Hệ thống truyền lực trên ô tô là bộ phận then chốt, truyền và biến đổi sức mạnh từ động cơ đến các bánh xe chủ động, giúp xe di chuyển linh hoạt. Hiểu rõ về cấu tạo và chức năng của hệ thống truyền lực trên ô tô sẽ mang lại kiến thức hữu ích cho người sử dụng. Cùng tìm hiểu chi tiết về bộ phận quan trọng này.
Hệ thống truyền lực trên ô tô là gì?
Hệ thống truyền lực trên ô tô, hay còn gọi là hệ thống truyền động, là tập hợp các bộ phận có nhiệm vụ tiếp nhận momen xoắn sinh ra từ động cơ đốt trong hoặc động cơ điện (đối với xe hybrid) và truyền năng lượng này đến các bánh xe chủ động. Mục đích chính là tạo ra lực đẩy hoặc kéo cần thiết để xe vượt qua các lực cản (lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản quán tính, lực cản lên dốc) và di chuyển theo ý muốn của người lái. Đây là một hệ thống phức tạp, đòi hỏi sự phối hợp nhịp nhàng giữa các bộ phận để đảm bảo xe hoạt động hiệu quả và êm ái trong mọi điều kiện vận hành.
Nguyên lý hoạt động cơ bản
Nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền lực bắt đầu từ động cơ, nơi năng lượng được tạo ra dưới dạng momen xoắn và tốc độ quay. Momen xoắn này sau đó được truyền qua một chuỗi các bộ phận khác nhau để đến được bánh xe chủ động. Trên hành trình này, momen xoắn và tốc độ quay sẽ được biến đổi sao cho phù hợp với tình trạng vận hành thực tế của xe, chẳng hạn như khi khởi động, tăng tốc, giảm tốc, lên dốc, xuống dốc hay khi vào cua. Quá trình biến đổi này là cực kỳ quan trọng để xe có thể di chuyển linh hoạt trên nhiều loại địa hình và tốc độ khác nhau, đồng thời đảm bảo hiệu quả sử dụng năng lượng tối ưu nhất.
Cấu tạo chính của hệ thống truyền lực
Hệ thống truyền lực trên ô tô điển hình bao gồm nhiều bộ phận làm việc cùng nhau để thực hiện nhiệm vụ truyền momen xoắn từ động cơ đến bánh xe. Các thành phần chính bao gồm bộ ly hợp, hộp số, trục các đăng (đối với một số kiểu bố trí), và cuối cùng là cầu chủ động cùng bộ vi sai. Mỗi bộ phận đóng vai trò riêng biệt nhưng lại tương tác chặt chẽ với nhau.
Bộ ly hợp: Liên kết và ngắt công suất
Bộ ly hợp, thường nằm giữa động cơ và hộp số, có chức năng chính là kết nối hoặc ngắt kết nối dòng công suất từ động cơ tới phần còn lại của hệ thống truyền động. Việc ngắt kết nối này là cần thiết khi người lái muốn khởi động xe từ trạng thái đứng yên hoặc khi muốn thay đổi cấp số trong hộp số. Ly hợp giúp quá trình chuyển số diễn ra êm ái, không gây giật cục, bằng cách tạm thời dừng truyền momen xoắn. Đối với các loại xe sử dụng hộp số sàn, người lái phải điều khiển ly hợp thông qua bàn đạp chân. Trong khi đó, ở xe sử dụng hộp số tự động hoặc hộp số vô cấp (CVT), chức năng này thường được đảm nhiệm bởi biến mô thủy lực hoặc hệ thống điều khiển tự động.
Hộp số: Biến đổi lực kéo và tốc độ
Hộp số là trái tim của hệ thống truyền lực, nằm ngay sau ly hợp hoặc biến mô. Chức năng chính của hộp số là biến đổi tỷ số truyền, qua đó thay đổi momen xoắn và tốc độ quay được truyền từ động cơ. Khi xe cần lực kéo lớn để khởi động hoặc lên dốc, hộp số sẽ chọn tỷ số truyền lớn, tăng momen xoắn tại bánh xe nhưng giảm tốc độ quay. Ngược lại, khi xe chạy ở tốc độ cao trên đường bằng phẳng, hộp số sẽ sử dụng tỷ số truyền nhỏ để tối ưu tốc độ và hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu.
<>Xem Thêm Bài Viết:<>- Bí quyết tối ưu tuổi thọ pin ô tô điện
- Thi Bằng Lái Xe Máy A1: Hướng Dẫn Chi Tiết
- Áp Suất Lốp Xe Máy Điện Đúng Chuẩn Quan Trọng Thế Nào
- Tổng hợp Trạm sạc xe điện VinFast ở Khánh Hòa
- So sánh chi tiết VinFast VF 5 Plus và VF e34
Hiện nay có ba loại hộp số phổ biến: hộp số sàn (MT – Manual Transmission) yêu cầu người lái tự chuyển số; hộp số tự động có cấp (AT – Automatic Transmission) và hộp số tự động vô cấp (CVT – Continuously Variable Transmission) tự động điều chỉnh tỷ số truyền. Mỗi loại hộp số có ưu nhược điểm riêng về hiệu suất, sự êm ái và trải nghiệm lái.
Trục các đăng: Truyền động linh hoạt
Trục các đăng, còn được gọi là trục truyền động, là bộ phận cần thiết trong các cấu hình hệ thống truyền lực mà động cơ và hộp số được đặt cách xa cầu chủ động, điển hình là xe dẫn động cầu sau (FR) hoặc xe dẫn động bốn bánh (4WD/AWD). Trục các đăng có nhiệm vụ truyền momen xoắn từ hộp số (thường ở phía trước xe) đến cầu sau. Do sự di chuyển lên xuống của cầu xe (do hệ thống treo hoạt động) và sự sai lệch về góc giữa hộp số và cầu xe, trục các đăng được trang bị các khớp các đăng (khớp nối vạn năng) ở hai đầu. Các khớp này cho phép trục truyền động hoạt động linh hoạt, bù trừ cho sự thay đổi góc và khoảng cách, đảm bảo dòng công suất được truyền liên tục và ổn định.
Cầu chủ động và Vi sai: Phân phối lực kéo cuối cùng
Cầu chủ động là bộ phận cuối cùng trong chuỗi truyền lực, chứa bộ truyền lực cuối (thường là bộ bánh răng hypoid) và bộ vi sai. Bộ truyền lực cuối làm nhiệm vụ giảm tốc độ quay và tăng momen xoắn lên một lần nữa trước khi truyền đến bánh xe.
Quan trọng nhất trong cầu chủ động là bộ vi sai. Chức năng của vi sai là phân phối momen xoắn từ động cơ ra hai bánh xe cùng một cầu (ví dụ: cầu trước hoặc cầu sau) và cho phép chúng quay với tốc độ khác nhau. Điều này là cực kỳ cần thiết khi xe vào cua, bởi vì bánh xe ở phía ngoài khúc cua phải di chuyển quãng đường xa hơn và do đó cần quay nhanh hơn bánh xe ở phía trong. Vi sai đảm bảo điều này xảy ra một cách tự động, giúp xe vào cua mượt mà và không bị trượt lốp. Có nhiều loại vi sai khác nhau, từ vi sai mở tiêu chuẩn đến vi sai hạn chế trượt (LSD) hay vi sai khóa, mỗi loại phù hợp với những yêu cầu vận hành và địa hình khác nhau.
Nhiệm vụ và chức năng quan trọng của hệ thống truyền lực
Hệ thống truyền lực không chỉ đơn thuần là bộ phận truyền công suất. Nó đảm nhận nhiều nhiệm vụ quan trọng, quyết định khả năng vận hành, sự an toàn và hiệu quả của xe.
Truyền và biến đổi momen xoắn
Nhiệm vụ cốt lõi của hệ thống truyền lực trên ô tô là tiếp nhận momen xoắn và tốc độ quay từ động cơ và truyền chúng đến bánh xe chủ động. Tuy nhiên, nó không chỉ truyền đi nguyên vẹn. Hệ thống này còn phải biến đổi độ lớn của momen xoắn và tốc độ quay sao cho phù hợp với các điều kiện lái xe khác nhau. Ví dụ, khi cần khởi động xe hoặc leo dốc cao, hệ thống truyền lực cần cung cấp momen xoắn lớn để khắc phục lực cản ban đầu. Ngược lại, khi xe chạy ở tốc độ cao trên đường bằng, cần tối ưu hiệu quả bằng cách giảm tỷ số truyền. Việc biến đổi linh hoạt này được thực hiện chủ yếu bởi hộp số và bộ truyền lực cuối trong cầu chủ động.
Ngắt dòng công suất
Khả năng tạm thời ngắt dòng truyền công suất là một chức năng vital, được thực hiện bởi bộ ly hợp hoặc biến mô thủy lực. Chức năng này cho phép người lái (hoặc hệ thống tự động) thực hiện các thao tác như khởi động động cơ mà không làm xe di chuyển, hoặc thay đổi cấp số trong hộp số một cách êm ái. Nếu không có khả năng ngắt dòng công suất này, việc chuyển số sẽ gây ra sự va đập mạnh giữa các bánh răng, làm hỏng hộp số và gây khó chịu cho người ngồi trong xe.
Đổi chiều chuyển động (Lùi xe)
Một nhiệm vụ quan trọng khác của hệ thống truyền lực, đặc biệt là hộp số, là cho phép xe di chuyển lùi. Động cơ luôn quay theo một chiều nhất định. Để đảo chiều chuyển động của xe, hộp số được thiết kế với một bộ bánh răng đặc biệt (bánh răng trung gian) giúp đảo ngược chiều quay của trục ra, từ đó làm cho bánh xe chủ động quay ngược chiều kim đồng hồ, đẩy xe đi lùi.
Điều chỉnh và phân phối lực kéo
Ngoài việc biến đổi momen xoắn và tốc độ, hệ thống truyền lực còn có nhiệm vụ điều chỉnh và phân phối lực kéo giữa các bánh xe, đặc biệt là khi xe vào cua hoặc di chuyển trên địa hình không bằng phẳng, trơn trượt. Bộ vi sai đóng vai trò chính trong việc phân phối momen xoắn một cách thông minh giữa hai bánh xe cùng một cầu, cho phép chúng quay ở tốc độ khác nhau. Đối với các hệ thống dẫn động bốn bánh (4WD/AWD), hệ thống còn phân phối lực kéo giữa cầu trước và cầu sau, tối ưu hóa khả năng bám đường và ổn định của xe trong mọi điều kiện vận hành.
Các kiểu bố trí hệ thống truyền lực phổ biến
Trên các dòng xe hiện đại, có nhiều cách khác nhau để bố trí các bộ phận của hệ thống truyền lực, dẫn đến các kiểu dẫn động đặc trưng. Mỗi kiểu bố trí có những ưu nhược điểm riêng, phù hợp với mục đích sử dụng và đặc tính vận hành khác nhau của xe.
Dẫn động cầu trước (FF – Front-wheel Drive)
Kiểu bố trí dẫn động cầu trước (FF) là phổ biến nhất trên các dòng xe du lịch cỡ nhỏ và trung hiện nay. Trong cấu hình này, động cơ và hộp số thường được đặt ở phía trước xe, ngang với trục xe trước, và trực tiếp truyền momen xoắn đến hai bánh xe phía trước.
Ưu điểm nổi bật của xe FF là cấu trúc gọn gàng, không cần trục các đăng dài, giúp giảm trọng lượng xe và đơn giản hóa quá trình lắp ráp, từ đó giảm chi phí sản xuất. Đường truyền công suất ngắn hơn cũng góp phần tăng hiệu suất truyền động. Trọng lượng động cơ đặt trên cầu trước giúp tăng độ bám cho bánh xe chủ động khi tăng tốc. Xe FF thường có không gian nội thất rộng rãi hơn do không có đường truyền động chạy dọc sàn xe. Tuy nhiên, xe FF có thể gặp hiện tượng đánh lái sớm (understeer) khi vào cua gắt do trọng lượng tập trung ở phía trước và bánh xe trước vừa làm nhiệm vụ dẫn hướng vừa làm nhiệm vụ kéo.
Dẫn động cầu sau (FR – Rear-wheel Drive)
Kiểu bố trí dẫn động cầu sau (FR) là cấu hình truyền thống, trong đó động cơ thường đặt ở phía trước xe và truyền momen xoắn đến hai bánh xe phía sau thông qua hộp số, trục các đăng và cầu sau chứa vi sai. Kiểu dẫn động này thường thấy trên các dòng xe thể thao, xe sang, xe bán tải hoặc xe cần tải nặng.
Ưu điểm của xe FR là phân bổ trọng lượng cân bằng hơn giữa cầu trước và cầu sau, giúp cải thiện độ bám đường cho cả bốn bánh, đặc biệt khi xe chạy ở tốc độ cao hoặc khi tải nặng. Bánh xe trước chỉ làm nhiệm vụ lái, còn bánh xe sau làm nhiệm vụ đẩy, tách biệt chức năng giúp tối ưu hóa hiệu suất lái và khả năng tăng tốc. Xe FR thường mang lại cảm giác lái thể thao và linh hoạt hơn, với bán kính quay vòng nhỏ. Tuy nhiên, cấu trúc FR phức tạp hơn do cần có trục các đăng, làm tăng trọng lượng và chi phí sản xuất so với xe FF.
Dẫn động 4 bánh bán thời gian (4WD – Part-time Four-wheel Drive)
Hệ thống dẫn động bốn bánh bán thời gian (4WD) là kiểu hệ thống truyền lực cho phép người lái tùy chọn sử dụng dẫn động hai bánh (thường là cầu sau) hoặc cả bốn bánh. Khi kích hoạt chế độ 4WD, momen xoắn được truyền đến cả cầu trước và cầu sau thông qua một hộp số phụ (transfer case). Hộp số phụ này có thể có thêm tỷ số truyền thấp (low range) giúp tăng momen xoắn cực đại, hữu ích khi vượt địa hình khó khăn với tốc độ chậm.
Ưu điểm chính của xe 4WD là khả năng vượt địa hình vượt trội nhờ lực kéo được phân bổ đều trên cả bốn bánh, giúp xe bám đường tốt hơn trên bề mặt trơn trượt như bùn đất, cát, tuyết. Tuy nhiên, hệ thống này không nên sử dụng trên đường nhựa khô ráo khi vào cua, vì nó không cho phép sự khác biệt tốc độ giữa cầu trước và cầu sau (khóa vi sai trung tâm), có thể gây bó cứng hệ thống truyền lực và làm hỏng các bộ phận. Do đó, đây là hệ thống “bán thời gian”, chỉ nên sử dụng khi cần thiết.
Dẫn động 4 bánh toàn thời gian (AWD – All-wheel Drive)
Hệ thống dẫn động bốn bánh toàn thời gian (AWD) truyền momen xoắn đến cả bốn bánh xe liên tục trong mọi điều kiện vận hành. Khác với 4WD bán thời gian, hệ thống AWD sử dụng một bộ vi sai trung tâm (hoặc cơ cấu phân phối lực kéo tương đương) để cho phép sự khác biệt về tốc độ quay giữa cầu trước và cầu sau khi vào cua. Hệ thống AWD thường được điều khiển bởi các cảm biến và máy tính, tự động phân phối momen xoắn đến các bánh xe có độ bám tốt nhất.
Ưu điểm của AWD là cải thiện đáng kể độ bám đường, sự ổn định và an toàn khi lái xe trên nhiều loại bề mặt, đặc biệt là đường ướt, trơn trượt hoặc đường có độ bám không đồng đều. Khả năng tăng tốc cũng được cải thiện. Hệ thống hoạt động tự động, không yêu cầu người lái can thiệp. Tuy nhiên, xe AWD thường có trọng lượng nặng hơn, tiêu thụ nhiên liệu nhiều hơn và chi phí sản xuất/bảo dưỡng cao hơn so với xe dẫn động hai bánh.
Hệ thống truyền động Hybrid
Đối với xe hybrid, hệ thống truyền lực có sự kết hợp giữa động cơ đốt trong và một hoặc nhiều mô-tơ điện. Cấu trúc của hệ thống truyền lực hybrid có thể rất đa dạng, tùy thuộc vào cách các nguồn năng lượng này được kết hợp (series, parallel, hoặc series-parallel).
Trong nhiều trường hợp, hệ thống truyền lực hybrid sử dụng hộp số chuyên dụng được thiết kế để quản lý sự phối hợp giữa động cơ xăng và mô-tơ điện. Mô-tơ điện có thể trực tiếp hỗ trợ động cơ xăng trong việc truyền momen xoắn đến bánh xe, cung cấp lực kéo tức thời từ khi khởi hành, hoặc thậm chí tự mình dẫn động xe ở tốc độ thấp. Hệ thống này cũng cho phép thu hồi năng lượng phanh để sạc lại ắc quy, cải thiện hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu và giảm lượng khí thải. Hệ thống truyền lực hybrid đại diện cho bước tiến trong công nghệ ô tô, hướng tới hiệu quả năng lượng cao hơn và ít tác động đến môi trường.
Hệ thống truyền lực trên ô tô là một tổ hợp các bộ phận phức tạp nhưng đóng vai trò không thể thiếu trong việc đưa chiếc xe di chuyển trên mọi địa hình. Từ việc biến đổi momen xoắn đến phân phối lực kéo linh hoạt, mỗi thành phần đều có chức năng riêng biệt. Hiểu rõ về hệ thống truyền động này giúp người dùng có cái nhìn sâu sắc hơn về chiếc xe của mình. Tại Brixton Việt Nam, chúng tôi luôn mong muốn cung cấp những thông tin hữu ích và chi tiết nhất đến cộng đồng yêu xe.
Câu hỏi thường gặp về hệ thống truyền lực trên ô tô
Hệ thống truyền lực trên ô tô là bộ phận cốt lõi, và việc hiểu rõ về nó giúp người dùng nắm vững hơn về chiếc xe của mình. Dưới đây là một số câu hỏi thường gặp liên quan đến hệ thống quan trọng này.
1. Sự khác biệt cơ bản giữa hộp số sàn, hộp số tự động có cấp và hộp số tự động vô cấp (CVT) là gì?
Hộp số sàn (MT) yêu cầu người lái thao tác ly hợp và cần số bằng tay để thay đổi tỷ số truyền. Hộp số tự động có cấp (AT) sử dụng bộ biến mô thủy lực thay cho ly hợp và tự động thay đổi các cấp số cố định dựa trên tốc độ và tải trọng. Hộp số tự động vô cấp (CVT) sử dụng hệ thống ròng rọc và dây đai (hoặc xích) để tạo ra tỷ số truyền biến thiên liên tục, mang lại khả năng tăng tốc mượt mà hơn và tối ưu hiệu quả nhiên liệu trong dải tốc độ nhất định.
2. Khi nào thì nên chọn xe dẫn động 4 bánh bán thời gian (4WD) thay vì dẫn động 4 bánh toàn thời gian (AWD)?
Xe 4WD bán thời gian thường phù hợp với những người thường xuyên di chuyển trên địa hình off-road khắc nghiệt, cần lực kéo tối đa ở tốc độ thấp và có thể chuyển về chế độ 2WD khi chạy trên đường nhựa. Xe AWD toàn thời gian phù hợp hơn cho việc lái xe hàng ngày trên đường trơn trượt (mưa, tuyết) hoặc đường gồ ghề nhẹ, mang lại độ bám đường và ổn định tốt hơn mà không cần người lái can thiệp.
3. Bộ vi sai có chức năng gì khi xe vào cua?
Bộ vi sai cho phép các bánh xe trên cùng một trục quay với tốc độ khác nhau. Khi vào cua, bánh xe phía ngoài cua phải di chuyển một quãng đường dài hơn và nhanh hơn bánh xe phía trong. Vi sai đảm bảo sự khác biệt tốc độ quay này xảy ra tự nhiên, ngăn ngừa tình trạng trượt lốp hoặc bó cứng hệ thống truyền lực.
4. “Tỷ số truyền cuối” trong cầu chủ động có ý nghĩa gì?
Tỷ số truyền cuối là tỷ số giữa số răng của bánh răng vành chậu và bánh răng quả dứa trong bộ truyền lực cuối (thường nằm trong cầu chủ động). Tỷ số này quyết định mức độ giảm tốc độ quay và tăng momen xoắn lần cuối trước khi truyền đến bánh xe. Tỷ số truyền cuối lớn hơn sẽ cung cấp momen xoắn lớn hơn tại bánh xe (tăng sức kéo, khả năng leo dốc) nhưng giảm tốc độ tối đa và ngược lại.
5. Hệ thống truyền lực Hybrid khác gì so với truyền lực thông thường?
Hệ thống truyền lực Hybrid kết hợp sức mạnh từ cả động cơ đốt trong và mô-tơ điện. Cấu trúc của nó phức tạp hơn, có thể bao gồm hộp số chuyên dụng (như E-CVT của Toyota) được thiết kế để phối hợp hai nguồn năng lượng này một cách hiệu quả. Nó giúp xe vận hành ở chế độ chỉ dùng điện, kết hợp cả hai, hoặc sử dụng động cơ xăng để sạc pin, tùy thuộc vào điều kiện lái.
6. Tại sao trục các đăng lại cần thiết trên xe dẫn động cầu sau?
Trục các đăng là cần thiết trên xe dẫn động cầu sau (hoặc 4 bánh với động cơ đặt trước) vì động cơ và hộp số thường nằm ở phía trước, trong khi cầu chủ động nằm ở phía sau. Khoảng cách và sự sai lệch góc giữa hộp số và cầu xe (do hoạt động của hệ thống treo) đòi hỏi một trục nối linh hoạt có khả năng truyền momen xoắn qua các góc khác nhau, đó chính là nhiệm vụ của trục các đăng với các khớp nối vạn năng.
7. Hỏng bộ phận nào trong hệ thống truyền lực có thể khiến xe không di chuyển được?
Nếu bộ ly hợp hoặc biến mô bị hỏng (trượt, không ngắt/nối được), hộp số bị kẹt hoặc hỏng nặng, trục các đăng bị gãy, hoặc bộ vi sai bị khóa cứng/hỏng hoàn toàn, dòng truyền công suất từ động cơ đến bánh xe có thể bị gián đoạn hoặc sai lệch nghiêm trọng, khiến xe không thể di chuyển hoặc chỉ di chuyển được một cách bất thường.
