Trong thời đại ngày nay khi công nghệ ô tô không ngừng phát triển, các nhà sản xuất ô tô luôn tìm kiếm những cách mới để đi nhanh hơn và tránh lãng phí mọi góc cua với độ chính xác đến micro giây. Ngoài ra, cũng có những công nghệ tưởng chừng đã cũ nhưng đang được tiếp cận theo một hướng mới và ngày càng trở nên quan trọng. Điển hình nhất là vectơ mô-men xoắn.
Vector mô-men xoắn là gì?
Khi xe đang đi thẳng, việc đạt được hiệu suất tốt thật dễ dàng: thêm sức mạnh, độ bám và tốc độ và bạn sẽ dễ dàng đạt được hiệu suất cao. Nhưng khi đường cong, mọi thứ trở nên phức tạp hơn một chút và đồng thời thú vị hơn.
Trên một đường thẳng, bánh xe ở hai bên ô tô quay với tốc độ như nhau. Nhưng khi rẽ, hai bên trái và phải của xe tạo thành hai vòng tròn song song có bán kính khác nhau. Vì các bánh xe bên ngoài di chuyển với bán kính lớn hơn nên chúng phải đi được quãng đường lớn hơn trong cùng thời gian, trong khi các bánh xe bên trong di chuyển được quãng đường ngắn hơn.
Để giải quyết vấn đề này, ô tô được trang bị bộ vi sai – thiết bị cơ khí cho phép các bánh xe trên cùng một trục quay độc lập với nhau với tốc độ độc lập. Bộ vi sai không chỉ có một loại mà còn được phát triển theo nhiều thiết kế khác nhau, một trong số đó là cơ sở cho công nghệ vectơ mô-men xoắn.
Nói một cách đơn giản, vectơ mô-men xoắn giúp xe có khả năng thay đổi lực kéo (mô-men xoắn) tác động lên mỗi bánh xe. Điều này cải thiện đáng kể độ chính xác khi vào cua. Các đặc tính lái của xe cũng có thể được thay đổi theo cách mà hiện tượng thiếu lái và thừa lái được chủ động tạo ra hoặc giảm thiểu hoàn toàn, nhằm mục đích tạo ra các cảm giác lái khác nhau như độ ổn định, an toàn hoặc căng thẳng, giúp xe trôi dễ dàng hơn.
Lịch sử của vectơ mô-men xoắn
Năm 1996, Honda và Mitsubishi cho ra mắt mẫu xe thể thao có hệ thống vectơ mô-men xoắn. Khái niệm về công nghệ này dựa trên các nguyên tắc cơ bản của vi sai tiêu chuẩn. Bộ vi sai vectơ mô-men xoắn thực hiện các nhiệm vụ cơ bản của bộ vi sai đồng thời truyền lực kéo độc lập giữa các bánh xe. Việc truyền mô-men xoắn này giúp cải thiện khả năng xử lý và lực kéo trong hầu hết mọi tình huống. Bộ vi sai vectơ mô-men xoắn ban đầu được sử dụng trong đua xe, với những chiếc xe đua của Mitsubishi là một trong những chiếc xe đầu tiên sử dụng công nghệ này.
Mẫu xe cao cấp nhất năm 1996 của Honda là Prelude thế hệ thứ năm, có bộ vi sai vectơ mô-men xoắn chủ động được gọi là Hệ thống truyền mô-men xoắn chủ động (ATTS) trên trục trước. Sau đó, công nghệ tương tự đã được quảng cáo ở nhiều thị trường với những tên gọi khác nhau, bao gồm Type S (Nhật Bản), VTi-S (Châu Âu) và Type SH (Bắc Mỹ). Về cơ bản, ATTS là một hộp số tự động nhỏ được kết nối với bộ vi sai, với bộ điều khiển điện tử kích hoạt ly hợp để thay đổi công suất mô-men xoắn giữa mỗi bánh dẫn động.
Vì Prelude là xe dẫn động cầu trước, động cơ đặt trước nên đương nhiên có xu hướng hạn chế nhược điểm này, giúp xe vận hành an toàn hơn. Dựa trên điều này, vào năm 2004, Honda đã phát triển hệ thống này thành một phần quan trọng của hệ thống Dẫn động bốn bánh siêu xử lý (SH-AWD), giúp cải thiện khả năng xử lý thông qua việc tăng lực kéo được truyền đến các bánh xe bên ngoài các góc cua.
Đồng thời, Mitsubishi Lancer Evolution IV GSR 1996 cũng được trang bị hệ thống Active Yaw Control (AYC) tương tự. AYC được gắn trên bánh sau và chống lại hiện tượng thiếu lái thông qua một loạt bộ ly hợp được điều khiển. Điều khiển điện tử giúp kiểm soát đầu ra mô-men xoắn. Hiện tại, các mẫu xe bình dân của Mitsubishi như Xpander hay Xforce cũng được trang bị AYC nhưng là phiên bản “rút gọn” đơn giản hơn để phù hợp với phân khúc phổ thông của họ.
Thuật ngữ “vectơ mô-men xoắn” lần đầu tiên được sử dụng vào năm 2006 bởi công ty Ricardo trong đăng ký SAE 2006-01-0818 liên quan đến công nghệ định vị của nó. Kể từ đó, nó đã trở thành một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô. Có nhiều cách để quản lý và thực hiện cơ chế vectơ mô-men xoắn, trong đó có bốn phương pháp chính, mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng cũng như mức độ hiệu quả khác nhau.
Vectơ mô-men xoắn thông qua vi sai
Đây là dạng vectơ mô-men xoắn nguyên thủy nhất và sớm nhất và là phương pháp phổ biến nhất trên xe thể thao hiệu suất cao nếu nhà sản xuất không bị ràng buộc bởi chi phí thực hiện. Phương pháp ứng dụng là trang bị cho xe một bộ vi sai hạn chế trượt. Loại vi sai này phát hiện khi một bánh xe có dấu hiệu mất độ bám và truyền lực kéo nhiều hơn sang bánh xe kia trên cùng trục, thường là bánh xe ở phía ngoài góc cua. Điều này đảm bảo độ bám đường và giảm thiểu hiệu ứng understeer cũng như hiện tượng “xoắn lái” (bánh trước có thể bị kéo sang một bên khi tăng tốc), đặc biệt trên các xe dẫn động cầu trước.
Trong những năm gần đây, vi sai hạn chế trượt ngày càng trở nên phổ biến. Đối với xe dẫn động cầu sau và dẫn động bốn bánh AWD, loại vi sai này đã được phát triển hơn nữa với khả năng nhận dữ liệu về tốc độ bánh xe, độ lệch và góc nghiêng. Từ đó, máy tính xác định cách phân bổ lực kéo đến từng bánh xe riêng lẻ. Bằng cách tăng tốc các bánh xe ở bên ngoài góc cua, chiếc xe mang lại khả năng đánh lái chính xác hơn trong góc cua và ít bị thiếu lái hơn. Bộ vi sai loại này có thể được tìm thấy trên các mẫu xe RS của Audi hoặc trên các xe có bộ vi sai chủ động M của BMW.
Điều hướng mô-men xoắn thông qua phanh
Biến thể của công nghệ vectơ mô-men xoắn này gần đây ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt là ở những chiếc xe hiệu suất cao dẫn động cầu trước vì bánh dẫn động của chúng phải hấp thụ mô-men xoắn với lượng xoắn lớn và dẫn hướng vừa phải. Trong trường hợp này, bộ vi sai giới hạn trượt hoạt động không tối ưu.
Các mẫu xe như Mercedes-AMG CLA 45 hay Volkswagen Golf GTI đều được trang bị hệ thống vectơ mô-men xoắn với hệ thống phanh tác dụng thêm lực phanh lên bánh trong khi vào cua. Việc giảm tốc độ quay theo cách này có tác dụng tương tự như việc sử dụng bộ vi sai để tăng tốc độ quay của các bánh xe ở phía ngoài góc cua, giúp cảm giác lái chính xác hơn đáng kể.
Tuy nhiên, vectơ mô-men xoắn bằng phanh có một số nhược điểm. Thứ nhất, nguyên lý của nó khá kỳ lạ, vì nó hứa hẹn sẽ cải thiện khả năng tăng tốc thông qua việc sử dụng phanh, điều này dường như hoàn toàn trái ngược nhau. Tuy nhiên, ít nhất nó đã được chứng minh là một cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí để phổ biến công nghệ vectơ mô-men xoắn vào các phương tiện phổ thông.
Nhược điểm thứ hai là nghiêm trọng: phanh hệ thống quá mạnh có thể dễ gây hư hỏng, điều này cũng có thể xảy ra ở tốc độ cao. Hệ thống phanh nóng lên rất nhanh và có thể mất tác dụng, đặc biệt khi người lái xe đang “say mê” tận hưởng chiếc xe của mình, tiềm ẩn nguy cơ xảy ra tai nạn.
Vì vậy, có thể thấy, vectơ mô-men xoắn bằng phanh là giải pháp ngắn hạn không thể đáp ứng được nhu cầu của những người muốn giải phóng 100% tiềm năng của xe bằng sự ổn định và tin cậy.
Điều hướng mô-men xoắn thông qua ly hợp trên bộ vi sai
Các hệ thống vectơ mô-men xoắn dựa trên vi sai và phanh truyền thống đã xuất hiện được một thời gian, nhưng chỉ gần đây, biến thể vectơ mô-men xoắn vi sai dựa trên ly hợp mới xuất hiện trên thị trường. GKN Drivelines là công ty tiên phong trong việc phát triển các loại hệ thống này, cung cấp cấu hình dẫn động bốn bánh cho các loại xe như Ford Focus RS hay Buick Regal GS. Chúng có bộ vi sai cầu sau độc đáo với bộ ly hợp tích hợp ở cả hai bên của trục dẫn động có thể gài và nhả từng bánh sau để điều chỉnh lực kéo được truyền tới từng bánh riêng lẻ.
Không giống như các hệ thống dựa trên vi sai truyền thống, hệ thống vectơ mô-men xoắn mới hơn này điều chỉnh mô-men xoắn một cách độc lập và rất hiệu quả, cải thiện khả năng xử lý. Tất nhiên, còn có những ưu điểm khác, chẳng hạn như “chế độ drift” của Focus RS. Ở chế độ này, bộ vi sai ly hợp được sử dụng để phân bổ 70% mômen xoắn theo tỷ lệ phân chia cố định cho bánh sau ở phía ngoài góc cua khiến bánh đó quay nhanh hơn nhiều so với bánh trong, từ đó mất khả năng chuyển số. vectơ mô-men xoắn truyền thống để vượt có chủ ý tạo ra hiện tượng vượt lái.
Về lý thuyết, hệ thống này mở ra nhiều cơ hội hơn cho các nhà sản xuất ô tô trong việc tùy chỉnh cơ cấu vận hành của công nghệ vectơ mô-men xoắn, cho phép mỗi chiếc xe vận hành theo định vị phân khúc của mình. Những hệ thống như vậy đặc biệt ấn tượng khi được sử dụng trên những chiếc xe thể thao hiệu suất cao do tính linh hoạt của chúng.
Vectơ mômen điện
Giờ đây, chúng ta có một phiên bản vectơ mô-men xoắn thế hệ mới chắc chắn sẽ ngày càng trở nên phổ biến khi thế giới ô tô hướng tới một tương lai hoàn toàn bằng điện. Ở trạng thái vận hành đơn giản nhất, vectơ mô-men xoắn điện xảy ra khi hai động cơ điện được đặt trên cùng một trục dẫn động, nghĩa là mỗi bánh xe trên trục đó được trang bị động cơ điện riêng, cho phép chúng được cấp nguồn độc lập với nhau. Điều này cho phép điều khiển vectơ mô-men xoắn thực sự vì mỗi bánh xe được điều khiển, dẫn động và điều chỉnh riêng lẻ và mỗi bánh xe có thể nhận tới 100% mô-men xoắn hiện có.
Ngoài ra, việc đảo ngược cực của động cơ điện có thể tạo ra “mô-men xoắn âm”, không chỉ làm bánh xe chậm lại mà còn quay theo hướng ngược lại với bánh xe ở phía đối diện. Điều này thực tế đã từng xảy ra với siêu xe Acura NSX. Nó vừa cải thiện khả năng xử lý ở tốc độ cao, vừa giúp người lái thực hiện các thao tác di chuyển trong không gian chật hẹp và ở tốc độ thấp dễ dàng hơn.
Về mặt lý thuyết, việc xoay cơ thể có thể được thực hiện tại chỗ. Tuy nhiên, các hệ thống này đòi hỏi sự phức tạp của việc thêm một động cơ điện, khối lượng liên quan và một số nhược điểm tiềm ẩn về công suất đầu ra và bề mặt có độ bám dính thấp. Nếu không có chức năng khóa, việc lái bánh xe trên bề mặt trơn trượt sẽ trở nên khó khăn.
Ngoài ra còn có hạn chế là một bánh xe chỉ có thể sử dụng lực kéo cực đại của động cơ điện được gán cho nó chứ không phải toàn bộ mô-men xoắn kết hợp. GKN đã phát triển một hệ thống kết hợp các nguyên tắc vectơ mô-men xoắn điện với hệ thống dựa trên ly hợp, cho phép sử dụng một động cơ đơn, lớn hơn, công suất cao hơn để dẫn động các bánh xe thông qua hệ thống ly hợp kép. Mô-men xoắn có thể được phân bổ sang trái hoặc phải, mỗi bánh xe có thể hấp thụ tới 100% tổng mô-men xoắn của toàn bộ hệ thống.
tổng hợp
