Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống 4WD trên ô tô hiện đại

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống 4WD trên ô tô hiện đại. Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của các hệ dẫn động bốn bánh phổ biến.

• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Hệ Thống 4WD Ô Tô Hiện Đại
• Loại tài liệu: Đồ án

Mục lục chi tiết

• TÓM TẮT
• 1. Chương 1: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. HỆ THỐNG 4WD LÀ GÌ?
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG 4WD
• 2.1. Hệ thống 4wd là gì?
• 2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống 4WD
• 3. Chương 3: HỆ THỐNG 4WD TRÊN MỘT SỐ DÒNG XE HIỆN ĐẠI
• 3.1. Hệ thống 4WD trên xe hyundai santafe
• 3.1.1. Hệ thống 4WD trên Hyundai Santafe VGT
• 3.1.2. Thành phần của hệ thống
• 3.1.3. Hoạt động điều khiển của hệ thống
• 3.2. Hệ thống 4WD Hyundai Santafe điều khiển bằng cơ khí WGT
• 3.3. Các thành phần của hệ thống
• 3.4. Hoạt động của hệ thống
• 3.5. Hệ thống xdrive của hãng BMW
• 3.6. Cấu tạo chung
• 3.7. Hộp số phụ ATC350/450
• 3.8. Hộp số phụ ATC400
• 3.9. Bộ điều khiển hộp số phụ VTG/VGSG
• 3.10. Hoạt động của xDrive
• 3.11. xDrive kết hợp với hệ thống DPC
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG

Tóm tắt

I. Tổng quan về Hệ thống 4WD hiện đại Cách cải thiện an toàn xe ô tô

Trong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô không ngừng phát triển, việc nghiên cứu các công nghệ nâng cao hiệu suất và an toàn luôn là ưu tiên hàng đầu. Đồ án: Hệ thống 4WD ô tô hiện đại chính là một minh chứng cho sự quan tâm sâu sắc đến một trong những công nghệ truyền động tiên tiến nhất. Hệ thống dẫn động bốn bánh (4WD) đã vượt xa khỏi vai trò truyền thống dành cho xe địa hình, trở thành yếu tố cốt lõi trong việc nâng cao an toàn xe ô tô và trải nghiệm lái xe trên nhiều điều kiện đường sá. Sự phát triển không ngừng của Hệ thống 4WD ô tô hiện đại không chỉ đơn thuần là việc phân bổ lực kéo, mà còn là sự tích hợp thông minh với các hệ thống điện tử khác, mang lại khả năng kiểm soát vượt trội và sự ổn định ấn tượng. Việc tìm hiểu sâu sắc về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và những cải tiến công nghệ là điều cần thiết để nắm bắt được tiềm năng của hệ thống này trong tương lai.

1.1. Khái niệm và lịch sử phát triển của công nghệ 4WD

Hệ thống dẫn động bốn bánh (4WD) khác biệt cơ bản với hệ thống 2WD ở khả năng phân phối mô-men xoắn từ động cơ đến cả bốn bánh xe, thay vì chỉ hai bánh. Sự phân bổ này giúp tăng cường độ bám đường, cải thiện tính ổn định khi quay vòng và trên đường thẳng, đồng thời nâng cao khả năng khởi hành, tăng tốc và leo dốc, đặc biệt trên các bề mặt có ma sát thấp như tuyết hay bùn lầy. Lịch sử phát triển của 4WD bắt đầu từ những hệ thống cơ khí đơn giản, như 4WD gián đoạn (Part-time 4WD), yêu cầu người lái phải chủ động chuyển đổi giữa 2WD và 4WD. Tuy nhiên, những hệ thống này thường gặp hiện tượng phanh góc hẹp trên đường khô ráo, gây khó khăn khi vào cua. Để khắc phục, các nhà sản xuất đã phát triển 4WD thường xuyên (Full-time 4WD), cho phép xe vận hành 4WD liên tục mà không gặp hiện tượng kẹt bánh. Ngày nay, công nghệ đã tiến xa hơn với Hệ thống 4WD điện tử và Hệ thống AWD (All-Wheel Drive), mang lại khả năng điều khiển thông minh và tự động, tối ưu hóa hiệu suất trên mọi loại địa hình mà vẫn đảm bảo sự thoải mái cho người lái. Các hệ thống này sử dụng các cảm biến và bộ điều khiển tinh vi để phân bổ lực kéo một cách linh hoạt.

1.2. Ưu điểm vượt trội và thách thức khi ứng dụng hệ thống 4WD

Các ưu điểm của hệ thống 4WD trong ô tô hiện đại là rất rõ rệt. Thứ nhất, nó mang lại tính ổn định cao khi quay vòng và chạy trên đường thẳng. Việc phân phối lực động cơ đều đến bốn bánh giúp giảm tải trọng trên mỗi lốp, tăng lực bám dư và nâng cao giới hạn quay vòng. Thứ hai, khả năng khởi hành và tăng tốc được cải thiện đáng kể, đặc biệt trên đường trơn trượt, nhờ độ bám đường gần gấp đôi so với xe 2WD. Điều này cũng giúp xe có tính năng leo dốc vượt trội và khả năng thông qua đường gồ ghề, cát, bùn, tuyết dễ dàng hơn, nâng cao hiệu suất off-road. Thứ ba, an toàn xe ô tô được tăng cường đáng kể trong các điều kiện lái xe khó khăn. Tuy nhiên, việc ứng dụng Hệ thống 4WD cũng đối mặt với một số thách thức. Một trong số đó là trọng lượng tăng lên do số lượng bộ phận cấu thành nhiều hơn, bao gồm hộp số phụ (transfer case), trục truyền động và vi sai trung tâm. Cấu tạo phức tạp này cũng dẫn đến giá thành tăng và khả năng phát sinh thêm rung động và tiếng ồn. Ngoài ra, mức tiêu thụ nhiên liệu 4WD thường cao hơn so với xe 2WD do ma sát và trọng lượng lớn hơn. Giải quyết những thách thức này là mục tiêu chính trong việc phát triển các thế hệ 4WD tiếp theo.

II. Cấu tạo chi tiết Giải pháp vận hành 4WD linh hoạt trên mọi địa hình

Để đạt được khả năng phân bổ lực kéo hiệu quả trên nhiều điều kiện đường sá, Hệ thống 4WD ô tô hiện đại được cấu tạo từ nhiều bộ phận phức tạp nhưng hoạt động đồng bộ. Các thành phần chính này là chìa khóa để đảm bảo xe có thể vận hành ổn định, an toàn và linh hoạt, dù là trên đường nhựa thông thường hay các chế độ lái địa hình khắc nghiệt. Việc hiểu rõ cấu tạo của từng bộ phận, từ hộp số phụ cho đến các khớp nối điều khiển bằng điện tử và vai trò của vi sai trung tâm, là nền tảng để nắm bắt cách thức mà các hệ thống 4WD hiện đại kiểm soát độ bám đường và phân phối mô-men xoắn. Những cải tiến về vật liệu và công nghệ điều khiển đã biến những hệ thống này trở nên tinh vi hơn, mang lại hiệu suất vượt trội mà vẫn duy trì độ tin cậy cần thiết.

2.1. Hộp số phụ và các loại vi sai trung tâm Yếu tố then chốt

Hộp số phụ, hay transfer case, là một trong những thành phần quan trọng nhất của Hệ thống 4WD, đóng vai trò trung tâm trong việc tiếp nhận mô-men xoắn từ hộp số chính và phân phối nó đến cả cầu trước và cầu sau thông qua các trục truyền động. Chức năng chính của hộp số phụ là thay đổi tỉ số truyền và cho phép người lái chuyển đổi giữa các chế độ dẫn động (ví dụ: 2WD, 4WD High, 4WD Low). Trong các hệ thống 4WD thường xuyên hoặc Hệ thống AWD, vi sai trung tâm là một bộ phận không thể thiếu, được tích hợp trong hộp số phụ hoặc nằm riêng biệt. Vai trò của vi sai trung tâm là cho phép các trục truyền động trước và sau quay với tốc độ khác nhau khi xe vào cua, tránh hiện tượng căng thẳng trong hệ thống truyền lực và hiện tượng phanh góc hẹp. Có nhiều loại vi sai trung tâm khác nhau, bao gồm vi sai cơ khí (như vi sai bánh răng hành tinh) và vi sai có khả năng hạn chế trượt (như khớp nối nhớt VCU hoặc các bộ ly hợp đa đĩa điều khiển điện tử). Sự lựa chọn loại vi sai này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phân bổ lực kéo và kiểm soát độ bám đường của xe trên các bề mặt đa dạng.

2.2. Khớp nối điều khiển điện tử và trục truyền động thông minh

Trong Hệ thống 4WD ô tô hiện đại, sự xuất hiện của các khớp nối điều khiển bằng điện tử đã nâng tầm khả năng phân bổ lực kéo lên một cấp độ mới. Các khớp nối này, thường là loại ly hợp đa đĩa điều khiển điện từ hoặc thủy lực, cho phép bộ điều khiển (thường là ECU điều khiển 4WD) thay đổi linh hoạt tỷ lệ mô-men xoắn giữa cầu trước và cầu sau dựa trên các thông số hoạt động của xe. Ví dụ, hệ thống ITM (Interactive Torque Management) của Hyundai Santafe sử dụng một khớp nối điều khiển điện tử để truyền mô-men xoắn, cho phép thay đổi tỉ lệ từ 100% cầu trước đến 50:50 cho mỗi cầu. Các trục truyền động (trục các đăng) đóng vai trò dẫn mô-men xoắn từ hộp số phụ đến các vi sai cầu trước/sau. Sự bền bỉ và chính xác của các trục truyền động là yếu tố quan trọng để đảm bảo khả năng truyền lực hiệu quả. Các Hệ thống 4WD điện tử sử dụng một mạng lưới các cảm biến như cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến góc lái, cảm biến vị trí bướm ga và tín hiệu từ hệ thống cân bằng điện tử (ESC) hoặc ABS. ECU điều khiển 4WD sẽ xử lý các tín hiệu này để nhận biết trạng thái lái xe và điều khiển khớp nối một cách tối ưu, đảm bảo kiểm soát độ bám đường tốt nhất trong mọi tình huống.

III. Công nghệ 4WD trên Hyundai Santafe Phương pháp phân bổ lực kéo tối ưu

Hyundai Santafe là một trong những dòng xe phổ biến tích hợp nhiều phiên bản Hệ thống 4WD khác nhau, từ cơ khí đến điều khiển điện tử, nhằm cung cấp khả năng phân bổ lực kéo tối ưu và linh hoạt cho người lái. Việc nghiên cứu các hệ thống này trên Santafe không chỉ giúp hiểu rõ nguyên lý hoạt động 4WD cụ thể mà còn cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách các nhà sản xuất xe hơi thiết kế và tối ưu hóa hệ thống dẫn động bốn bánh cho các mục đích sử dụng khác nhau. Các giải pháp của Hyundai trên Santafe thể hiện sự cân bằng giữa hiệu suất, độ tin cậy và chi phí, đồng thời tích hợp chặt chẽ với các hệ thống an toàn và tiện nghi khác của xe, mang lại trải nghiệm lái xe toàn diện trên mọi chế độ lái địa hình.

3.1. Hệ thống ITM điều khiển điện tử cho hiệu suất VGT vượt trội

Trên các dòng Hyundai Santafe sử dụng động cơ tăng áp điều khiển điện tử VGT (Variable Geometric Turbocharger), Hệ thống 4WD được trang bị khớp nối quản lý mô-men xoắn ITM (Interactive Torque Management) điều khiển bằng điện tử. Đây là một ví dụ điển hình của Hệ thống 4WD điện tử và 4WD tự động (On-demand 4WD), cho phép điều khiển phân bổ lực kéo một cách linh hoạt từ 100% mô-men xoắn cho cầu trước đến 50% cho mỗi cầu, tùy thuộc vào điều kiện vận hành. Khớp nối ITM hoạt động dựa trên các tín hiệu đầu vào từ ECU điều khiển 4WD (ITMCM), bao gồm cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến góc lái, cảm biến tốc độ bánh xe và tín hiệu từ các hệ thống an toàn như ABS. Khi xe di chuyển trên đường bình thường, hệ thống thường hoạt động ở chế độ 2WD (cầu trước). Tuy nhiên, khi phát hiện độ bám thấp, leo dốc hoặc vào cua, ITMCM sẽ cấp dòng điện đến khớp nối ITM để truyền mô-men xoắn đến cầu sau, tăng cường kiểm soát độ bám đường. Khi người lái nhấn công tắc khóa 4WD, hệ thống sẽ cố định tỷ lệ phân bổ mô-men xoắn 50:50 cho cầu trước và sau, đặc biệt hữu ích khi xe bị mắc kẹt hoặc cần hiệu suất off-road tối đa (chỉ hoạt động dưới 35Km/h) [4].

3.2. Cơ cấu DDU và VCU Giải pháp cơ khí cho 4WD thường xuyên

Đối với các dòng Hyundai Santafe sử dụng động cơ tăng áp điều khiển cơ khí WGT (Wast-Gate Turbocharger), Hệ thống 4WD được thiết kế theo dạng 4WD thường xuyên (Full-time 4WD) và hoạt động hoàn toàn bằng cơ khí. Hệ thống này dựa vào sự kết hợp của bộ vi sai kép (DDU - Double Differential Unit) và khớp nối nhớt (VCU - Viscous Coupling Unit), cả hai đều được tích hợp bên trong hộp số phụ. Bộ vi sai kép DDU có chức năng phân phối mô-men xoắn từ hộp số chính đến cầu trước và cầu sau theo tỷ lệ cố định (ví dụ: 60% cầu trước, 40% cầu sau trong điều kiện bình thường). DDU bao gồm một cụm vi sai trước và một cụm vi sai trung tâm, cho phép các cầu quay với tốc độ khác nhau. Khớp nối nhớt VCU là một ly hợp thủy lực truyền mô-men xoắn bằng sức cản của dầu silicon. VCU có vai trò hạn chế sự trượt giữa cầu trước và cầu sau. Khi một bánh xe bắt đầu quay nhanh hơn (bị trượt), sự chênh lệch tốc độ này làm dầu silicon nóng lên, tăng áp suất và ma sát giữa các đĩa, từ đó truyền mô-men xoắn đến cầu có độ bám tốt hơn. Mặc dù không sử dụng các cảm biến tốc độ bánh xe hay điều khiển điện tử như hệ thống ITM, sự kết hợp DDU và VCU vẫn mang lại khả năng kiểm soát độ bám đường và hiệu suất off-road đáng kể trong các điều kiện đường sá khó khăn, đồng thời là một giải pháp đơn giản và đáng tin cậy cho Hệ thống dẫn động tất cả các bánh.

IV. Khám phá BMW xDrive Bí quyết kiểm soát độ bám đường và an toàn vượt trội

Hệ thống xDrive của BMW là một ví dụ nổi bật về Hệ thống AWD thông minh, đại diện cho đỉnh cao của Hệ thống 4WD ô tô hiện đại. Nó không chỉ đơn thuần là việc dẫn động bốn bánh mà còn là sự kết hợp tinh tế giữa cơ khí chính xác và công nghệ điện tử tiên tiến, nhằm mang lại an toàn xe ô tô vượt trội và trải nghiệm lái xe đầy hứng khởi. xDrive liên tục giám sát điều kiện lái xe và điều chỉnh phân bổ lực kéo giữa các cầu một cách linh hoạt, gần như tức thì. Sự nhanh nhạy này giúp xe duy trì kiểm soát độ bám đường tối ưu trên mọi loại bề mặt, từ đường cao tốc khô ráo đến địa hình tuyết rơi hay bùn lầy, đồng thời hỗ trợ người lái xử lý các tình huống khó khăn như đánh lái thừa hoặc thiếu. Việc tích hợp chặt chẽ với các hệ thống điện tử khác như DSC (Dynamic Stability Control) càng làm tăng cường khả năng ổn định và động lực của xe.

4.1. Vai trò của hộp số phụ ATC và bộ điều khiển VTG VGSG

Trái tim của Hệ thống xDrive là hộp số phụ điều khiển điện tử, thường là các loại ATC (Active Traction Control) như ATC350, ATC450 hoặc ATC400, tùy thuộc vào dòng xe BMW cụ thể. Các hộp số phụ này chứa một bộ ly hợp đa đĩa điều khiển bằng servomotor, cho phép thay đổi tỉ lệ phân bổ mô-men xoắn giữa cầu trước và cầu sau một cách linh hoạt. Ví dụ, trên đường bình thường, xDrive thường phân bổ mô-men xoắn theo tỷ lệ 40:60 (trước:sau), tạo cảm giác lái thiên về cầu sau. Khi cần thiết, hệ thống có thể chuyển gần như 100% mô-men xoắn về một cầu [3]. Việc điều khiển các hộp số phụ ATC được thực hiện bởi bộ điều khiển VTG (Variable Timing Gear) hoặc VGSG. Bộ điều khiển VTG nhận tín hiệu từ hệ thống Hệ thống cân bằng điện tử (ESC) (DSC của BMW), DME/DDE (điện tử động cơ), và các cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến góc lái, để xác định trạng thái vận hành của xe. Dựa trên các thông tin này, VTG sẽ điều khiển servomotor để nén hoặc nhả ly hợp đa đĩa trong hộp số phụ, từ đó điều chỉnh phân bổ lực kéo nhằm tối ưu kiểm soát độ bám đường, ngăn chặn hiện tượng trượt bánh ngay từ giai đoạn đầu, và đảm bảo an toàn xe ô tô ở mức cao nhất.

4.2. xDrive kết hợp DPC Nâng cao động lực và hiệu suất off road

BMW xDrive không chỉ dừng lại ở việc phân bổ lực kéo giữa hai cầu mà còn có thể kết hợp với các công nghệ tiên tiến khác để nâng cao động lực và hiệu suất off-road. Một ví dụ điển hình là sự tích hợp với Hệ thống truyền lực đẩy thông minh (Dynamic Performance Control - DPC), đặc biệt có trên các dòng xe như X5/X6 [6]. DPC là một dạng công nghệ torque vectoring tinh vi, không chỉ điều chỉnh mô-men xoắn giữa cầu trước và cầu sau mà còn có khả năng phân bổ mô-men xoắn riêng lẻ giữa hai bánh xe của trục sau. Điều này đạt được thông qua một bộ vi sai đặc biệt với các cơ cấu chấp hành điều khiển điện tử. Khi xe vào cua, DPC có thể chủ động tăng mô-men xoắn cho bánh xe bên ngoài và giảm mô-men xoắn cho bánh xe bên trong, giúp xe xoay sở tốt hơn, giảm thiểu hiện tượng đánh lái thừa hoặc thiếu, đồng thời cải thiện đáng kể sự linh hoạt và độ bám đường. Sự kết hợp giữa xDrive và DPC mang lại khả năng vận hành chính xác hơn, cho phép tăng tốc qua khúc cua với kiểm soát độ bám đường tối ưu. Trong điều kiện chế độ lái địa hình khó khăn, DPC cùng với xDrive giúp truyền lực đến bánh xe có độ bám tốt nhất, nâng cao khả năng thông qua và hiệu suất off-road của xe, đồng thời tăng cường an toàn xe ô tô một cách toàn diện.

V. Tương lai Hệ thống 4WD Xu hướng điện tử hóa và tối ưu mức tiêu thụ nhiên liệu

Tương lai của Hệ thống 4WD ô tô hiện đại đang hướng tới sự thông minh hóa, điện tử hóa toàn diện và tối ưu hóa hiệu quả năng lượng. Với sự phát triển của công nghệ xe điện và hybrid, các hệ thống dẫn động bốn bánh sẽ không chỉ còn phụ thuộc vào các cơ cấu cơ khí phức tạp mà còn được tích hợp sâu rộng với các động cơ điện và bộ điều khiển thông minh. Mục tiêu chính là giảm thiểu mức tiêu thụ nhiên liệu 4WD, giảm trọng lượng, và nâng cao khả năng thích ứng của xe với mọi điều kiện đường sá, đồng thời cung cấp khả năng điều khiển chính xác và nhanh nhạy hơn bao giờ hết. Sự hội tụ của các Hệ thống 4WD điện tử với các công nghệ an toàn chủ động sẽ tiếp tục định hình thế hệ xe ô tô tiếp theo, mang lại trải nghiệm lái xe vượt trội về cả hiệu suất và an toàn xe ô tô.

5.1. Tích hợp các hệ thống an toàn điện tử ESC ABS TCS

Một trong những xu hướng quan trọng của Hệ thống 4WD ô tô hiện đại là sự tích hợp chặt chẽ với các hệ thống an toàn điện tử. Hệ thống cân bằng điện tử (ESC - Electronic Stability Control), cùng với ABS (Antilock Braking System) và Kiểm soát độ bám đường (Traction control - TCS), đóng vai trò then chốt trong việc giám sát và điều chỉnh hành vi của xe. ECU điều khiển 4WD thường giao tiếp với ECU của các hệ thống này thông qua mạng CAN Bus hoặc FlexRay, nhận các tín hiệu về tốc độ bánh xe, góc lái, vị trí bướm ga và tình trạng phanh. Khi ESC phát hiện có dấu hiệu mất ổn định (đánh lái thừa, đánh lái thiếu), nó có thể yêu cầu Hệ thống 4WD thay đổi phân bổ lực kéo hoặc sử dụng tính năng ADB-X (Automatic Differential Brake X) để phanh từng bánh xe. Điều này giúp xe nhanh chóng lấy lại cân bằng, tăng cường an toàn xe ô tô. Ngoài ra, các tính năng như Kiểm soát đổ đèo (Hill Descent Control - HDC) cũng được tích hợp, cho phép xe tự động duy trì tốc độ an toàn khi xuống dốc mà không cần người lái đạp phanh. Sự phối hợp nhịp nhàng này biến Hệ thống dẫn động tất cả các bánh thành một phần không thể thiếu của gói an toàn chủ động toàn diện trên xe hơi hiện đại.

5.2. Các cải tiến và thách thức trong việc phát triển 4WD thế hệ mới

Các nhà sản xuất ô tô đang liên tục tìm kiếm cải tiến hệ thống 4WD để đối phó với những thách thức mới. Một trong số đó là giảm thiểu mức tiêu thụ nhiên liệu 4WD và trọng lượng. Điều này được thực hiện thông qua việc tối ưu hóa vật liệu, thiết kế nhỏ gọn hơn cho hộp số phụ và vi sai trung tâm, và sử dụng 4WD tự động (On-demand 4WD) để chỉ kích hoạt dẫn động 4 bánh khi thực sự cần thiết. Xu hướng điện hóa 4WD đang nổi lên mạnh mẽ, đặc biệt trên các dòng xe hybrid và xe điện. Các bánh xe có thể được dẫn động độc lập bởi các động cơ điện, loại bỏ hoàn toàn nhu cầu về trục truyền động cơ khí, hộp số phụ và vi sai trung tâm. Điều này không chỉ giúp giảm trọng lượng và phức tạp mà còn cho phép công nghệ torque vectoring được điều khiển điện tử với độ chính xác và phản ứng nhanh hơn rất nhiều, tối ưu hóa kiểm soát độ bám đường. Ngoài ra, việc cải tiến hệ thống treo 4WD và thiết kế lốp xe 4WD chuyên biệt cũng góp phần nâng cao hiệu suất off-road và sự thoải mái cho người lái. Thách thức lớn nhất là làm thế nào để tích hợp tất cả các công nghệ này một cách liền mạch, tin cậy và hiệu quả về chi phí, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn về khí thải và an toàn ngày càng nghiêm ngặt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Lý do chọn đề tài.  Ngày nay, những chiếc ô tô đã trở nên quen thuộc với chúng ta hơn bao giờ hết và mỗi chúng ta dù ít, hay nhiều đều hưởng tiện ích mà chúng mang lại. Nhưng song song cùng với sự phát triển của ngành giao thông vận tải là những vụ tai nạn và môi trường bị ô nhiễm ngày càng tăng bởi rất nhiều nguyên nhân, trong đó có nguyên nhân thuộc về các phương tiện tham gia giao thông trên đường (tính an toàn…), ô tô cũng là một trong số các phương tiện đó.

Vì vậy, trong giai đoạn phát triển của ngành kĩ thuật ô tô hiện nay, tính năng của xe nhằm đảm bảo an toàn cho con người và giảm ô nhiễm môi trường, tạo cảm giác thỏa mái khi lái xe được đưa lên hàng đầu.  Để đạt được những tính năng đó thì ngoài các hệ thống như ABS, ESC hoặc DSC…. Hệ thống 4WD cũng được tính toán cải thiện một cách tối ưu nhất về kết cấu hệ thống, tính linh hoạt, hoạt động nhanh, chính xác nhất theo từng điều kiện trạng thái lái xe.  Trên thị trường xe Việt Nam hiện nay, sự phát triển của hệ thống 4WD rất được chú ý, do điều kiện địa hình nước ta nhiều đồi núi, điều kiện đường xá không được tốt.

Trên các dòng xe có 4WD thường tạo cảm giác cho người về sự chắc chắn và an toàn. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu.  Mục tiêu nghiên cứu các hệ thống 4WD trên ô tô hiện đại: Cấu tạo, nguyên lý làm việc, những tính năng mới của hệ thống này.  Đối tượng nghiên cứu: Cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống 4WD hiện đại của các hãng xe.

 Phạm vi nghiên cứu: Cấu tạo và nguyên lý làm việc hệ thống 4WD trên xe du lịch 4-7 ghế ngồi, xe bán tải.  Phương pháp nghiên cứu: Tham khảo tài liệu của các hãng như Hyundai, BMW, internet. Sau đó, tổng hợp và phân tích tài liệu, giải quyết những vẫn đề đã đưa ra và kết luận. 1 CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG 4WD 2.

Hệ thống 4wd là gì?  Khác với hệ thống 2WD chỉ phân phối monment từ hộp số đến cầu trước hoặc cầu sau. Hệ thống 4WD là hệ thống phân phối moment đến cả cầu trước và cầu sau. Vì vậy, những chiếc xe có trang bị hệ thống 4WD có các ưu điểm vượt trội hơn những chiếc xe thông thường (2WD) như: Hình 2.1 So sánh 2WD với 4WD  Tính ổn định khi quay vòng: Do lực từ động cơ được phân phối đều đến tất cả bốn bánh xe trong xe 4WD, thay vì chỉ có hai bánh truyền lực, nên tải trọng tác dụng trên mỗi bánh sẽ giảm, và cho phép mỗi lốp đều có lực bám dư. Khi lực bám 2 lớn thì lực quay vòng của lốp có xu hướng giảm và ngượi lại.

Vì vậy nếu lực được phân phối cho mỗi bánh nhỏ hơn thì tính ổn định quay vòng tăng lên nhiều, vì vậy có thể có thể nâng được giới hạn quay vòng.  Tính ổn định khi chạy trên đường thẳng: Khi xe chuyển động thẳng, nếu lực của động cơ truyền từ bánh xe xuống mặt đường nhỏ hơn lực bám, khả năng bám thừa sẽ được sử dụng để đảm bảo hướng chuyển động thẳng của xe. Vì vậy xe 4WD truyền lực động cơ đến cả bốn bánh như nhau, có thể sử dụng được lực bám của cả bốn bánh nên xe 4WD có lực bám lớn hơn xe 2WD khi có cùng công suất động cơ. Lực bám lớn hơn này có thể được sử dụng để đảm bảo hướng chuyển động thẳng của xe.

 Tính năng khởi hành và tăng tốc: Công suất động cơ được truyền qua hệ thống truyền lực và tới mặt đường. Lực kéo của động cơ bị giới hạn bởi khả năng bám đường của bánh xe. Được xác định bởi mối quan hệ giữa bánh xe chủ động và mặt đường. Nếu lực kéo này lớn hơn khả năng bám của bánh xe chủ động thì bánh xe có thể bị trượt quay.

Trên xe 2WD công suất chỉ được truyền đến các bánh trước hoặc sau, độ lớn của lực động truyền xuống đường được giới hạn bởi khả năng bám của hai bánh xe này. Trên xe 4WD lực động cơ được truyền đến cả bốn bánh, nên có thể sử dụng được khả năng bám của cả bốn bánh. Tức là độ bám của xe 4WD gần gấp đôi độ bám của các xe 2WD, vì vậy xe 4WD, ngay cả khi khởi hành hay tăng tốc nhanh, bánh xe cũng khó bị trượt quay và thậm chí ngay cả trên đường trơn, việc khởi hành hay tăng tốc cũng tương đối dễ dàng.  Tính năng leo dốc: Vì có lực bám gần gấp hai lần lực bám của xe 2WD, xe 4WD có thể leo các dốc mà xe 2WD không thể leo được.

 Chạy trên các đường gồ ghề và có tuyết: Khi khởi hành trên đường có hệ số ma sát thấp như đường tuyết hay đường đóng bang, bánh xe dễ bị trượt, công suất động cơ càng lớn thì bánh xe trượt càng nhiều làm xe khó khởi hành trên những loại đường như vậy. Lực thực tế tác dụng lên đường trơn được xác định không phải bởi công suất động cơ mà bằng hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường. Vì vậy, xe 4WD với bốn bánh chủ động có thể cung cấp lực kéo gấp đôi xe 2WD. Do đó xe 4WD có thể đạt được tính năng thông qua tuyệt vời trên đường có hệ số ma sát thấp.

Khi chạy trên các đường cát, bùn hoặc cực kỳ gồ ghề cần có công suất lớn 3 hơn. Vì cả 4 bánh xe của xe 4WD đều truyền lực, các bánh xe trước và sau sẽ hỗ trợ lẫn nhau, nên có thể đạt được tính năng thông qua trên đường xóc rất cao.  Bên cạnh những ưu điểm đó thì hệ thống 4WD còn một số nhược điểm như:  Hiện tượng phanh góc hẹp: Khi nối trực tiếp trục các đăng giữa cầu trước và cầu sau, không thể triệt tiêu được sự chênh lệch về tốc độ quay giữa các bán trục trước và bán trục sau. Điều này làm cho hệ thống truyền lực phải chịu lực quá mức.

Trên các đường có hệ số ma sát thấp, nếu có lốp xe nào bị trượt, có thể triệt tiêu được sự chênh lệch về tốc độ quay giữa các bán trục trước và sau, nhưng trên đường có hệ số ma sát cao, chẳng hạn như đường lát đá khô, thì sự trượt khó xảy ra, tạo ra điều kiện rất giống như việc phanh xe. Điều này được gọi là “hiện tượng phanh góc hẹp”.2 Hiện tượng phanh góc hẹp. 4  Trọng lượng tăng lên: Do số bộ phận tăng lên, nên trọng lượng (của xe) tăng lên.  Cấu tạo phức tạp: Cần phải có một hộp số phụ, trục các đăng, bộ vi sai v.

để phân phối công suất đến các bánh trước và sau, làm cho cấu tạo phức tạp.  Các nguồn rung động và tiếng ồn tăng lên: Việc tăng các bộ phận quay (hộp số phụ, trục các đăng v.) làm tăng số nguồn phát sinh rung động và tiếng ồn.  Giá thành tăng: Do cấu tạo của xe phức tạp hơn và số bộ phận tăng lên dẫn đến giá thành của xe tăng lên. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống 4WD.3 Cấu tạo hệ thống 4WD.

- Hệ thống 4WD gồm:  Bộ vi sai cầu trước/sau.  Hộp số phụ.  Trục cạc đăng.  Khớp nối điều khiển bằng điện tử (nếu có).

- Nguyên lý làm việc của hệ thống: Moment được cấp từ hộp số (sàn/ tự động) đến hộp số phụ. Nhờ hộp số phụ, moment được phân phối đến cả cầu trước và cầu sau nhờ trục cạc đăng. Tỷ lệ phân phối thì phụ thuộc vào điều kiện đường và trạng thái lái xe. Nếu trên xe có trang bị khớp nối điều khiển bằng điện tử, moment được phân phối đến hai cầu nhờ khớp nối và có bộ điều khiển bằng điện tử điều khiển.

- Có thể phân loại 4WD thành các loại sau đây theo các khác biệt về loại dẫn động và điều khiển [1].  4WD gián đoạn: Với loại 4WD này, người lái phải chuyển đổi giữa chế độ 2WD và 4WD bằng hộp số phụ theo điều kiện của đường sá. Bình thường, xe chạy theo chế độ 2WD, còn khi đường xấu và có tuyết, v. thì sử dụng 4WD.

Tuy nhiên, vì hệ thống 4 WD gián đoạn có các hệ thống truyền lực phía trước và phía sau nối trực tiếp với nhau, nên xảy ra hiện tượng phanh khi quay vòng, và xe không thể quay vòng được êm. Vì vậy, cần phải chuyển từ chế độ 4WD về 2WD khi xe chạy trên đường bình thường.4 Hệ thống truyền lực 4WD gián đoạn ở trạng thái 2WD.5 Hệ thống truyền lực 4WD gián đoạn ở trạng thái 4WD. 6  4WD thường xuyên: Có thể sử dụng xe tại mọi thời điểm trong mọi điều kiện chạy xe và đường xá, từ đường xá bình thường đến đường xá gồ ghề và đường xá có hệ số ma sát thấp, đó là loại 4WD thường xuyên. Ngoài ra, các xe 4WD thường được trang bị bộ vi sai trung tâm.6 hệ thống truyền lực 4WD thường xuyên trên xe FF.7 hệ thống truyền lực 4WD thường xuyên trên xe FR.

7 Chương 3 HỆ THỐNG 4WD TRÊN MỘT SỐ DÒNG XE HIỆN ĐẠI 3. Hệ thống 4WD trên xe hyundai santafe. [2] - Trên dòng xe Santafe của Hyundai có hai hệ thống 4WD:  Hệ thống 4WD sử dụng khớp nối quản lý moment ITM (interactive torque management) điều khiển bằng điện tử. Sự phân bố moment được điều khiển thông qua khớp nối ITM.

Hệ thống này có trên các dòng xe Hyundai Santafe sử dụng động cơ tăng áp điều khiển bằng điện tử VGT (Variable Geometric Turbocharge).  Hệ thống 4WD điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí, gồm 2 bộ phận chính bộ vi sai kép (DDU) và khớp nối nhớt (VCU). Bộ vi sai kép là loại vi sai đặc biệt, được sử dụng cho vi sai trước và vi sai trung tâm. Nó phân phối moment trong khoảng 60: 40 giữa cầu trước và sau (trong điều kiện vận hành tiêu chuẩn) và 50: 50 trong trường hợp khớp nối nhớt hoạt động do bánh xe bị trượt.

Hệ thống này có trên các dòng xe Hyundai Santafe sử dụng động cơ tăng áp điều khiển bằng cơ khí WGT (Wast -Gate Turbocharge). Hệ thống 4WD trên Hyundai Santafe VGT. Hình 0 Kết cấu hệ thống 4WD trên Hyundai Santafe. - Hệ thống 4WD trên xe Hyundai Santafe VTG là loại 4WD gián đoạn giúp phân phối moment hợp lý giữa cầu trước và cầu sau theo điều kiện loại đường khác nhau.

Mang lại hiệu quả và sự an toàn khi lái xe.