Khai Thác Hệ Thống Dẫn Động Bốn Bánh Toàn Thời Gian Trên Ô Tô Hiện Đại

Chuyên khảo phân tích Khai thác hệ thống dẫn động bốn bánh chủ động toàn thời gian trên các ô tô hiện đại mô hình hệ, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu

• Tác giả: Châu Hoàng Thế Lân
• Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Văn Thắng
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Khai Thác Hệ Thống Dẫn Động Bốn Bánh Toàn Thời Gian Trên Ô Tô Hiện Đại
• Loại tài liệu: Luận Văn Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
• BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
• 1.1. Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống truyền lực
• 1.2. Công dụng, yêu cầu của hệ thống truyền lực
• 1.2.1. Công dụng của hệ thống truyền lực
• 1.2.2. Yêu cầu của hệ thống truyền lực
• 1.3. Các bộ phận chính trên hệ thống truyền lực
• 1.3.1. Ly hợp
• 1.3.2. Hộp số
• 1.3.3. Trục các đăng
• 1.3.4. Bộ vi sai và cầu chủ động
• 1.4. Các kiểu bố trí hệ thống truyền lực
• 1.4.1. Hệ thống truyền động FR (Động cơ đặt trước – bánh sau chủ động)
• 1.4.2. Hệ thống truyền động FF
• 1.4.3. Hệ thống truyền động RR (Động cơ đặt sau – bánh sau chủ động)
• 1.4.4. Hệ thống truyền động 4WD (4 wheel driver – 4 bánh chủ động)
• 1.4.4.1. Hệ thống 4WD gián đoạn
• 1.4.4.2. Hệ thống 4WD thường xuyên
• 1.4.4.3. Hệ thống 4WD thường xuyên có khớp mềm V
• 2. HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC AWD
• 2.1. Hệ thống truyền lực AWD
• 2.2. Sự phát triển của hệ thống truyền lực AWD
• 2.3. Cấu tạo của hệ thống truyền lực AWD
• 2.3.1. Bộ vi sai trung tâm
• 2.3.2. Khớp nối nhớt (Viscous coupling)
• 2.3.3. Nguyên lý hoạt động
• 2.3.4. Ưu, nhược điểm của hệ thống truyền lực AWD
• 2.3.5. Hệ thống truyền lực trên các ô tô hiện đại
• 2.3.5.1. Hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian HTRAC (HUYNDAI)
• 2.3.5.1.1. Hệ dẫn động 4 bánh HTRAC là gì?
• 2.3.5.1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ dẫn động 4 bánh HTRAC
• 2.3.5.2. Hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian 4MOTION của Volkswagen
• 2.3.5.3. Hệ Dẫn Động 4 Bánh Toàn Thời Gian Đối Xứng Subaru S-AWD (Symmetrical All Wheel Drive)
• 2.3.5.3.1. Hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian là gì?
• 2.3.5.3.2. Những ưu điểm của hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian đối xứng – Symmetrical AWD của Subaru
• 2.3.5.3.3. So sánh hệ thống dẫn động bốn bánh toàn thời gian đối xứng của Subaru và các hãng xe khác
• 2.3.5.4. Hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian của Nissan GT-R
• 2.3.5.4.1. ETS làm điều đó như thế nào (Electronic Torque Split)
• 3. BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC AWD
• 3.1. Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống truyền lực AWD
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KHAI THÁC MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO ĐỘC LẬP TRÊN Ô TÔ CAMRY VÀ HỘP SỐ XE CON
• 4.1. Chọn vật liệu và dụng cụ tiến hành làm khung giá đỡ mô hình
• 4.2. Tiến hành tháo rã các chi tiết từ xe và lắp đặt thành mô hình
• 4.2.1. Tiến hành tháo rã các chi tiết từ xe
• 4.2.2. Tiến hành vệ sinh và lắp đặt mô hình
• 4.3. Cấu tạo mô hình hệ thống treo độc lập
• 4.4. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống treo độc lập
• 4.4.1. Cấu tạo mô hình hệ thống treo độc lập gồm
• 4.4.2. Nguyên lý hoạt động
• 4.5. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp số
• 4.5.1. Nguyên lý hoạt động
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Thống Dẫn Động Bốn Bánh Toàn Thời Gian

Hệ thống dẫn động bốn bánh toàn thời gian (AWD) là một trong những công nghệ tiên tiến nhất trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại. Nó cho phép cả bốn bánh xe của xe ô tô hoạt động đồng thời, mang lại khả năng bám đường tốt hơn và cải thiện hiệu suất lái xe. Hệ thống này không chỉ giúp xe di chuyển ổn định trên các bề mặt đường khác nhau mà còn tăng cường tính an toàn cho người lái và hành khách.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Hệ Thống Dẫn Động Bốn Bánh

Hệ thống dẫn động bốn bánh đã có lịch sử phát triển lâu dài, bắt đầu từ những năm đầu của thế kỷ 20. Các công nghệ như vi sai và hộp số đã được cải tiến liên tục để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về hiệu suất và an toàn.

1.2. Công Dụng Của Hệ Thống Dẫn Động Bốn Bánh

Hệ thống dẫn động bốn bánh không chỉ giúp cải thiện khả năng bám đường mà còn tăng cường khả năng điều khiển xe trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Điều này đặc biệt quan trọng trong các tình huống như đường trơn trượt hoặc khi lái xe trên địa hình gồ ghề.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Việc Khai Thác Hệ Thống AWD

Mặc dù hệ thống dẫn động bốn bánh mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức trong việc khai thác hiệu quả. Các vấn đề như chi phí bảo trì cao, tiêu thụ nhiên liệu lớn hơn và sự phức tạp trong thiết kế là những yếu tố cần được xem xét.

2.1. Chi Phí Bảo Trì Hệ Thống AWD

Hệ thống AWD thường yêu cầu bảo trì định kỳ và sửa chữa phức tạp hơn so với các hệ thống dẫn động hai bánh. Điều này có thể dẫn đến chi phí cao cho người sử dụng.

2.2. Tiêu Thụ Nhiên Liệu Cao Hơn

Một trong những nhược điểm của hệ thống dẫn động bốn bánh là tiêu thụ nhiên liệu cao hơn so với hệ thống dẫn động hai bánh. Điều này có thể ảnh hưởng đến chi phí vận hành của xe.

III. Phương Pháp Tối Ưu Hóa Hiệu Suất Hệ Thống Dẫn Động Bốn Bánh

Để khai thác tối đa hiệu suất của hệ thống dẫn động bốn bánh, các nhà sản xuất ô tô đã phát triển nhiều công nghệ tiên tiến. Những công nghệ này không chỉ giúp cải thiện khả năng bám đường mà còn giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu.

3.1. Công Nghệ Điều Khiển Thông Minh

Công nghệ điều khiển thông minh cho phép hệ thống AWD tự động điều chỉnh lực kéo giữa các bánh xe, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.

3.2. Hệ Thống Truyền Động Tiên Tiến

Các hệ thống truyền động hiện đại như hộp số tự động và ly hợp điện tử giúp cải thiện khả năng chuyển số mượt mà và hiệu quả hơn, từ đó nâng cao trải nghiệm lái xe.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hệ Thống Dẫn Động Bốn Bánh

Hệ thống dẫn động bốn bánh đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều loại xe, từ xe thể thao đến xe SUV. Những ứng dụng này không chỉ mang lại hiệu suất cao mà còn đảm bảo an toàn cho người lái trong các điều kiện đường xá khác nhau.

4.1. Hệ Thống AWD Trên Xe SUV

Xe SUV thường được trang bị hệ thống AWD để cải thiện khả năng bám đường và an toàn khi di chuyển trên địa hình gồ ghề hoặc trong điều kiện thời tiết xấu.

4.2. Hệ Thống AWD Trong Xe Thể Thao

Nhiều mẫu xe thể thao hiện đại cũng sử dụng hệ thống AWD để tối ưu hóa hiệu suất lái và tăng cường khả năng tăng tốc, mang lại trải nghiệm lái xe thú vị hơn.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Hệ Thống Dẫn Động Bốn Bánh

Hệ thống dẫn động bốn bánh sẽ tiếp tục phát triển và cải tiến trong tương lai. Với sự gia tăng nhu cầu về an toàn và hiệu suất, các công nghệ mới sẽ được áp dụng để nâng cao khả năng của hệ thống này.

5.1. Xu Hướng Công Nghệ Mới

Các xu hướng công nghệ mới như điện hóa và tự động hóa sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển của hệ thống dẫn động bốn bánh, mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp ô tô.

5.2. Tác Động Đến Ngành Công Nghiệp Ô Tô

Sự phát triển của hệ thống dẫn động bốn bánh sẽ có tác động lớn đến ngành công nghiệp ô tô, từ thiết kế xe đến quy trình sản xuất và bảo trì.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống dẫn động bốn bánh toàn thời gian (All-Wheel Drive - AWD) đóng vai trò then chốt trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại, giúp nâng cao tới 100% lực bám đường so với hệ dẫn động 2 bánh (2WD) và giảm thiểu khoảng 35% nguy cơ mất ổn định thân xe khi vận hành trên các cung đường trơn trượt hoặc khi vào cua ở tốc độ cao. Tuy nhiên, sự phức tạp trong kết cấu cơ khí kết hợp cùng các thuật toán điều khiển điện tử thông minh khiến chi phí chế tạo và bảo dưỡng các dòng xe này thường cao hơn từ 20% đến 30% so với các cấu hình truyền thống. Vấn đề đặt ra là cần phải làm rõ nguyên lý cơ-điện tử, phân tích sâu các công nghệ AWD hàng đầu thế giới và xây dựng công cụ thực nghiệm trực quan để nâng cao năng lực khai thác, sửa chữa và đào tạo kỹ thuật.

Mục tiêu cụ thể của công trình là nghiên cứu toàn diện kết cấu và nguyên lý của các cơ cấu cốt lõi như bộ vi sai trung tâm, trục các-đăng, khớp nối nhớt và ly hợp đa đĩa điều khiển điện tử; đánh giá so sánh 4 hệ dẫn động danh tiếng gồm Hyundai HTRAC, Volkswagen 4MOTION, Subaru S-AWD và Nissan ATTESA E-TS; đồng thời hoàn thiện chế tạo sa bàn mô hình thực hành hệ thống treo độc lập xe Toyota Camry và hộp số xe con 5 cấp.

Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Cơ khí thuộc Trường Đại học Giao thông Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2022. Đề tài mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc khi cung cấp tài liệu kỹ thuật chuẩn xác cho các kỹ sư dịch vụ, đồng thời nâng cao 40% hiệu quả tiếp thu kiến thức thực hành cho sinh viên chuyên ngành Cơ khí Ô tô thông qua mô hình giải phẫu trực quan.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên 2 nền tảng lý thuyết chủ đạo: Lý thuyết Động lực học chuyển động ô tô (Vehicle Dynamics) và Lý thuyết Truyền động cơ khí - Ma sát thủy lực (Mechanical & Hydrodynamic Transmission Theory). Mô hình nghiên cứu tích hợp phương pháp phân tích động lực học lực kéo tại từng vết tiếp xúc của bánh xe với mặt đường, kết hợp mô hình điều khiển phân bổ mô-men xoắn chủ động qua bộ vi sai trung tâm điện tử.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa bao gồm:

1. Hệ dẫn động bốn bánh chủ động toàn thời gian (All-Wheel Drive - AWD): Hệ thống truyền lực liên tục tới cả 4 bánh xe mà không cần sự chuyển đổi cơ học thủ công từ người lái, có khả năng tự động phân phối mô-men xoắn biến thiên theo điều kiện bám.
2. Bộ vi sai trung tâm (Center Differential): Cơ cấu cơ khí hoặc cơ điện tử chịu trách nhiệm triệt tiêu sự chênh lệch tốc độ quay giữa cầu trước và cầu sau khi xe quay vòng, tránh hiện tượng phanh góc hẹp.
3. Khớp nối nhớt (Viscous Coupling) và Ly hợp đa đĩa ướt: Các cơ cấu truyền mô-men ma sát thủy lực hoặc ma sát ướt điều khiển điện tử, đóng vai trò khóa vi sai chủ động.
4. Hệ thống cân bằng động học và kiểm soát lực kéo (VDC/ESP/TCS): Mạng lưới an toàn điện tử can thiệp vào hệ thống phanh và bướm ga để phối hợp tối ưu với hệ dẫn động AWD.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm các tài liệu kỹ thuật chính hãng từ các tập đoàn ô tô hàng đầu (Hyundai, Volkswagen, Subaru, Nissan) kết hợp cùng dữ liệu đo đạc thực tế từ quá trình tháo rã, đo kiểm chi tiết cụm hệ thống treo và hộp số xe con Toyota. Cỡ mẫu khảo sát gồm 4 hệ thống dẫn động AWD đại diện cho 4 triết lý bố trí động lực học khác nhau: HTRAC (động cơ đặt ngang/dọc với vi sai điện tử), 4MOTION (ly hợp đa đĩa kết hợp khóa vi sai không đối xứng), S-AWD (cấu trúc đối xứng trục dọc với động cơ phẳng Boxer) và ATTESA E-TS (hộp số ly hợp kép đặt sau).

Phương pháp chọn mẫu định chuẩn kỹ thuật được áp dụng nhằm bao quát đầy đủ các biến thể truyền động phổ biến nhất trên thị trường hiện nay. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích giải tích kết hợp chế tạo mô hình thực nghiệm cắt bổ (Cutaway Rig) là nhằm kết nối chặt chẽ giữa lý thuyết tính toán phân bố lực và trực quan hóa giải phẫu cơ khí. Quá trình bóc tách chi tiết, gia công khung giá thép chịu lực 40x40 mm và hoàn thiện mô hình sa bàn được triển khai xuyên suốt trong thời gian 6 tháng (từ tháng 5/2022 đến tháng 11/2022) tại xưởng thực hành ô tô.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích chuyên sâu và chế tạo thực nghiệm đã mang lại 4 phát hiện kỹ thuật nổi bật:

Thứ nhất, hệ dẫn động Hyundai HTRAC sở hữu tần suất quét cảm biến đạt 0,1 giây/lần (100 mili-giây), cho phép ECU điều chỉnh linh hoạt tỷ lệ phân bổ lực kéo giữa trục trước và trục sau theo từng chế độ vận hành: chế độ Eco phân bổ từ 100:0 đến 80:20 để tiết kiệm nhiên liệu; chế độ Comfort duy trì mức 80:20 đến 65:35 nhằm đảm bảo độ êm ái; và chế độ Sport phân bổ từ 65:35 đến 50:50 giúp tăng 25% độ bám đường khi tăng tốc trên đường đèo dốc.

Thứ hai, công nghệ 4MOTION trên mẫu xe Volkswagen Touareg thế hệ thứ ba kết hợp hộp số tự động 8 cấp có khóa vi sai trung tâm không đối xứng, có khả năng truyền tối đa 70% mô-men xoắn lên trục trước hoặc dồn tới 80% lực kéo về trục sau chỉ trong tích tắc. Khi vận hành trên cao tốc ở tốc độ 120 km/h, hệ thống điều khiển duy trì vòng tua động cơ ổn định ở mức 1.800 vòng/phút, giảm đáng kể hao tổn cơ năng.

Thứ ba, hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian đối xứng Subaru S-AWD tạo ra sự cân bằng động học vượt trội nhờ việc bố trí thẳng hàng động cơ Boxer, hộp số Lineartronic CVT và trục các-đăng dọc tâm xe. Cấu trúc này giúp hạ thấp trọng tâm xe từ 15% đến 20% so với các cấu hình động cơ chữ V hoặc chữ I thông thường, triệt tiêu gần như hoàn toàn mô-men quán tính lật ngang khi đánh lái gắt.

Thứ tư, đề tài đã chế tạo thành công mô hình học cụ sa bàn hoàn chỉnh gồm hệ thống treo độc lập của xe Toyota Camry và hộp số sàn 2 trục 5 cấp số. Mô hình được lắp ráp trên khung sàn di động có 4 bánh xe xoay chịu tải, các chi tiết như vỏ giảm chấn thủy lực và xi-lanh phanh bánh xe được cắt mở góc 90 độ, để lộ rõ cấu tạo piston phanh, đường dầu và van giảm chấn bên trong.

Thảo luận kết quả

Khả năng phân phối mô-men biến thiên linh hoạt của các hệ thống AWD hiện đại bắt nguồn từ sự đồng bộ giữa bộ vi sai trung tâm điện tử và mạng lưới cảm biến tốc độ bánh xe, góc đánh lái và gia tốc ngang. Nhờ đó, hiện tượng thừa lái (oversteer) hoặc thiếu lái (understeer) được triệt tiêu tự động mà không đòi hỏi thao tác gài cầu phức tạp từ người lái.

Khi so sánh với hệ dẫn động 4 bánh bán thời gian (4WD gián đoạn cổ điển), AWD giải quyết triệt để hiện tượng phanh góc hẹp gây căng cứng hệ thống truyền lực khi xe quay vòng trên mặt đường có hệ số ma sát cao. Mặc dù hệ thống 4WD truyền thống có ưu thế trên địa hình bùn lầy cực đoan nhờ khóa cơ khí cố định tỷ lệ 50:50, nhưng AWD lại vượt trội hơn ở dải tốc độ cao với mức tiêu hao nhiên liệu chỉ cao hơn xe 2WD khoảng 5% đến 8%, thấp hơn nhiều so với mức chênh lệch 12% đến 15% của các dòng 4WD đời cũ.

Dữ liệu phân bổ mô-men xoắn theo góc đánh lái và tốc độ quay bánh xe có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua biểu đồ mạng nhện (Radar Chart) và bảng so sánh đa tiêu chí, giúp minh họa rõ nét phản ứng của từng bánh xe dưới các điều kiện ma sát từ 0,2 (đường băng tuyết) đến 0,8 (đường nhựa khô ráo).

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm tối ưu hóa hiệu quả khai thác và ứng dụng công nghệ AWD tại Việt Nam, luận văn đưa ra 4 nhóm khuyến nghị hành động cụ thể:

1. Chuẩn hóa quy trình bảo dưỡng định kỳ hệ thống truyền lực AWD: Các xưởng dịch vụ kỹ thuật cần áp dụng quy trình thay dầu bôi trơn cho bộ vi sai trung tâm và các-te cầu sau định kỳ mỗi 40.000 km hoặc sau 24 tháng vận hành. Giải pháp này do các kỹ sư trưởng xưởng dịch vụ phụ trách, hướng tới mục tiêu giảm 30% tỷ lệ mài mòn đĩa ma sát ly hợp và ngăn ngừa nguy cơ cháy dầu thủy lực.

2. Ứng dụng sa bàn mô hình hệ thống treo và hộp số vào giảng dạy chuyên ngành: Bộ môn Cơ khí Ô tô cần đưa 100% thời lượng thực hành tháo lắp, khảo sát góc đặt bánh xe và nguyên lý ăn khớp hộp số trên mô hình Toyota Camry vào chương trình đào tạo kỹ sư từ học kỳ 1 năm học 2023-2024, giúp nâng cao 35% kỹ năng tay nghề cho sinh viên trước khi đi thực tập doanh nghiệp.

3. Nâng cấp thiết bị chẩn đoán điện tử chuyên dụng cho hệ thống dẫn động 4 bánh: Các trung tâm sửa chữa cần đầu tư máy đọc lỗi thế hệ mới có khả năng truy cập sâu vào hộp điều khiển HTRAC, 4MOTION và S-AWD với tốc độ truyền dữ liệu dưới 0,05 giây, do kỹ thuật viên chẩn đoán cấp cao thực hiện trong giai đoạn 2023-2025 nhằm rút ngắn 50% thời gian xử lý sự cố.

4. Xây dựng tài liệu hướng dẫn lái xe an toàn trên các phương tiện trang bị AWD: Doanh nghiệp kinh doanh ô tô phối hợp cùng các trường đào tạo lái xe phát hành cẩm nang hướng dẫn sử dụng các chế độ Eco, Comfort, Sport và Smart cho khách hàng ngay trong năm 2023, nhằm mục tiêu tối ưu hóa 10% lượng nhiên liệu tiêu thụ và nâng cao tuổi thọ cụm truyền động.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và sản phẩm thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị thiết thực cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

1. Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí Ô tô: Luận văn cung cấp toàn bộ cơ sở lý thuyết, sơ đồ kết cấu chi tiết và các thông số tính toán động lực học, hỗ trợ đắc lực cho việc thực hiện đồ án môn học kết cấu ô tô và khóa luận tốt nghiệp.

2. Giảng viên và cán bộ quản lý phòng thí nghiệm tại các trường kỹ thuật: Có thể trực tiếp sử dụng bản vẽ thiết kế khung giá đỡ và quy trình gia công cắt bổ mô hình hệ thống treo Toyota Camry để tự chế tạo thêm các mô hình học cụ trực quan với chi phí tiết kiệm hơn 60% so với mua thiết bị nhập khẩu.

3. Kỹ sư chẩn đoán, cố vấn dịch vụ và kỹ thuật viên tại các đại lý ô tô: Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu chuyên sâu về cơ chế phân chia mô-men xoắn của Hyundai HTRAC, VW 4MOTION và Subaru S-AWD, hỗ trợ tra cứu nhanh trong quá trình chẩn đoán mã lỗi và xử lý hư hỏng hệ thống truyền lực 2 cầu.

4. Chuyên viên nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R&D) thuộc các doanh nghiệp sản xuất ô tô: Nguồn tham khảo hữu ích để phân tích ưu nhược điểm của từng cấu hình dẫn động, phục vụ định hướng thiết kế và tích hợp hệ thống dẫn động bốn bánh điện tử (e-AWD) trên các dòng xe Hybrid và xe điện thế hệ mới.

Câu hỏi thường gặp

Hệ dẫn động AWD khác biệt như thế nào so với hệ dẫn động 4WD truyền thống? Hệ thống AWD hoạt động hoàn toàn tự động và liên tục truyền mô-men xoắn đến 4 bánh xe dựa trên sự tính toán của máy tính với chu kỳ quét 0,1 giây/lần. Trong khi đó, hệ thống 4WD truyền thống đòi hỏi người lái phải gài cầu thủ công và thường chỉ khóa cứng tỷ lệ 50:50 giữa hai cầu để vượt qua địa hình gồ ghề ở dải tốc độ thấp.

Tại sao hệ dẫn động HTRAC trên Hyundai Santa Fe lại phân bổ mô-men xoắn biến thiên theo chế độ lái? HTRAC tích hợp hộp điều khiển thông minh liên kết với hệ thống cân bằng điện tử ESC và cảm biến bướm ga. Khi chuyển sang chế độ Eco, hệ thống ưu tiên dẫn động cầu trước 100:0 để tiết kiệm nhiên liệu; khi sang chế độ Sport, tỷ lệ lực kéo chuyển thành 65:35 hoặc 50:50 giúp tối ưu hóa gia tốc và tăng cường độ bám khi vào cua.

Bộ vi sai trung tâm trên xe Volkswagen Touareg 4MOTION hoạt động theo cơ chế nào? Hệ thống 4MOTION trên Touareg sử dụng khóa vi sai trung tâm phân phối mô-men xoắn động không đối xứng. Cơ cấu này có khả năng tự động biến thiên lực kéo linh hoạt, cho phép truyền tối đa 70% lực kéo lên trục trước hoặc dồn tới 80% lực kéo về trục sau tùy thuộc vào độ bám tức thời của từng bánh xe.

Vì sao hệ thống S-AWD của Subaru lại đạt được độ ổn định thân xe vượt trội khi quay vòng? S-AWD kết hợp độc quyền giữa hệ dẫn động đối xứng trục dọc và động cơ nằm ngang Boxer. Thiết kế đối xứng hoàn hảo này giúp phân bổ tải trọng đều cho 4 bánh xe, hạ thấp trọng tâm từ 15% đến 20%, loại bỏ sự rung lắc không cần thiết và mang lại cảm giác đánh lái chính xác tuyệt đối ở tốc độ cao.

Mô hình sa bàn hệ thống treo độc lập Toyota Camry có điểm gì đặc biệt trong đào tạo thực hành? Mô hình được gia công cắt bổ trực tiếp trên các chi tiết thật của xe Camry như vỏ giảm chấn thủy lực và xi-lanh phanh với góc mở 90 độ. Kết cấu này giúp người học quan sát trực tiếp chuyển động của piston phanh và dòng chảy dầu giảm chấn, tăng 40% khả năng hiểu bài so với việc chỉ học lý thuyết trên bản vẽ.

Kết luận

• Luận văn đã hệ thống hóa toàn diện quá trình tiến hóa và cấu tạo chi tiết của hệ thống dẫn động bốn bánh toàn thời gian (AWD) từ giai đoạn sơ khai năm 1907 đến các công nghệ vi sai điện tử hiện đại.
• Làm rõ nguyên lý phân phối mô-men xoắn thông minh của 4 hệ dẫn động tiêu biểu gồm Hyundai HTRAC, Volkswagen 4MOTION, Subaru S-AWD và Nissan ATTESA E-TS với chu kỳ phản hồi 0,1 giây.
• Chế tạo thành công mô hình học cụ sa bàn hệ thống treo độc lập xe Toyota Camry và hộp số sàn 5 cấp, cắt bổ lộ rõ cấu tạo cơ khí bên trong nhằm phục vụ đào tạo thực tế.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng cao về quy trình bảo dưỡng định kỳ mỗi 40.000 km và phương pháp chẩn đoán chuyên sâu cho các dòng xe 2 cầu chủ động.
• Mở ra định hướng phát triển trong giai đoạn 2023-2025 về việc hoàn thiện bộ quy chuẩn kiểm tra sa bàn và mở rộng nghiên cứu sang hệ thống dẫn động bốn bánh thuần điện (e-Axle).

Để tiếp cận đầy đủ các sơ đồ nguyên lý, bản vẽ kết cấu chi tiết và hướng dẫn quy trình bảo dưỡng chuẩn xác, quý độc giả, giảng viên và kỹ sư cơ khí ô tô có thể tham khảo trực tiếp toàn văn công trình nghiên cứu tại thư viện chuyên ngành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống truyền lực Sự phát triển các bộ truyền động  Bánh răng đã được sử dụng cách đây hàng 2000 - 1000 năm TCN để nâng cao năng suất lao động cho con người và động vật.1 Bánh xe nước Ai Cập (Sakia) ở Luxor, khoảng 2000 đến 1000 trước Công nguyên.  Năm 1784, hộp số có 2 cấp số, ăp khớp bằng cách khớp trượt cài răng vào bánh răng.2 Sự phát triển các bộ phận truyền động năm 1784 - 1834. LỚP: CO18CLCA 12 SVTH: CHÂU HOÀNG THẾ LÂN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths NGUYỄN VĂN THẮNG  Năm 1821, hộp số có 2 cấp, ăn khớp bằng cách trượt các bánh răng để ăn khớp với nhau.

 Năm 1827, bộ bánh răng vi sai đầu tiên xuất hiện.  Năm 1834, bộ truyền động bánh răng hành tinh  Năm 1849, bộ truyền dây curoa 2 tốc độ.  Năm 1879, bộ truyền bánh răng với sự xuất hiện của số lùi và ly hợp.  Năm 1885, bộ côn ly hợp.

 Năm 1886, bộ vi sai dẫn động bằng dây đai.3 Sự phát triển các bộ phận truyền động năm 1849 – 1886.  Năm 1889, hộp số 4 cấp với các bánh răng trượt và có ly hợp.  Năm 1890, hộp số 4 cấp với các bánh răng trượt kết hợp với bộ bánh răng truyền lực chính – vi sai. LỚP: CO18CLCA 13 SVTH: CHÂU HOÀNG THẾ LÂN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths NGUYỄN VĂN THẮNG Hình 1.4 Hệ thống truyền lực của 2 hãng nổi tiếng Mayback và Peugoet 1.2 Công dụng, yêu cầu của hệ thống truyền lực 1.1 Công dụng của hệ thống truyền lực Hệ thống truyền lực trên ô tô là hệ thống tập hợp tất cả các cơ cấu nối từ động cơ tới bánh xe chủ động, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt, đổi chiều quay, biến đổi giá trị mô men truyền nhằm đảm bảo các chức năng chính sau:  Truyền, biến đổi mô men quay và số vòng quay từ động cơ đến bánh xe chủ động sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ và moment cản sinh ra trong quá trình ô tô chuyển động.

 Cắt dòng truyền trong thời gian ngắn hoặc dài.  Thực hiện đổi chiều chuyển động nhằm tạo nên chuyển động lùi cho ô tô.  Tạo khả năng chuyển động êm dịu và thay đổi tốc độ cần thiết trên đường.2 Yêu cầu của hệ thống truyền lực Trên hệ thống truyền lực, sự liên kết giữa động cơ, bánh xe và các cơ cấu nối cần thiết phải đủ khả năng để truyền lực, quan hệ này được thể hiện ở các yêu cầu chính sau:  Truyền công suất từ động cơ đến bánh xe chủ động với hiệu suất cao, độ tin cậy lớn. LỚP: CO18CLCA 14 SVTH: CHÂU HOÀNG THẾ LÂN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths NGUYỄN VĂN THẮNG  Thay đổi được mô men của động cơ một cách dễ dàng.

 Cấu tạo đơn giản, dễ dàng bảo dưỡng, sửa chữa.3 Các bộ phận chính trên hệ thống truyền lực Hệ thống truyền lực trên ô tô là sự kết hợp các bộ truyền lực như: Ly hợp (Ly hợp ma sát, ly hợp thủy lực, biến mô thủy lực), Hộp số (hộp số có cấp, hộp số vô cấp), truyền lực các đăng, truyền lực chính và bộ vi sai, bánh xe chủ động… Hình 1.5 Bố trí chung của hệ thống truyền lực 1.1 Ly hợp Ly hợp dùng để truyền hay không truyền công suất từ động cơ đến hệ thống truyền lực. Cắt truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực nhanh và dứt khoát trong những trường hợp cần thiết như khi chuyển số một cách êm dịu. Nó cũng cho phép động cơ hoạt động khi xe dừng và không cần chuyển hộp số về số trung gian. LỚP: CO18CLCA 15 SVTH: CHÂU HOÀNG THẾ LÂN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths NGUYỄN VĂN THẮNG Hình 1.6 Cấu tạo của bộ ly hợp ma sát 1.

Vỏ ly hợp; 5. Vỏ lò xo ép; 6. Vỏ ly hợp; 7. Lò xo giảm chấn; 8.

Nạng gạt và đai ốc; 12. Ổ bi kim Cấu tạo của bộ ly hợp gồm:  Phần chủ động: Gồm những chi tiết bắt trực tiếp hoặc gián tiếp với bánh đà như: Bánh đà, đĩa ép, vỏ ly hợp, lò xo ép.  Phần bị động: Gồm các chi tiết lắp trực tiếp hoặc gián tiếp với trục bị động (trục sơ cấp của hộp số): Trục bị động, đĩa ma sát.  Phần dẫn động điều khiển: Ổ bi mở ly hợp, cần mở ly hợp, các đòn dẫn động, bàn đạp ly hợp.

 Bộ phận tạo lực ép: Vỏ ly hợp, lò xo ép, đĩa ép.2 Hộp số LỚP: CO18CLCA 16 SVTH: CHÂU HOÀNG THẾ LÂN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths NGUYỄN VĂN THẮNG Nhiệm vụ của hộp số là biến đổi mô men xoắn của động cơ truyền tới các bánh xe sao cho phù hợp với các chế độ tải. Chắc chắn sự mất mát công suất ở hộp số là không tránh khỏi, vì thế công suất thực tế đưa đến các bánh xe luôn luôn nhỏ hơn công suất đưa ra của trục khuỷu động cơ (hiệu suất của hộp số).7 Cấu tạo hộp số sàn Cấu tạo hộp số sàn: Hộp số sàn gồm có các bộ phận là bánh răng, trục hộp số, bộ đồng tốc, ổ bi, được bao bọc bởi vỏ và nắp hộp số.  Bánh răng: Đây là bộ phận chính, có nhiệm vụ thay đổi tỷ số truyền, từ đó làm thay đổi tốc độ quay giữa các chi tiết.  Trục hộp số: Hộp số dọc thường có 3 trục gồm Trục sơ cấp – Trục trung cấp – Trục thứ cấp.

Hộp số ngang có 2 trục là trục sơ cấp – trục thứ cấp.  Bộ đồng tốc: Bộ phận này giúp tốc độ của các bánh răng được đồng đều khi vào số, tránh gặp tình trạng va đập giữa các bánh răng. Nhờ đó, quá trình vào số của xe sẽ êm ái và dễ dàng hơn.  Ổ bi: Bộ phận này giúp chuyển hóa ma sát trượt thành ma sát lăn, từ đó làm LỚP: CO18CLCA 17 SVTH: CHÂU HOÀNG THẾ LÂN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths NGUYỄN VĂN THẮNG giảm tiếng ồn trong quá trình hoạt động và giúp hộp số kéo dài tuổi thọ.

Vỏ và nắp hộp số: Chứa các bộ phận bên trong hộp số, có nhiệm vụ bảo vệ các bộ phận này khỏi va đập.3 Trục các đăng Truyền động các đăng dùng để truyền mô men xoắn giữa các trục không thẳng hàng. Các trục này lệch nhau một góc α > 0o và giá trị của α thường thay đổi.8 Cấu tạo trục các đăng 1. Vòng bi trục chữ thập; 3. Chạc đầu trục; 4.

Chạc ống trượt; 5. Vòng bi trục chữ thập; 7. Chạc đầu trục Trục các đăng là một ống thép nhẹ được làm từ thép cacbon, nó đủ khỏe để chống cong và xoắn. Thông thường, chúng là một ống liền có hai khớp nối ở hai đầu hình hình thành các khớp các đăng.

Vì có sự rung động nhẹ ở dải tốc độ cao, nên ngày nay người ta thường sử dụng loại trục các đăng 3 khớp nối.4 Bộ vi sai và cầu chủ động Bộ vi sai đảm bảo cho các bánh xe quay với tốc độ khác nhau lúc xe quay vòng hay chuyển động trên đường không bằng phẳng, hoặc có sự sai lệch về kích thước của lốp, đồng thời phân phối lại mô men xoắn cho hai nữa trục. Cầu chủ động nhận công suất từ động cơ truyền tới để phân phối đến các bánh LỚP: CO18CLCA 18 SVTH: CHÂU HOÀNG THẾ LÂN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths NGUYỄN VĂN THẮNG xe theo phương vuông góc. Cầu xe nâng đỡ các phần gắn lên nó như hệ thống treo, sắt xi.9 Cấu tạo cầu chủ động 1. Bánh răng vành chậu ; 2.

Bánh răng hành tinh; 3. Bánh răng bán trục; 4. Bánh răng quả dứa; 5. Cầu xe có tổng cộng 4 bộ phận chính, bao gồm:  Trục các đăng: bộ phận này có tác dụng truyền lực cuối, chứa các bánh răng quả dứa ăn khớp với bánh răng vành chậu.

Hai bánh răng này sẽ giúp giảm số vòng quay và tăng mô men lên.  Vỏ bộ vi sai: phần vỏ của bộ vi sai được gắn lên phía bánh răng bị động.  Bánh răng hành tinh: ngoài việc kết nối ra thì bánh răng hành tinh còn điều khiển tốc độ của các bánh răng bán trục.  Bộ phận bán trục trong/ngoài: có công dụng kết nối bánh răng bán trục với bánh xe.4 Các kiểu bố trí hệ thống truyền lực 1.1 Hệ thống truyền động FR (Động cơ đặt trước – bánh sau chủ động) Trên xe với động cơ đặt trước cầu trước chủ động.

Sơ đồ truyền lực: LỚP: CO18CLCA 19 SVTH: CHÂU HOÀNG THẾ LÂN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths NGUYỄN VĂN THẮNG Động cơ đặt trước (nằm ngang) → ly hợp (ly hợp ma sát, biến mô thủy lực) → hộp số đặt ngang ( hộp số có cấp, hộp số vô cấp) → truyền lực chính, bộ vi sai → trục các đăng đồng tốc → Bánh xe chủ động.10 Hệ thống truyền lực FF Ưu điểm của hệ dẫn động này lực được truyền từ động cơ phân phối tới bánh xe với quãng đường ngắn hơn. Hao tổn về lực sẽ ít đi. Ngoài ra 2 bánh trước nằm sát vị trí người lái. Lái xe sẽ chủ động hơn khi xe vào cua gấp hay xe di chuyển trên những con đường trơn trượt.

Bánh trước dẫn động rất có lợi khi xe quay vòng và đường trơn. Sự ổn định hướng tuyệt vời này tạo được cảm giác lái xe khi quay vòng. Do không có trục các đăng nên gầm xe thấp hơn giúp hạ được trọng tâm của xe, làm cho xe ổn định khi di chuyển.2 Hệ thống truyền động FR (Động cơ đặt trước – bánh sau chủ động) Động cơ phía trước, cầu chủ động phía sau: Sơ đồ truyền lực: Động cơ đặt trước (nằm LỚP: CO18CLCA 20 SVTH: CHÂU HOÀNG THẾ LÂN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths NGUYỄN VĂN THẮNG dọc) → ly hợp (ly hợp ma sát, biến mô thủy lực) → hộp số đặt dọc ( hộp số có cấp, hộp số vô cấp) → trục các đăng → truyền lực chính, vi sai → Bán trục → Bánh xe chủ động.11 Hệ thống truyền động FR Ưu điểm của hệ thống này động cơ sẽ được làm mát nhanh hơn. Lực đẩy phụ thuộc vào bánh sau giúp thân xe cân bằng hơn.

Nhược điểm do lực phải di chuyển quãng đường tương đối xa. Nên nó sẽ bị thất thoát một phần. Trục các đăng chạy dọc dưới gầm xe do vậy gầm xe sẽ phải làm cao thêm. Không gian nội thất trong xe phải được bố trí sắp xếp lại.

Điều này là không tiện nghi nếu gầm xe ở mức quá thấp.