau, đều làm bằng gỗ bọc sắt rèn, nan hoa bằng sắt rèn. Động cơ được gắn trên thanh dọc của khung nghiêng một góc 45 độ, đằng sau nó là lò hơi và các thùng nhiên liệu, nước. Đó là động cơ hơi nước một xi-lanh làm bằng đồng mạ (động cơ đốt ngoài), công suất 0,5 mã lực. Chuyển động của động cơ được truyền cho bánh sau theo cơ cấu gồm bánh ròng rọc và dây cu roa. Tuy nhiên, chiếc xe đầu tiên vẫn chưa có bộ phận giảm sóc và phanh.
Khi điều khiển chiếc Michaux-Perreaux, trước tiên người ta châm lửa cho nhiên liệu cồn cháy để đun cho nước sôi và chuyển thành hơi, sau đó người điều khiển lên yên ngồi và dùng chân đạp bàn đạp cho xe chuyển động về phía trước làm tăng áp suất hơi nước ở xi lanh để động cơ hoạt động kéo xe chạy. Vận tốc tối đa của Michaux-Perreaux lúc bấy giờ đạt 15 km/h.

Năm 1869 - Tại Mỹ

Xe đạp gắn máy hơi nước đầu tiên tại Pháp ra đời không lâu thì tại Mỹ, vào năm 1869, Sylvester H.Roper giới thiệu lần đầu tiên chiếc xe gắn động cơ hơi nước của mình tại Massachusetts. Sylvester Howard Roper (1823 - 1896) là một nhà phát minh sung mãn trên nhiều lĩnh vực. Hiện tại, nguyên mẫu chiếc xe gắn máy hơi nước Roper1869 được lưu giữ tại Viện Smithsonian Hoa Kỳ
Chiếc Roper vẫn là sự kết hợp động cơ hơi nước với xe đạp nhưng vị trí lắp động cơ được đặt giữa hai bánh như xe gắn máy hiện đại. Về kết cấu, Roper bao gồm khung xe bằng thép, thiết kế theo dạng khung xe đạp có 2 bánh bằng nhau. Khoảng cách giữa trục bánh trước và bánh sau là 49 inch. Hai bánh xe bằng gỗ bọc thép ở mặt ngoài, có đường kính 34 inch. Treo dưới yên ngồi là một nồi hơi dùng than, gắn liền với khung nhờ cặp lò xo. Ở phía bánh sau, trên mỗi bên của khung lặp một bộ piston xilanh, có ống dẫn thông với lò hơi. Ngoài ra, một ống khói ngắn của nồi hơi dựng lên từ phía sau yên xe.
Chuyển động của động cơ được truyền cho bánh sau theo cơ cấu thanh truyền-tay quay. Chỗ để chân được gắn vào hai đầu trục trước. Roper có công suất động cơ 0,5 mã lực và tốc độ đạt được 16 km/h. Roper được đánh giá là có nhiều tính năng xe máy hiện đại, bao gồm một dây cáp gắn liền với tay lái vận hành bướm ga, một dây xích từ tay lái để kéo tấm kim loại dạng cong như cái muỗng áp vào bánh trước như hệ thống phanh.
Người điều khiển chuẩn bị vận hành chiếc Roper bằng cách mở cửa hông ở phần dưới nồi hơi, châm lửa cho than trong lò cháy hồng đun sôi nước trong nồi hơi và tạo ra hơi nước để cấp năng lượng cho động cơ. Nước được cung cấp từ bồn chứa ở phần trên nồi hơi. Khi áp suất hơi nước đủ lớn, người lái thắt chặt cáp để"tăng ga" cho xe tiến về phía trước.
Những người hàng xóm của Roper đã kể lại rằng nhiều người đi bộ sợ hãi, khó chịu vì tiếng ồn và khói cay khi ông cưỡi chiếc xe mà ông sáng tạo đi ra phố. Thậm chí ông đã từng vào đồn cảnh sát vì lý do đó nhưng nhanh chóng được thả ra do bằng sáng chế đã được cấp.

​Năm 1885 - Tại Đức

Có thể coi là "xe gắn máy" hoàn chỉnh và gần nhất với sản phẩm hiện đại, tên là Reitwagen do người Đức có tên Gottlieb Daimler (1834 - 1900) thực hiện vào năm 1885. Bằng sáng chế số DRP 36.423 được trao cho Gottlieb vào ngày 11 tháng 8 năm 1886 tại Đức. Nguyên mẫu chiếc Reitwagen đã bị mất trong một vụ cháy lớn năm 1903 tại nhà máy DMG của Daimler tại Cannstatt nên các chiếc Reitwagen được trưng bày ở một số bảo tàng là bản sao chính xác theo đúng bản vẽ và hồ sơ của nó.
Daimler đã xây dựng chiếc Reitwagen như thế nào? Từ niềm đam mê kỹ thuật cơ khí chế tạo, Gottlieb Daimler đã thể hiện đam mê về kỹ thuật cơ khí khi còn học trung học. Năm 1852, Gottlieb Daimler không theo nghề làm bánh của cha mình mà quyết định chọn kỹ thuật cơ khí và rời quê hương bắt đầu công việc kỹ thuật cơ khí tại Graffenstaden. Năm 1857-1859, ông trở lại học ngành cơ khí tại Đại học Bách khoa Stuttgart. Sau đó, để mở rộng sự hiểu biết về kỹ thuật, ông đến một số nước châu Âu làm việc trên động cơ đốt trong của JJ Lenoir, đầu máy xe lửa,...
Năm 1863, Daimler kết bạn với Wilhelm Maybach, một nhà thiết kế công nghiệp mới 19 tuổi và sau này trở thành đối tác lâu dài của ông. Năm 1872, Daimler và Maybach đến làm việc cho công ty của Nikolaus Otto. Trong công ty, Daimler và Maybach tham gia vào đội ngũ kỹ thuật cùng với Otto tập trung xây dựng động cơ xăng bốn thì. Năm 1877, Otto được cấp bằng sáng chế động cơ đốt trong bốn thì. Năm 1882, Daimler và Maybach rời khỏi công ty Otto với cùng ý tưởng hình thành trước đó, họ thành lập một nhà máy sản xuất để cùng nghiên cứu phát triển động cơ nhỏ tốc độ cao để có thể lắp trên một loạt các phương tiện trên mặt đất, trên sông và trên không.
Bí mật, miệt mài giải quyết khó khăn. Daimler và Maybach biết rõ hạn chế động cơ Otto hiện có là hệ thống đánh lửa và cung cấp nhiên liệu - Đây chính là khó khăn mà hai ông phải giải quyết. Maybach tìm thấy nguồn cảm hứng trong một bản vẽ bởi các kỹ sư Watson Anh. Sau nhiều thử nghiệm, Maybach đã đưa ra được hệ thống đánh lửa "ống lửa nóng" đảm bảo đánh lửa ổn định và có thể tăng tốc động cơ như mong muốn.
Hệ thống trên có cấu tạo và hoạt động theo nguyên tắc: một ống làm nóng từ bên ngoài, hướng vào xi-lanh ở khoảng vị trí của bugi sau này. Khi nén bằng piston trong xi lanh, hỗn hợp nhiên liệu chống lại các ống nóng và được đốt cháy một cách tự nhiên. Trong quá trình nghiên cứu chế tạo, các hoạt động sáng tạo được hai ông giữ bí mật tuyệt đối.

Cuộc đua nhận bằng sáng chế

Mặc dù biết bằng sáng chế động cơ xăng 4 thì Otto DRP 532 vẫn còn giá trị, nhưng với sự khác biệt về kích thước động cơ, hệ thống đánh lửa được xây dựng và đặc biệt là với nghệ thuật ngôn từ của G.Daimler thì bằng sáng chế cho động cơ xăng 4 thì nằm ngang với ống lửa nóng đã được cấp ngày 23 tháng 12 năm 1883. Đoán trước sẽ phải chạy đua bằng sáng chế với Otto, Karl Benz và các nhà sáng chế khác, nên chỉ một tuần sau khi bằng sáng chế cho các "động cơ xăng 4 thì nằm ngang với ống lửa nóng" được cấp, G.Daimler tiếp tục nộp bằng sáng chế khác cho một hệ thống "kiểm soát tốc độ của động cơ bằng cách kiểm soát các van xả" để bảo vệ phát minh của mình.
Phiên bản cải tiến của động cơ sau đó là động cơ bốn thì một xi lanh thẳng đứng, được đặt tên là "đồng hồ quả lắc" (vì nó trông giống đồng hồ quả lắc) và được cấp bằng sáng chế vào tháng 4 năm 1885. Trong "đồng hồ quả lắc", cơ chế tay quay và bánh đà lần đầu tiên được bọc trong một cacte chống dầu và bụi, trên đó có xi-lanh làm mát bằng khí. Nó được thiết kế nhỏ gọn phù hợp để lắp đặt trong nhiều loại thiết bị: khối lượng 60 kg, dung tích xi lanh 264cc, công suất 0,5 mã lực (0,37 kW) tại 650 vòng/phút (650rpm). Đây được coi là tiền thân của các động cơ xăng hiện đại.

Chiếc Reitwagen ra đời

Daimler và Maybach lắp đặt "Đồng hồ quả lắc" trong một chiếc xe đạp bằng gỗ tạo ra chiếc xe gắn máy đầu tiên và đặt tên cho nó là Reitwagen hay Einspur. Năm 1885, Daimler nộp bằng sáng chế và 1 năm sau đó, ông được trao bằng sáng chế cho chiếc xe Reitwagen của mình.
Chiếc Reitwagen có cấu tạo bao gồm khung bằng gỗ, bánh xe bằng gỗ lót thép ở mặt ngoài, tay cầm và yên xe. Hai bánh xe nhỏ hoạt động như chân chống tương tự như 2 bánh phụ trên chiếc xe đạp của trẻ em mới bắt đầu tập đi xe. Tay cầm hình chữ T ngã về phía sau được chế tạo bằng thép. Yên ngồi là một tấm kim loại uốn cong chữ U, bọc da và được đặt trực tiếp trên động cơ. Reitwagen nặng 90 kg, dung tích xi lanh 264cc sử dụng nhiên liệu là xăng hoặc dầu hỏa.Hệ thống truyền động ra bánh sau theo cơ cấu bánh ròng rọc và dây curoa. Reitwagen có thể đạt được vận tốc tối đa tới 12 km/h.
Reitwagen phải được khởi động trước khi cưỡi lên và vận hành. Để khởi động động cơ, đầu tiên phải thắp sáng ngọn lửa nhỏ bên dưới ống lửa nóng và sử dụng tay quay quay động cơ vài vòng. Mất khoảng một phút sau khi khởi động cho động cơ chạy tốt, người điều khiển lên yên ngồi và tác động vào cần điều khiển hệ thống truyền động cho xe chạy.
Do chưa có bộ ly hợp nên để thay đổi tốc độ, người điều khiển tác động vào bánh đỡ dây đai để chọn bánh ròng rọc cho dây đai (tương tự như cơ cấu chuyển dĩa và líp ở xe đạp ngày nay). Hai tốc độ có thể lựa chọn là 6 hoặc 12 km/h tùy thuộc vào ròng rọc mà đai lựa chọn.
Khoảnh khắc lịch sử - thử nghiệm đầu tiên. Con trai của Daimler Paul, 17 tuổi, trở thành người lái xe gắn máy đầu tiên vào ngày 10 tháng 11 năm 1885, khi anh cưỡi chiếc Reitwagen từ Cannstatt đến Untertürkheim và trở lại (khoảng 10 km) với tốc độ đạt 12 km/h. Với điều kiện đường giao thông vào thời điểm bấy giờ, Reitwagen hầu như không có được một cuộc hành trình thoải mái. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất nhất gặp phải là sức nóng của ngọn lửa động cơ dưới yên ngồi.

Tai nạn xe máy đầu tiên

Tai nạn đầu tiên được ghi nhận thuộc về chiếc xe của Sylvester H.Roper - Mỹ năm 1894.
Vẫn là động cơ hơi nước sau hơn 25 năm cải tiến và phát triển kể từ khi chiếc Roper 1869 ra đời. Chiếc Roper 1894 đã tham gia trong vụ tai nạn xe máy lần đầu tiên với chính người phát minh ra nó.

Các nhận định của giới phân tích - các tranh luận dần được tháo gỡ

Sử dụng một định nghĩa rộng rãi cho một xe máy, có hai xe hai bánh gắn động cơ hơi nước đầu tiên, một xây dựng ở Pháp bởi Louis-Guillame Perreaux và Pierre Michaux vào năm 1868, một xây dựng tại Hoa Kỳ bởi Sylvester Roper ngay sau đó, mà ông đã chứng minh tại hội chợ, rạp xiếc tại nhiều nơi khác nhau. Với một định nghĩa đủ cho một chiếc xe máy là hai bánh xe và động cơ đốt trong thì chiếc Reitwagen được xây dựng ở Đức bởi Gottlieb Daimler và Wilhelm Maybach vào năm 1885 là xe gắn máy đầu tiên trên thế giới, sự xuất hiện của nó là một khởi đầu cho lịch sử phát triển hơn một trăm năm.
Một cuộc tranh luận về việc xác định xe máy đầu tiên được phát minh đã xảy ra, một số cho rằng hai bánh xe và một động cơ hơi nước phải được xét, tuy không được phát triển nhưng sự ra đời của nó khơi màu cho những sáng tạo về sau, những người khác nhấn mạnh rằng một động cơ đốt trong là một thành phần quan trọng. Hầu hết các chuyên gia đồng ý rằng: “Reitwagen chế tạo tại Đức vào năm 1885 là xe máy đầu tiên trên thế giới”.
Tuy nhiên Reitwagen chỉ là kết quả thử nghiệm trong dự án phát triển động cơ đốt trong 4 thì của Daimler và Maybach nên chưa được sản xuất thương mại. Xe gắn máy được sản xuất hàng loạt đầu tiên là Hildebrand & Wolfmüller"Motorrad" (hay H&W Motorrad) do hai anh em Henry và Wilhelm Hildebrand hợp tác với Alois Wolfmüller và Hans Geisenhof chế tạo và được cấp bằng sáng chế vào tháng 1 năm 1894 tại Đức. Xe lắp động cơ 4 kỳ dùng xăng, 2 xi lanh song song dung tích 1489cc, công suất 2,5 mã lực tại 240 vòng/phút, làm mát bằng nước. Tốc độ khoảng 45 km/h. Đây cũng là lần đầu tiên cụm từ "xe máy"(theo tiếng Đức là "Motorrad") được sử dụng. Họ tổ chức sản xuất tại Munich và cũng nhượng quyền sản xuất xe này tại Pháp với tên gọi là "The Pétrolette".

Tại Việt Nam

Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về báo hiệu đường bộ năm 2016, gọi tắt là quy chuẩn 41, điều 3 giải thích từ ngữ, mục 3.39 và 3.40 ghi rõ:
:3.39. Xe môtô (hay còn gọi là xe máy) là xe cơ giới hai hoặc ba bánh và các loại xe tương tự, di chuyển bằng động cơ có dung tích xy lanh từ 50 cm3 trở lên, tải trọng bản thân xe không quá 400 kg đối với xe máy 2 bánh hoặc khối lượng chuyên chở cho phép xác định theo Giấy chứng nhận kiểm định an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường phương tiện giao thông cơ giới đường bộ từ 350 kg đến 500 kg đối với xe máy 3 bánh. Khái niệm này không bao gồm xe gắn máy nêu tại Khoản 3.40 quy định tại Điều này.
: 3.40. Xe gắn máy là chỉ phương tiện chạy bằng động cơ, có hai bánh hoặc ba bánh và vận tốc thiết kế lớn nhất không lớn hơn 50 km/h. Nếu dẫn động là động cơ nhiệt thì dung tích làm việc hoặc dung tích tương đương không được lớn hơn 50 cm3.
Khoản 20, điều 3, luật Giao thông đường bộ 2008 cũng quy định: Xe máy chuyên dùng gồm xe máy thi công, xe máy nông nghiệp, lâm nghiệp và các loại xe đặc chủng khác sử dụng vào mục đích quốc phòng, an ninh có tham gia giao thông đường bộ.