Các hệ thống thống dẫn động trên xe ô tô

Em đọc thấy có một bài viết khá chi tiết về hệ thống dẫn động trên ô tô nên cóp qua cho mọi người đọc
Khi tìm hiểu thông tin để mua một chiếc xe ô tô, chúng ta thường chú ý đến các thông số cơ bản như loại động cơ, công suất, mô-men xoắn, trang bị tiện nghi và an toàn.v.v... Tuy nhiên, có một thông số cũng quan trọng không kém mà chúng ta cần chú ý, đó chính là hệ thống dẫn động của chiếc xe. Trong phạm vi bài viết này, mình sẽ chia sẻ với các bạn những gì cơ bản & cụ thể nhất về hệ thống dẫn động trên xe hơi. Từ đó, anh em có thể cân nhắc và so sánh với nhu cầu công việc, sở thích và điều kiện kinh tế của mình để lựa chọn được chiếc xe phù hợp nhất.

Động cơ chính là nơi sinh ra hai thông số quan trọng nhất tượng trưng cho "sức mạnh" của chiếc xe: công suất và mô-men xoắn. Để có thể truyền sức mạnh này tới các bánh xe và làm cho chúng quay, chiếc xe cần phải có một cơ cấu để dẫn động từ điểm đầu là động cơ cho đến điểm cuối là các bánh xe. Tuy nhiên, không phải tất cả các bánh xe đều nhận được mô-men xoắn một cách đồng thời hoặc một "lượng" như nhau trong cùng một thời điểm. Vấn đề này không hề đơn giản, tùy thuộc yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu sử dụng của từng loại xe mà người ta chế tạo ra những phương pháp truyền động khác nhau.

Cấu tạo cơ bản của một hệ thống truyền động trên xe ô tô

Xét một cách tổng quát, hiện nay có 4 cơ cấu dẫn động cơ bản nhất bao gồm:

• FWD (Front-Wheel Drive) là hệ thống dẫn động cầu trước, tức là 2 bánh trước sẽ trực tiếp nhận được "lực" truyền từ động cơ. Hai bánh trước sẽ chủ động quay và "kéo" 2 bánh sau lăn theo.
• RWD (Rear-Wheel Drive) là hệ dẫn động cầu sau. Hoạt động của hệ thống này tương tự như FWD nhưng lần này là 2 bánh sau quay và "đẩy" 2 bánh trước lăn theo.
• AWD (All-Wheel Drive) là hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian. Chúng ta có thể hiểu nôm na là tất cả 4 bánh xe luôn luôn nhận được "lực" truyền từ động cơ xe. Mình sẽ phân tích chi tiết hơn về hệ thống dẫn động này trong phần sau.
• 4WD (4-Wheels Drive) cũng là hệ dẫn động 4 bánh nhưng là loại bán thời gian. Các bạn có thể tưởng tượng là chiếc xe trang bị hệ thống dẫn động này có thể "quay" được cả 4 bánh cùng lúc hoặc chỉ 2 bánh tùy vào lựa chọn của người lái thông qua một cơ cấu "gài cầu" bên trong xe.

Mỗi hệ dẫn động cầu trước, cầu sau, 4WD và AWD đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Tùy thuộc vào nhu cầu và mục đích sử dụng mà các hãng sản xuất sẽ trang bị một hệ dẫn động thích hợp cho chiếc xe. Chẳng hạn xe địa hình thì thường có hệ thống dẫn động 4 bánh; xe đua, xe thể thao thì thường được trang bị hệ dẫn động cầu sau, còn hệ dẫn động cầu trước thì lại hay được áp dụng lên các loại sedan gia đình, xe cỡ nhỏ.v.v... Dưới đây là những phân tích về cấu tạo cơ bản, tác dụng và ưu-nhược điểm của từng loại hệ thống dẫn động để các bạn có thể hình dung và nắm được bản chất của nó.

1. Hệ thống dẫn động cầu trước (FWD)

Đa số các mẫu xe ngày nay đều được trang bị hệ thống dẫn động phổ biến này. Vào những năm đầu thế kỷ 20, kiểu dẫn động cầu trước (FWD) là thuộc loại "hàng hiếm" vì đa số các loại xe đều được trang bị hệ thống dẫn động cầu sau (RWD). Nhưng ở thời điểm hiện tại, kiểu dẫn động FWD lại được trang bị trên khoảng 70% số xe mới xuất xưởng. Nguyên nhân chính nằm ở chỗ các xe hiện đại đều có động cơ đặt trước thay vì đặt sau như trước kia. Vì vậy, để loại bỏ cơ cấu truyền động từ trước ra sau vốn dĩ hơi "lằng nhằng" và tiêu hao nhiều năng lượng, ý tưởng truyền lực tới ngay bánh trước là giải pháp khả thi nhất.

Cơ cấu lái và dẫn động trên trục trước của một chiếc xe FWD

Áp dụng kiểu dẫn động cầu trước đồng nghĩa với việc các nhà sản xuất có thể giảm bớt các chi tiết cấu thành, giúp hạ thấp chi phí sản xuất, khối lượng xe cũng giảm đi khiến cho chiếc xe "uống" ít xăng hơn. Do thiết kế của kiểu dẫn động cầu trước này không cần phải có trục truyền động và cầu trục sau nên toàn bộ cơ cấu truyền động và hệ thống vi sai có thể được bố trí trong cùng một khối gọn gàng và đơn giản. Cấu trúc này giúp nhà sản xuất dễ bố trí các hệ thống phụ trợ như hệ thống treo, hệ thống phanh, đường dẫn nhiên liệu, hệ thống xả thải.v.v...

Một lợi thế khác của loại FWD chính là không gian nội thất có thiết kế rộng rãi hơn. Vì không cần phải có những hốc lớn trên khung xe để bố trí các kết cấu cơ khí truyền động nên nhà sản xuất có thể dễ dàng bố trí không gian nội thất. Ví dụ như nội thất bên trong mẫu sedan Honda Civic hiện thời, chúng ta có thể thấy hàng ghế ngồi phía sau khá thoải mái nhờ sàn xe bằng phẳng và không hề có chỗ gồ ghề, cho dù nó chỉ là một chiếc xe nhỏ.

Thêm vào đó, một chiếc xe FWD chắc chắn sẽ không có vi sai cầu sau nên thể tích khoang hành lý sẽ được tăng lên đáng kể. Chúng ta có thể thấy rằng những loại xe thường được trang bị hệ thống dẫn động cầu trước là các loại sedan cỡ nhỏ, cỡ trung, các loại xe mini, xe điện... thậm chí là cả những chiếc sedan cỡ lớn, Crossover và SUV. Do yêu cầu tiết kiệm nhiên và giảm giá thành nên hầu hết các phân khúc xe ngày nay đều có phiên bản dẫn động cầu trước để đáp ứng nhu cầu của mọi đối tượng khách hàng.

Các mẫu sedan cỡ nhỏ & cỡ trung thường là loại FWD

Tuy nhiên, ngoài những ưu điểm kể trên, hệ dẫn động cầu trước có một số nhược điểm liên quan tới tính năng vận hành của xe. Đầu tiên, do sự phân bố trọng lượng tập trung nhiều hơn vào phần đầu xe, một chiếc xe trang bị hệ dẫn động cầu trước khó có thể tăng tốc nhanh và luôn thất thế so với xe dẫn động cầu sau trên các đoạn đường thẳng. Do trọng lượng dồn về phía trước nhiều hơn khiến phần đuôi trở nên nhẹ hẳn nên việc điều khiển một chiếc xe sử dụng hệ thống FWD rất dễ bị hiện tượng "oversteer" hay còn gọi là "mất lái" khi vào cua, nghĩa là bánh sau sẽ dễ bị trượt và không còn ma sát với mặt đường, nhất là trong điều kiện mặt đường trơn trượt.

Nhược điểm cuối cùng là cho dù hệ thống FWD tỏ ra hết sức "thực dụng" nhưng thiết kế của chúng lại mâu thuẫn với tính "thực tế" của một chiếc xe hơi. Tại sao chiếc xe của bạn đi bằng 4 bánh nhưng lại dồn tất cả các nhiệm vụ định hướng, phanh, chịu tải, tăng tốc... lên mỗi hai bánh trước...??? Trong một chiếc xe dẫn động cầu trước, trục bánh trước luôn có cấu tạo khá phức tạp và phải đảm trách quá nhiều nhiệm vụ.

Do lốp xe chỉ có tuổi thọ giới hạn, các lực ma sát sinh ra do dẫn động, định hướng, giảm tốc và chịu tải đều dồn lên các bánh trước khiến chúng hao mòn nhanh, kéo theo sự suy giảm hiệu suất hoạt động và tính an toàn. Trong khi đó, các lốp phía sau lại chịu tải trọng nhẹ hơn, chúng hầu như chỉ làm mỗi nhiệm vụ "nâng đỡ" và lăn theo chiếc xe. Tuy nhiên, với trình độ khoa học & kỹ thuật phát triển mạnh mẽ như ngày nay, những nhược điểm trên đã dần được khắc phục, cho dù có thể là chưa triệt để, nhằm đáp ứng hai nhu cầu rất lớn của người tiêu dùng cũng như là của nhà sản xuất - đó cũng chính là hai ưu điểm lớn nhất của hệ thống dẫn động cầu trước FWD: tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu chi phí sản xuất.

2. Hệ thống dẫn động cầu sau (RWD)

Subaru BRZ là mẫu xe thể thao với hệ dẫn động cầu sau tiêu biểu

Như đã phân tích ở trên, những nhược điểm của hệ dẫn động bánh trước FWD lại chính là ưu điểm của hệ thống dẫn động bánh sau RWD. Khi càng có nhiều kết cấu cơ khí được chuyển từ phía trước ra đằng sau, chiếc xe sẽ có được sự cân bằng trọng lượng tốt hơn, dẫn đến khả năng vận hành ổn định hơn.

Ngoài cái lợi về phân bố đều trọng lượng trên các trục, việc giải phóng các bánh trước khỏi hệ truyền động giúp nó tự do hơn trong nhiệm vụ dẫn hướng và chắc chắn nó sẽ có góc "bẻ lái" rộng hơn. Cảm giác điều khiển vô-lăng của tài xế cũng sẽ êm dịu, "thật tay" và đầm hơn. Cấu trúc trục trước trên những chiếc xe RWD đơn giản hơn cũng sẽ giúp các chi tiết cơ khí, hệ thống phanh và hệ thống treo trên xe có tuổi thọ và độ bền cao hơn.

Một đặc tính quan trọng nữa là thiết kế chủ động "quay" của bánh sau sẽ cung cấp lực "đẩy" thay vì lực "kéo", vì vậy khi xe tăng tốc thì quán tính nghỉ sẽ dồn năng lượng của nó về phía sau nhiều hơn, do đó nó sẽ làm tăng khả năng bám đường của các bánh dẫn động. Như vậy, đối với các loại xe thường xuyên phải tăng/giảm tốc nhanh chóng thì thiết kế bánh sau chủ động tỏ ra rất hiệu quả. Đây cũng là lý do người ta sử dụng thiết kế RWD cho những chiếc xe thể thao hay xe đua tốc độ.

Toyota FT-86 và Subaru BRZ chính là những chiếc xe thể thao thương mại có hệ thống dẫn động RWD tiêu biểu trên thị trường hiện nay. Chi phí sửa chữa cũng là một lợi thế khác của hệ thống dẫn động RWD. Mỗi khi có lỗi xuất hiện trên hệ truyền động RWD, chúng sẽ được xử lý một cách độc lập. Nhưng đối với các loại xe FWD thì ngược lại, chủ nhân của chúng có thể sẽ phải sửa chữa thêm một "chùm" các chi tiết liên quan.

Hệ thống dẫn động cầu sau trên Toyota FT-86

Những hạn chế của hệ thống RWD cũng rất dễ nhận thấy như chi phí sản xuất & lắp ráp cao hơn, hệ truyền động khá phức tạp dẫn đến không gian nội thất xe bị thu hẹp, trọng lượng xe cũng sẽ tăng theo, làm gia tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ.v.v... Tuy nhiên, xét về hiệu quả chung thì hầu hết những nhược điểm của thiết kế dẫn động bánh sau đang được khắc phục hiệu quả bởi những tiến bộ của khoa học & công nghệ. Các hệ thống treo độc lập đang được ứng dụng cho phép nhà sản xuất đặt trục dẫn động và hộp vi sai sát vào phần thân xe hơn, không chiếm nhiều chỗ trong cabin như trước đây.

Ngoài ra, các hệ thống kiểm soát hành trình và ổn định thân xe cho phép xe RWD đạt được khả năng hoạt động tốt trên các mặt được trơn trượt. Việc chế tạo những loại lốp xe thích hợp và sử dụng vật liệu trọng lượng nhẹ cũng là những cải tiến hiệu quả. Thậm chí, cho dù phải chấp nhận tất cả những nhược điểm nêu trên đi nữa thì nhiều người vẫn cảm thấy thích thú hơn khi điều khiển một chiếc xe truyền động bánh sau, đặc biệt khi vào những khúc cua "tay áo". Đó chính cũng chính là lý do cho sự quay lại của những chiếc xe dẫn động cầu sau trong thời gian sắp tới...

3. Hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian (AWD) & bán thời gian (4WD)

AWD và 4WD là hai hệ dẫn động dễ gây "nhức đầu" cho những ai muốn tìm hiểu chúng. Lý do là vì AWD và 4WD thường gây nhầm lẫn về "bản chất" đối với những người mới tìm hiểu. Ngoài ra, chúng còn có cấu tạo rất phức tạp và biến thiên theo từng yêu cầu & mục đích sử dụng cũng như phụ thuộc vào "dụng ý" của các nhà sản xuất.

Trước tiên, chúng ta cần phải phân biệt sự khác nhau cơ bản của hai hệ thống dẫn động này:

Các bạn có thể hiểu nôm na rằng những chiếc xe trang bị hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian (4WD) là loại xe có thể dẫn động bằng 2 bánh hoặc 4 bánh tùy vào lựa chọn của người lái thông qua một cơ cấu gài cầu (hoạt động bằng cơ hoặc bằng điện) đặt bên trong xe. Điều kiện thao tác có hơi khác nhau tùy vào loại xe, có xe thì phải dừng lại mới gài cầu được nhưng cũng có loại cho phép gài cầu ngay khi đang chạy ở một vận tốc nhất định. Hầu hết các hệ thống 4WD khi hoạt động ở chế độ dẫn động 2 bánh (thường được ký hiệu là 2H) đều truyền mô-men xoắn tới bánh sau như RWD. Riêng chế độ dẫn động bằng 4 bánh thì thường được ký hiệu là 4H với các cấp độ "High" và "Low" khác nhau tùy vào hãng sản xuất.

AWD (All-Wheel Drive) là thuật ngữ dùng để chỉ các xe dẫn động 4 bánh trong mọi thời điểm mà không có các chế độ "Low" hay "High" như xe 4WD. Trong khi khái niệm 4WD chủ yếu dùng cho các loại xe thể thao đa dụng SUV (Mitsubishi Pajero, Toyota Land Cruiser...), xe địa hình (Jeep Wrangler, Land Rover Defender) hoặc các loại xe quân sự (UAZ, GAZ) thì AWD lại thường được trang bị trên cho các loại sedan cao cấp (Mercedes-Benz S-Class, BMW 7-Series), xe đa dụng Minivan hay Station Wagon.v.v...

Jeep là một tên tuổi rất có uy tín về hệ dẫn động 4WD

Lý do để các nhà sản xuất xe hơi chế tạo ra hệ thống dẫn động 4 bánh "bán thời gian" 4WD là nhằm giúp chiếc xe vượt qua những địa hình khó khăn, hiểm trở mà các loại hệ thống dẫn động khác không thể làm được. Ví dụ, các bạn có thể tưởng tượng trong một trường hợp cụ thể, chiếc xe của mình được trang bị hệ thống dẫn động cầu trước nhưng phải vượt qua một vũng lầy to để đến được đích. Khi cho xe chạy từ từ hoặc thậm chí phóng nhanh qua vũng lầy đó, phần nhiều khả năng là chiếc xe sẽ bị dính lại vũng lầy đó do bánh trước không có được độ bám khi lăn qua vũng lầy và càng xoay thì càng lún trong vô vọng. Lúc này, nếu có một cơ cấu giúp chuyển mô-men xoắn từ bánh trước ra bánh sau và ngược lại một cách linh hoạt thì chiếc xe của chúng ta sẽ đi qua vũng lầy đó một cách dễ dàng.

Như đã đề cập bên trên, chế độ dẫn động 4 bánh trên các mẫu xe 4WD thường có các cấp độ "Low" và "High". Khi chọn "Low", hệ truyền động sẽ cung cấp nhiều mô-men xoắn hơn để đi trên các đoạn đường gồ ghề, dốc cao hay sình lầy, sụp lún.v.v... Khi hoạt động ở chế độ này, chiếc xe thường được trang bị thêm bộ khoá vi sai trung tâm để tránh những chênh lệch không cần thiết giữa bánh bên trái và bên phải khi đi trên các địa hình không bằng phẳng. Ngoài ra, hệ thống khóa vi sai này còn có thể phân phối mô-men xoắn ra trục trước hoặc trục sau một cách linh hoạt nhằm giúp chiếc xe có thể vượt qua những địa hình khó nhằn một cách dễ dàng nhất.

Hệ thống gài cầu bằng "cơm" trên Mitsubishi Pajero Sport

Hệ thống gài cầu điện trên Mitsubishi Pajero

Trong khi đó với chế độ "High" thì mục đích sử dụng là để đi trên các đoạn đường trơn trượt như điều kiện trời mưa, đường tuyết... Chế độ này có cơ chế vận hành khá tương đồng với hệ dẫn động AWD, do đó một số người cho rằng hệ dẫn động 4WD bao gồm luôn cả AWD cũng là có cơ sở. Một ví dụ cụ thể nhất về hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian 4WD chính là hệ thống gài cầu Super Select được trang bị trên những mẫu xe địa hình nổi tiếng của Mitsubishi như Pajero hay Pajero Sport hiện đang được Vinastar phân phối tại thị trường Việt Nam. Hệ thống này có 2 loại: điều khiển bằng cơ và điều khiển điện với 4 chế độ rất cơ bản dành cho một chiếc xe địa hình: 2H, 4H, 4HLc và 4LLc. Dưới đây là bản tóm tắt các chế độ gài cầu cũng như tác dụng của chúng trên mẫu xe SUV Mitsibishi Pajero Sport:

Sơ đồ hệ thống dẫn động 4WD trên Mitsubishi Pajero Sport

Khác với 4WD, hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian (full-time AWD) hoạt động "thường trực" ở chế độ 4 bánh nhưng cho phép phân phối một cách linh hoạt lượng mô-men xoắn đến từng bánh xe riêng lẻ. Kết quả là trục trước và sau có thể quay bất đồng tốc mà không bánh nào bị mất độ bám đường hoặc chi phối khả năng điều hướng từ vô-lăng. Nói lý thuyết thì có vẻ hơi dông dài và phức tạp nhưng chúng ta có thể hiểu nôm na rằng AWD là một hệ dẫn động 4 bánh "thông minh" có thể tự điều chỉnh để phân phối lực "quay" đến từng bánh nhằm đem lại độ bám đường và khả năng vận hành ổn định cho chiếc xe.

Các mẫu sedan cao cấp thường được trang bị hệ dẫn động AWD

Hiện tại, có khá nhiều thiết kế AWD khác nhau, các hệ thống này nâng cao khả năng bám đường và độ ổn định của thân xe trong nhiều tình huống riêng biệt. Thậm chí, Subaru còn trang bị cho chiếc WRX STI hệ thống AWD cho phép người lái chủ động thay đổi tỷ lệ phân phối mô-men xoắn trên các trục phù hợp với tính chất của các địa hình và mặt đường khác nhau. Một số hệ thống AWD sử dụng chất lỏng silicon để lấp đầy các khớp ly hợp trong trạng thái chuyển đổi nhằm tạo ra sự khác biệt về tốc độ giữa các trục nhưng lại bắt đầu khóa khi tỉ lệ bất đồng tốc giữa chúng quá lớn.v.v... Nói tóm lại, AWD cũng "phức tạp" không kém 4WD nhưng hàm lượng công nghệ và độ "tự động" của nó có phần cao hơn. Tùy vào nhu cầu sử dụng và nhóm khách hàng mục tiêu mà các hãng xe trang bị những hệ thống dẫn động AWD khác nhau cho từng loại xe. Porsche, Subaru, BMW, Audi, Mercedes-Benz, Jaguar và Volvo là những thương hiệu nổi tiếng về hệ dẫn động AWD trên các mẫu xe của mình.

Kết luận

Với các "khả năng" như đã nêu, 4WD và AWD dường như được xem là những hệ dẫn động tốt nhất. Nhưng thực tế thì lại không hoàn toàn chính xác, cả hai hệ dẫn động này đều có trọng lượng tăng lên đáng kể, thiết kế phức tạp, cầu kì và giá thành sản xuất quá cao. Đơn cử như một chiếc Pajero Sport trang bị hộp số sàn 5 cấp và hệ thống dẫn động 2 cầu Super Select có giá bán cao hơn khá nhiều so với một chiếc xe tương tự với hệ dẫn động cầu sau và hộp số tự động 4 cấp. Đến một lúc nào đó, khi hệ thống cân bằng điện tử và kiểm soát độ bám đường trở nên phổ biến hơn trên các loại xe FWD hay RWD, 4WD và AWD có thể sẽ đi vào dĩ vãng.

Chọn được chiếc xe "phù hợp" với nhu cầu của mình mới là điều quan trọng nhất khi mua xe

Tóm lại, chúng ta có thể hiểu ngắn gọn về hệ thống dẫn động trên xe hơi như sau:

• Hệ dẫn động cầu trước FWD (Front-Wheel Drive) có cấu tạo đơn giản, giúp tiết kiện nhiên liệu, giảm trọng lượng xe và giá thành sản xuất nhưng độ ổn định khi vận hành không cao, chi tiết hao mòn nhanh và khó sửa chữa. FWD thường được trang bị trên các mẫu xe cỡ trung và cỡ nhỏ, các loại xe điện, xe xanh.v.v...
• Hệ dẫn động cầu sau RWD (Rear-Wheel Drive) có cấu tạo phức tạp hơn FWD, giá thành sản xuất cao, tuy nhiên nó đem lại khả năng vận hành ổn định và thú vị hơn. Những mẫu xe đua, xe thể thao thường được trang bị hệ dẫn động này.
• Hệ dẫn động 4 bánh bán thời gian 4WD (4-Wheels Drive) giúp chiếc xe có thể chinh phục mọi địa hình và vận hành ổn định trên mọi điều kiện khắc nghiệt nhất. Dù vậy, cấu tạo phức tạp, trọng lượng tăng cao và giá thành đắt chính là những rào cản cho những người đam mê hệ dẫn động này. Tuy nhiên, nếu có nhu cầu di chuyển thường xuyên trên những cung đường gian khó hoặc đam mê Off-road thì 4WD chính là lựa chọn tối ưu nhất cho bạn.
• Hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian AWD (All-Wheel Drive) là một hệ dẫn động thông minh, có hàm lượng công nghệ cao. Tuy nhiên, trọng lượng cao và giá thành đắt đỏ chính là lý do khiến chúng chỉ thường được trang bị trên những loại xe cỡ lớn hoặc các dòng xe hạng sang cao cấp.

Như vậy, không có hệ thống dẫn động nào được cho là tốt nhất cũng như không có chiếc xe nào được gọi là hoàn hảo nhất mà chỉ có chiếc xe... "phù hợp" nhất.



Nguồn: danhgiaxe.com

 

Khi chạy trên đường trường hay ở trong thành phố thì dẫn động cầu trước hay sau không ảnh hưởng mấy nhưng trong một số tình huống thì với mỗi xe sẽ có một cách xử lý khác nhau.
Em lấy ví dụ khi cần quay đầu ở trên một con đường hẹp mà hai bên đường là trơn trượt thì với xe dẫn động cầu trước và xe dẫn động cầu sau sẽ có cách quay đầu khác nhau.
Với xe dẫn động cầu trước thì sẽ thực hiện quay đầu sao cho bánh trước luôn ở trên đường để có độ bám đường tốt. Còn xe dẫn động cầu sau thì phải để hai bánh sau trên đường.