Nhohavan
Tài xế O-H
Tay lái trợ lực được xem là bước tiến quan trọng trong lịch sử ô tô thế giới. Hiện nay, tay lái trợ lực dầu và trợ lực điện đang được sử dụng phổ biến trên các mẫu xe, nhưng do cơ cấu hoạt động khác nhau nên 2 loại trợ lực lái trên có những ưu nhược điểm riêng biệt.
Tay lái trợ lực là một trong những bước tiến quan trọng của ngành công nghiệp xe hơi. Thuở ban đầu, tay lái chỉ đơn thuần tác động lên trục lái. Muốn chiếc xe chuyển hướng đều phụ thuộc cả vào lực tay của tài xế. Do vậy, nhược điểm là tay lái nặng, thôi thúc các nhà sản xuất đi tìm lời giải.
Trợ lực tay lái từ buổi sơ khai
Vào năm 1886, một trong những nhà sáng lập ra hãng Mercedes là Karl Benz đã chế tạo ra hệ thống lái đầu tiên. Do ở thời kỳ sơ khai nên hệ thống này rất đơn giản, khi chỉ có tay lái tác động vào các bánh răng trên trục lái. Vì vậy, để chuyển hướng các bánh xe thì phải hoàn toàn phụ thuộc vào lực tay của tài xế. Nhược điểm của kết cấu này là đánh lái cực kỳ nặng, nhất là khi xe đứng yên. Bên cạnh đó, khi được lắp thêm các bánh răng để giảm lực tác động lên tay lái thì tỷ lệ đánh lái (Steering Ratio) sẽ tăng lên, cụ thể người lái cần xoay vô lăng 4 vòng, xe mới rẽ được 1 góc 90 độ, khá chậm và thiếu an toàn.
Chính vì lý do đó mà các nhà sản xuất ô tô cho ra đời tay lái với trợ lực dầu, hệ thống này được lắp cho mẫu xe thương mại Imperial và New Yorker của Chysler lần đầu tiên vào năm 1951. Kể từ đó, nó đã “thống trị” ngành công nghiệp ô tô hơn nửa thế kỷ. Những năm gần đây, trợ lực điện đang dần đến thời kỳ “hoàng kim” sau khi được ứng dụng lần đầu vào năm 2000 trên mẫu xe huyền thoại Honda S2000, với rất nhiều tính năng ưu việt. Cả 2 hệ thống đều có mục đích chung là giảm tác động lực của tay lên vô lăng và giảm thời gian vô lăng phản hồi khi người lái bắt đầu đánh lái. Tuy nhiên cơ cấu hoạt động khác nhau dẫn đến hiệu quả từng loại vô lăng mang lại cũng khác nhau.
Cơ cấu hoạt động
Trợ lực dầu (Hydraulic Steering Assist)
Đúng như tên gọi, hệ thống trợ lực lái thủy lực dùng áp suất dầu để hỗ trợ việc đánh lái. Các bộ phận chính của hệ thống bao gồm bơm trợ lực, bình chứa dầu, van phân phối, và pít-tông gắn vào thanh răng. Bơm trợ lực nhận công suất từ động cơ qua một dây đai (có thể thấy điều này khi đánh lái, kim đồng hồ vòng tua máy sẽ nhích lên một chút), tạo ra áp suất dầu cần thiết. Khi đánh vô-lăng, van phân phối đưa áp suất dầu qua đường cấp dầu cao áp vào pít-tông để đẩy thanh răng theo hướng xoay vô-lăng. Chênh lệch áp suất giữa hai đầu pít-tông tạo ra lực đẩy, giảm tác động của người lái lên vô-lăng.
Cơ cấu lái trợ lực điện
Nếu đặt 2 hệ thống này lên bàn cân thì rõ ràng trợ lực điện chiếm ưu thế lớn với những tính năng ưu việt sau đây: Bơm trợ lực dầu kết nối với động cơ nên sẽ tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn 2 – 3% so với trợ lực điện chỉ sử dụng điện từ bình ắc quy. Trợ lực dầu sử dụng khá nhiều chi tiết cơ khí nên việc bảo trì sẽ khó khăn hơn, trọng lượng cũng lớn hơn dẫn đến tiêu hao nhiều nhiên liệu hơn.
Trợ lực lái điện rất được lòng khách hàng. Bởi lẽ, do hoạt động theo cơ cấu điện tử nên được kết nối với cảm biến tốc độ, cảm biến trượt ở bánh xe, cảm biến va chạm và con quay hồi chuyển để điều chỉnh lực vô-lăng phù hợp. Chính vì thế, khi xe di chuyển chậm hay vào bãi đỗ xe, vô-lăng nhẹ nhàng và dễ dàng đánh lái. Khi đi tốc độ cao, vô-lăng tự động trở nên nặng hơn.
Trợ lực lái thủy lực ngược lại, nặng ở tốc độ thấp và nhẹ ở tốc độ cao (do áp suất dầu lớn). Tuy nhiên, trợ lực lái thủy lực lại có tốc độ trả vô-lăng về trung tâm nhanh hơn, đồng nghĩa với việc giữ xe đi thẳng tốt hơn
Trợ lực dầu cần có dầu để bơm vào các van nén, vì thế chủ xe sẽ tốn chi phí thay dầu và bảo trì các bộ phận liên quan. Một đặc điểm nữa của trợ lực dầu là xe chạy càng nhanh, tay lái càng nhẹ nên dễ gây mất lái hơn. Còn khi di chuyển tốc độ thấp, trợ lực dầu tỏ ra khá nặng nề và người lái đa phần phải dùng nhiều lực ở 2 tay để xoay vô lăng và những điều đó đang đe dọa sự tồn tại của trợ lực thủy lực.
Tuy nhiên, cảm giác lái là điều tạo ra rất nhiều tranh cãi giữa những người thích sự linh hoạt của trợ lực điện và những khách hàng thích cảm giác “chân thật” khi dùng trợ lực dầu. Một bài kiểm tra thực tế được đưa cho 11 người đã có nhiều năm làm việc với xe ô tô, họ được yêu cầu lần lượt lái thử chiếc BMW 528i sử dụng trợ lực điện và BMW 535i sử dụng trợ lực dầu, tuy nhiên tất cả đều không biết từng xe sẽ sử dụng loại trợ lực nào.
Bên cạnh đó, chi phí bảo dưỡng hệ thống trợ lực lái thủy lực thấp hơn vì đã thông dụng từ lâu. Chỉ thường gặp một số hỏng hóc như rò rỉ dầu, hay hỏng van phân phối. Tuy nhiên, cần thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng, kiểm tra dầu trợ lực lái.
Hệ thống trợ lực điện ít phải kiểm tra, dễ dàng sửa chữa, nhưng nếu hỏng hóc phần cứng, các gara thường khuyên nên thay toàn bộ, kéo theo chi phí lớn. Vì sửa chữa không thể đảm bảo tuyệt đối, gây sự cố ở hệ thống lái, thậm chí có tình huống vô-lăng quay liên tục không thể kiểm soát.
Điều ngạc nhiên là 2 loại trợ lực tỏ ra “ngang tài ngang sức” trong các bài thử nghiệm. Cụ thể, khi đánh lái gấp và liên tục ở tốc độ khác nhau, trợ lực điện trả vô lăng về vị trí trung tâm chậm hơn nhiều so với trợ lực dầu, đồng nghĩa với việc trợ lực dầu sẽ giữ xe đi thẳng tốt hơn trong trường hợp tài xế đánh lái gấp để tránh chướng ngại vật. Mặt khác, vô lăng trợ lực điện trên chiếc 528 được đa phần các chuyên gia ”ưu ái” khi di chuyển trong phố, đặc biệt là lúc đưa xe vào vị trí đỗ nhờ tay lái nhẹ hơn gần 1/2 so với trợ lực dầu, giúp người lái cảm thấy khá thoải mái khi điều khiển xe.
Về mặt công nghệ, tay lái trợ lực điện tỏ ra vượt trội khi ECU có thể điều chỉnh độ lệch cùng với độ nặng nhẹ của vô lăng ở nhiều điều kiện lái khác nhau. Trên thực tế, khi mô tơ của trợ lực điện được kết nối với các tín hiệu của cảm biến tốc độ, cảm biến trượt ở bánh xe, cảm biến va chạm và con quay hồi chuyển, các nhà sản xuất xe sẽ tạo ra các tính năng như vô lăng tự điều chỉnh khi xe chệch làn đường, hệ thống tự đỗ xe, chống trượt khi có gió tạt ngang thân xe và thậm chí là chức năng xe tự lái như trên các mẫu xe điện Tesla.
Tương lai hệ thống trợ lực lái
Vào những năm 2000, tay lái trợ lực điện dần phổ biến. Theo khảo sát lượng xe mới bán ra năm 2005, trợ lực lái điện chiếm 25,8%, trợ lực lái thủy lực chiếm 56,3% và còn lại 17,9% thị phần đối với xe không có trợ lực lái. Đến 2011, cuộc lật đổ rõ ràng hơn, trợ lực lái điện vươn lên 58,2%, trợ lực lái thủy lực chỉ 30,9% và 10,9% đối với xe không có trợ lực.
Nhìn chung, dù trợ lực lái thủy lực vẫn còn chỗ đứng ở thời đại điện tử hóa, nhưng trợ lực lái điện mới là lựa chọn của các nhà sản xuất trong tương lai. Vì chúng là tiền đề để phát triển những hệ thống trợ lực lái sau này, chẳng hạn như các công nghệ mới về an toàn và hỗ trợ người lái được phát minh cũng như ứng dụng rộng rãi hơn, thì tay lái trợ lực điện sẽ được “ưu ái” khi có khả năng kết hợp với những hệ thống này, điều mà tay lái trợ lực dầu vẫn không làm được
Điển hình như mới đây là hệ thống trợ lực lái dạng steer-by-wire, loại bỏ hoàn toàn liên kết cơ khí giữa trục lái và thanh răng. Chỉ kết nối duy nhất dây dẫn nhận tín hiệu từ vô-lăng đi thẳng đến ECU, sau đó mới truyền dòng điện đến mô-tơ đẩy thanh răng. Bên cạnh đó, trợ lực lái điện còn có thể hỗ trợ tạo ra các tính năng an toàn như hỗ trợ giữ làn đường, đỗ xe tự động, thậm chí là tự lái - điều mà hệ thống trợ lực lái thủy lực không thể làm được.
>> Hệ thống lái trợ lực thủy lực, loại van xoay, dùng trên xe du lịch
>> Các bộ phận cơ bản của bộ trợ lực thủy lực
Tay lái trợ lực là một trong những bước tiến quan trọng của ngành công nghiệp xe hơi. Thuở ban đầu, tay lái chỉ đơn thuần tác động lên trục lái. Muốn chiếc xe chuyển hướng đều phụ thuộc cả vào lực tay của tài xế. Do vậy, nhược điểm là tay lái nặng, thôi thúc các nhà sản xuất đi tìm lời giải.
Trợ lực tay lái từ buổi sơ khai
Vào năm 1886, một trong những nhà sáng lập ra hãng Mercedes là Karl Benz đã chế tạo ra hệ thống lái đầu tiên. Do ở thời kỳ sơ khai nên hệ thống này rất đơn giản, khi chỉ có tay lái tác động vào các bánh răng trên trục lái. Vì vậy, để chuyển hướng các bánh xe thì phải hoàn toàn phụ thuộc vào lực tay của tài xế. Nhược điểm của kết cấu này là đánh lái cực kỳ nặng, nhất là khi xe đứng yên. Bên cạnh đó, khi được lắp thêm các bánh răng để giảm lực tác động lên tay lái thì tỷ lệ đánh lái (Steering Ratio) sẽ tăng lên, cụ thể người lái cần xoay vô lăng 4 vòng, xe mới rẽ được 1 góc 90 độ, khá chậm và thiếu an toàn.
Chính vì lý do đó mà các nhà sản xuất ô tô cho ra đời tay lái với trợ lực dầu, hệ thống này được lắp cho mẫu xe thương mại Imperial và New Yorker của Chysler lần đầu tiên vào năm 1951. Kể từ đó, nó đã “thống trị” ngành công nghiệp ô tô hơn nửa thế kỷ. Những năm gần đây, trợ lực điện đang dần đến thời kỳ “hoàng kim” sau khi được ứng dụng lần đầu vào năm 2000 trên mẫu xe huyền thoại Honda S2000, với rất nhiều tính năng ưu việt. Cả 2 hệ thống đều có mục đích chung là giảm tác động lực của tay lên vô lăng và giảm thời gian vô lăng phản hồi khi người lái bắt đầu đánh lái. Tuy nhiên cơ cấu hoạt động khác nhau dẫn đến hiệu quả từng loại vô lăng mang lại cũng khác nhau.
Cơ cấu hoạt động
Trợ lực dầu (Hydraulic Steering Assist)
Đúng như tên gọi, hệ thống trợ lực lái thủy lực dùng áp suất dầu để hỗ trợ việc đánh lái. Các bộ phận chính của hệ thống bao gồm bơm trợ lực, bình chứa dầu, van phân phối, và pít-tông gắn vào thanh răng. Bơm trợ lực nhận công suất từ động cơ qua một dây đai (có thể thấy điều này khi đánh lái, kim đồng hồ vòng tua máy sẽ nhích lên một chút), tạo ra áp suất dầu cần thiết. Khi đánh vô-lăng, van phân phối đưa áp suất dầu qua đường cấp dầu cao áp vào pít-tông để đẩy thanh răng theo hướng xoay vô-lăng. Chênh lệch áp suất giữa hai đầu pít-tông tạo ra lực đẩy, giảm tác động của người lái lên vô-lăng.
Cơ cấu lái trợ lực thủy lực
Trợ lực điện (Electric Steering Assist)
Hệ thống trợ lực điện khá đơn giản, ngoài thước lái thì nhà sản xuất chỉ cần lắp thêm một mô tơ điện lên cụm tay lái. Khi bạn đánh lái, cảm biến sẽ đo góc xoay của vô lăng và gửi tín hiệu này về ECU, ECU sẽ tính toán lực và đưa vào dòng điện thích hợp để cụm mô tơ điện xoay một lực tương ứng với góc đánh lái. Bên cạnh đó, nhờ có mô tơ hỗ trợ nên tay lái sẽ khá nhẹ, tuy nhiên việc đánh lái quá nhẹ sẽ gây mất an toàn khi ở tốc độ cao, vì vậy ECU sẽ thu thập thêm thông số tốc độ xe để điều chỉnh mô tơ điện. Đồng nghĩa với việc xe chạy càng nhanh thì tay lái sẽ càng nặng.
Hệ thống trợ lực điện khá đơn giản, ngoài thước lái thì nhà sản xuất chỉ cần lắp thêm một mô tơ điện lên cụm tay lái. Khi bạn đánh lái, cảm biến sẽ đo góc xoay của vô lăng và gửi tín hiệu này về ECU, ECU sẽ tính toán lực và đưa vào dòng điện thích hợp để cụm mô tơ điện xoay một lực tương ứng với góc đánh lái. Bên cạnh đó, nhờ có mô tơ hỗ trợ nên tay lái sẽ khá nhẹ, tuy nhiên việc đánh lái quá nhẹ sẽ gây mất an toàn khi ở tốc độ cao, vì vậy ECU sẽ thu thập thêm thông số tốc độ xe để điều chỉnh mô tơ điện. Đồng nghĩa với việc xe chạy càng nhanh thì tay lái sẽ càng nặng.
Cơ cấu lái trợ lực điện
Ưu và nhược điểmNếu đặt 2 hệ thống này lên bàn cân thì rõ ràng trợ lực điện chiếm ưu thế lớn với những tính năng ưu việt sau đây: Bơm trợ lực dầu kết nối với động cơ nên sẽ tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn 2 – 3% so với trợ lực điện chỉ sử dụng điện từ bình ắc quy. Trợ lực dầu sử dụng khá nhiều chi tiết cơ khí nên việc bảo trì sẽ khó khăn hơn, trọng lượng cũng lớn hơn dẫn đến tiêu hao nhiều nhiên liệu hơn.
Trợ lực lái điện rất được lòng khách hàng. Bởi lẽ, do hoạt động theo cơ cấu điện tử nên được kết nối với cảm biến tốc độ, cảm biến trượt ở bánh xe, cảm biến va chạm và con quay hồi chuyển để điều chỉnh lực vô-lăng phù hợp. Chính vì thế, khi xe di chuyển chậm hay vào bãi đỗ xe, vô-lăng nhẹ nhàng và dễ dàng đánh lái. Khi đi tốc độ cao, vô-lăng tự động trở nên nặng hơn.
Trợ lực lái thủy lực ngược lại, nặng ở tốc độ thấp và nhẹ ở tốc độ cao (do áp suất dầu lớn). Tuy nhiên, trợ lực lái thủy lực lại có tốc độ trả vô-lăng về trung tâm nhanh hơn, đồng nghĩa với việc giữ xe đi thẳng tốt hơn
Trợ lực dầu cần có dầu để bơm vào các van nén, vì thế chủ xe sẽ tốn chi phí thay dầu và bảo trì các bộ phận liên quan. Một đặc điểm nữa của trợ lực dầu là xe chạy càng nhanh, tay lái càng nhẹ nên dễ gây mất lái hơn. Còn khi di chuyển tốc độ thấp, trợ lực dầu tỏ ra khá nặng nề và người lái đa phần phải dùng nhiều lực ở 2 tay để xoay vô lăng và những điều đó đang đe dọa sự tồn tại của trợ lực thủy lực.
Tuy nhiên, cảm giác lái là điều tạo ra rất nhiều tranh cãi giữa những người thích sự linh hoạt của trợ lực điện và những khách hàng thích cảm giác “chân thật” khi dùng trợ lực dầu. Một bài kiểm tra thực tế được đưa cho 11 người đã có nhiều năm làm việc với xe ô tô, họ được yêu cầu lần lượt lái thử chiếc BMW 528i sử dụng trợ lực điện và BMW 535i sử dụng trợ lực dầu, tuy nhiên tất cả đều không biết từng xe sẽ sử dụng loại trợ lực nào.
Bên cạnh đó, chi phí bảo dưỡng hệ thống trợ lực lái thủy lực thấp hơn vì đã thông dụng từ lâu. Chỉ thường gặp một số hỏng hóc như rò rỉ dầu, hay hỏng van phân phối. Tuy nhiên, cần thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng, kiểm tra dầu trợ lực lái.
Hệ thống trợ lực điện ít phải kiểm tra, dễ dàng sửa chữa, nhưng nếu hỏng hóc phần cứng, các gara thường khuyên nên thay toàn bộ, kéo theo chi phí lớn. Vì sửa chữa không thể đảm bảo tuyệt đối, gây sự cố ở hệ thống lái, thậm chí có tình huống vô-lăng quay liên tục không thể kiểm soát.
Điều ngạc nhiên là 2 loại trợ lực tỏ ra “ngang tài ngang sức” trong các bài thử nghiệm. Cụ thể, khi đánh lái gấp và liên tục ở tốc độ khác nhau, trợ lực điện trả vô lăng về vị trí trung tâm chậm hơn nhiều so với trợ lực dầu, đồng nghĩa với việc trợ lực dầu sẽ giữ xe đi thẳng tốt hơn trong trường hợp tài xế đánh lái gấp để tránh chướng ngại vật. Mặt khác, vô lăng trợ lực điện trên chiếc 528 được đa phần các chuyên gia ”ưu ái” khi di chuyển trong phố, đặc biệt là lúc đưa xe vào vị trí đỗ nhờ tay lái nhẹ hơn gần 1/2 so với trợ lực dầu, giúp người lái cảm thấy khá thoải mái khi điều khiển xe.
Về mặt công nghệ, tay lái trợ lực điện tỏ ra vượt trội khi ECU có thể điều chỉnh độ lệch cùng với độ nặng nhẹ của vô lăng ở nhiều điều kiện lái khác nhau. Trên thực tế, khi mô tơ của trợ lực điện được kết nối với các tín hiệu của cảm biến tốc độ, cảm biến trượt ở bánh xe, cảm biến va chạm và con quay hồi chuyển, các nhà sản xuất xe sẽ tạo ra các tính năng như vô lăng tự điều chỉnh khi xe chệch làn đường, hệ thống tự đỗ xe, chống trượt khi có gió tạt ngang thân xe và thậm chí là chức năng xe tự lái như trên các mẫu xe điện Tesla.
Vào những năm 2000, tay lái trợ lực điện dần phổ biến. Theo khảo sát lượng xe mới bán ra năm 2005, trợ lực lái điện chiếm 25,8%, trợ lực lái thủy lực chiếm 56,3% và còn lại 17,9% thị phần đối với xe không có trợ lực lái. Đến 2011, cuộc lật đổ rõ ràng hơn, trợ lực lái điện vươn lên 58,2%, trợ lực lái thủy lực chỉ 30,9% và 10,9% đối với xe không có trợ lực.
Nhìn chung, dù trợ lực lái thủy lực vẫn còn chỗ đứng ở thời đại điện tử hóa, nhưng trợ lực lái điện mới là lựa chọn của các nhà sản xuất trong tương lai. Vì chúng là tiền đề để phát triển những hệ thống trợ lực lái sau này, chẳng hạn như các công nghệ mới về an toàn và hỗ trợ người lái được phát minh cũng như ứng dụng rộng rãi hơn, thì tay lái trợ lực điện sẽ được “ưu ái” khi có khả năng kết hợp với những hệ thống này, điều mà tay lái trợ lực dầu vẫn không làm được
Điển hình như mới đây là hệ thống trợ lực lái dạng steer-by-wire, loại bỏ hoàn toàn liên kết cơ khí giữa trục lái và thanh răng. Chỉ kết nối duy nhất dây dẫn nhận tín hiệu từ vô-lăng đi thẳng đến ECU, sau đó mới truyền dòng điện đến mô-tơ đẩy thanh răng. Bên cạnh đó, trợ lực lái điện còn có thể hỗ trợ tạo ra các tính năng an toàn như hỗ trợ giữ làn đường, đỗ xe tự động, thậm chí là tự lái - điều mà hệ thống trợ lực lái thủy lực không thể làm được.
Nguồn: Tổng hợp
Xem thêm: >> Ưu nhược điểm giữa trợ lực lái thủy lực và hệ thống trợ lực lái điện
>> Hệ thống lái trợ lực thủy lực, loại van xoay, dùng trên xe du lịch
>> Các bộ phận cơ bản của bộ trợ lực thủy lực
