Kiến thức cơ bản: Hệ thống lái

Hệ thống lái là cụm chi tiết có nhiệm vụ chuyển hướng di chuyển hướng di chuyển của xe. Cụm chi tiết này sử dụng chuyển động quay của vô-lăng và truyền nó đến thước lái bên dưới để định hướng bánh xe dẫn hướng theo mong muốn của người lái. Bên cạnh đó, các cơ cấu bên trong giúp giảm lực hoặc được trang bị trợ lực để khiến việc đánh lái trở nên dễ dàng hơn.

Hệ thống lái hoạt động như thế nào?

Hãy tưởng tượng, một vô-lăng có đường kính khoảng gần 400 mm sẽ phải đánh vòng hết gần 5 mét, tương đương khoảng 4 vòng quanh trục để khóa bánh xe từ trái sang phải, cùng trường hợp đó, bánh xe chỉ di chuyển từ trái sang phải 300 mm. Nếu không có các khớp nối đa chiều, người lái sẽ phải dùng lực gấp 16 lần để đánh hết vô-lăng khi xe đứng yên.

Trước khi đến với bánh xe, thước lái sẽ được nối với một khớp trục để ngăn cản hiện tượng lệch lái khi hệ thống treo hoạt động. Khớp này còn có công dụng khác là điều chỉnh góc độ quay. Khi đánh lái, bánh xe phía trong sẽ có góc nhọn hơn so với bánh xe bên ngoài. Các khớp này phải được điều chỉnh và tra mỡ thường xuyên để tránh bị lỏng và có thể dẫn đến những tai nạn đáng tiếc.

Thước lái có thể được phân thành hai loại cấu tạo gồm trục vít – thanh răng (rack & pinion) và trục vít – con lăn (worm & roller / steering box).

Thước lái theo kiểu trục vít – thanh răng sẽ có một bánh răng chéo đặt trên một thanh răng và chuyển động xoay của vô-lăng sẽ làm xoay bánh răng, di chuyển thước lái qua lại. Bên trong, khớp đa chiều được trang bị để trục lái không bị dịch chuyển theo thước lái bên dưới. Cấu tạo của loại thước lái này vô cùng đơn giản, từ đó hạn chế chi phí sửa chữa, bảo dưỡng cũng như bền hơn.

Loại thứ hai là loại trục vít – con lăn, loại này có một bánh răng xoắn ốc đặt tại cuối trục lái. Khi xoay vô-lăng, răng xoắn ốc này sẽ quay con lăn được nối với thước lái bên dưới, từ đó di chuyển bánh xe qua lại. Kiểu thiết kế thước lái này được tạo thành từ nhiều chi tiết riêng lẻ hơn so với kiểu đầu tiên nên vì thế, nó ít chính xác hơn. Cũng vì lý do này, hệ thống thước lái kiểu trục vít – con lăn sẽ có giá thành đắt đỏ hơn và khó bảo dưỡng, dễ hư hỏng hơn.

Trên xe hơi hiện đại, để giảm tối đa lực mà người lái cần phải sử dụng để điều khiển xe, các nhà sản xuất cũng trang bị kèm cho xe các hệ thống trợ lực lái. Về các kiểu phân loại hệ thống lái, mình sẽ liệt kê ở reply tiếp theo.

Phân loại hệ thống lái

Hệ thống lái trên xe hơi có thể được phân thành nhiều loại tùy vào cấu tạo, vị trí đặt trục dẫn dấn hướng hoặc về khả năng trợ lực của nó.

Phân loại theo kiểu trợ lực

+ Không trợ lực: Hệ thống lái cơ khí truyền thống, không sử dụng hệ thống trợ lực giờ đây gần như đã biến mất khỏi những chiếc xe thương mại. Hệ thống này vẫn còn được sử dụng trên một số các mẫu xe đua hoặc xe thể thao cỡ nhỏ của các hãng như Alfa Romeo, Lotus hay Caterham…

+ Trợ lực thủy lực: Đây là một trong hai kiểu trợ lực chính, đang được sử dụng rộng rãi trên các mẫu xe ô tô thương mại, xe tải, xe khách lớn. Kiểu trợ lực này đang dần bị thay thế bởi trợ lực điện. Trợ lực thủy lực mang lại cảm giác lái tốt hơn nhưng lại không hiện đại như trợ lực điện.

+ Trợ lực điện: Hiện tại, đây là kiểu trợ lực phổ biến nhất khi chúng nhỏ, gọn, hiện đại, tối ưu tốt hơn loại trợ lực thủy lực. Trợ lực điện có thể thay đổi được độ nặng/nhẹ của tay lái, tạo cảm giác điều khiển khác nhau. Loại trợ lực lái hiện đại này có thể điều chỉnh độ

Phân loại theo vị trí vô-lăng

Có hai kiểu bố trí vô-lăng cơ bản, thường thấy là bên trái và bên phải, tùy thuộc vào thị trường mà chiếc xe đó được bán. Đa phần các quốc gia đều có quy tắc giao thông bên phải, với vô-lăng được bố trí bên trái. Trong khi các quốc gia khác như Ấn Độ, Thái Lan, Anh Quốc, Singapore… tuân theo quy tắc bên trái với vô-lăng bố trí bên phải. Một số nước áp dụng kiểu tay lái nghịch bên vẫn cho phép xe tay lái thuận tham gia giao thông và thậm chí là đăng ký tại quốc gia đó, một số lại không.

Ngoài ra, một số mẫu xe thể thao, siêu xe như BAC Mono, McLaren F1, McLaren Speedtail, GMA T.50 có vị trí vô-lăng đặt giữa.

Phân loại theo phương pháp chuyển hướng

+ Đánh lái trục bánh trước: Đây là loại hệ thống lại phổ biến nhất trên xe hơi ở thời điểm hiện tại. Với hệ thống này, vô-lăng sẽ điều khiển trục bánh trước dẫn hướng chiếc xe.

+ Đánh lái trục bánh sau: Hệ thống lái này thường được sử dụng trên những chiếc xe có phạm vi di chuyển nội bộ như xe nâng, xe kéo trong các nhà xưởng, siêu thị…

+ Đánh lái cả hai trục bánh: Loại hệ thống lái này trước đây chỉ được sử dụng trên những chiếc xe công trường to lớn nhưng dần dần đã trở nên phổ biến hơn ở xe thương mại. Với hệ thống này, bánh xe sau sẽ có thể đánh lái được một góc giới hạn, giúp cải thiện khả năng quay vòng, cải thiện độ ổn định ở tốc độ cao cũng như sự linh hoạt ở các không gian chật hẹp như trong đô thị.

Phân loại theo cách vận hành

+ Vận hành trực tiếp: Ở hệ thống này, vô-lăng sẽ được kết nối trục tiếp với thước lái bên dưới và sẽ được hỗ trợ bởi các hệ thống trợ lực trên đường truyền.

+ Steer by wire: Hệ thống lái hiện đại này sẽ điều khiển thước lái thông qua bộ chấp hành, nhận tín hiệu từ cảm biến góc vô-lăng và cảm biến góc lái bên dưới. Với hệ thống lái này, cảm giác lái có thể được thay đổi tùy vào chế độ lái. Đồng thời, hệ thống này cũng thích hợp cho các công nghệ xe tự hành đang được phát triển.

Phân loại theo tỉ số truyền

+ Tỉ số truyền cố định: Loại hệ thống lái này sử dụng một tỉ số truyền duy nhất từ cột lái đến thước lái bên dưới.

+ Tỉ số truyền thích ứng: Hệ thống này mang đến khả năng điều chỉnh tỉ số truyền (thường được trang bị trên cơ cấu truyền steer by wire). Ở tốc độ thấp, hệ thống điều chỉnh để người lái không phải xoay vô-lăng nhiều, cải thiện thời gian ra vào nơi đỗ, ở khu vực giao thông chật hẹp. Ở tốc độ cao, hệ thống này giúp ổn định khả năng lái xe.