Hệ thống trợ lực lái ô tô

Ngày đăng : 15:08:05 09-06-2023

Trợ lực lái ô tô là gì: Phân loại, cấu tạo, nguyên lý hoạt động

I. KHÁI NIỆM

Trợ lực tay lái ô tô là một hệ thống có tác dụng làm cho việc đánh lái vô lăng trở nên dễ dàng và nhẹ nhàng hơn bằng cách bổ sung thêm lực cần thiết. Vốn dĩ việc điều khiển vô lăng ô tô cần một lực rất lớn. Tuy nhiên, nhờ có hệ thống trợ lực lái ô tô mà người lái tiết kiệm được sức khi điều khiển xe.

II. PHÂN LOẠI TRỢ LỰC LÁI

Hệ thống trợ lực lái ô tô là một trong những bước tiến quan trọng của ngành công nghiệp sản xuất xe hơi. Tính năng này được ứng dụng khá phổ biến trên các dòng xe ô tô hiện nay, bao gồm 3 loại chính:

1. Hệ thống trợ lực lái thủy lực

Trợ lực lái thủy lực (HPS - Hydraulic Power Steering) hay còn gọi là trợ lực dầu, là hệ thống trợ lực ra đời đầu tiên và được sử dụng rộng rãi nhờ cấu tạo đơn giản, chi phí lắp đặt, bảo dưỡng thấp.

a) Cấu tạo hệ thống trợ lực lái thủy lực HPS

Hệ thống trợ lực dầu có cấu tạo gồm 4 bộ phận chính: bơm trợ lực, van phân phối, xi-lanh trợ lực và hộp cơ cấu lái gắn vào thanh răng đánh lái.

Tùy vào bố trí của van phân phối, hệ thống trợ lực lái thủy lực được phân thành 3 loại chính:

- Trợ lực có van phân phối và xi-lanh kết hợp trong cơ cấu lái.

- Trợ lực có van phân phối và xi-lanh kết hợp trong đòn kéo.

- Trợ lực có van phân phối và xi-lanh bố trí riêng biệt.

b) Nguyên lý hoạt động của hệ thống HPS

(HPS hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng áp suất dầu để hỗ trợ cho việc đánh lái)

Bơm trợ lực nhận công suất từ động cơ thông qua một dây đai, tạo ra áp suất dầu cần thiết. Khi đánh lái, van phân phối sẽ đưa áp suất dầu vào xi-lanh khiến piston đẩy thanh răng theo hướng xoay của vô lăng. Chênh lệch áp suất giữa hai đầu piston sẽ tạo ra lực đẩy giúp lực tác động của người lái lên vô lăng được giảm bớt.

Do bơm dầu nhận năng lượng từ động cơ nên hệ thống trợ lực lái thủy lực chỉ hoạt động khi động cơ đã khởi động.

c) Ưu và nhược điểm của trợ lực dầu

* Ưu điểm

Ưu điểm dễ nhận thấy nhất của hệ thống trợ lực lái thủy lực mang đến cảm giác lái chân thực. Trong quá trình lái, tài xế có thể dễ dàng cảm nhận được lực phản hồi truyền ngược lên vô lăng. Hệ thống trợ lực này ít bị hỏng hóc nên chi phí bảo dưỡng cũng rất thấp.

* Nhược điểm

Nhược điểm lớn nhất của loại trợ lực lái ô tô này là khi di chuyển với vận tốc cao cần công suất lớn, khi áp lực dầu lớn thì tay lái cũng trở nên nhạy quá mức cần thiết. Ngoài ra, hệ thống trợ lực lái thủy lực có cấu tạo gồm các bộ phận kích thước không nhỏ nên chiếm khá nhiều không gian. Việc duy trì trạng thái hoạt động liên tục cũng khiến nhiên liệu bị tiêu hao nhiều.

2. Hệ thống trợ lực lái điện ô tô

Trợ lực lái điện (EPS - Electric Power Steering) là công nghệ tân tiến được ứng dụng trên các dòng xe hơi hiện đại. Khác với trợ lực dầu, hệ thống này sử dụng mô-tơ điện để đẩy thanh răng lái.

a) Cấu tạo hệ thống trợ lực lái điện

Hệ thống lái trợ lực điện có cấu tạo cơ bản gồm: Mô-tơ điện, cảm biến góc đánh lái, cảm biến lực mô-men xoắn và bộ điều khiển điện tử EPS ECU.

b) Nguyên lý hoạt động của EPS

- Nguyên lý hoạt động của hệ thống trợ lực lái điện ô tô cũng đơn giản hơn so với trợ lực lái dầu.

- Cảm biến góc đánh lái được lắp đặt tại trục lái, có nhiệm vụ thu nhận thông tin đến từ vô lăng. Cảm biến này liên tục đo góc đánh lái của vô lăng và gửi tín hiệu tới bộ điều khiển điện tử ECU. Sau đó, ECU sẽ tính toán lực cần thiết và truyền đến mô-tơ điện một dòng điện thích hợp. Dòng điện này sẽ tạo ra một lực tương ứng để đẩy thanh răng xoay theo hướng đánh lái.

- Ngoài ra, do có mô-tơ điện hỗ trợ nên tay lái khá nhẹ, rất dễ mất kiểm soát khi xe di chuyển nhanh. Do đó, ECU sẽ thu thập thêm thông tin về tốc độ xe từ cảm biến mô-men xoắn để điều chỉnh lực mô-tơ điện sao cho xe chạy càng nhanh thì vô lăng càng nặng, đảm bảo độ an toàn khi đánh lái.

c) Ưu, nhược điểm của hệ thống EPS

* Ưu điểm

Ưu điểm vượt trội của hệ thống trợ lực lái điện chính là khả năng hỗ trợ người lái tùy theo điều kiện vận hành. Nhờ kết nối với cảm biến tốc độ và cảm biến góc đánh lái mà ECU có thể tính toán chính xác để điều chỉnh lực vô lăng sao cho phù hợp nhất.

Mặt khác, hệ thống hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng từ mô-tơ điện chứ không phải từ động cơ như trợ lực dầu nên có thể tiết kiệm nhiên liệu hơn. Kích thước của hệ thống trợ lực điện cũng tương đối gọn nhẹ nên có thể tối ưu được không gian và trọng lượng của xe.

Trong một số trường hợp, trợ lực lái điện còn hỗ trợ cho một số hệ thống an toàn hay vận hành khác như cảnh báo chệch làn, đỗ xe tự động hay thay đổi làn đường…

* Nhược điểm

Nhược điểm của hệ thống này là khi bị lỗi thường phải thay thế cả hệ thống nên chi phí sửa chữa cao hơn so với loại trợ lực dầu. Ngoài ra, vì hệ thống trợ lực này giúp vô lăng trở nên quá nhẹ nên không mang lại cảm giác lái chân thực, nhất là khi lái ở chế độ off-road.

3. Hệ thống trợ lực lái điện - thủy lực

Hệ thống trợ lực lái điện - thủy lực (EHPS - Electro-hydraulic Power Steering) hay còn gọi là hệ thống trợ lực Hybrid, có cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự hệ thống trợ lực lái thủy lực, chỉ khác là áp suất dầu sẽ được dẫn động bởi mô-tơ điện thay vì năng lượng truyền động trực tiếp từ động cơ.

a) Cấu tạo hệ thống EHPS

Cấu tạo của hệ thống trợ lực Hybrid cũng tương tự như trợ lực thủy lực, chỉ lắp đặt thêm mô-tơ điện kết nối với các cảm biến và ECU để hỗ trợ dẫn động bằng mô-tơ điện.

b) Nguyên lý hoạt động của trợ lực lái điện - thủy lực

Về cơ bản, nguyên lý hoạt động của hệ thống này tương tự trợ lực lái thủy lực nhưng kết hợp với mô-tơ điện để đem lại khả năng điều chỉnh góc đánh lái linh hoạt hơn. Trong hệ thống EHPS, động cơ vẫn là nguồn cung cấp năng lượng chính, còn mô-tơ điện được dẫn động thông qua bộ điều khiển điện tử ECU. Nhờ đó, lực đẩy thanh răng sẽ được tính toán và điều chỉnh linh hoạt để đảm bảo độ nặng nhẹ của tay lái tùy theo điều kiện tải trọng và vận tốc của xe.

c) Ưu và nhược điểm của trợ lực lái điện - thủy lực

* Ưu điểm

EHPS là sự kết hợp nhằm tận dụng các lợi thế của hai hệ thống lái trợ lực điện và thủy lực. Do đó, EHPS sở hữu hai ưu điểm nổi bật nhất của 2 hệ thống này, đó là:

- Khả năng điều chỉnh lực quay vô lăng linh hoạt tùy theo điều kiện vận hành như tốc độ, tải trọng xe. Người dùng cũng có thể cài đặt các thông số khác như góc đánh lái, độ nhạy, tốc độ phản hồi vô lăng...

- Cảm giác lái chân thực giúp tài xế có trải nghiệm lái tốt hơn khi vận hành ở chế độ off-road hay điều kiện địa hình khó.

- Bơm trợ lực và mô-tơ điện chỉ truyền động áp suất dầu trong các tình huống nhất định. Do đó có thể tiết kiệm được nhiên liệu đến 20% so với trợ lực dầu.

* Nhược điểm

Một số nhược điểm của cả hai hệ thống lái trợ lực điện và thủy lực cũng đã được cải thiện đáng kể trên hệ thống trợ lực EHPS.

Trên đây là những thông tin về trợ lực lái ô tô và cách phân loại. Người sở hữu xe ô tô có thể tìm hiểu để biết cách thức chiếc xe của mình hoạt động và khi có sự cố hỏng hóc có thể chọn phụ tùng thay thế đúng kết cấu chiếc xe của mình.

Tags:,