Hệ thống dẫn động 4WD là một trong những hệ thống rất đỗi quen thuộc trên ô tô ngày nay. Đây là hệ thống được sử dụng để dẫn động các bánh xe, nhằm giúp xe di chuyển qua những đoạn đường, địa hình khó khăn mà hệ thống dẫn động 2WD (cầu trước hoặc cầu sau) không làm được. Trong bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu được cách phân loại và nguyên lí hoạt động của của các loại hệ thống dẫn động 4WD cơ bản. 

I. Hệ thống dẫn động 4WD là gì?

4WD (Four Wheel Drive) là hệ thống dẫn động bốn bánh xe bán thời gian thông qua hộp số phụ hoặc tùy chọn chuyển đổi giữa một cầu hoặc hai cầu. Các mẫu xe được trang bị hệ thống dẫn động bốn bánh 4WD được thiết kế với:

  • Gầm cao hơn (điểu chỉnh được độ cao thông qua hệ thống treo).
  • Góc thoát trước/sau cao nhằm để đi đường đồi núi.
  • Hệ thống treo cứng vững hơn và được trang bị lốp chuyên dụng.
  • Lực kéo cực mạnh với bộ khóa vi sai.
  • Hỗ trợ khởi hành ngang dốc và ngắt kết nối hoạt động của thanh giằng.

Về phân loại cấu tạo, hệ thống dẫn động 4WD có hai loại chính:

  • Dẫn động hai bánh (loại gián đoạn).
  • Dẫn động cả bốn bánh (loại thường xuyên).

Bên cạnh đó, các xe 4WD cũng có thể phân loại thành:

  • Loại FF (Động cơ ở phía trước, bánh xe dẫn động ở phía trước)
  • Loại FR (động cơ ở phía trước, bánh xe dẫn động ở phía sau).

Sự chuyển đổi và sử dụng các loại của hệ thống dẫn động 4WD phụ thuộc vào sự lựa chọn của người lái, bằng cách tùy chỉnh cho xe chạy với các chế độ: một cầu, hai cầu chậm, hai cầu nhanh thông qua nút chỉnh cầu cạnh cần số.

Nút điều chỉnh gài cầu 4WD

II. Ưu và nhược điểm của 4WD:

Xem ưu và nhược điểm của 4WD trong bài viết này:

Ưu và nhược điểm của các kiểu hệ thống dẫn động trên ô tô

III. Sự khác nhau cơ bản giữa 4WD gián đoạn và 4WD thường xuyên:

Bên cạnh mục đích sử dụng khác nhau, có hai kiểu cơ cấu 4WD cơ bản:

  • Loại thứ nhất là 4WD gián đoạn, thường chỉ dùng ở chế độ 2WD (hai bánh xe chủ động) và người lái chỉ chuyển sang 4WD khi cần thiết.
  • Loại thứ hai là 4WD thường xuyên, luôn hoạt động ở chế độ 4WD, luôn dẫn động cả bốn bánh.

Sự khác nhau giữa chúng là loại 4WD gián đoạn chỉ có một vi sai cho cầu trước và một vi sai cho cầu sau, trong khi đó 4WD thường xuyên có thêm một vi sai (gọi là vi sai giữa/trung tâm) giữa cầu trước và cầu sau.

IV. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống dẫn động 4WD:

1. Cấu tạo chung:

a. Các bộ phận chính:

Các bộ phận chính của 4WD là: Hộp số phụ, trục các đăng vi sai trước và sau và một hệ thống truyền lực dẫn động. Một số loại sử dụng cơ cấu khác moayơ trước ăn khớp với bánh chủ động trước, trục các đăng và bộ vi sai, tương tự như chúng được sử dụng trong xe một cầu chủ động.

Cấu tạo cơ bản của hệ thống dẫn động 4WDHộp số phụ/phân phối (xe Ford Ranger)

b. Kết cấu của 4WD:

Có hai hệ thống dẫn động 4WD cơ bản trên xe. Trong xe với động cơ đặt theo kiểu truyền thống, các bộ phận bánh sau chủ động tương tự như lắp đặt hai bánh trước chủ động. Một hộp số phụ được lắp giữa trục ra của hộp số và trục các đăng.

  • Hộp số phụ trực tiếp đưa công suất trước khi cần. Cả hai trục các đăng được gắn đến hộp số phụ, trục các đăng sau đưa công suất đến bộ vi sai giống như hệ thống dẫn động hai bánh trước. Trục các đăng trước đưa công suất đến bộ vi sai trước. Thiết kế này là loại thông dụng nhất trong thiết kế cầu trước chủ động.
  • Trong hệ dẫn động cầu trước chủ động, hai bánh trước được dẫn động giống nhau như kiểu xe dẫn động cầu sau chủ động. Hộp số phụ được lắp trên hộp số đặt ngang hay trên một phần của nó. Trong một số thiết kế, cả hai bán trục có bộ vi sai riêng lẻ. Các kết cấu khác bộ vi sai trước là một phần của hộp số đặt ngang. Các bánh trước được dẫn động liên tục. Trong hệ thống bốn bánh dẫn động, công suất truyền qua trục các đăng sau đến bộ vi sai sau.
Sự phân phối mô men xoắn của động cơ trong hệ thống dẫn động 4WD hoặc 2WD.
2. Nguyên lý hoạt động:

2.1. Loại 4WD thường xuyên:

Loại 4WD thường xuyên dẫn động tất cả các bánh xe chủ động khi xe chuyển động.

  • Loại này sử dụng một bộ vi sai giữa hay một khớp độ nhớt để bù trừ sự khác nhau về tốc độ giữa bánh trước và bánh sau khi xe quay vòng và qua bề mặt địa hình không đều.

Bằng cách bù trừ điều kiện dẫn động khác nhau này, 4WD thường xuyên sẽ cho phép xe chuyển động liên tục ở chế độ bốn bánh chủ động trên các loại đường cứng và khô.

Full-time 4WD

a. 4WD thường xuyên với vi sai giữa:

Xích dẫn động truyền công suất từ bánh xe chủ động đến bánh xích vỏ vi sai. Một bộ vi sai bên trong vỏ truyền moment đến cả hai trục của hộp số phụ. Bộ vi sai cho phép trục trước và sau quay khác tốc độ trong khi vẫn truyền động công suất.

  • Điều này cho phép sử dụng liên tục ở chế độ 4WD.

4WD thường xuyên với vi sai giữa

Bộ vi sai được trang bị với một bộ vi sai chống trượt, nó cung cấp sự dẫn động đến cả hai trục trước và sau nếu một trong các bánh xe bị quay.

  • Trong điều kiện kéo xấu, bộ vi sai có cơ cấu để khóa hoạt động của vi sai. Điều này cung cấp một sự dẫn động trực tiếp đến cả hai trục trước và sau.

Một hộp số phân phối:

  • Sử dụng xích dẫn động và một bộ vi sai.
  • Dãy tốc độ thấp và cao được hoàn thành qua các bánh răng.
  • Bộ vi sai này có thể khóa khi một bánh quay trơn, khóa không dính khi xe dịch chuyển trên đường khô.
Toyota RAV4 với hệ thống dẫn động 4WD thường xuyên

b. Loại 4WD thường xuyên và gián đoạn với khớp thủy lực V:

Những hộp số phân phối loại này hoạt động một phần giống với bộ vi sai ở trên.

  • Sự khác nhau cơ bản là sử dụng khớp thủy lực để thay thế bộ vi sai hạn chế trượt kiểu cơ khí.

Khớp nối thủy lực:

  • Gồm một chuỗi các đĩa thép và rãnh các đĩa không chạm vào nhau.
  • Khớp nối được đổ đầy dầu silicon trong không gian giữa các đĩa.
  • Công suất truyền đến các bánh sau phải qua đi qua khớp thủy lực này.

Trong suốt quá trình hoạt động bình thường (bánh xe không trượt), khớp thủy lực không hoạt động. Nhưng khi một bánh xe xuất hiện hiện tượng quay trơn, khớp thủy lực sẽ truyền mô men đến các cầu để điều kiện kéo tốt nhất.

4WD thường xuyên và gián đoạn với khớp V

Chất lỏng silicon trong khớp thủy lực rất đặc, nhầy và đặc biệt không chuyển thành trạng thái lỏng nếu nhiệt độ trong quá trình hoạt động tăng lên.

  • Khi một trục quay nhiều do một trong các bánh xe bị trượt, tốc độ khớp nối cũng tăng lên.
  • Các đĩa ly hợp được đẩy quay trong dầu, khi ấy tốc độ của chúng cũng tăng lên.
  • Khi chất lỏng được kéo giữa các đĩa và dịch chuyển, nó giãn nở, tăng ma sát và cản trở tốc độ trục quay nhanh.

Khớp nối không khóa các trục với nhau nhưng nó điều khiển độ trượt bằng cách gửi mômen đến trục quay chậm. Khớp nối thủy lực hộp số phụ cũng có một bộ vi sai bên trong.

Hệ thống dẫn động 4WD loại thường xuyên và gián đoạn với khớp mềm V làm cho xe có thể hoạt động thích hợp với chế độ 2WD trong thời gian chạy bình thường khi không có sự chênh lệch về tốc độ quay giữa các bánh trước và sau.

Khi có sự chênh lệch về tốc độ quay giữa các bánh xe trước và sau như khi xe quay vòng hoặc chạy trên đường trơn, có tuyết, hệ thống này truyền lực dẫn động đến các bánh sau. Nhờ vậy, nó đảm bảo điều kiện ổn định trong khi chạy ở các điều kiện đường xá khác nhau.

2.2. Loại 4WD gián đoạn/bán thời gian (Part-time 4WD):

Trục ra của hộp số chia làm hai thành phần:

  • Phần dài được dẫn động bởi càng gạt. Phần dài của trục ra quay sẽ dẫn động các đăng sau.
  • Phần ngắn hơn phía trước được nối đến phần dài chỉ khi càng gạt dẫn động bốn bánh xe được dịch chuyển ăn khớp với đầu trục của trục ngắn.
Part-time 4WD

Khi muốn hai bánh dẫn động:

  • Trục ra không nối bởi sự dịch chuyển càng gạt dẫn động bốn bánh không ăn khớp.
  • Trục dài dẫn động trục các đăng sau nhưng không truyền mô men ra trước.
  • Dẫn động bốn bánh được ăn khớp bằng cách dịch chuyển càng gạt bốn bánh ăn khớp với trục ngắn.
  • Mô men khi ấy được truyền đến cả 2 trục các đăng trước và sau.
Hộp số phân phối của 4WD loại gián đoạn

Xe trang bị kiểu hộp số phụ này sẽ không được hoạt động, có thể hư hỏng nếu bật chế độ 4WD trên mặt đường nhựa cứng và khô, bởi vì:

  • Các bánh trước của xe sẽ quay nhanh hơn các bánh sau.
  • Kết quả là sự quay tăng lên của bánh chủ động dẫn đến hư hỏng chúng.

Sự quay này xuất phát từ sự gia tăng ứng suất bên trong giữa các phần của trục trước và sau. Đây là nguyên nhân gây nên sự khác nhau giữa tốc độ của hai trục này. Khi ấy, các bánh xe sẽ bị mòn lốp hay các bộ phận dẫn động sẽ bị hư hỏng.

Trên những chiếc xe trang bị hệ thống dẫn động 4WD bán thời gian với khóa vi-sai, mỗi bánh xe được nhận 25% lực mô-men xoắn để tránh tình trạng bánh xe quay tít và mất độ bám, cả ở chế độ High và chế độ Low.

Một dạng hộp phân phối không chứa vi sai trung tâm ở hệ thống dẫn động 4WD bán thời gian/gián đoạn. Trong hệ thống này, cầu trước và sau luôn quay cùng tốc độ khi gài chế độ 2 cầu.

Trên những dòng xe đời mới hơn, lái xe có thể chuyển từ chế độ 2WD sang chế độ 4WD High ngay trong khi xe chạy, nhưng phải dừng xe hoàn toàn nếu muốn chuyển sang chế độ 4WD Low.

  • Chỉ nên sử dụng chế độ 4WD Low trong những điều kiện địa hình vô cùng khắc nghiệt.

Một hạn chế của hệ thống dẫn động 4WD gián đoạn là là lái xe phải liên tục gài hoặc bỏ chế độ dẫn động 4 bánh khi điều kiện địa hình thay đổi.

  • Loại hệ thống dẫn động này phù hợp với những ai đi địa hình (off-road) và muốn tăng độ an toàn khi đi trên địa hình tuyết.
Toyota Hilux 4WD loại gián đoạn

V. Đường truyền công suất:

Đối với các loại xe 4WD, đường truyền công suất từ động cơ đến các bánh xe khác nhau giữa xe 4WD loại FF và 4WD loại FR.

Các xe 4WD loại thường xuyên (FF):

  • Công suất được truyền từ hộp số ngang đến bộ vi sai trung tâm rồi đến bộ vi sai trước và bộ vi sai sau.
  • Bộ vi sai trước và bộ vi sai trung tâm cùng nằm trong hộp số phụ.
4WD loại thường xuyên (FF)

Các xe 4WD loại thường xuyên (FR):

  • Công suất truyền từ hộp số dọc đến bộ vi sai trung tâm nằm trong hộp số phụ, đến bộ vi sai trước và bộ vi sai sau, đóng hoặc gài hộp số phụ.
  • Khi không gài hộp số phụ, công suất truyền từ hộp số dọc đến bộ vi sai sau.
4WD loại thường xuyên (FR)

Các xe 4WD loại gián đoạn loại (FR):

  • Loại này không có bộ vi sai trung tâm nên phải.
  • Nếu hộp số phụ được gài, công suất được truyền đến cả hai bộ vi sai trước và sau.
4WD loại gián đoạn loại (FR)

Qua những kiến thức về cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống dẫn động 4WD, hy vọng bạn sẽ hiểu rõ cũng như nắm bắt kỹ về hệ thống dẫn động này.

(Theo Otohui)

BÌNH LUẬN

Vui lòng nhập bình luận của bạn
Vui lòng nhập tên của bạn ở đây