(News.oto-hui.com) – Hệ thống lái là một phần không thể thiếu trên ô tô, nó giúp người lái dễ dàng điều khiển hướng đi của phương tiện theo ý muốn của mình. Vì vậy cho dù là xe sử dụng động cơ đốt trong hay xe điện, công nghệ áp dụng cho hệ thống lái là một hướng phát triển quan trọng của các nhà sản xuất. Công nghệ đánh lái 4 bánh (Four-Wheel Steering) đang là tương lai của công nghệ điều khiển ô tô.
1. Yêu cầu đến từ thực tiễn:
Phương tiện giao thông đang ngày càng trở nên to lớn, phức tạp và nặng nề hơn, và nguyên nhân chủ yếu có thể kể đến là để đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn (chống lật xe, tăng cường vật liệu bền vững,…). Ngoài ra pin và hệ thống điện ngày càng phát triển cũng là nguyên nhân gây ra sự tăng lên về trọng lượng của xe. Vì lý do này, khả năng điều khiển của người lái đối với xe kém đi cùng với sự tăng kích thước xe.
Việc tăng kích thước, khối lượng sẽ làm thời gian đánh lái lâu hơn rất nhiều, gây ra nguy hiểm cho cả người lái lẫn các phương tiện xung quanh. Tuy nhiên vì để đảm bảo yêu cầu của xe các nhà sản xuất buộc phải thay đổi hệ thống lái truyền thống, giúp một chiếc xe có khối lượng lớn vẫn có được sự linh hoạt. Đánh lái 4 bánh xe nổi lên như là một công nghệ giúp giải quyết triệt để vấn đề này.
2. Nguyên lý hoạt động của công nghệ đánh lái 4 bánh/ Four-Wheel Steering:
Đánh lái 4 bánh xe là cơ cấu điều khiển bánh xe cầu sau quay theo hướng song song hoặc ngược lại với bánh trước khi người dùng đánh lái, giúp cho xe tăng độ linh hoạt ở cả tốc độ thấp và tốc độ cao. Đến thời điểm hiện tại có thể phân ra nhiều loại hệ thống đánh lái 4 bánh xe, nhưng tất cả đều được phát triển từ hệ thống sử dụng thủy lực hoặc điện để thay đổi độ chụm bánh sau. “Độ chụm” là thuật ngữ chỉ góc nghiêng dọc của bánh xe, có thể chia làm độ chụm âm và độ chụm dương.
Thông thường, độ chụm dùng cho bánh xe cầu trước, độ chụm dương ảnh hưởng đến độ ổn định ở tốc độ cao còn độ chụm âm ảnh hưởng đến tính linh hoạt ở tốc độ thấp. Trong hệ thống lái bánh sau, các bánh xe được quay song song sang trái hoặc phải, sao cho chúng hướng về cùng một hướng. Điều này trái ngược với cách độ chụm hoạt động ở bánh trước.
Mỗi hệ thống của những hãng khác nhau có những đặc điểm riêng biệt nhưng đều có điểm chung trong chuyển động của bánh sau. Khi đánh lái xe ở tốc độ thấp, bánh xe trước quay theo hướng đánh lái còn bánh xe sau quay theo hướng ngược lại, làm giảm bán kính quay vòng của xe, giúp cho việc đánh lái diễn ra nhanh chóng và dễ dàng hơn.
Khi đánh lái xe ở tốc độ cao hơn, bánh trước và bánh sau cùng quay theo một hướng để tăng độ ổn định ở tốc độ cao. Đối với các xe có trọng lượng và kích thước lớn, đánh lái 4 bánh xe mang đến khả năng làm việc hiệu quả hơn so với việc chỉ đánh lái bằng bánh trước.
Cụ thể hơn, ví dụ như tài xế đánh lái sang trái, 2 bánh dẫn hướng sẽ quay sang hướng mà lái xe muốn, giúp định hướng hướng di chuyển cho xe. Khi xe đang đi với vận tốc thấp, 2 bánh sau xe xoay sang bên phải, giúp đuôi xe di chuyển sang phía bên phải. Việc đầu xe hướng về bên trái, đuôi xe xoay sang phải sẽ khiến xe có xu hướng xoay tròn sang trái, giúp bán kính vòng quay khi này sẽ là ngắn nhất.
Khi xe đang đi với vận tốc cao, bánh trước và bánh sau đều hướng sang trái, toàn thân xe có xu hướng di chuyển sang bên trái, giúp tránh hiện tượng trượt lết khi quay vòng ở tốc độ cao. Từ đó giúp xe ổn định hơn.
3. Các hãng xe áp dụng công nghệ đánh lái 4 bánh như thế nào
Mỗi nhà sản xuất khác nhau có những phương pháp khác nhau để đạt được mục đích đánh lái cho bánh sau. Một số chỉ dựa trên các hệ thống thuần cơ khí như HICAS (High-Capacity Actively Controlled Steering) của Nissan; 4WS trên Honda Prelude Si. Trong khi đó, đa số các nhà sản xuất đều hướng đến việc sử dụng hệ thống cơ điện tử thông minh, ví dụ như Dynamic All-Wheel Steering System của Audi, Rear Axle’s Steering của Porsche hay Active Kinematics Control được cung cấp bởi ZF cho các nhà sản xuất Ferrari và Cadillac.
So với hệ thống kiểu thuần cơ khí, công nghệ đánh lái 4 bánh xe kiểu cơ điện tử tiên tiến hơn và được sử dụng phổ biến hơn ở thời điểm hiện tại. Hệ thống này được điều khiển bằng ECU và rất nhiều cảm biến được bố trí dọc theo đường truyền động, làm cho khả năng điều khiển các góc, vị trí của bánh xe có độ chính xác cao hơn rất nhiều so với hệ thống cơ khí. Góc đánh lái bánh sau thường được thiết kế nằm trong khoảng 1 – 15 độ.
a. Nissan GT-R HICAS
HICAS của Nissan được biết đến nhờ có mặt trên dòng xe Skyline GT-R, tuy nhiên đây không phải là lần đầu tiên công nghệ này được áp dụng. Được ra mắt lần đầu năm 1985, hệ thống này được áp dụng thực tế lần đầu lên chiếc Nissan GTS 1986.
Nissan giải thích cách thức hoạt động của HICAS như sau: Các phiên bản đời đầu của HICAS sử dụng hệ thống thủy lực để đánh lái bánh xe cầu sau. Hệ thống này chứa dầu được bơm từ bơm trợ lực lái và sử dụng cảm biến tốc độ để xác định hướng quay và góc quay của bánh xe. Các phiên bản sau này với tên gọi Super HICAS sử dụng cơ cấu chấp hành điện cho thước lái cầu sau, điều này làm giảm bớt trọng lượng của hệ thống.
Super HICAS nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ và cảm biến góc đánh lái qua bộ xử lý của hệ thống để xác định tốc độ đánh lái, từ đó điều chỉnh góc đánh lái sao cho phù hợp với điều kiện làm việc. Giới hạn góc đánh lái bánh xe sau của HICAS và Super HICAS là 1 độ đối với cả 2 phía.
Không chỉ dòng Skyline, các mẫu 300ZX, 180SX, and 240SX của thế hệ Nissan Z32 cũng như M35, M45, Q45, Q37 của Infiniti đều được trang bị HICAS và Super HICAS.
b. Honda Prelude Si 4WS
Honda bắt đầu nghiên cứu và phát triển hệ thống lái 4 bánh cho Prelude từ năm 1977 và tạo ra hệ thống lái 4 bánh phụ thuộc góc đánh lái. Đây là một hệ thống thuần cơ khí với 2 hộp giảm tốc cơ cấu lái, một ở cầu trước và một ở cầu sau, cùng một trục dẫn động kết nối chúng lại với nhau.
Khi người lái quay vô lăng, cơ cấu bánh răng – thanh răng trong hộp giảm tốc cơ cấu lái trước làm cho thanh răng chuyển động sang ngang. Thanh răng làm cho bánh xe trước quay và cùng lúc đó nó dẫn động cho một cơ cấu bánh răng – thanh răng khác đặt trong hộp giảm tốc cơ cấu lái, làm quay một bánh răng dẫn động ra ngoài (Eccentric shaft).
Thông qua cơ cấu bánh răng hành tinh – bánh răng mặt trời, chuyển động quay được chuyển thành chuyển động tịnh tiến của ống dẫn, làm thay đổi độ chụm của bánh sau. Cơ cấu bánh răng hành tinh – bánh răng mặt trời được thiết kế sao cho khi vô lăng quay chưa quá 140 độ tính từ vị trí đi thẳng, thanh này dịch chuyển theo hướng làm cho bánh sau quay cùng hướng với bánh trước.
Khi quay vô lăng vượt qua giá trị này, thanh này dịch chuyển chậm dần và cuối cùng là chuyển động theo hướng ngược lại, tức là làm bánh sau ngược hướng với bánh trước.
c. Mitsubishi 3000GT VR-4/GTO:
Nhắc tới Mitsubishi 3000GT VR-4, chúng ta nghĩ ngay đến một thế lực ở Mỹ. Nhưng nếu nói về dòng GTO dành riêng cho thị trường Nhật Bản, có thể nghĩ đến mẫu khởi nguồn Galant VR-4 và sự ra đời của hệ thống Dynamic Four của Mitsubishi.
Không giống như các hệ thống lái 4 bánh khác được nhắc tới trong bài, Dynamic Four của Mitsubishi không phải là một hệ thống hoạt động tách biệt mà nó là tổ hợp bao gồm hệ thống dẫn động 4 bánh, hệ thống lái 4 bánh, hệ thống treo 4 bánh độc lập và hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) cho cả 4 bánh. Bốn hệ thống này phần nào giải thích cho tên gọi Dynamic Four.
Hệ thống lái 4 bánh của Mitsubishi sử dụng hoàn toàn hệ thống thủy lực có khả năng cảm nhận tốc độ xe và lực đánh lái để cải thiện khả năng phản hồi lái trong dải tốc độ từ trung bình đến cao. Thông qua áp suất thủy lực tới các khớp tay đòn của hệ thống treo, bánh sau có thể quay khoảng 1,5 độ mỗi bên, tuy nhiên góc quay còn phụ thuộc vào lực đánh lái và vận tốc xe phải lớn hơn 50 km/h.
Cơ cấu chấp hành thủy lực được gắn vào khớp trung gian ở cuối của tay đòn. Cơ cấu chấp hành được điều khiển bởi bơm ở bánh xe sau, bơm này được liên kết với mạch thủy lực của bộ trợ lực lái bánh trước nên góc đánh lái bánh sau sẽ tỉ lệ với mức độ đánh lái của bánh trước. Góc quay bánh sau cũng tỉ lệ với tốc độ của xe vì lượng dầu được cung cấp bởi bơm dầu tương ứng tốc độ vòng quay của bánh sau.
Sau này, một số hệ thống trên Dynamic Four đã trở thành một hệ thống mới tên là Super All-Wheel Control (S-AWC), chỉ ngoại trừ hệ thống lái 4 bánh. Công nghệ này được áp dụng ngay trên mẫu Mitsubishi Lancer Evolution, hậu duệ của Galant VR-4, hay cả trên mẫu Pajero Evo.
d. General Motors Quadrasteer:
Trong danh sách này, Quadrasteer có thể được coi là đặc biệt hơn cả vì đây là loại đầu tiên áp dụng lên xe bán tải cỡ lớn. Một điều không may cho GM là công nghệ này đã không trụ lại được quá lâu.
Năm 2002, General Motors đã vượt lên dẫn đầu ngành công nghiệp xe bán tải bằng cách cho ra mắt lần đầu một chiếc xe bán tải cỡ lớn được trang bị công nghệ đánh lái 4 bánh Quadrasteer. Mẫu GMC Sierra Denali ra mắt vào quý 4 năm 2002 sẽ là mẫu xe đầu tiên được áp dụng công nghệ này.
Quadrasteer đánh dấu một dấu mốc mới trong điều khiển xe bán tải cỡ lớn, nó gồm một hệ thống cơ điện tử có tác dụng làm quay bánh sau lên tới 12 độ so với bánh trước, đem lại tính linh hoạt chưa từng có ở tốc độ thấp và tính ổn định ở tốc độ cao.
Không giống các hệ thống lái 4 bánh khác, Quadrasteer cho phép người lái lựa chọn giữa đánh lái 2 bánh thông thường và đánh lái 4 bánh, sử dụng 1 cầu hoặc 2 cầu chủ động thông qua nút bấm trên bảng điều khiển.
Quadrasteer hoạt động bằng cách nhận biết ý định của người lái thông qua cảm biến vị trí vô lăng. Thông tin được đưa đến bộ vi xử lý để quyết định góc quay thích hợp thông qua các thông số đầu vào như góc lái và tốc độ xe. Sau đó bộ vi xử lý đưa thông tin đến một động cơ điện để đánh lái qua cụm bánh răng hành tinh. Nếu có lỗi xảy ra, cơ cấu an toàn của Quadrasteer sẽ trở về hệ thống lái 2 bánh thông thường.
Dù hệ thống lái 4 bánh trên xe bán tải đem lại các lợi ích không nhỏ, GM đã quyết định hủy bỏ Quadrasteer sau năm 2005. Chỉ có mẫu các GMC Sierra, Siera Denali và Yukon cùng với Chevrolet Silverado và Suburban được trang bị Quadrasteer. Những mẫu này có giá 5600 đô ở thời điểm ra mắt nhưng sau này đã bị giảm xuống còn 1000 đô kể cả trước khi Quadrasteer bị loại bỏ. Nguyên nhân chủ yếu do giá thành cao so với một chiếc xe tải và những hư hỏng trên hệ thống khá khó để sửa chữa.
Nhìn chung tuy tên gọi có khác nhau nhưng nguyên lý cơ bản của công nghệ đánh lái 4 bánh vẫn được giữ nguyên, sau đây là tên gọi của công nghệ đánh lái 4 bánh đến từ những hãng xe nổi tiếng:
- Cadillac: Active Rear Steering
- GMC: Crab Walk
- Lamborghini: Lamborghini Rear-wheel Steering
- Mercedes-Benz: Rear-Axle Steering
- Acura: P-AWS (Precision All-Wheel Steer)
- BMW: Integral Active Steering
- Rolls-Royce: Rear-Axle Steering
- Lexus: Dynamic Rear-Wheel Steering
- Ferrari: Virtual Short Wheelbase
- Audi: Dynamic All-Wheel Steering
- Bentley: Rear-Axle Steering
Xem thêm các bài viết liên quan:
- Các cách để phân loại hệ thống lái trên ô tô hiện nay
- Giải thích các khái niệm cầu xe, dẫn động 4WD, AWD, 4×4, 4×2… là gì?
- Tìm hiểu về góc đặt bánh xe
- Roll Center – Tâm lật thân xe là gì?
- Công dụng và kết cấu của dẫn động lái trên ô tô
- Tìm hiểu về các loại hệ thống lái phổ biến hiện nay
- Four Wheel Steering – Hệ thống 4 bánh dẫn hướng, qua góc nhìn động lực học
- Công nghệ đánh lái điện tử Steer By Wire của Lexus RZ 450e 2023: Có gì đặc biệt?
