Hệ thống truyền động của ô tô và những điều quan trọng người lái cần biết

Để xe hoạt động mượt mà và hiệu quả, hệ thống truyền động đóng vai trò quan trọng không kém. Người lái cần lựa chọn hệ thống phù hợp với mục đích sử dụng cụ thể của mình. Dưới đây là một số thông tin về hệ thống truyền động trên xe mà mọi người cần biết.

• Cách hoạt động của Bugi trên ô tô và điều quan trọng cần biết
• Ý nghĩa của việc lắp đặt Lọc không khí trên xe ô tô và điều cần biết
• Cách giảm tiếng ồn từ lốp xe ô tô

Các thuật ngữ viết tắt như FWD, RWD, AWD, 4WD và 4Matic thường xuất hiện sau các mẫu xe ô tô và có thể gây hiểu lầm cho nhiều người. FWD là hệ thống truyền động cầu trước, RWD là hệ thống truyền động cầu sau, AWD là hệ thống truyền động bốn bánh toàn thời gian, 4WD là hệ thống truyền động bốn bánh hai chế độ. Bạn có thể biết xe mình sử dụng hệ thống nào, nhưng liệu bạn hiểu cách nó hoạt động không?

Hệ thống truyền động xe là gì? Cầu xe ô tô có chức năng gì?

Hệ thống truyền động hay còn được gọi là cầu xe ô tô, là một phần trung tâm nằm giữa hai bánh xe sau (hoặc trước) của ô tô, bao gồm một hệ thống bánh răng là vi sai. Vi sai được kết nối với hai đầu bằng hai láp ngang và với động cơ thông qua một ống trụ gọi là láp dọc. Khi động cơ hoạt động, vi sai quay, làm xoay hai láp ngang và giúp bánh xe quay.

Theo nguyên lý, hai bánh xe không nên quay với cùng một vận tốc khi vào cua để tránh nguy cơ lật. Vi sai giúp bánh xe di chuyển độc lập, giữ cho mỗi bánh quay với tốc độ phù hợp.

Chỉ có một động cơ mạnh chưa đủ, phải kết hợp với hệ thống dẫn động phù hợp để truyền công suất đến bánh xe. Mặc dù công suất và mô men xoắn của động cơ thường được xem là quan trọng nhất, nhưng hệ thống dẫn động cũng đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành xe.

Đơn giản nhưng không kém phần quan trọng, hệ thống dẫn động chuyển công suất và mô men xoắn từ động cơ đến bánh xe, làm cho xe có thể chuyển động. Hệ thống này nối động cơ với bốn bánh xe để đảm bảo xe có thể di chuyển.

Có bao nhiêu loại hệ dẫn động trên xe ô tô?

Mỗi loại hệ truyền động như cầu trước, cầu sau, 4 bánh toàn thời gian và 4 bánh có lợi và khuyết điểm riêng. Các hãng xe sẽ trang bị hệ truyền động phù hợp với nhu cầu và mục đích sử dụng của khách hàng.

Nhìn chung, có bốn loại hệ thống truyền động phổ biến nhất hiện nay, bao gồm:

• FWD (Front-Wheel Drive) : hệ truyền động cầu trước. Trên các xe có FWD, 2 bánh trước nhận năng lượng từ động cơ và đồng thời đảm nhận vai trò của bánh lái.

• RWD (Rear-Wheel Drive) : hệ truyền động cầu sau. Hoạt động tương tự FWD, nhưng 2 bánh sau chịu trách nhiệm đẩy 2 bánh trước di chuyển.

• AWD (All-Wheel Drive) : là hệ truyền động 4 bánh toàn thời gian 4x4. Trong AWD, cả 4 bánh nhận năng lượng từ động cơ. Hệ thống này cho phép điều chỉnh lượng năng lượng trên từng bánh để xe có sự cân bằng tốt nhất trong mọi tình huống.

• 4WD (4-Wheels Drive) : là hệ truyền động 4 bánh nhưng hoạt động tạm thời. Thường trang bị trên các xe gầm cao (SUV, Crossover, Off-road). Xe có thể chạy 4 hoặc 2 bánh tùy chọn của lái qua cơ cấu “gài cầu” bên trong xe.

Hệ thống dẫn động cầu trước FWD

Hệ thống dẫn động cầu trước, hay FWD (Front Wheel Drive), là phổ biến nhất hiện nay. Thường sử dụng trên các dòng xe đô thị, gia đình, sedan cỡ nhỏ và cỡ trung. Thích hợp với động cơ vừa phải, không yêu cầu nhiều về thể thao, tải trọng nhỏ... đặc biệt trong phân khúc giá trung bình và rẻ.

Hệ thống FWD phổ biến vì hầu hết xe có động cơ và hộp số đặt trước. Dẫn động cầu trước giúp đơn giản hóa cấu trúc xe, giảm chi phí sản xuất và không chiếm nhiều không gian cho trục truyền động dưới gầm, không ảnh hưởng đến không gian nội thất và thiết kế sàn xe. Phân bố trọng lượng nghiêng về phía trước giúp bánh dẫn động bám đường tốt hơn.

Hệ thống dẫn động cầu trước tận dụng khối lượng động cơ để tăng bám đường cho bánh dẫn động trước, nhưng làm nặng phần đầu xe, dễ hiện tượng “quăng đầu” ra ngoài đường cong khi vào cua với tốc độ cao. Trọng lượng dồn ra phía sau dễ khiến bánh trước mất độ bám.

Trên thị trường Việt Nam, nhiều dòng xe như Kia Picanto, Toyota Yaris, Mazda 2, Mitsubishi Mirage, Mitsubishi Attrage, Mazda 3, Honda City, Toyota Vios, Nissan Sunny, Kia K3, Honda Civic, Toyota Corrolla, Ford Fiesta, Ford Focus và nhiều mẫu khác đều sử dụng dẫn động cầu trước. Các sedan hạng trung như Toyota Camry, Honda Accord, Hyundai Sonata, Mazda 6… cũng áp dụng cấu hình này. Nhiều crossover như Honda CRV, Mitsubishi Outlander Sport, Hyundai Tucson, Mazda CX-5 cũng có phiên bản dẫn động bằng cầu trước.

Hệ thống dẫn động cầu sau RWD

Hầu hết các nhược điểm của hệ thống dẫn động cầu trước (FWD) được khắc phục bằng cách sử dụng hệ thống dẫn động cầu sau (RWD - Rear Wheel Drive). Trong phương thức này, có thể lựa chọn đặt động cơ ở phía sau và dẫn động cầu sau (thích hợp cho các dòng xe thể thao và siêu xe). Tuy nhiên, việc bố trí động cơ ở phía trước và dẫn động cầu sau cũng phải được xem xét.

Động cơ trên các xe sử dụng hệ thống dẫn động này thường được đặt theo chiều dọc, sau đó là ly hợp và hộp số ngay phía sau động cơ, điều này giúp khoang động cơ rộng rãi để sử dụng các loại động cơ dung tích lớn như V8, V10…

Hệ thống này yêu cầu phải sản xuất thêm các trục truyền động để dẫn ra phía sau. Các trục truyền này sẽ chiếm một phần không gian dưới sàn xe, tạo ra một dầm chạy dọc giữa khoang nội thất. Tuy nhiên, việc phân bố trọng lượng trên hai cầu sẽ đồng đều hơn, giúp xe vận hành ổn định hơn.

Ưu điểm quan trọng nhất của hệ thống dẫn động cầu sau là khả năng tận dụng triệt để trọng lượng bám của xe khi tăng tốc, vì quán tính sẽ khiến trọng lượng của xe dồn nhiều ra phía sau. Điều này là lý do nhiều mẫu xe thể thao và yêu cầu cao về tính năng vận hành đều sử dụng cấu hình dẫn động cầu sau.

Ngoài tính năng thể thao, hệ thống dẫn động cầu sau còn có độ bền và độ tin cậy cao hơn, dễ bảo dưỡng và sửa chữa. Do đó, ngoài xe thể thao và xe sang, hệ thống này cũng được sử dụng rộng rãi trên các loại xe như crossover/SUV 7 chỗ, MPV, minivan, pickup, vốn có tải trọng lớn và phân bố trọng lượng nhiều về phía sau, bất chấp việc đặt động cơ ở phía trước. Toyota Innova tại Việt Nam là một ví dụ, mẫu xe này hoàn toàn không yêu cầu nhiều về tính năng thể thao, không cần tốc độ cao, nhưng lại sử dụng dẫn động cầu sau.

So với hệ thống dẫn động cầu trước, nhược điểm của hệ thống dẫn động cầu sau là chi phí cao, trọng lượng lớn, tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn và chiếm không gian khoang hành khách… Tương tự như cầu trước, hệ thống này cũng không thể tận dụng hết trọng lượng xe để bám đường. Trong trường hợp cầu sau mất độ bám, xe có thể mất lái hoặc gặp khó khăn khi thoát khỏi tình huống sa lầy. Đó là lý do các nhà sản xuất ô tô phải phát triển thêm phương án dẫn động cả 4 bánh.

Mitsubishi Pajero Sport, Toyota Fortuner, Ford Everest đều có phiên bản 1 cầu và 2 cầu, nhưng trong phiên bản 1 cầu, cả ba mẫu xe này đều sử dụng dẫn động cầu sau. Tương tự, Mitsubishi Triton, Toyota Hilux và Ford Ranger phiên bản 1 cầu của các dòng bán tải này cũng đều là dẫn động cầu sau.

Các dòng sedan thể thao cao cấp, sedan hạng sang của Đức như Mercedes-Benz C-Class, E-Class, BMW 3 Series, 5 Series, 6 Series… có thể có phiên bản dẫn động một cầu và dẫn động 4 bánh AWD. Tuy nhiên, trong phiên bản dẫn động 1 cầu, hầu hết các xe này đều sử dụng dẫn động cầu sau.

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

Trong hệ thống dẫn động 4WD này, nguồn lực từ động cơ sau khi qua ly hợp và hộp số sẽ được truyền đến hộp phân phối, sau đó được phân phối sang cả cầu trước và cầu sau thông qua các trục truyền động tương ứng. Nhiều xe có chế độ cầu nhanh cầu chậm, hộp phân phối thường được trang bị bộ bánh răng hành tinh giảm tốc, nên còn được gọi là hộp số phụ.

Tuy nhiên, trong hầu hết trường hợp, hộp phân phối chỉ truyền mô men xoắn đến một cầu (thường là cầu sau) và cắt lối truyền lực từ động cơ đến cầu còn lại. Khi cần thiết như đi địa hình khó khăn, người lái có thể tự gài cầu bằng cần số phụ (với xe cơ khí) hoặc nút gạt (điện tử). Các chế độ thường gặp là 2H (1 cầu không giảm tốc, thường dùng nhất), 4H (2 cầu không giảm tốc) và 4L (hai cầu giảm tốc).

Do chỉ gài 2 cầu khi cần thiết, hệ thống này được gọi là “dẫn động 4 bánh bán thời gian”. Hộp phân phối thường không có vi sai trung tâm. Khi gài 2 cầu và vượt địa hình, cả hai cầu quay cùng tốc độ và đều tận dụng trọng lượng bám, tạo lực kéo giúp xe vượt lầy.

Tuy nhiên, khi vào cua trên đường, bánh trước phải quay với tốc độ cao hơn, khiến một trong hai cầu bị trượt cưỡng bức trên mặt đường, hoặc xe khó vào cua. Đây là nhược điểm lớn nhất của hệ thống dẫn động bán thời gian. Các nhà sản xuất ô tô luôn khuyến cáo không gài chế độ hai cầu khi đi trên đường, việc này có thể gây mòn lốp, tiêu hao nhiên liệu, gây nguy hiểm và hỏng hộp phân phối.

Thực tế, vẫn có các loại xe cho phép gài hai cầu mà vẫn giữ vi sai trung tâm mở trong hộp phân phối. Khi không khóa, vi sai trung tâm cho phép hai cầu quay ở các tốc độ khác nhau, cho phép sử dụng chế độ hai cầu nhanh thường xuyên, kể cả khi vào cua trên đường.

Những dòng xe này có thể được coi là dòng xe dẫn động bốn bánh toàn thời gian. Mitsubishi Super Select II là một ví dụ, hệ thống này sử dụng vi sai trung tâm và khớp nối nhớt, có thể chạy ở chế độ 4H không khóa trên đường trường, nhưng cũng có chế độ 4L khóa vi sai, 4H khóa vi sai (nối cứng 2 cầu), có cần số phụ, và chế độ 1 cầu nhanh là chế độ mặc định sử dụng thường xuyên, vì vậy thường được xem là hệ thống dẫn động bốn 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 sử dụng hệ thống dẫn động thuộc dạng này. Hệ thống bốn bánh bán thời gian cũng phù hợp cho các dòng xe việt dã nhờ có chế độ cầu chậm.

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

Hệ thống AWD là sự cải tiến với công nghệ cao hơn so với 4WD, có bộ vi sai trung tâm nhằm hạn chế sự chênh lệch giữa hai bên bánh trái/phải khi đi trên địa hình xấu. Năng lượng được truyền đến các bánh mọi thời điểm thay vì ngắt như 4WD, và không có chức năng chuyển chế độ.

Hệ thống này hoạt động 'thường trực' ở chế độ 4 bánh nhưng có thể phân phối mô-men xoắn linh hoạt đến từng bánh xe riêng lẻ. Kết quả là trục trước và sau có thể quay không đồng tốc mà không làm mất độ bám đường hoặc ảnh hưởng đến khả năng điều khiển. AWD là một hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian '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.

Có nhiều thiết kế AWD khác nhau, nâng cao khả năng bám đường và độ ổn định của xe trong nhiều tình huống khác nhau. Subaru còn trang bị cho chiếc WRX STI hệ thống AWD cho phép người lái điều chỉnh tỷ lệ phân phối mô-men xoắn trên các trục phù hợp với địa hình và mặt đường khác nhau. Một số hệ thống AWD sử dụng chất lỏng silicon để điều chỉnh tốc độ giữa các trục nhưng sẽ khóa khi tỉ lệ tốc độ giữa chúng quá lớn.

Việc 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 trơn do mất độ bám. Điều này cần thiết vì nếu không giới hạn trượt, vi sai sẽ khiến một cầu không nhận được mô-men xoắn nếu cầu còn lại bị trơn hoàn toàn. Vi sai Torsen là loại phổ biến được sử dụng trên các dòng xe như Toyota Land Cruiser/Prado, Lexus GX. Hệ thống SH-AWD của Honda cũng sử dụng đĩa ly hợp giới hạn trượt, cùng với Ford Explorer.

Nhờ vào các công nghệ này, hệ thống dẫn động bốn bánh được gọi là toàn thời gian (AWD) vì luôn vận hành ở trạng thái động cơ 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. Không cần 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 xe đang can thiệp. Vì vậy, hệ thống này còn được gọi là “dẫn động bốn bánh chủ động”.

Đối với vi sai tự do, vi sai trung tâm hoạt động không khác gì một vi sai cầu sau. Khi một cầu hoặc bánh mất độ bám, hệ thống điện tử trên xe can thiệp bằng cách phanh cục bộ bánh bị 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.

AWD cũng phức tạp không kém 4WD nhưng có hàm lượng công nghệ và tính tự động cao hơn.

Hệ dẫn động toàn phần 4Matic của Mercedes

Trong thế giới xe sang sử dụng hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian (AWD), Mercedes 4MATIC đã ghi dấu ấn nhờ độ bền, ổn định và tính linh động.

4Matic là gì?

4Matic là từ viết tắt của all-wheel-drive, là hệ thống hiện đại nhất của Mercedes-Benz, giúp xe vận hành tối ưu trên mọi địa hình. Mercedes giới thiệu 4Matic lần đầu trên mẫu xe W124 E-Class vào năm 1985, và từ đó, nó ngày càng khẳng định hiệu quả và được trang bị cho hầu hết các mẫu xe của hãng.

Mercedes có cách thiết kế và lắp đặt 4Matic riêng cho từng loại xe để đảm bảo hiệu suất hoạt động cao và lực kéo mạnh. Hệ thống này còn giúp xe có khả năng tự động tăng vòng quay của mô-men xoắn khi cần thiết.

Nguyên lý hoạt động của 4Matic

Hệ thống phân bổ mô-men xoắn giữa cầu trước và cầu sau ở tỷ lệ 45:55. Khi xe tăng tốc, tải trọng trên cầu sau thay đổi để cung cấp mô-men bánh sau. Mô-men xoắn giữa cầu trước và sau được điều chỉnh bởi khóa sai nhiều đĩa, với tỷ lệ 30:70 hoặc 70:30 tùy theo điều kiện mặt đường.

Khi kết hợp với hộp số tự động 7 cấp, hệ thống 4Matic giúp giảm trọng lượng tổng thể của xe, giảm ồn và hoạt động êm ái hơn. Hệ thống trung tâm hạn chế trượt và bộ vi sai cân bằng sức mạnh giữa cầu trước và sau.

Để tối ưu hóa hiệu suất của 4Matic, Mercedes kết hợp hệ thống hỗ trợ cân bằng điện tử ESP và hệ thống kiểm soát lực kéo điện tử 4ETS. Điều này nâng cao hiệu quả lái trên các bề mặt trơn như đường tuyết bằng xung lực phanh tự động.

Bốn khu vực tiếp xúc

Hầu hết mọi hoạt động của xe như phanh, lái, tăng tốc đều liên quan đến các điểm tiếp xúc của cả 4 bánh trên mặt đường. Với 4Matic, việc này được tối ưu hóa để mang lại trải nghiệm lái tốt nhất và duy trì sự cân bằng của xe trên mọi điều kiện đường.

Trọng lượng phân bổ hợp lý

Trọng lượng của xe được chuyển đến các bánh xe khác nhau tùy thuộc vào tình huống, đôi khi gây ra sự mất cân bằng và nguy hiểm. Tuy nhiên, với 4Matic, trọng lượng được phân bổ đồng đều trên cả 4 bánh xe trong mọi tình huống, giúp xe luôn ổn định và an toàn.

Điều chỉnh tốc độ tự động cho bánh xe

Khi vào cua, hệ thống 4Matic sẽ điều chỉnh tốc độ của từng bánh xe để giữ cho xe ổn định và di chuyển chính xác nhất trong mọi tình huống. Điều này giúp duy trì sự ổn định của xe khi vào cua và di chuyển trên các bề mặt đường khác nhau.

Bề mặt tiếp xúc

Trên đường bằng và khô, tất cả các bánh xe đều tiếp xúc với mặt đường. Tuy nhiên, trên đường trơn trượt, hệ thống 4Matic sẽ giảm truyền động cho bánh xe không tiếp xúc, giúp giảm thiểu lãng phí nhiên liệu và duy trì sự ổn định của xe.

Có một số dòng xe sử dụng hệ thống truyền động 4Matic mà bạn có thể tham khảo như: Mercedes GLC 200, GLC 250, GLC 300.

• Khái niệm bugi xe ô tô và những điều cần biết
• Biện pháp giảm tiếng ồn từ lốp xe ô tô
• Cách nhận biết các nút điều khiển trên xe ô tô