Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống lái ô tô

hệ thống lái ô tô

Trong quá trình lái xe, người điều khiển xoay vô lăng, xe sẽ chuyển hướng theo mong muốn. Tuy sử dụng xe nhưng nhiều người vẫn chưa hiểu hết hoạt động của hệ thống lái ô tô. Hãy cùng tìm hiểu thông tin dưới đây để giúp việc lái xe tiện lợi và an toàn hơn.

Hệ thống lái ô tô là gì?

Bạn đang sở hữu một chiếc xe ô tô được trang bị loại động cơ có công suất lớn và hộp số hoạt động với hiệu suất cao, để có thể truyền công suất của động cơ sinh ra đến bánh xe. Tuy nhiên, nếu không thể điều khiển các bánh xe, ô tô di chuyển theo hướng như mong muốn, lúc đó, động cơ vận hành công suất lớn hay hộp số làm việc đạt hiệu suất cao. Bởi vậy, bạn không thể điều khiển xe di chuyển trên đường.

Hệ thống lái ô tô là một trong bảy hệ thống cơ bản và quan trọng nhất trên mỗi chiếc xe. Khi động cơ và hệ thống truyền lực thực hiện nhiệm vụ truyền công suất xuống bánh xe thì hệ thống lái được sử dụng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ cho ô tô di chuyển theo quỹ đạo nhất định như: đi thẳng, quay vòng trái, quay vòng phải… 

hệ thống lái ô tô
Hệ thống lái ô tô là một trong 7 hệ thống cơ bản trên mỗi chiếc xe

Nguyên lý vận hành của hệ thống lái trên xe ô tô

Cơ chế hoạt động của hệ thống lái tại cơ cấu bánh răng – thanh răng

Hiện nay, cơ cấu lái bánh răng – thanh răng được dùng phổ biến. Ở một số loại xe thường hay sử dụng loại cơ cấu này là xe du lịch và ô tô tải nhỏ hay xe SUV. Hoạt động của hệ thống tay lái ô tô này có khá đơn giản, không hề phức tạp, chúng chỉ có một bánh răng được nối trực tiếp với một ống kim loại, cùng thanh nối với 2 đầu mút của bánh răng.

Kiểu dáng của bánh răng hình tròn, được nối trực tiếp với trục tay lái. Nếu xoay vòng lái ở ô tô thì bạn sẽ làm cho bánh răng được quay và kéo theo là thanh răng. Thanh nối ở đầu răng được gắn với cánh tay đòn của trục xoay.

Do đó, nguyên lý làm việc của hệ thống lái này là: khả năng chuyển đổi việc chuyển động ở vành tay lái sang chuyển động thẳng, giúp việc điều chỉnh hướng đi của xe một cách thuận tiện. Ngoài ra, nó cũng có khả năng giảm tốc và tăng thêm lực, để bánh xe có thể chuyển hướng dễ dàng và chính xác.

Những mẫu xe ô tô đang sử dụng hiện nay đều phải thực hiện xoay vành tay lái 3, 4 vòng thì nó mới chuyển hướng. Xe có thể di chuyển từ tận cùng bên trái sang tận cùng bên phải, hay theo hướng ngược lại. 

sơ đồ hệ thống lái ô tô
Cấu tạo chung của hệ thống lái ô tô

Cơ chế vận hành của hệ thống lái tại cơ cấu bánh răng-thanh răng có trợ lực

Đối với cơ cấu và công dụng hệ thống lái ô tô trong trường hợp này, so với những loại thông thường, thiết kế của bánh răng có sự khác biệt. Cấu tạo hệ thống lái ô tô gồm bánh răng lúc này gồm một xi lanh và 1 piston ở ngay giữa. Hai bộ phận piston và thanh răng được nối trực tiếp với nhau, bên cạnh đó có 2 đường dẫn chất lỏng ở xung quanh piston.

Khi đó, bên trong đường ống sẽ có 1 dòng chất lỏng áp suất cao được bơm trực tiếp vào để thực hiện chức năng đẩy piston di chuyển và làm cho thanh răng dịch chuyển. Theo đó, người điều khiển xe lái quay tay lái sáng phía nào thì cũng sẽ nhận được sự trợ giúp của hệ thống đánh lái ô tô thủy lực.

Cơ chế làm việc của hệ thống lái ở bơm thuỷ lực

Để hỗ trợ cho nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trên xe ô tô con, ô tô điện một cách hiệu quả nhất thì bơm thủy lực đều được sử dụng. Thiết kế hình cánh gạt thường được sử dụng nhiều nhất. 

Thông qua mô men động cơ, bơm thủy động vận hành trong giai đoạn puli – đai. Mômen này có nhiều cánh (van), giúp việc di chuyển trong các rãnh roto đạt hiệu quả cao. Trong trường hợp roto quay, lực ly tâm sẽ tác động trực tiếp vào các cánh gạt, làm cho chúng bị bật giá và vây kín vào ô van. Cùng lúc đó, dầu thuỷ lực ở mức áp suất thấp cũng bị kéo xuống và cho ra ở một vị trí có áp suất cao.

hệ thống đánh lái ô tô
Hệ thống lái ô tô hoạt động được là nhờ các bộ phận

Cơ chế hoạt động của hệ thống trợ lực lái trong tương lai

Trong tương lai, vòng tay lái sẽ vận hành tương tự như bàn phím máy vi tính. Nó có thể chỉ đạo cho phương tiện biết phải làm gì với bánh xe. Bên cạnh đó, nó cũng sở hữu một số mô tơ điện, để thông báo về chức năng hoạt động mà ô tô đã làm với người lái.

Tại đầu ra của các bộ phận hệ thống lái ô tô trợ lực lái trong tương lai sẽ được dùng để điều khiển những hệ thống lái xe cơ giới hoá. Đồng thời, nó có thể làm tăng thêm khoang chứa ở động cơ, giúp giảm tiếng ồn bên trong cabin một cách hiệu quả.

Một số hệ thống lái được trang bị trên ô tô hiện nay

Hệ thống lái trên ô tô thuần cơ khí

Trên các dòng xe thế hệ đầu tiên từ thập kỷ 50 cho đến nay, hệ thống lái thuần cơ khí được bố trí trên đó và có nhiều sự cải tiến đáng kể. Theo các nghiên cứu về hệ thống lái cơ khí thì các nhà sản xuất chủ yếu tập trung vào khả năng quay vòng của ô tô chỉ trong thời gian ngắn trên một diện tích nhỏ. 

Hệ thống lái thực hiện chức năng quay này giúp giữ cho ô tô ổn định chuyển động thẳng, đảm bảo động lực quay vòng của chi tiết đúng và lực tác dụng lên vành tay lái nhỏ. Qua đó, bánh xe không bị trượt từ sự tương ứng giữa động học dẫn động lái và bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo, nhằm tạo ra quan hệ chuyển động giữa bánh xe bên trái và bên phải an toàn.

các bộ phận hệ thống lái ô tô
Hệ thống lái ở ô tô có bơm thủy lực

Hệ thống lái trên xe ô tô chủ động (AFS – Active Front Steering)

Thiết kế của hệ thống lái chủ động AFS dựa vào khả năng phân tích về hướng chuyển động thực tế của ô tô. Trong quá trình với những tốc độ khác nhau và tại các điều kiện khác nhau. Khi xe chuyển động ở dải tốc độ thấp hơn so với hướng chuyển động của ô tô đã được quyết định bởi góc đánh lái. 

Thế nhưng, nếu vận tốc chuyển động ở xe ô tô lớn hơn 60Km/h so với sự ảnh hưởng của lực quán tính trực tiếp tác động lên thân xe, sẽ làm xoay thân xe do sự ảnh hưởng của hệ thống treo lốp biến dạng. Hay nói cách khác là hướng chuyển động của xe ô tô phụ thuộc vào hai tín hiệu chủ yếu của góc xoay thân xe và góc đánh lái.

Hệ thống trợ lái thủy lực ô tô được điều khiển bằng điện tử (EHPA)

Trên hệ thống lái trợ lực thủy lực thì đây là phiên bản cải tiến đã được phát triển từ thập kỷ 90. Ngoài hai bộ phận cơ bản là cơ cấu lái và dẫn động lái thì đặc điểm quan trọng của hệ thống này chính là bộ phận thanh xoắn cảm biến mô men đánh lái sẽ không trực tiếp điều khiển ở van trợ lực. 

Tín hiệu điện được gửi đến hộp MCU điều khiển trợ lực từ độ biến dạng của thanh xoắn. Hộp MCU điều khiển trợ tổng hợp với những các tín hiệu chạy xe, tính toán và xác định được phần tỷ lệ trợ lực. Từ đó áp lực trợ lực lái sẽ được quyết định.

hệ thống lái ô tô gồm những gì
Hệ thống trợ lái trên xe ô tô hiện đại

Hệ thống lái trợ lực ô tô bằng điện tử (ESP)

Hệ thống lái trợ lực điện được các nhà sản xuất ô tô phát triển cùng thời điểm với hệ thống trợ lực lái thủy lực với điều khiển điện tử. Trong quá trình chạy xe khi không sử dụng trợ lực lái thì công suất hoạt động sẽ bị lãng phí. Thêm vào đó, dầu trợ lực lái là tác nhân gây nên tình trạng ô nhiễm môi trường.

Hệ thống lái trợ lực thủy lực được điều khiển bằng chức năng điện tử có sử dụng bộ trợ lực thủy lực. Chúng được kết cấu gọn hơn. Bởi thế, bơm thủy lực đã được gắn với động cơ nên công suất hoạt động liên tục. 

Hệ thống lái Steer by wire (SBW)

Hệ thống Steer by wire được chia thành hai bộ phận gồm: hệ thống Steer by wire tích hợp và Steer by wire độc lập. Với hai hệ thống lái này, khi xe ô tô quay vòng ở những tốc độ khác nhau thì người điều khiển xe chỉ kiểm soát được một số trạng thái động lực học nhất định. Ô tô chỉ có thể được kiểm soát hoàn toàn khi hệ thống lái điện quay vòng. 

Hệ thống lái Steer by wire này được các nhà sản xuất tập trung nghiên cứu trong các năm trở lại đây. Có thể nói, đây là hệ thống lái điện ở xe ô tô có khả năng tạo ra lực hỗ trợ lái quay vòng lái của bánh xe với mức năng lượng đạt hiệu suất tối ưu là 100%.  

tìm hiểu hệ thống lái ô tô
Hệ thống lái trợ lực ô tô bằng điện tử 

Thông qua bài viết trên là những thông tin được chúng tôi chia sẻ về nguyên lý hoạt động của hệ thống lái ô tô. Hy vọng nó sẽ giúp ích cho bạn trong quá trình điều khiển, vận hành xe cộ một cách chính xác và an toàn khi di chuyển trên mọi cung đường.