Tất tần tật về hệ dẫn động AWD, 4WD, vi sai và khóa vi sai

dothanhdat24493
Bình luận: 12Lượt xem: 1,042

dothanhdat24493

Tài xế O-H
#Bài dài
Mọi người có lẽ đã quen thuộc với những cụm từ bên dưới. Tuy nhiên, nhìn thì quen nhưng để hiểu đúng bản chất thì chưa chắc đã dễ, mình sẽ dịch đúng từ tiếng anh sang tiếng Việt trước:

+ FWD - Front Wheel Drive - Dẫn động bánh trước (dẫn động cầu trước)
+ RWD - Rear Wheel Drive - Dẫn động bánh sau (dẫn động cầu sau)
+ 2WD - Two Wheel Drive - Dẫn động 2 bánh (trước hoặc sau)

+ 4WD - Four Wheel Drive - Dẫn động bốn bánh
+ AWD - All Wheel Drive - Dẫn động toàn bộ bánh

Với 3 thuật ngữ đầu (FWD, RWD, 2WD) thì đã khá rõ ràng, ít bị nhầm lẫn. Tuy nhiên 2 thuật ngữ cuối (4WD và AWD) thì quả thật mình thấy có rất nhiều nơi, nhiều người, nhiều trang ở VN cũng như nước ngoài đã chia sẻ nhưng vẫn không thỏa mãn sự hiếu kỳ của mình về mặt thông tin cũng sự hợp lý về mặt logic.

Vì vậy, trong bài này mình sẽ mổ xẻ vấn đề này, mình đã đi tìm hiểu từ rất nhiều nguồn, trong nước lẫn ngoài nước để tổng hợp lại những thứ giống và khác nhau cơ bản. Đồng thời, mình cũng có cơ may được sử dụng 1 chiếc xe AWD (Suzuki Grand Vitara Gen 3) và một chiếc xe 4WD (Mitsubishi Pajero Gen 2) một thời gian đủ dài, để tự trải nghiệm, so sánh và kết hợp với những kiến thức mình tìm hiểu được để cho ra những thông tin mình cho là đúng về bản chất của 2 thuật ngữ này.

Trước khi phân tích sâu hơn, mình muốn các bạn hãy tạm thời rũ bỏ hết những cái tên dễ gây nhầm lẫn như: dẫn động 2 cầu, dẫn động 4 bánh, dẫn động 2 cầu bán/toàn thời gian, dẫn động 4 bánh bán/toàn thời gian đi.

Điều đầu tiên có thể khẳng định luôn: Đối với xe có 4 bánh và có 2 cầu, dẫn động 4 bánh chính là dẫn động 2 cầu, vì vậy có thể có thể sử dụng 2 từ ngữ này thay thế cho nhau. Dẫn động cầu trước là dẫn động 2 bánh trước. Dẫn động cầu sau là dẫn động 2 bánh sau. Cầu chủ động là cầu dẫn động. Dẫn động toàn bộ bánh thì cũng là dẫn động 4 bánh và cũng là dẫn động 2 cầu.

Vậy điểm khác nhau có lẽ chỉ còn là 4WD hay được gọi là dẫn động 4 bánh bán thời gian còn AWD thì hay được gọi là dẫn động bốn bánh toàn thời gian. Vậy 2 khái niệm đó khác nhau thế nào, và có còn điểm gì khác nữa không, hãy cùng mình tìm hiểu thêm trong bài viết này nhé

Hệ thống dẫn động:

Trước khi đi vào tìm hiểu về hệ thống dẫn động, chúng ta cần biết sơ lược đến một số thành phần bên trong hệ thống này trước đã.

Cầu xe:​

Cầu xe là bộ phận nằm giữa trục nối giữa 2 bánh xe. Trong cầu xe có một bộ phận quan trọng gọi là vi sai, ngoài ra còn có trục láp và một số bộ phận khác. Chúng ta cần cầu xe và vi sai vì chỉ có 1 nguồn lực (power source) từ động cơ mà lại cần có ít nhất 2 bánh xe để nhận lực đó, vậy cầu sẽ đảm nhiệm việc chia lực từ động cơ cho 2 bánh xe.
tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (1).jpeg

Cầu xe là cái thứ nối giữa 2 bánh xe, có 1 cục hình cầu nên gọi là cầu xe, trong cục hình cầu đó là vi sai

Với xe dẫn động 1 cầu (cầu trước chẳng hạn), bạn sẽ dễ dàng nhìn thấy được 2 bánh xe còn lại (bánh xe sau) hoàn toàn độc lập với nhau về chuyển động quay, 2 bánh xe này sẽ không cần có bất cứ liên kết gì với nhau khi chúng quay cả, còn 2 bánh ở cầu dẫn động thì sẽ có liên kết để nối chúng lại.

Vi sai và khóa vi sai:​

Vi sai trên các xe phổ thông thường là vi sai mở (Open Differential), mình tạm gọi cái vi sai mở này là vi sai (Diff) cho ngắn gọn nhé. Tác dụng của vi sai đó là để cho phép 2 bánh xe cùng 1 cầu dẫn động có thể quay 2 tốc độ khác nhau, trường hợp này sẽ xảy ra khi xe vào cua.

Video này sẽ giúp bạn hiểu rõ nhất về vi sai mở và tác dụng của nó


Nhược điểm của vi sai mở là nếu trong 2 bánh xe, có 1 bánh xe bị trượt thì toàn bộ lực sẽ truyền đến bánh xe bị trượt đó, bánh xe còn lại sẽ không nhận được chút lực nào. Lúc này 1 bánh xe đứng yên còn bánh xe còn lại xoay tít, và xe sẽ không thể di chuyển

Khắc phục nhược điểm này của vi sai mở theo kiểu cổ điển nhất thì có khóa vi sai, mục đích là để khóa cứng vi sai lại và truyền lực đều giữa 2 bánh xe (50% lực vào bánh trái và 50% lực vào bánh phải). Khóa vi sai có thể hiểu đơn giản là thay vi sai bằng trục cứng. Nhược điểm của khóa vi sai đó là 2 bánh sẽ quay cùng tốc độ, nếu vào cua và khóa vi sai thì 1 bánh sẽ bị trượt hoặc trục bánh sẽ bị xoắn

Lưu ý: Hiện tại thế giới ô tô đã có nhiều phương pháp để khắc phục nhược điểm của vi sai mở, tuy nhiên mình đang muốn đi sâu vào bản chất nên sẽ tập trung bàn đến vi sai mở và khóa vi sai. Các loại vi sai khác, hoặc các phương pháp thay thế khác cho việc khóa vi sai mình sẽ đề cập thêm ở cuối bài

Vi sai cầu trước và vi sai cầu sau mình sẽ gọi là vi sai cầu, vi sai cầu nằm giữa 2 bánh xe của cùng 1 cầu giúp 2 bánh của cầu có thể quay 2 tốc độ khác nhau (màu đỏ và màu xanh trong hình dưới). Vi sai trung tâm sẽ nằm giữa 2 trục các đăng cầu trước và cầu sau, vi sai trung tâm giúp 2 trục các đăng trước và sau quay 2 tốc độ khác nhau (màu tính trong hình).
tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (1).gif

'Con đường' dẫn động:​

Về mặt vận hành, hầu hết với mọi ô tô, mô men (hay hiểu đơn giản là lực) từ động cơ sẽ đi qua hệ thống côn (xe số sàn) hay biến mô (xe số tự động) đến hộp số, qua hộp số thì mô men lực sẽ được thay đổi để từ đó dẫn đến bánh xe (qua hệ thống trục các đăng, cầu, vi sai, trục láp). Từ động cơ cho đến đuôi của hộp số thì khá giống nhau ở mọi loại rồi dù là xe 1 cầu hay 2 cầu, vì thế mình sẽ mổ xẻ chi tiết từ đoạn đuôi của hộp số cho đến bánh xe nhé.

RWD: lực từ đuôi hộp số sẽ đi qua trục các đăng (trục nối giữa đuôi hộp số đến đầu vi sai), đến vi sai cầu sau (Rear Diff) và từ vi sai đi đến trục bánh (Axle) xe ra đến bánh xe.

FWD: tương tự RWD, lực từ đuôi hộp số đi qua vi sai cầu trước và ra đến bánh trước. Hiện này hầu hết xe phổ thông dẫn động cầu trước sử dụng hệ thống có tên là Transaxle: hiểu đơn giản là gom hộp số (Transmission) với Vi sai (Diff) và trục bánh xe (Axle) vào thành 1 bộ phận, giảm được một vài thành phần linh kiện khiến Tranalxe nhỏ gọn hơn mà vẫn đảm bảo đủ tác dụng và vận hành của các bộ phận kể trên. Mình sẽ không đi quá sâu vào FWD cũng như Transalxe trong bài viết này, có thể là một bài viết khác nếu các bạn hứng thú.
tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (1).png


Với FWD và RWD hay 2WD, toàn bộ lực sẽ chỉ vào 1 cầu trước hoặc cầu sau. Nhưng với 4WD và AWD, lực từ đuôi hộp số cũng sẽ đến bánh xe, nhưng để đến được với cả 2 cầu và 4 bánh thì cần có thêm một bộ phận nữa gọi là Transfer Case.
tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (2).jpeg

Sau đuôi hộp số sẽ có Transfer case để dẫn vào trục các đăng trước và sau.

II. Transfer Case:

1. Bộ phận chia lực:​

Bộ phận giống nhau giữa 4WD và AWD và cũng quan trọng nhất đó là bộ phận để chia lực ra 2 cầu, bộ phận này thường gọi là Transfer Case. Hình dung đơn giản là gắn thêm bánh răng vào 1 trục các đăng (cầu sau) rồi dùng xích kéo trục các đăng (cầu trước) còn lại bằng 1 cái bánh răng giống hệt thông qua một sợi nhiều dây xích.

Và ở đây mình khẳng định luôn, 4WD và AWD bắt buộc phải có Transfer Case, là bộ phận để chia lực, có thể ở một số hãng họ có cái tên khác cho bộ phận này, một số hãng thì thay vì dùng bánh răng và xích thì họ dùng cơ cấu khác như lá côn, một số hãng thì tích hợp nó vào cùng với một số bộ phận khác. Tuy nhiên, đã là dẫn động 2 cầu thì phải có 1 bộ phận để chia lực từ đuôi hộp số ra làm 2, và mình cứ tạm gọi nó là Transfer Case
tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (9).jpeg

tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (8).jpeg

So sánh 2 Transfer Case một cái dùng bánh răng (bên trái) và một cái dùng dây xích dẫn (bên phải)

Bộ phận này thường dịch ra tiếng Việt thường được gọi là hộp số phụ nhưng cá nhân mình thấy cách dịch này có vẻ không đúng lắm và dễ gây hiểu nhầm. Tiêu biểu là 2 kiểu hiểu nhầm như sau: “xe 4WD có cần số phụ nên mới có hộp số phụ còn xe AWD không có cần số phụ nên không có hộp số phụ” hoặc “xe 4WD có hộp số phụ còn xe AWD thì không có hộp số phụ mà có vi sai trung tâm”

Vì vậy trong bài mình sẽ giữ nguyên từ Transfer Case này. Xe 4WD và AWD đều sẽ phải có bộ phận để chia lực ra 2 cầu. Ngoài bộ phận bắt buộc này, Transfer case sẽ có một vài thành phần khác nhau, từ đây sẽ có các loại Transfer case khác nhau dẫn đến các loại hình vận hành 2 cầu khác nhau, dẫn đến các tên gọi khác nhau cho các loại xe này


2. Bộ phận cầu chậm 4L:​


Bộ phận không ảnh hưởng đến sự khác nhau của 4WD và AWD trong Transfer Case đó là có thêm bộ bánh răng để đi cầu chậm, hiểu đơn giản là trước khi ra đến trục các đăng, thì lực từ đuôi hộp số được đi qua hệ thống bánh răng giảm tốc nhằm tăng lực và đương nhiên là phải giảm tốc độ. Đó là chế độ cầu chậm thường được ký hiệu 4L. Bộ phận này chỉ làm xe có thêm tính năng, không mang tính quyết định đến sự khác nhau 4WD và AWD. Cả xe 4WD và xe AWD đều có thể có hoặc không có bộ phận này tùy vào mục đích sử dụng. Thường bộ phận cầu chậm này sẽ được trang bị trên những xe 4WD và AWD có mục đích sử dụng để đi địa hình, offroad, và thường không được trang bị trên xe AWD cần tốc độ, sức mạnh, AWD thể thao.


3. Bộ phận gài/ngắt cầu:​


Bộ phận ảnh hưởng lớn đến sự khác nhau giữa 4WD và AWD đầu tiên: đó là hệ thống gài cầu và ngắt cầu. Transfer case có tác dụng phân bổ lực ra 2 cầu từ đuôi hộp số. Với hệ thống này, Transfer case cho phép chúng ta kết nối hoặc ngắt kết nối 1 trong 2 cầu ra khỏi đuôi hộp số, khiến xe có thể biến hình từ 4WD thành 2WD và ngược lại biến hình từ 2WD thành 4WD. Một số xe còn cho phép ngắt cả 2 cầu (Số N).

tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (3).jpeg

Xe 4WD thời xưa sẽ có 2 cần số như này, cái cần nhỏ nhỏ bên phải là để gài cầu, thường được gọi là cần số phụ đó anh em, 1 cần gài số, 1 cần gài cầu.


Mỗi hãng họ sẽ có cách làm riêng nhưng mục đích chính là để gài hoặc ngắt 1 cầu với chuyển động đồng bộ với cầu còn lại. Đây là hệ thống 4WD có lẽ là cơ bản nhất, như ảnh là gài cầu cơm, xe bây giờ thì có núm vặn điện tử.

Mình sẽ giải thích về việc vì sao cần biến từ 2WD → 4WD trước
Giả sử xe bạn đang đi 2WD, vậy mà 1 bánh xe của cầu chủ động bị vào vũng lầy, mất độ bám và bị trượt xoay tròn không thể đi được. Lúc này điểm yếu của vi sai mở sẽ xuất hiện, toàn bộ lực từ động cơ sẽ truyền vào bánh xe đang bị mất độ bám đó thay vì bánh xe còn lại, khiến bánh xe quay tít và xe vẫn sẽ mắc kẹt, không thể di chuyển.

Có 2 giải pháp cho vấn đề này là
  • Giải pháp 1: Sử dụng khóa vi sai trên cầu chủ động để truyền 50% lực từ bánh đang bị trượt sang bánh còn lại có độ bám. Tuy nhiên, giải pháp này sẽ không hoạt động nếu cả 2 bánh của cầu chủ động đang mất lực bám.
  • Giải pháp 2: Gài cầu để biến 2WD → 4WD. Lúc này chúng ta khóa cứng trục các đăng trước và sau. Truyền 50% lực cho cầu trước và 50% lực cho cầu sau, để dù với vi sai mở ở cầu chủ động mà cầu đó đang bị trượt 1 hoặc cả 2 bánh thì 50% lực từ động cơ vẫn sẽ đến với cầu còn lại khi mà 2 bánh xe còn lại vẫn còn độ bám với mặt đường.

tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (2).png

Vậy tại sao lại cần phải biến từ 4WD → 2WD, sao không đi 4WD luôn?​

Như các bạn cũng biết, với xe ô tô khi đi offroad vào đường cát hay bùn lầy trơn trượt thì ma sát giữa bánh xe với mặt đường thấp, chúng ta dùng 4WD để có thể có nhiều lực bám nhất có thể. Cũng vì ma sát giữa bánh xe và mặt đường thấp, nên khi chúng ta vào cua, có thể không nhất thiết bánh xe quay đúng với mặt đường đi được do nó bị trượt, và điều này khiến lực từ bánh xe tác động ngược lên bộ phận truyền động như bánh răng, các trục như trục láp, và trục các đăng sẽ không lớn như đường nhựa

tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (3).png
Khi đi trên đường nhựa sẽ có ma sát lớn giữa bánh xe với mặt đường, nhìn chung bánh xe quay bao nhiêu sẽ tương đương mặt đường đi được bấy nhiêu. Nếu đi thẳng thì không có gì khác biệt giữa 4 bánh xe, nhưng khi vào cua thì 4 bánh sẽ quay với 4 tốc độ khác nhau với 4 độ dài mặt đường đi được khác nhau
tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (2).gif

Minh họa 4 bánh khi vào cua sẽ quay 4 tốc độ khác nhau với 4 quãng đường đi được khác nhau

Lúc này, vì ma sát lớn nên bánh xe không trượt trên mặt đường, do vậy dẫn đến trục các đăng cầu trước và trục các đăng cầu sau sẽ quay với 2 tốc độ khác nhau, nhưng lại đang được khóa cứng vào trong transfer case, điều này sẽ làm các bộ phận truyền động chịu lực xoắn lớn có thể gây hư hỏng các bộ phận trong cơ cấu truyền động.
tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (4).png

tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (4).jpeg

Hình ảnh trục các đăng bị vặn xoắn. Hình này mình chỉ minh họa về lực xoắn gây biến dạng trục thôi. Còn trong thực tế thì có thể các bộ phận khác sẽ dễ bị hư hỏng hao mòn hơn khi bị xoắn như là các bánh răng hay khớp nối trong hệ thống truyền động

Có 2 giải pháp cho vấn đề 2 trục các đăng quay 2 tốc độ này:
  • Đơn giản nhất là nhờ vào hệ thống ngắt cầu để tách 2 trục các đăng ra, 4WD → 2WD, lúc này 2 trục các đăng không còn khóa cứng lại với nhau nữa, đương nhiên là tách ra rồi thì 2 trục quay 2 tốc độ khác nhau sẽ không ảnh hưởng gì đến nhau, và cũng rõ ràng khi tách ra rồi thì xe sẽ chỉ còn là 1 cầu chủ động
  • Giải pháp 2 mình sẽ chia sẻ thêm ở phía sau là sử dụng vi sai trung tâm.

Vậy với giải pháp đơn giản hơn đó là thêm bộ phận gài/ngắt cầu vào Transfer Case, chúng ta có thể thay đổi từ 1 cầu chủ động thành 2 cầu chủ động, 2WD → 4WD để vượt qua một số địa hình trơn trượt và cần thêm lực bám ở bánh xe, còn khi chạy đường nhựa với ma sát lớn và cần phải vào cua, thì chúng ta sẽ thay đổi từ 4WD → 2WD để tránh việc 2 cầu, 2 trục các đăng bị uốn xoắn gây hao mòn và hư hỏng.

Với hệ thống cài cầu/ngắt cầu xe sẽ lúc thì chạy 2 cầu, lúc thì lại chỉ chạy 1 cầu vì vậy cũng có thể gọi là xe dẫn động 2 cầu bán thời gian hay xe dẫn động 4 bánh bán thời gian.

Đây cũng là nguyên lý hoạt động của 4WD cơ bản nhất, mình sẽ gọi nó là 4WD cổ đại nhé.

tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (5).jpeg

4WD "cổ đại" thời nay gài cầu đơn giản hơn, vặn núm như vầy thôi chứ không cần 2 cái cần số như xe thời xưa nữa

Vi sai trung tâm:​

Bộ phận ảnh hưởng đến sự khác nhau giữa 4WD và AWD thứ hai. Vẫn tình huống trên, khi đi dường nhựa nhưng vẫn muốn dẫn động 2 cầu và 4 bánh. Vi sai trung tâm được thêm vào giữa 2 trục các đăng cho phép 2 trục các đăng quay với hai tốc độ khác nhau. Khi có vi sai trung tâm rồi, thì chúng ta có thể đi 2 cầu trên cả đường nhựa, có thể ôm cua thoải mái mà không lo lắng về chuyện 2 trục các đăng quay 2 tốc độ khác nhau, không cần lo lắng về lực xoắn

Và vì vậy, khi mà đã có vi sai trung tâm, chúng ta không nhất thiết cần đến bộ phận gài/ngắt cầu nữa, hoàn toàn có thể chạy cả 2 cầu trên đường nhựa thì đâu cần phải tách ra làm gì
Vậy là lúc này AWD ra đời với bộ phận gài/ngắt cầu trong Transfer case được thay thế bằng vi sai trung tâm.

tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (6).jpeg

Núm chọn chế độ trên AWD sẽ không có 2H

Tại sao lại muốn dẫn động cả 4 bánh trên đường nhựa? Cái này liên quan đến việc tối ưu lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường. Ví dụ lực ma sát tối đa giữa 1 bánh xe với mặt đường là 100Nm để bánh không bị trượt, nếu xe dẫn động 1 cầu 2 bánh thì lực lớn nhất có thể đẩy xe đi chỉ là 200Nm thôi, quá 200Nm thì xe sẽ trượt. Trong khi động cơ của xe có thể cho lực 400Nm, vậy chúng ta sẽ truyền lực từ động cơ sang 2 cầu để mỗi cầu có 200Nm, và 4 bánh mỗi bánh 100Nm thì sẽ tận dụng hết được 400Nm công suất của động cơ mà không vượt quá ma sát tối đa của bánh xe dẫn đến việc xe có thể đề pa tăng tốc nhanh hơn, ôm cua tốt hơn. . .

Vậy, đến thời điểm này, sự khác biệt trong Transfer Case của 4WD và AWD chia thành 2 loại như sau:

+ 4WD bắt buộc phải có hệ thống gài cầu, không nhất thiết phải có vi sai trung tâm
→ Có thể gọi là hệ thống dẫn động 4 bánh (2 cầu) bán thời gian, vì có lúc lực truyền xuống 1 cầu 2 bánh, có lúc thì 2 cầu 4 bánh

+ AWD bắt buộc phải có vi sai trung tâm, không nhất thiết phải có hệ thống gài cầu → Có thể gọi là hệ thống dẫn động 4 bánh (2 cầu) toàn thời gian, vì lúc nào lực cũng truyền xuống 2 cầu 4 bánh


Dung hợp (Fusion)​


Tất nhiên là việc phát triển Transfer chưa thể dừng lại ở đó rồi, có một loại Transfer case nữa đã dung hợp cả 2 loại trên

Đó là Transfer case có cả hệ thống gài/ngắt cầu và có luôn cả vi sai trung tâm → Hệ thống này cũng vẫn được gọi là 4WD thôi nhưng được sinh ra để kết hợp cả 2 ưu điểm của hệ thống trên khi đi đường nhựa: có thể đi 1 cầu để giảm các bộ phận chuyển động, giảm tải cho động cơ, tiết kiệm xăng hơn chút đỉnh, mà cũng có thể đi 2 cầu trên đường nhựa nếu cần tăng độ bám trong các trường hợp đường trơn và trời mưa mà không sợ bị xoắn quẩy trục các đăng.
Mình gọi đây là 4WD hiện đại để phân biệt với loại cổ đại bên trên khi mà vẫn có thể chạy 1 cầu, nhưng cũng hoàn toàn có thể chạy 2 cầu trên đường nhựa như AWD
tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (3).jpg

tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (4).jpg

Hình này có thể so sánh giữa 4WD cổ đại (bên trái) và 4WD hiện đại (bên phải)



Khóa vi sai trung tâm​


Giờ là lúc quay lại với đường trơn, trượt, bùn đất. Có vi sai trung tâm rồi thì mới có khóa vi sai trung tâm. Phần này mình sẽ chỉ nói đến 4WD cài chế độ 2 cầu và AWD

Rõ ràng là khi đặt vi sai trung tâm vào, hệ thống chuyển động sẽ nhận được ưu điểm của vi sai, đó là cho phép 2 trục quay với 2 tốc độ khác nhau cho phép chúng ta chạy trên đường nhựa với nhiều lực bám nhất. Tuy nhiên, nếu chạy trên đường offroad trơn trượt với khả năng mất độ bám, lúc này nhược điểm của vi sai trung tâm cũng sẽ lộ rõ.

Giả sử 1 xe 4WD hay AWD có vi sai trung tâm bị mất độ bám của 2 bánh trên cùng 1 trục, lúc này toàn bộ lực của động cơ sẽ truyền xuống trục và bánh xe đang bị mất độ bám đó, khiến trục và bánh xe còn độ bám không nhận được lực. Vậy giải pháp lúc này là gì?

Đó là khóa vi sai trung tâm. Khi khóa vi sai trung tâm lại rồi, thì lực sẽ bị miễn cưỡng phân bổ 50/50 cho trục trước và sau, để cung cấp lực cho trục và bánh xe còn độ bám. Vì vậy các bạn sẽ thường thấy trên các mẫu AWD sẽ có khóa vi sai trung tâm.

tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (5).jpg

Ngoài việc để khóa vi sai trung tâm trên cần số/ núm vặn số, một số xe tách riêng ra thành nút bấm.

Hiểu đơn giản là khi khóa vi sai trung tâm sẽ giống bỏ vi sai trung tâm và thay thành trục cứng
Hay: 4WD hiện đại / AWD + khóa vi sai trung tâm = 4WD cổ đại

Và đương nhiên, giống như 4WD cổ đại chúng ta không nên khóa vi sai trung tâm khi đi trên đường nhựa có ma sát cao và phải vào cua nhiều.


Tổng kết về xe 2 cầu:


Và từ đây ta có 3 loại Transfer case chính (và 1 loại phụ), với mỗi loại sẽ có cách kết hợp các thành phần khác nhau cho ra cách vận hành khác nhau cũng như tên gọi khác nhau. Mình sẽ tự đặt tên theo cách của mình và cách để mình phân biệt nhé vì các hãng hay gây lú người dùng lắm, nếu không hiểu bản chất có thể các bạn sẽ chọn sai chế độ chạy xe mà có thể gây hậu quả không tốt đến các bộ phận của hệ thống dẫn động


4WD cổ đại:​


Transfer case có hệ thống gài/ngắt cầu, không có vi sai trung tâm
Thường xe sẽ có các chế độ 2H - 4H - 4L cho người dùng lựa chọn:

+ 2H: 1 cầu - 2 bánh - số nhanh
+ 4H: 2 cầu - 4 bánh (không có vi sai trung tâm) - số nhanh
+ 4L: 2 cầu - 4 bánh (không có vi sai trung tâm) - số chậm

Một số xe dùng Transfer Case này: Mitsubishi Pajero Gen 1 (MK) và bản thiếu của Pajero Gen 2 (V31-V33) và nếu mình không nhầm thì Suzuki Vitara đời cũ gen 1 (khoảng 199x-200x gì đó) và một số dòng bán tải và SUV hiện nay cũng sẽ dùng Transfer case kiểu này như Ford Ranger hay Toyota Fortuner nếu mình không nhầm cũng chỉ có 2H-4H-4L. Xe của mình là Pajero Gen 2 bản thiếu dùng 4WD cổ đại này.

Nhận diện: Thường xe nào cho phép gài 1 cầu (2H) và 2 cầu (4H), mà không thấy có nút “Khóa vi sai trung tâm” sẽ là kiểu 4WD cổ đại. Vì không dại gì mà nhà sản xuất nhét vi sai trung tâm vào xe 4WD mà lại không có ốp sừn để khóa nó lại.

Và trong hướng dẫn sử dụng sẽ khuyến cáo 4H chỉ sử dụng trên mặt đường Offroad mà cho phép bánh xe có thể bị trượt như đường cát, tuyết. Với hộp số này chỉ cài 4H và 4L khi đi Offroad đường đất trơn trượt, không nên đi trên đường nhựa có ma sát tốt

tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (5).png

Lưu ý của 4WD cổ đại trong HDSD của nhà sản xuất​

4WD hiện đại​

Transfer case có hệ thống gài/ngắt cầu, có vi sai trung tâm

Thường người dùng có thể chọn: 2H - 4H - 4HL - 4LL
2H: 1 cầu - 2 bánh - số nhanh
4H: 2 cầu - 4 bánh - mở vi sai trung tâm - số nhanh
4HL: 2 cầu - 4 bánh - khóa vi sai trung tâm - số nhanh
4LL: 2 cầu - 4 bánh - khóa vi sai trung tâm - số chậm

Một số xe dùng Transfer Case này: Mitsubishi Pajero Gen 2 bản đủ (V43-V45-V46) Gen 3 (V73, V93) với hệ thống họ gọi là SuperSelect-4WD và SuperSelect-4WD-II.
Một số xe của Mitsubishi mới bây giờ như Triton và Pajero Sport

Nhận diện: Đặc điểm của xe 4WD có vi sai trung tâm đó là có thể chọn 2H và có nút khóa vi sai trung tâm. Đơn giản vì là phải có vi sai đã rồi mới có khóa vi sai được
Với hộp số này có thể cài 2H khi đi bình thường đường nhựa và 4H khi đi đường nhựa trơn, đường nhựa mưa ướt và cài 4HL và 4LL khi Offroad đường đất cát, trơn trượt, không nên đi 4HL và 4LL trên đường nhựa có ma sát tốt

tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (6).png

Lưu ý của 4WD hiện đại đại trong HDSD của nhà sản xuất​

AWD (fulltime)​

Transfer case có vi sai trung tâm, không có hệ thống gài/ngắt cầu. Một số xe không quá đòi hỏi phục vụ đi địa hình có thể còn giản lược cả chế độ cầu chậm (một số mẫu xe thể thao AWD sedan, couple…)

Thường có các chế độ để người dùng lựa chọn: 4H - 4HL - 4LL
4H: 2 cầu - 4 bánh - mở vi sai trung tâm - số nhanh
4HL: 2 cầu - 4 bánh - khóa vi sai trung tâm - số nhanh
4LL: 2 cầu - 4 bánh - khóa vi sai trung tâm - số chậm

Đặc điểm: Sẽ không có và không thể chọn 2H, thường sẽ có chế độ khóa vi sai trung tâm
Một số xe dùng Transfer Case dạng này: Suzuki Grand Vitara gen 3 (đời 2010-2014 gì đó, khác với xe Vitara gen 4 sau này bán ở VN là FWD), một số mẫu khác như Subaru, Mazda CX5 bản AWD, Merc 4-Matic, BMW xDrive, Audi Quattro. Xe của bố mình được trang bị AWD này

Với hộp số này có thể cài chỉ cài 4H khi đi đường nhựa và cài 4HL và 4LL khi Offroad đường đất, tuyết cát trơn trượt, không nên đi 4HL và 4LL trên đường nhựa có ma sát tốt

tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (7).png

Một phần trong hướng dẫn sử dụng của xe Grand Vitara AWD có vi sai trung tâm và khóa vi sai trung tâm trong Transfer case

Một số biến thể AWD/4WD khác nữa​

Ngoài ra, AWD có một biến thể khác nữa đó là AWD có cơ cấu để ngắt cầu nếu không cần thiết, mà mình không nhầm thì có 1 giai đoạn nó được gọi là Realtime AWD để so sánh với Fulltime AWD. Và có vẻ như có một tên gọi đúng hơn cho loại Realtime AWD này là On-demand AWD/On-demand 4WD

Nói chung tên gọi gây lú để người dùng khó hiểu bản chất trong khi thực ra đây cũng là kết quả của sự giao thoa kết hợp giữa bộ phận gài/ngắt cầu với vi sai trung tâm giống kiều hộp số 4WD hiện đại. Tuy nhiên, có điểm khác biệt với 4WD hiện đại là ở khả năng chủ động lựa chọn và quyết định của người dùng.

Hầu hết những mẫu xe dạng Realtime AWD hay On-demand AWD thì việc gài/ngắt cầu sẽ tự động do hệ thống cơ học hoặc điện tử trên xe đảm nhiệm, người dùng sẽ không thể can thiệp được vào quá trình đó. Một số mẫu xe dùng ly hợp để ngắt cầu, một số thay vi sai đóng mở thành vi sai chống trượt, một số có thể dùng nhiều công nghệ khác nữa (thậm chí có thể thay vi sai bằng ly hợp, chấp nhận khi cần thì đóng li hợp để 2 các đăng xoay 2 tốc độ và trượt trên ly hợp đó), cái này tùy vào nhà sản xuất và mục tiêu họ cần nhắm đến cho sản phẩm (tiết kiệm chi phí sản xuất, giảm linh kiện cấu thành, tăng tính tự động cho xe…)

Ví dụ: người dùng không có lựa chọn 2H, vẫn đang cài 4H nhưng thực tế xe chỉ dẫn động bằng 1 cầu 2 bánh trước và ngắt cầu sau và 2 bánh sau, chỉ khi nào cần thiết thì mới tự động gài 2 bánh sau vào. Ví dụ cho dạng này có thể kể đến là hệ thống AllGrip Auto và AutoGrip Select của Suzuki cho xe AWD/4WD, họ có đề cập đến việc xe của họ sẽ tự động gài 2 bánh sau tùy tình huống khi mà 2 bánh trước của xe mất lực bám.
tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (8).png

Một đoạn giới thiệu về AllGrip Auto của Suzuki

Một cách gọi 4WD và AWD khác: 4x4=16​

Với xe du lịch, xe con mà có 4 bánh thì 2WD = 4x2; 4WD và AWD = 4x4. Đây là cách gọi theo công thức bánh, hiểu là: (tổng số bánh mà xe có) x (tổng số bánh có thể được dẫn động)

Mình đề cập đến cách gọi công thức bánh này là để phân biệt với 1 số loại xe có 6 bánh (chủ yếu là xe tải) nhưng chỉ dẫn động 4 bánh thì gọi là 6x4 (có thể gọi là 4WD) ; xe có 6 bánh nhưng dẫn động cả 6 bánh thì lúc này nó là 6x6 (và cũng sẽ là 6WD hoặc AWD) ; hay xe có 8 bánh và dẫn động cả 8 bánh thì là 8x8 (và cũng có thể là 8WD hoặc AWD). Tất nhiên mình không đề cập đến các loại xe có nhiều hơn 2 cầu và 4 bánh trong bài viết này


Đi địa hình: Gài cầu + khóa vi sai cầu trước, trung tâm, và sau​


Mình sẽ bàn thêm về việc khi đi địa hình thì 2 cầu và khóa vi sai sẽ hoạt động thế nào, để chúng ta có thể thoát ra khỏi các tình huống khó. Tất nhiên đây chỉ là lý thuyết, thực tế có thể còn nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc xe có thể vượt lầy thành công không, nhưng những lý thuyết này sẽ giúp anh em hình dung ra khả năng offroad của xe mình đến đâu, xe 2 cầu cũng có 2 cầu this 2 cầu that mà

Chắc hẳn anh em cũng từng nghe Merc G63 là ông vua địa hình, cũng dễ hiểu vì ông vua này có 3 khóa vi sai ở cả 3 vi sai trước, trung tâm và sau nhưng vì sao những ốp sừn đó lại đặc biệt? Hãy cùng mình đi tìm hiểu với chế độ 1 cầu, 2 cầu với 3 vi sai trong các tình huống dưới đây:
tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (7).jpeg

G-Class có 3 khóa vi sai, không ngán một ai​

Trường hợp 1, đang đi 1 cầu và bị trượt 1 bánh của cần dẫn động (hoặc đang đi AWD mà bị trượt 1 bánh).
Vi sai cầu đang mở sẽ khiến cho lực của động cơ không đến được với bánh xe còn độ bám. Sẽ có 2 cách để khắc phục trường hợp này:
  • Khóa vi sai cầu chủ động đó lại, ép lực phân bổ đều 50% vào bánh bị trượt và 50% bánh không bị trượt và đẩy xe đi
  • Gài 2 cầu (4WD cổ điển, 4WD hiện đại) hoặc/rồi khóa vi sai trung tâm (AWD). Lúc này, lực sẽ được phân bổ 50% cho trục trước, và 50% cho trục sau. Vì vi sai ở 2 cầu đều đang mở nên bánh xe bị trượt ở 1 cầu sẽ nhận được 50% lực đó và tiếp tục trượt, bánh xe còn lại ở trục đó nhận 0% lực, tuy nhiên vì đã khóa vi sai trung tâm nên 2 bánh của cầu còn lại mỗi bánh vẫn nhận được 25% lực và tiếp tục đẩy xe đi
Trường hợp 2: đang đi 1 cầu và bị trượt cả 2 bánh của cầu dẫn động (hoặc đang đi AWD mà bị trượt 2 bánh cùng 1 cầu). Từ sau trường hợp này mình sẽ không đề cập đến đi 1 cầu nữa, vì trượt 2 bánh trong mọi tình huống hầu hết sẽ cần đến 2 cầu
  • Khi đã bị trượt cả 2 bánh của cùng 1 cầu thì khóa vi sai cầu đó cũng không giải quyết vấn đề. Lúc này buộc phải gài 2 cầu (4WD cổ điển, 4WD hiện đại) hoặc/rồi khóa vi sai trung tâm (AWD) để cầu còn lại được phân bổ lực như cách 2 của trường hợp 1
Trường hợp 3: đi 2 cầu mà bị trượt 2 bánh ở cùng 1 bên hoặc 2 bánh so le
  • Đây là một trường hợp rất khoai, vì giống như trường hợp 1, khi đã mất lực bám trên 1 bánh trên 1 cầu, thì vi sai cầu mở sẽ khiến bánh xe còn lại không còn nhận được một chút lực nào nữa.
  • Nếu chỉ khóa vi sai trung tâm, thì dù truyền 50% lực lên trục trước và xuống trục sau thì 50% lực vẫn sẽ vào bánh xe đang bị trượt
  • Nếu chỉ khóa vi sai trước, lực sẽ theo vi sai trung tâm đang mở để đến bánh bị trượt ở trục sau. Ngược lại nếu chỉ khóa vi sai sau, lực sẽ chỉ truyền đến bánh đang trượt ở trục trước.
  • Đây là tính huống cần ít nhất 2 khóa vi sai để phân bổ lực đến bánh còn độ bám
    • Khóa Trước + Sau → lực sẽ truyền đến cả 2 bánh trước và sau còn độ bám, mỗi bánh lý thuyết nhận 25%, tổng lực sẽ truyền được lên tới 50%
    • Khóa Trung tâm + sau → coi như bỏ trục trước, lấy được 50% đến trục sau và lấy được 25% đến bánh sau còn độ bám
    • Khóa Trước + Trung tâm → coi như bỏ trục sau, lấy được 50% đến trục trước và lấy được 25% đến bánh trước còn độ bám
Trường hợp 4: đi 2 cầu mà bị trượt 3 bánh, chỉ còn 1 bánh có độ bám ở cầu sau
  • Đây là trường hợp khoai hơn TH3 một chút khi mà khóa vi sai trước + sau thì cũng sẽ không giải quyết được, vì vi sai trung tâm mở thì lực vẫn sẽ truyền đến 2 bánh trước đang trượt
  • Đây là trường hợp buộc phải khóa vi sai trung tâm + sau để lấy được 25% đến bánh còn độ bám phía sau
Trường hợp 5: đi 2 cầu mà bị trượt 3 bánh, chỉ còn 1 bánh có độ bám ở cầu trước
  • Đây là trường hợp khoai hơn chút nữa khi mà khóa vi sai trước + sau sẽ không còn hoạt động và khóa trung tâm + sau cũng vô dụng
  • Đây là trường hợp buộc phải khóa vi sai trung tâm + trước để lấy được 25% đến bánh còn độ bám phía trước
Trường hợp 6: cả 4 bánh bị trượt
  • Trường hợp khoai nhất, khóa cả 3 vi sai cùng lúc chưa chắc đã thoát lầy được. Lúc này trông chờ vào các lực khác như tời hoặc xe khác kéo ra khỏi lầy
Vì sao mình lại chia ra trượt bánh cầu trước và cầu sau để xếp mức độ khó khăn khi đi địa hình? Vì nếu nhìn vào thị trường ô tô hiện nay, thường chúng ta sẽ chỉ có các ốp sừn như sau:
1 cầu và
  • vi sai mở: gặp TH 1 là đã khốn đốn rồi
2 cầu và:
  • Không có vi sai trung tâm: có khả năng giải quyết được TH1,2
  • Có vi sai trung tâm và khóa vi sai trung tâm: có khả năng giải quyết được TH1,2
  • Khóa vi sai trung tâm + Khóa vi sai cầu sau: có khả năng giải quyết được TH 1,2,3,4
  • Có cả 3 khóa vi sai trung tâm và 2 cầu trước sau: có khả năng giải quyết được TH 1,2,3,4,5, may mắn thì xử lý được cả TH6
Vậy rõ ràng 1 chiếc xe có dẫn động 2 cầu và 3 khóa vi sai về lý thuyết sẽ giải quyết nhiều trường hợp nhất. Và những xe xuất xưởng có cả 3 khóa vi sai trên thị trường thì chắc có thể đếm trên đầu ngón tay, và thường nó cũng không phải xe phổ thông. Mình không kể đến việc độ chế nâng cấp mà chỉ tính xuất xưởng thôi nha, chứ thấy mấy anh em địa hình chịu chơi là thay vi sai trước sau khóa mở bằng khí nén các kiểu nữa cơ.

tat-tan-tat-ve-he-dan-dong-awd-4wd-vi-sai-va-khoa-vi-sai (9).png

Mẫu xe của bố chủ tịch này cũng chỉ có khóa vi sai cầu trước và sau trên phiên bản cao nhất

Với chiếc xe 4WD của mình thì nó là loại 4WD cổ điển tức là có thể cài 2 cầu và không có vi sai trung tâm thì mình chỉ có thể vượt qua được địa hình trong trường hợp 1 và 2 mà thôi, vì vậy nếu nhìn thấy những đoạn đường mà có thể khiến mình có khả năng rơi vào các trường hợp còn lại thì mình sẽ không dám sa đà để rồi bị sa lầy nếu không có phương án thoát lầy nào khác

Một số phương án để thay thế khóa vi sai​

Sản xuất ra vi sai mà có thể khóa và mở thì sẽ khiến giá thành tăng cao, tăng linh kiện và độ phức tạp khi phải thiết kế thêm cơ cấu đóng mở (một số thì dùng thủy lực, một số dùng khí nén) vì vậy các nhà sản xuất sẽ có một số lựa chọn khác để khắc phục nhược điểm của vi sai mở như sau (phần này mình sẽ chỉ giới thiệu thôi, còn nếu đi sâu thì hẹn các bạn vào một bài khác nha):
  • Vi sai chống trượt (Limited-slip differential - LSD): Giống vi sai mở nhưng có thêm bộ phận giới hạn chênh lệch tốc độ giữa 2 trục, phổ biến nhất là sử dụng lá côn và lò xo nén
  • Vi sai Torsen: Cũng là một dạng vi sai chống trượt nhưng thay vì sử dụng lá côn và lò xo thì trong vi sai này sử dụng hệ thống bánh răng đặc biệt (Spur and Worm gear)
  • Traction Control System (TCS): Hệ thống điện tử này sẽ phát hiện bánh xe bị trượt, bị mất lực kéo (1 bánh bất thường quay nhanh hơn các bánh còn lại) thì sẽ tự động tác động lực phanh lên bánh xe đó để khi kết hợp với vi sai mở giúp giảm lực truyền vào bánh xe bị trượt và phân phối lực sang bánh còn lại. Hầu hết mình thấy bây giờ các xe AWD đều sử dụng hệ thống này kết hợp vi sai mở như một phương án linh hoạt thay cho khóa vi sai. Cấu hình thường thấy hiện nay là AWD hoặc 4WD có khóa vi sai trung tâm, 2 vi sai cầu mở kết hợp với TCS.
Tất nhiên, đây chỉ là những phương án thay thế trong một số tình huống trơn trượt nhẹ, chứ không hoàn toàn thay thế và có tác dụng như khóa vi sai để Offroad được.
 

Hiromasa

Tài xế O-H
Rất chi tiết, cảm ơn bác. Về 2 cầu thì đa số ng sử dụng hay nhầm giữa 4wd và awd và tới giờ Land Cruiser Serie 79 và 80 vẫn sử dụng hệ 4wd cổ điển như bác nói
 

Bạn hãy đăng nhập hoặc đăng ký để phản hồi tại đây nhé.

Bên trên