Hệ thống lái ô tô là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hệ thống lái ô tô không chỉ giữ cho xe chuyển động mượt mà trên đường, mà còn chịu trách nhiệm thay đổi hướng đi. Nhờ vào những tiến bộ trong công nghệ, hệ thống ngày càng trở nên linh hoạt và tiên tiến, đáp ứng nhiều nhu cầu của người lái.

Hệ thống này bao gồm nhiều thành phần và bộ phận khác nhau, được kết nối và hoạt động nhịp nhàng để thực hiện nhiệm vụ của mình. Thông tin mà tôi tổng hợp dưới đây sẽ trình bày chi tiết về chúng.

Ở bài viết này, tôi sẽ trình bày tất tần tật về hệ thống lái ô tô, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các loại hệ thống lái được trang bị hiện nay, những lợi ích cũng như lưu ý khi sử dụng trang bị.

1Hệ thống lái ô tô là gì?

Hệ thống lái ô tô là một trong những hệ thống quan trọng nhất của xe hơi, có nhiệm vụ điều khiển hướng chuyển động của ô tô, giúp xe di chuyển theo quỹ đạo nhất định hoặc thay đổi hướng di chuyển theo ý muốn của người điều khiển.

Hệ thống lái ô tô ra đời vào những năm 70 của thế kỷ XIX và nhanh chóng trở thành một trong những hệ thống quan trọng nhất của ô tô. Theo thời gian, hệ thống này không ngừng được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng.

2Cấu tạo của hệ thống lái của xe ô tô

Hệ thống lái ô tô được cấu tạo khá phức tạp nhưng bao gồm các thành phần chính có thể kể đến ở đây như:

• Dẫn động lái: là bộ phận truyền chuyển động từ hộp số lái đến hai cơ cấu lái của hai bánh xe. Khi quay, bộ phận này phải đảm bảo rằng các bánh xe dẫn hướng quay với tốc độ và góc quay tương ứng và được thực hiện nhờ kết cấu hình thang lái. Đây cầu nối giữa tài xế và hệ thống lái, giúp người lái điều khiển xe một cách dễ dàng và an toàn. Bộ phận này bao gồm các chi tiết chính là vô lăng, trụ lái, các thanh dẫn động và khớp liên kết.
• Cơ cấu lái: có nhiệm vụ điều khiển các đòn xoay trong cơ cấu động học hình thang lái, nhằm mục đích đảm bảo bánh xe chuyển động theo đúng nguyên tắc Ackerman, giúp xe di chuyển ổn định và an toàn. Hiện nay, có hai loại cơ cấu lái phổ biến trên ô tô, đó là cơ cấu lái trục vít - thanh răng và cơ cấu lái loại bi tuần hoàn.
• Trợ lực lái: sử dụng thiết bị thủy lực hoặc điện hỗ trợ lực quay của vô lăng, hỗ trợ giảm bớt lực cần thiết để đánh lái. Giúp người điều khiển xoay vô lăng nhẹ nhàng hơn nhờ bổ sung thêm lực cần thiết.
• Vành tay lái: là cầu nối giữa người lái và hệ thống lái, có nhiệm vụ nhận mô men quay của người điều khiển sau đó truyền lực đến trục lái. Ngoài các chức năng chính, vô lăng còn được tích hợp một số tính năng khác như còi, túi khí, công tắc chủ,...
• Trụ lái: Bao gồm hai phần chính là trục lái chính và ống đỡ. Trục lái chính là một trục thép dài, có đầu côn và răng cưa với vành vô lăng, giúp truyền chuyển động từ vô lăng đến trục lái .Ống đỡ là một ống thép ngắn, có nhiệm vụ cố định trục lái vào thân xe bằng các bu lông và đai ốc.

3Nguyên lý hoạt động của các hệ thống lái ô tô

Cơ chế hoạt động của hệ thống lái được phân vùng theo các vị trí khác nhau, bao gồm:

#1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái tại vị trí cơ cấu bánh răng – thanh răng

Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng có cấu tạo đơn giản, bánh răng được gắn trực tiếp vào trục lái chính, khi người lái xoay vô lăng bánh răng sẽ quay. Thanh răng được gắn trên một ống kim loại khác, khi đó thanh sẽ trượt dọc theo răng của bánh răng. Chuyển động quay của bánh răng sẽ được chuyển thành chuyển động thẳng của thanh răng và tiếp theo sẽ được truyền đến các bánh xe dẫn hướng, đồng thời giảm tốc và tăng lực đổi hướng bánh xe, giúp người lái dễ dàng điều khiển xe.

#2. Nguyên lý hoạt động của bơm thủy lực

Bơm thủy lực có cấu tạo đơn giản chỉ với các cánh gạt nhưng lại có thể giúp hệ thống hoạt động hiệu quả và giúp giảm lực cần thiết để xoay vô lăng. Khi động cơ hoạt động, mô men động cơ sẽ được truyền đến bơm thủy lực thông qua puli và đai. Mô men động cơ với nhiều cánh sẽ giúp bơm thủy lực hoạt động tốt hơn trong các rãnh roto.

Khi roto quay, lực ly tâm sẽ tác động lên các cánh gạt, khiến các cánh gạt này bị bật giá và vây kín vào ô van. Lúc này, dầu thủy lực sẽ bị kéo xuống nơi có suất thấp hơn và ra ở nơi có áp suất cao. Dầu thủy lực này sẽ được truyền đến xi lanh thủy lực, tạo ra lực hỗ trợ cho người lái khi xoay vô lăng.

#3. Nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện trong tương lai

Trong hệ thống lái điện, vòng tay lái sẽ hoạt động như một thiết bị điều khiển. Hệ thống tự động xoay vô lăng để ra lệnh cho hệ thống lái điện điều khiển các bánh xe. Ngoài ra còn thông báo cho người lái về những điều mà xe tác động đến. Đầu ra của hệ thống lái điện sẽ được truyền đến hệ thống lái cơ giới hóa, việc này sẽ giúp cải thiện không gian khoang động cơ, từ đó giảm tiếng ồn trong khoang cabin..Trong tương lai, hệ thống trợ lực lái điện dự kiến sẽ được sử dụng rộng rãi, thay thế cho hệ thống trợ lực lái thủy lực vốn có.

#4. Nguyên lý hoạt động của bánh răng - thanh răng khi có trợ lực lái

Cơ cấu bánh răng-thanh răng có trợ lực tay lái ô tô hoạt động dựa trên nguyên lý tạo lực hỗ trợ cho người lái khi xoay vô lăng. Ở hệ thống này, bánh răng được thiết kế với một xi lanh và một piston ở giữa. Thanh răng và piston được nối trực tiếp với nhau, xung quanh piston là hai đường dẫn chất lỏng.

♦ Cơ cấu bánh răng và thanh răng có trợ lực: Khi người lái xoay vô lăng, bánh răng lái sẽ quay và tác động lên piston của xi lanh thủy lực. Piston sẽ di chuyển và đẩy dầu thủy lực vào đường ống dẫn. Dầu thủy lực sẽ truyền lực đến piston của xi lanh lái, khiến thanh răng di chuyển. Thanh răng sẽ tác động lên bánh răng dẫn hướng, giúp xe chuyển hướng.

♦ Cơ cấu trục vít - bánh vít (recirculating ball): Đây là loại cơ cấu lái được sử dụng phổ biến trên các loại xe SUV và xe tải. Cơ cấu này có cấu tạo khác biệt so với cơ cấu lái bánh răng - thanh răng, cụ thể là bộ điều khiển trung tâm ECU sẽ trực tiếp quay theo khi người lái xoay vô lăng.

ECU có hình dạng ren, khi quay sẽ hoạt động sâu vào trong khối kim loại. Sự chuyển động này sẽ khiến khối kim loại và bánh vít ăn khớp với nhau, kéo theo cánh tay đòn tác động lên bánh xe, làm cho bánh xe chuyển hướng.

4Các loại hệ thống lái ô tô

Công nghệ ngày càng tiên tiến, đi kèm với đó là ngành công nghiệp ô tô cũng phát triển, đem đến nhiều trang thiết bị và hệ thống hỗ trợ người lái, nâng cao trải nghiệm người dùng. Bên cạnh đó, hiện nay cũng cho ra đời những loại hệ thống lái ô tô khác nhau, bao gồm:

#1. Hệ thống lái trợ lực điện tử EPS

Hệ thống lái trợ lực điện EPS là một hệ thống giúp người lái điều khiển tay lái dễ dàng hơn, bằng cách tạo ra lực bổ trợ tác dụng lên cơ cấu dẫn động lái, giúp giảm bớt lực cần thiết để xoay vô lăng. Nhờ đó, việc đánh lái, di chuyển ở tốc độ thấp hay rẽ góc 90 độ sẽ trở nên nhẹ nhàng, đơn giản và mượt mà.

Hệ thống hoạt động dựa vào cảm biến mô men đặt ở cụm trợ lực lái, cung cấp thông tin về lực cản từ mặt đường cho ECU của hệ thống EPS. ECU sẽ sử dụng thông tin này để điều khiển mô tơ điện, từ đó điều chỉnh tỷ lệ trợ lực phù hợp với tốc độ của xe.

#2. Hệ thống trợ lực lái thủy lực HPS

Hệ thống trợ lực lái thủy lực HPS được tạo ra nhằm hỗ trợ người lái trong quá trình điều khiển xe dễ dàng hơn nhờ cải tiến hệ thống cơ khí, áp suất dầu được truyền từ vô lăng đến các bánh xe, làm giảm bớt lực khi xoay vô lăng.

#3. Hệ thống lái chủ động AFS

Hoạt động dựa trên phân tích dựa trên việc phân tích sự biến đổi của hướng chuyển động thực tế của xe khi di chuyển ở các tốc độ và điều kiện đường khác nhau. Hướng chuyển động của xe khi di chuyển ở tốc độ thấp sẽ phụ thuộc vào góc đánh lái.

Hệ thống này hoạt động dựa trên thông tin thu thập từ các cảm biến, kết hợp chúng với dữ liệu về vận tốc và góc đánh lái. Những thông tin này sau đó được truyền đến hộp điều khiển và từ đó, hộp quyết định tỷ lệ truyền động tại bộ chấp hành. Bộ trợ lực có thể được đặt cố định trên trục lái, thước lái hay song song với thước lái, được gắn thêm ở giảm tốc.

#4. Hệ thống lái điện tử SBW

Hệ thống lái điện tử SBW (Steer-by-wire) được chia thành hai hệ thống là SBW độc lập và SBW tích hợp, chúng đều có khả năng tạo ra lực lái nhằm mục đích quay vành năng lượng và chuyển động theo điều khiển người lái.

Hệ thống lái SBW độc lập có cấu tạo phức tạp hơn, với mỗi bánh xe được bố trí một động cơ điều khiển riêng, giúp cho hệ thống có khả năng điều khiển chính xác hơn. Hệ thống lái Steer-by-wire tích hợp có cấu tạo đơn giản hơn, với hai bánh dẫn hướng được liên kết với nhau qua hình thang lái.

5Những lợi ích mà hệ thống lái ô tô mang lại

Nhờ có cấu tạo bài bản mà hệ thống lái giúp người điều khiển dễ dàng kiểm soát và điều khiển xe, từ đó giảm thiểu nguy cơ xảy ra tai nạn.

Hệ thống lái giúp giảm thiểu lực cần thiết để xoay vô lăng, từ đó người điều khiển khi lái xe có thể thoải mái hơn, giảm bớt áp lực điều khiển, đặc biệt là trong điều kiện đường trơn trượt hoặc khi phải di chuyển ở tốc độ cao.

Hệ thống lái giúp xe di chuyển ổn định và chính xác hơn trên các đoạn đường, từ đó giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu hao mòn lốp xe.

Trang bị nâng cao trải nghiệm người dùng trên mọi cung đường và ở nhiều dải tốc độ, nhờ việc đánh lái trở nên nhẹ nhàng, linh hoạt, có thể đáp ứng nhiều nhu cầu của khách hàng.

Ngày nay tùy thuộc vào các nhãn hàng, dòng xe hay giá xe mà hệ thống lái có thể được trang bị khác nhau, như giá xe Hyundai chênh lệch nhiều thì hệ thống lái khác, hay dòng xe Hyundai Creta sẽ có trang bị lái khác với dòng xe Vinfast V8,...

6Những lưu ý khi sử dụng hệ thống lái ô tô

Để hiểu hơn về hệ thống lái trên ô tô của mình, người dùng có thể đọc sách hướng dẫn để biết rõ về nó, cũng như cách hoạt động, bảo dưỡng cho phù hợp.

Hệ thống lái là một hệ thống quan trọng, cần được bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo hoạt động tốt. Kiểm tra hệ thống lái định kỳ sẽ giúp phát hiện sớm các hư hỏng và khắc phục kịp thời, tránh gây nguy hiểm khi lái xe.

Nhiều xe hiện đại có những hệ thống lái tiên tiến nhưng chỉ mang tính hỗ trợ người điều khiển, vì thế mà người dùng không nên quá phụ thuộc và chủ quan mà cần luôn chú ý quan sát và tập trung lái xe.

Việc người điều khiển chủ quan, hau đánh lái quá gấp sẽ khiến xe mất ổn định và có thể gây ra tai nạn. Vì vậy để đảm bảo an toàn cho bản thân và những người xung quanh, bác tài khi lái xe cần đánh lái một cách từ từ và nhẹ nhàng.

Lốp xe mòn hay gặp vấn đề sẽ khiến xe mất độ bám đường và khó điều khiển. Vì thế, chủ xe nên thay lốp xe mới khi lốp xe đã mòn quá mức cho phép, cũng như thường xuyên kiểm tra áp suất lốp.

Tóm lại, hệ thống lái ô tô đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều hướng xe di chuyển. Hệ thống ngày càng được cải tiến và nâng cấp nhằm đáp ứng tối đa nhu cầu vận hành, mang lại trải nghiệm lái xe tuyệt vời và đảm bảo an toàn cho hành khách trên mọi hành trình.

7Những câu hỏi thường gặp

Dưới đây là những câu hỏi thường gặp về chủ đề “Hệ thống lái của xe ô tô” mà nhiều chủ xe và tài xế có thể quan tâm và theo dõi.