Phân loại hệ thống dẫn động cầu xe ô tô- Phần 2

Ở phần 1 chúng ta đã tìm hiểu về cấu tạo hệ thống truyền động cầu trên xe ô tô, đặc biệt chúng ta đi sâu vào so sánh ưu nhược điểm giữa dẫn động cầu trước FWD và dẫn động cầu sau RWD. Phần này chúng ta tìm hiểu và dẫn động bán thời gian 4x4/4WD và toàn thời gian AWD.

Hệ thống dẫn động 4 bánh bán toàn thời gian (4x4) thường nối cứng cầu trước và sau khi cài dẫn động hai cầu, nên chế độ này không phù hợp để chạy đường trường. Trong khi đó hệ thống toàn thời gian (AWD) có vi sai trung tâm giới hạn trượt, cho phép sự sai khác tốc độ quay ở hai cầu nên có thể sử dụng ở mọi loại đường, và người lái không cần thao tác gài cầu.

>> Phân loại hệ thống dẫn động cầu xe ô tô- Phần 1

 

 

Với xe chỉ dẫn động cầu trước hoặc cầu sau, khi hai bánh xe trên cầu chủ động bị mất độ bám với mặt đường, cầu chủ động có thể quay trơn, trượt trên mặt đường gây mất lái, hoặc khó thoát khỏi một tình huống sa lầy trên đường địa hình. Hai bánh trên trục còn lại của xe dù có độ bám tốt, nhưng không phải là bánh dẫn động nên cũng không giúp ích được gì cho xe trong các tình huống như vậy. Chính vì nhược điểm này, nên xe một cầu chủ động trở nên yếu thế trên đường địa hình lầy lội hoặc trên mặt đường trơn trượt nhiều băng tuyết trong mùa đông ở các nước ôn đới.

Vì vậy, để tận dụng triệt để độ bám trên cả bốn bánh xe, ô tô cần có thêm phương án dẫn động 4 bánh (bằng cả hai cầu). Hệ thống này có nhiều dạng khác nhau, tuy nhiên hiện được chia thành hai dạng phổ biến là hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian, và hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời (hệ thống dẫn động 4 bánh chủ động). Trong đó, thuật ngữ 4x4 hay 4WD (4-Wheel-Drive) ngày nay thường được dùng để chỉ hệ thống bán thời gian, còn thuật ngữ AWD (All-Wheel-Drive) thường được dùng nhiều hơn cho hệ thống toàn thời gian.

3. Hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian (4x4/4WD)

Trong dạng hệ thống này, nguồn lực từ động cơ sau khi qua ly hợp và hộp số sẽ được truyền đến hộp phân phối, rồi được phân thành hai hướng dẫn về cầu trước và cầu sau thông qua các trục truyền động tương ứng.

Với hệ thống này, rất nhiều xe còn có chế độ cầu nhanh cầu chậm, hộp phân phối vì thế còn có các bộ bánh răng hành tinh giảm tốc, nên đôi khi còn được gọi là hộp số phụ.

Tuy nhiên, trong phần lớn thời gian vận hành, hộp phân phối này chỉ truyền mô men xoắn đến một cầu chủ động (thường là cầu sau), và ngắt đường truyền lực từ động cơ đến cầu còn lại. Trong trường hợp cần thiết như khi đi địa hình xấu, người điều khiển có thể tự gài cầu bằng cần số phụ bên trong xe (với xe gài cầu cơ khí) hoặc bằng nút gạt (gài cầu điện tử). Các chế độ thường gặp của cần số phụ là 2H (1 cầu không giảm tốc, thường dùng nhất), 4H (2 cầu không giảm tốc) và 4L (hai cầu giảm tốc).

Hệ thống dẫn động bốn bánh của Toyota Hilux/Fortuner là một dạng hệ thống bán thời gian.

Do đặc điểm chỉ gài 2 cầu bằng tay trong trường hợp cần thiết, nên hệ thống này được gọi là “dẫn động 4 bánh bán thời gian”. Tại Việt Nam, các mẫu xe như Toyota Fortuner 4x4, Ford Everest 4x4 thế hệ cũ, Ford Ranger 4x4, Toyota Hilux 4x4, Mazda BT… đều là những mẫu xe có hệ thống dẫn động thuộc dạng này. Ngoài ra, do có chế độ cầu chậm, hệ thống dẫn động bốn bánh bán thời gian còn rất phù hợp cho các dòng xe việt dã.

Một dạng hộp phân phối không chứa vi sai trung tâm ở hệ thống dẫn động bốn bánh bán thời gian. Trong hệ thống này, cầu trước và sau luôn quay cùng tốc độ khi gài chế độ 2 cầu.

Ở hệ thống dẫn động bốn bánh bán thời gian thì hộp phân phối thường không được trang bị vi sai trung tâm. Khi gài 2 cầu và vượt địa hình, cả hai cầu được nối cứng với nhau và quay cùng tốc độ. Lúc này, mô men xoắn từ động cơ sẽ được phân bổ đều đến 2 cầu theo tỷ lệ cố định 50:50, hai cầu dẫn động quay cùng tốc độ và đều tận dụng trọng lượng bám, tạo lực kéo giúp xe vượt lầy.

 

 Hộp phân phối của hệ thống dẫn động bốn bánh bán thời gian. Bộ bánh răng hành tinh có nhiệm vụ thay đổi giữa chế độ cầu nhanh và cầu chậm.

Tuy nhiên, khi vào cua trên đường trường, các bánh trước có bán kính vào cua lớn hơn nên sẽ phải quay với tốc độ cao hơn, việc hai cầu quay đồng tốc khiến một trong hai cầu bị trượt cưỡng bức trên mặt đường, hoặc xe rất khó vào cua. Đây chính là nhược điểm lớn nhất của hệ thống dẫn động bán thời gian. Chính vì nhược điểm này nên các nhà sản xuất ô tô luôn khuyến cáo khách hàng không cài chế độ hai cầu khi chạy trên đường trường, việc gài hai cầu trong trường hợp này có thể gây mòn lốp, tiêu hao nhiên liệu, khó điều khiển dẫn đến nguy hiểm, và có thể gây hỏng hộp phân phối.

Trên thực tế, vẫn có một số dòng xe cho phép cài hai cầu mà vẫn có thể khóa hoặc không khóa vi sai trung tâm trong hộp phân phối. Với trường hợp không khóa, vi sai trung tâm cho phép cầu trước và cầu sau quay với các tốc độ khác nhau, lúc này xe có thể sử dụng chế độ hai cầu nhanh thường xuyên, kể cả lúc vào cua trên đường nhựa. Các mẫu xe thuộc dạng này có thể được xem là dòng xe dẫn động bốn bánh toàn thời gian. Mitsubishi Super Select II là một ví dụ, hệ thống của hãng này sử dụng một vi sai trung tâm và khớp nối nhớt (viscous coupling), có thể chạy ở chế độ 4H không khóa vi sai trên đường trường, tuy nhiên hệ thống này cũng có chế độ 4L khóa vi sai, 4H khóa vi sai (nối cứng 2 cầu), có cần số phụ, và đặc biệt chế độ 1 cầu nhanh (2H) là chế độ mặc định sử dụng thường xuyên, nên thường vẫn bị xem là một hệ thống dẫn động bốn bánh bán thời gian.

4. Hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian chủ động (AWD – All Wheel Drive)

Nhược điểm không thể thay đổi biến thiên tỷ lệ phân bổ mô men xoắn và cố định tốc độ ở cầu trước bằng với cầu sau trong hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian được các hãng xe giải quyết bằng cách sử dụng vi sai trung tâm giới hạn trượt (thay vì khóa), hoặc sử dụng vi sai trung tâm tự do kết hợp với các hệ thống điện tử để phanh cục bộ các bánh bị quay trơn do mất độ bám.

 BMW X5 xDrive sử dụng hộp phân phối với ly hợp nhớt giới hạn trượt đa đĩa.

Lý do phải giới hạn trượt là vì nếu không giới hạn, đặc tính của vi sai sẽ khiến một cầu không hề nhận được mô men xoắn nếu cầu còn lại bị quay trơn hoàn toàn.

Với vi sai giới hạn trượt, loại phổ biến hiện nay là vi sai Torsen (đã được Audi áp dụng trên hệ thống Quattro). Toyota cũng sử dụng vi sai Torsen cho các dòng xe như Land Cruiser/Prado, Lexus GX. Bên cạnh đó, vấn đề này còn có thể được giải quyết bằng đĩa ly hợp giới hạn trượt như trên hệ thống SH-AWD của Honda, hay trên chiếc Ford Explorer.

Đối với trường hợp sử dụng vi sai tự do, vi sai trung tâm hoạt động không khác gì một vi sai cầu sau. Khi một cầu hoặc bánh mất hoàn toàn độ bám, thông qua các cảm biến, hệ thống điện tử trên xe sẽ can thiệp bằng cách phanh cục bộ bánh bị quay trơn để chuyển mô men xoắn sang bánh có độ bám tốt. Thế hệ 4MATIC mới của Mercedes-Benz là một hệ thống dạng này.

Nhờ sử dụng các công nghệ này, hệ thống dẫn động bốn bánh được gọi là toàn thời gian (AWD) bởi xe luôn vận hành ở trạng thái động cơ luôn truyền động đến cả hai cầu. Hệ thống cho phép các bánh và cầu quay với tốc độ khác nhau trên đường cong một cách phù hợp, và tự động can thiệp khi có bánh quay trơn. Trên xe không có nút chuyển cầu hay cần số phụ, người lái không cần bất kỳ thao tác nào khác, thậm chí khó có thể cảm nhận được chiếc xe đang can thiệp. Chính vì vậy, hệ thống này còn được “dẫn động bốn bánh chủ động”.

 Mercedes-Benz Vito phiên bản 4MATIC.

Tuy nhiên, vẫn có một nhược điểm ở thống này, đó là vì không có chế độ cầu chậm, trong nhiều trường hợp, tính năng địa hình của xe sử dụng hệ thống này không bằng dẫn động bốn bánh bán thời gian 4WD.

Trên thực tế, dẫn động bốn bánh toàn thời gian AWD được phát triển để cải thiện các nhược điểm của hệ thống dẫn động 1 cầu (trước hoặc sau), tăng độ bám đường của xe trên các bề mặt trơn trượt như mưa gió, băng tuyết, gia tăng độ ổn định và an toàn của xe, cải thiện tính năng vận hành và cảm giác lái thay vì hướng đến mục tiêu chinh phục địa hình. Hệ thống này hiện được áp dụng trên hầu hết các mẫu crossover/SUV hạng sang của BMW, Mercedes-Benz, Audi, Porsche, Lexus, Subaru… Hệ thống này cũng có mặt trên rất nhiều phiên bản sedan hạng sạng, xe thể thao tính năng cao. Ngoài ra, dù phương thức can thiệp và mức độ tinh vi, chính xác có thể không bằng, nhưng hệ thống này cũng đã xuất hiện trên rất nhiều mẫu crossover giá tầm trung. Hệ thống này chỉ chưa được áp dụng cho các mẫu xe hiện đang dùng phương thức dẫn động cầu trước như ở Phần 1.

>> Quay lại Phần 1

Nguồn: sưu tầm và www.xedoisong.vn