Vector – Vectơ (Hán Việt là Hướng lượng) là một đoạn thẳng có hướng, đoạn thẳng này biểu thị phương, chiều, độ lớn. Torque Vector hay Torque Vectoring, dịch ra có nghĩa là Vectơ Mô-men Xoắn. Vectơ mô-men xoắn thể hiện phương, chiều, độ lớn của mô-men xoắn.
Trên ô tô, Torque Vectoring được hiểu là điều khiển vectơ mô-men xoắn (điều khiển chủ yếu là độ lớn) cho từng bánh xe. Để đơn giản hóa, chúng ta gọi ngắn gọn là Vectơ Mô-men Xoắn.
Vectơ Mô-men xoắn – Torque Vectoring là một công nghệ được sử dụng trong ô tô. Một bộ vi sai truyền mô-men xoắn động cơ đến các bánh xe. Công nghệ vectơ mô-men xoắn cung cấp cho bộ vi sai khả năng thay đổi mô-men xoắn cho từng bánh xe. Phương pháp truyền lực này gần đây đã trở nên phổ biến trên các loại xe dẫn động bốn bánh. Một số xe dẫn động cầu trước mới hơn cũng có bộ vi sai vectơ mô-men xoắn cơ bản. Khi công nghệ trong ngành công nghiệp ô tô được cải thiện, ngày càng nhiều xe được trang bị bộ vi sai vectơ mô-men xoắn. Điều này cho phép các bánh xe bám đường để khởi chạy và xử lý tốt hơn.
Torque Vectoring – Vectơ Mô-men xoắn là gì?
Vectơ Mô-men xoắn là một hệ thống cho phép ô tô kiểm soát cách một hoặc một số bánh xe nhận được lực hay mô-men xoắn. Nó được thiết kế để cải thiện khả năng xử lý, độ ổn định và hiệu suất đồng thời là một tính năng ngày càng trở nên phổ biến.
Nói một cách đơn giản, vectơ mô-men xoắn là khi ô tô có thể truyền hoặc điều khiển mô-men xoắn đến một bánh xe hoặc trục xe (trước hoặc sau) nhất định để cải thiện hiệu suất, độ bám đường, khả năng xử lý hoặc độ ổn định. Bằng cách giảm tốc độ hoặc truyền lực tới các bánh xe cụ thể, bạn có thể chuyển trọng lượng của xe và cải thiện độ bám đường. Ví dụ, phanh trước khi bạn vào một góc cua, đặt trọng lượng lên lốp trước để tạo độ bám cần thiết để hoàn thành góc cua. Nhưng đôi khi xe cần sự chuyển giao trọng lượng và công suất này xảy ra vào những thời điểm khác nhau để cải thiện sự ổn định và kiểm soát. Các hệ thống vectơ mô-men xoắn này thực hiện chính xác điều đó, nhưng chúng hoạt động rất khác nhau tùy thuộc vào loại xe bạn có.
Lịch sử hình thành Torque Vectoring
Cụm từ “Torque Vectoring” được Ricardo sử dụng lần đầu tiên vào năm 2006 SAE 2006-01-0818 liên quan đến các công nghệ điều hướng của họ. Ý tưởng vectơ mô-men xoắn được xây dựng dựa trên các nguyên tắc cơ bản của vi sai tiêu chuẩn. Một bộ vi sai truyền mô-men xoắn thực hiện các nhiệm vụ vi sai cơ bản đồng thời truyền mô-men xoắn độc lập giữa các bánh xe. Khả năng truyền mô-men xoắn này giúp cải thiện khả năng xử lý và độ bám đường trong hầu hết mọi tình huống. Bộ vi sai vectơ mô-men xoắn ban đầu được sử dụng trong các cuộc đua. Những chiếc xe đua Mitsubishi là một trong số những chiếc xe sớm nhất sử dụng công nghệ này. Công nghệ này phát triển chậm và hiện đang được triển khai trên một số lượng nhỏ các phương tiện sản xuất. Việc sử dụng phổ biến nhất của vectơ mô-men xoắn trong ô tô ngày nay là trong các xe dẫn động tất cả các bánh.
Mô tả chức năng Torque Vectoring
Mục tiêu chính của vectơ mô-men xoắn là thay đổi mô-men xoắn đến từng bánh xe một cách độc lập. Các vi sai thông thường chỉ bao gồm các thành phần cơ khí. Một vi sai vectơ mô-men xoắn yêu cầu một hệ thống giám sát điện tử ngoài các thành phần cơ khí tiêu chuẩn. Hệ thống điện tử này cho bộ vi sai biết khi nào và làm thế nào để thay đổi mô-men xoắn. Do số lượng bánh xe nhận lực, vi sai của hệ dẫn động cầu trước hoặc sau ít phức tạp hơn vi sai trong hệ dẫn động tất cả các bánh. Tác động của sự phân bố mô-men xoắn là việc tạo ra mô-men xoay ngang phát sinh từ lực dọc và thay đổi lực cản bên do mỗi lốp tạo ra. Việc áp dụng nhiều lực dọc hơn làm giảm lực cản bên có thể tạo ra. Điều kiện lái xe cụ thể quyết định những gì cần phải đánh đổi để giảm tốc hoặc kích thích gia tốc chệch hướng. Chức năng này độc lập với công nghệ và có thể đạt được bằng các thiết bị truyền động cho hệ thống truyền lực thông thường hoặc với các nguồn mô-men xoắn điện. Sau đó, đến yếu tố thực tế của việc tích hợp với chức năng ổn định phanh để mang lại sự vui vẻ và an toàn.
Có 3 cách để thực hiện vectơ mô-men xoắn:
- Bằng phanh: khi áp dụng phanh cho một trong các bánh dẫn động, mô-men xoắn sẽ chuyển sang bánh khác thông qua bộ vi sai. Đây là cách rẻ nhất để làm Vectơ mô-men xoắn, nhưng không phải là cách hiệu quả nhất.
- Bằng vi sai điện tử: các ly hợp nhiều đĩa trong vi sai điện tử có thể điều chỉnh một cách tinh vi và tăng dần lượng chuyển mô-men xoắn, do đó nó đạt được kết quả tốt nhất.
- Bằng động cơ điện riêng lẻ: lấy Porsche 918 Spyder làm ví dụ, mỗi bánh trước của nó được dẫn động bởi một động cơ điện (trong khi động cơ đốt trong dẫn động cầu sau). Bằng cách áp dụng sức mạnh khác nhau cho bánh trước, nó có thể đạt được bất kỳ trạng thái lái nào mà nó muốn.
Vectơ mô-men xoắn sử dụng vi sai
Một bộ vi sai nhận mô-men xoắn từ động cơ sau đó phân phối nó giữa các bánh xe được truyền động (bánh xe chủ động). Hầu hết các xe ô tô loại cũ thông thường đều có bộ vi sai ‘mở’, có nghĩa là tối đa 100% công suất của động cơ có thể truyền đến một trong hai bánh, theo con đường ít lực cản nhất. Điều này có nghĩa là, khi một bánh của xe ô tô bị kẹt trên đường, nó thường sẽ quay ngược lại một cách vô ích.
Nếu có cách nào đó để dừng tất cả mô-men xoắn chỉ đến một bánh thì cả hai bánh có thể được sử dụng cùng nhau một cách hiệu quả hơn. Sự xáo trộn mô-men xoắn từ bên này sang bên kia được gọi là vectơ. Không có gì ngạc nhiên khi công nghệ vectơ mô-men xoắn, giống như nhiều công nghệ truyền động hiện đại, được phát triển thông qua xe thể thao. Mitsubishi đã sớm làm việc với công nghệ này, mang lại lợi thế lớn cho xe đua Evo của họ.
Vậy đây có phải là vi sai giới hạn trượt?
Câu trả lời là… có và không. Bộ vi sai giới hạn trượt không giới hạn khả năng quay của một bánh xe trong khi bánh kia có lực bám, nhưng đó là một kết nối cơ học không có sự can thiệp của máy tính. Bản chất được điều khiển bằng máy tính của hệ thống vectơ mô-men xoắn không chỉ giới hạn vòng quay của một bánh xe mà còn có thể chủ động phân phối lại công suất động cơ cho bánh xe có độ bám nhất.
Một bộ vi sai có công nghệ vectơ mô-men xoắn thường sẽ có bộ ly hợp được điều khiển điện tử thay đổi mức độ trượt cho phép bởi bộ vi sai tùy theo độ bám có sẵn cho các bánh xe và những gì người lái xe yêu cầu.
Vectơ mô-men xoắn thông qua phanh
Hệ thống phanh hiện đại, có thể tái tạo hoạt động của bộ vi sai hạn chế trượt. Được biết đến với tên gọi vectơ mô-men xoắn thông qua phanh (được gọi là XDS trong các xe thuộc Tập đoàn Volkswagen), hệ thống phanh bánh xe bên trong khi rẽ, vào cua. Khi bánh xe bên trong được phanh, nhiều lực hơn được gửi đến bánh xe bên ngoài tạo ra hiệu ứng quay giống cách một bộ vi sai vectơ mô-men xoắn áp dụng cho ô tô – được gọi là yaw moment. Tăng lực phanh làm tăng tác dụng chệch hướng, quay đầu xe vào góc cua.
Tuy nhiên, hệ thống dựa trên phanh có một vài sai sót. Trước hết, nso áp dụng hệ thống phanh để giúp bạn đi nhanh hơn – đó là một khái niệm kỳ lạ- nhưng đó là một phương tiện rẻ hơn để bổ sung mô-men xoắn vào xe thị trường đại chúng, và như vậy chúng ta sẽ thấy nó xảy ra thường xuyên hơn. Tuy nhiên, lỗi thứ hai và cũng là lỗi lớn nhất đối với các hệ thống dựa trên phanh là khi bị ép và trong các tình huống vào cua lặp đi lặp lại, việc áp dụng liên tục phanh vào một bánh xe riêng lẻ có xu hướng sử dụng phanh quá mức dẫn đến mòn nhanh, hay quá nhiệt phanh. Phanh nóng lên, chúng sẽ mềm và nhão và mất hiệu quả. Về vấn đề này, hệ thống vectơ mô-men xoắn dựa trên phanh là một giải pháp ngắn hạn; không thể phục vụ cho nhu cầu hiệu suất của những người muốn khai thác 100% tiềm năng của một chiếc xe.
Vectơ Mô-men xoắn điện Electric Torque Vectoring
Đây chính là phiên bản thời đại mới của vectơ mô-men xoắn – phiên bản mà chúng ta sẽ thấy trước mắt khi thế giới hướng tới một tương lai hoàn toàn bằng điện. Trong hoạt động đơn giản nhất của nó, vectơ mô-men xoắn điện xảy ra khi hai động cơ điện được đặt trên ‘một trục’ – theo đó một động cơ điện được gắn vào mỗi bánh xe và truyền động các bánh xe độc lập. Điều này mang lại khả năng vectơ mô-men xoắn thực sự vì mỗi bánh xe được điều khiển, dẫn động và điều chỉnh riêng biệt, cho phép các bánh xe được điều khiển với tối đa 100% mô-men xoắn khả dụng.
Hơn thế nữa, bằng cách đảo ngược điện cực với động cơ điện, ‘mô-men xoắn âm’ có thể được áp dụng, không chỉ làm bánh xe chậm lại mà còn quay nó một cách hiệu quả theo hướng ngược lại của bánh xe đối diện. Khả năng này không chỉ có thể được áp dụng – giống như trên Acura NSX – để cải thiện khả năng xử lý ở tốc độ cao, mà còn có thể được sử dụng trong các tình huống dành cho người đi bộ hơn để cải thiện khả năng xử lý ở tốc độ thấp. Về lý thuyết, nó có thể được sử dụng để tạo hiệu ứng rẽ tại chỗ (on-the-spot turns). Tuy nhiên, các hệ thống này đòi hỏi sự phức tạp của một động cơ bổ sung, trọng lượng mang theo và một vài nhược điểm tiềm ẩn khi nói đến phân phối điện và bề mặt có độ bám thấp. Nếu không có chức năng khóa, truyền động điện bằng một bánh trên bề mặt trơn như băng sẽ trở nên khó khăn.
Ngoài ra còn có giới hạn của một bánh xe riêng lẻ là chỉ có thể sử dụng mô-men xoắn cực đại của một động cơ được gán cho nó, thay vì tổng đầu ra mô-men xoắn kết hợp. GKN Driveline đã phát hành một hệ thống kết hợp các nguyên tắc truyền mô-men xoắn điện với các nguyên tắc của hệ thống ly hợp, cho phép sử dụng một động cơ đơn, lớn hơn với công suất cao hơn, để truyền động các bánh xe thông qua hệ thống ly hợp kép. Mô-men xoắn có thể được phân bổ sang trái hoặc phải, với một trong hai bánh xe có thể nhận tới 100% tổng mô-men xoắn của hệ thống.
Dẫn động cầu trước/cầu sau (dẫn động hai bánh xe)
Bộ vi sai vectơ mô-men xoắn trên xe dẫn động cầu trước hoặc cầu sau ít phức tạp hơn, nhưng chia sẻ nhiều lợi ích giống như bộ vi sai dẫn động tất cả các bánh xe. Bộ vi sai chỉ thay đổi mô-men xoắn giữa hai bánh xe. Hệ thống giám sát điện tử chỉ giám sát hai bánh xe dẫn động nên ít phức tạp hơn.
Một bộ vi sai dẫn động cầu trước phải tính đến một số yếu tố. Nó phải giám sát góc quay và lái của các bánh xe. Khi các yếu tố này thay đổi trong quá trình lái xe, các lực khác nhau sẽ được tác động lên các bánh xe. Bộ vi sai giám sát các lực này và điều chỉnh mô-men xoắn cho phù hợp. Nhiều bộ vi sai dẫn động cầu trước có thể tăng hoặc giảm mô-men xoắn truyền đến một bánh xe nhất định. Khả năng này cải thiện khả năng duy trì lực kéo của xe trong điều kiện thời tiết xấu. Khi một bánh xe bắt đầu trượt, bộ vi sai có thể giảm mô-men xoắn đến bánh xe đó, giúp phanh bánh xe một cách hiệu quả. Bộ vi sai cũng làm tăng mô-men xoắn sang bánh đối diện, giúp cân bằng công suất đầu ra và giữ cho xe ổn định. Bộ vi sai điều khiển mô-men xoắn dẫn động bánh sau hoạt động tương tự như bộ vi sai dẫn động cầu trước.
Dẫn động tất cả các bánh
Hầu hết các vi sai vectơ mô-men xoắn đều có trên xe dẫn động tất cả các bánh. Vi sai vectơ mô-men xoắn cơ bản thay đổi mô-men xoắn giữa bánh trước và bánh sau. Điều này có nghĩa là, trong điều kiện lái xe bình thường, bánh trước nhận một phần mô-men xoắn của động cơ và bánh sau nhận phần còn lại. Nếu cần, bộ vi sai có thể truyền thêm mô-men xoắn giữa bánh trước và bánh sau để cải thiện hiệu suất của xe.
Các bộ vi sai vectơ mô-men xoắn tiên tiến hơn. Các vi sai này được xây dựng dựa trên sự truyền mô-men xoắn cơ bản giữa bánh trước và bánh sau. Chúng bổ sung khả năng truyền mô-men xoắn giữa các bánh xe riêng lẻ. Điều này cung cấp một phương pháp hiệu quả hơn để cải thiện các đặc tính xử lý. Bộ vi sai giám sát từng bánh xe một cách độc lập và phân phối mô-men xoắn khả dụng để phù hợp với điều kiện hiện tại.
Hầu hết khi nói về vectơ mô-men xoắn đều liên quan đến hệ dẫn động tất cả các bánh. Hệ dẫn động tất cả các bánh được thiết kế để cải thiện độ ổn định và độ bám đường nhưng có thể cản trở việc tiết kiệm nhiên liệu do các bánh dẫn động và trọng lượng thêm vào. Do đó, vectơ mô-men xoắn rất quan trọng để đảm bảo rằng không có mô-men xoắn nào từ động cơ bị lãng phí và đi đến một bánh xe không cần đến nó.
Để tiết kiệm nhiên liệu, hầu hết các nhà sản xuất ô tô sử dụng hệ thống dẫn động tất cả các bánh bán thời gian thường hoạt động với dẫn động hai bánh và sẽ can thiệp khi phát hiện thấy hiện tượng trượt hoặc nếu cần thêm độ bám đường. Đôi khi điều này được thực hiện với tính năng phát hiện chệch hướng, chẳng hạn như khi ô tô đang đi theo hướng không phải nơi người lái xe dự định. Sau đó, hệ dẫn động tất cả các bánh sẽ tham gia vào trục truyền động khác và áp dụng một số mô-men xoắn của động cơ để trục kia chuyển động. Nếu xe vẫn trượt, hệ thống sẽ áp dụng phanh cho từng bánh để kiểm soát tốt hơn việc truyền mô-men xoắn, như mô tả ở các xe dẫn động bánh trước và bánh sau.
Tuy nhiên, có nhiều hệ thống vectơ mô-men xoắn tiên tiến hơn hiện có. Mitsubishi thường được coi là có một trong những hệ dẫn động bốn bánh toàn phần vectơ mô-men xoắn đầu tiên có mặt trên thị trường vào giữa những năm 90 trên Lancer Evolution. Được gọi là Super All-Wheel Control (S-AWC), nó sử dụng một thứ gọi là kiểm soát chệch hướng chủ động (active yaw control) để truyền lực giữa các bánh sau khi cần thiết với một bộ vi sai cầu sau. Để giúp xác định cách truyền lực tới trục trước và trục sau, nó sử dụng cái gọi là vi sai trung tâm. Cuối cùng, hệ thống kiểm soát độ ổn định có thể áp dụng phanh cho từng bánh xe khi cần thiết. Ở Outlander GT S-AWC, hệ thống sử dụng vi sai chủ động phía trước thay vì phía sau và điều khiển trục sau bằng khớp nối điện tử. Trong khi Lancer Evolution là một cỗ máy đua với hệ dẫn động bốn bánh để chinh phục những cung đường địa hình tốc độ cao, Outlander là một chiếc crossover dành cho gia đình, vì vậy hệ thống của nó hướng đến sự ổn định trong điều kiện khắc nghiệt. Nó cũng có một chức năng sinh thái sẽ làm cho chiếc xe hoạt động như một chiếc xe dẫn động cầu trước để giúp cải thiện hiệu suất nhiên liệu.
Đó không phải là phương pháp duy nhất của vectơ mô-men xoắn. Acura cũng có thiết lập tương tự trên các xe được trang bị hệ thống dẫn động tất cả các bánh (SH-AWD) siêu xử lý. Được triển khai lần đầu trên Acura RL 2005, hệ thống này luôn hoạt động, đo tốc độ xe, tốc độ bánh xe, góc lái, tốc độ chệch hướng và lực G bên và sẽ tự động thêm mô-men xoắn vào bánh xe khi cần thiết. Trên MDX, trong di chuyển thường, hệ thống sẽ truyền 90% sức mạnh của xe đến bánh trước. Trong điều kiện tăng tốc mạnh, hệ thống nhận thấy rằng trọng lượng dịch chuyển về phía sau xe, và sau đó sẽ tận dụng lực kéo này bằng cách truyền tới 45% sức mạnh cho bánh sau. Khi tăng tốc qua một góc cua, hệ thống sẽ gửi 70% mô-men xoắn hiệu quả đến phía sau và có thể hướng tất cả vào bánh xe bên ngoài, nơi có nhiều trọng lượng và lực kéo hơn. Không giống như S-AWC của Mitsubishi, SH-AWD của Acura không có bộ vi sai trung tâm và thay vào đó chuyển mô-men xoắn đến bất cứ nơi nào cần trọng lượng và lực kéo.
Dẫn động Hybrid
Nếu người mua xe vẫn quan tâm đến hệ dẫn động bốn bánh nhưng muốn tiết kiệm nhiên liệu tuyệt vời, thì có lẽ một chiếc xe hybrid là sự lựa chọn tốt nhất hiện nay. Chúng cũng có khả năng vectơ mô-men xoắn có lẽ là dạng công nghệ tiên tiến nhất trên thị trường hiện nay. Trong một số xe, như Acura MDX Sport Hybrid SH-AWD, có thiết lập hệ thống truyền động hybrid với ba mô-tơ điện, hai bánh sau mỗi bánh được cung cấp năng lượng bởi một mô-tơ điện. Kết quả là, trong quá trình vào cua, chiếc xe không chỉ có thể gửi mô-men xoắn tức thời đến các bánh sau đó (thay vì phải sử dụng phần trăm tổng công suất) mà có thể sử dụng phanh tái tạo trên bánh đối diện để gây ra một loại lực cản và trả lại năng lượng cho pin. Vì vậy, ngoài việc cung cấp cho chiếc xe nhiều năng lượng hơn, nó cũng giúp quay nó.
Ngày nay, công nghệ vectơ mô-men xoắn được tìm thấy trên hầu hết các loại xe, từ xe compact đến crossover và xe thể thao. Nó cũng có thể có trong các loại cấu hình dẫn động khác nhau. Mỗi nhà sản xuất ô tô có cách làm khác nhau một chút về cách tối đa hóa lực kéo, nhưng tất cả đều được thiết kế để làm điều tương tự, luôn chuyển mô-men xoắn xung quanh xe để sử dụng hiệu quả sức mạnh của xe đồng thời mang lại khả năng xử lý an toàn, ổn định, hiệu quả và có thể đoán trước.
