Tiếp tục bài viết tìm hiểu hệ dẫn động 4 bánh 4WD (hoặc Dẫn động tất cả các bánh xe AWD) với phân chia mô-men xoắn kiểu điện tử. Trong loạt bài viết này, chủ yếu tìm hiểu các kiểu phân chia mô-men xoắn (hộp phân phối) đặc trưng và tiên phong. Ngoài ra, rất nhiều kiểu thiết kế khác nhưng hầu hết là hoạt động theo nguyên lý tương tự. Các bài viết chi tiết về một vài kiểu hộp phân phối sẽ tiếp tục trong các bài sau, các bạn tiếp tục đón đọc nhé.
Xem thêm: Dẫn động 4 bánh – 4WD với phân chia mô-men xoắn điều khiển điện tử (phần 1)
Honda SH-AWD – Honda Legend / Acura RL (2005)
SH-AWD thế hệ đầu tiên được sử dụng trong Honda Legend 2005 (Acura RL) là một phát minh rất thông minh. Không chỉ nguyên lý hoạt động của nó là duy nhất trong ngành ô tô mà nó còn có khả năng biến đổi việc xử lý của một chiếc xe dẫn động cầu trước hạng nặng. Thông thường khi chạy đường thẳng, hệ thống phân bổ mô-men xoắn 70:30 giữa bánh trước và bánh sau. Khi chiếc xe di chuyển, nó có thể gửi tới 70% mô-men xoắn tới phía sau. Hơn nữa, tất cả mô-men xoắn đó có thể được hướng đến hai bên để thực hiện vectơ mô-men xoắn. Điều này đã tăng cường đáng kể sự nhanh nhẹn của Legend.
Cốt lõi của SH-AWD là bộ dẫn động cầu sau (Rear Drive Unit – RDU) được gắn ở trục sau. Nó bao gồm một bộ gia tốc và 2 bộ bánh răng hành tinh độc lập và bộ ly hợp đa đĩa điện từ, một bộ cho mỗi bánh sau. Bộ đồng tốc lấy công suất từ trục các-đăng, sử dụng bánh răng hành tinh của chính nó để tăng tốc cho trục sau, tạo ra sự chênh lệch tốc độ để bộ ly hợp nhiều đĩa phát lực. Nếu không có sự khác biệt về tốc độ này, SH-AWD sẽ hoạt động giống như bộ ly hợp Haldex và không thể truyền động vĩnh viễn cho bánh sau. Thông thường tốc độ chênh lệch chỉ là 1,7%, vừa đủ để tải lên ly hợp sau mà không gây hao mòn và tiêu hao năng lượng quá nhiều. Khi rẽ vào những góc cua hẹp, sự chênh lệch tốc độ nhỏ như vậy có thể giảm xuống 0 hoặc âm vì bánh trước luôn quay nhanh hơn bánh sau trong khúc cua. Do đó, bộ gia tốc cung cấp một bộ bánh răng hành tinh khác cho phép chênh lệch tốc độ 5,7%. Một bộ truyền động thủy lực và ly hợp trong bộ đồng tốc lựa chọn giữa 2 bộ bánh răng hành tinh theo chỉ dẫn của ECU.
Phía sau bộ gia tốc không có bộ vi sai thông thường. Bánh răng hypoid ghép nối truyền động từ bộ gia tốc đến bánh răng vành khuyên của mỗi bộ bánh răng hành tinh. Bánh răng vành khuyên truyền lực qua 3 bánh răng hành tinh đến bán trục phía sau, được liên kết cứng với bộ mang bánh răng hành tinh. Trong khi đó, bánh răng mặt trời của bộ bánh răng hành tinh được kết nối với một nửa đĩa ly hợp, trong khi một nửa khác được gắn ở vỏ RDU tĩnh. Các đĩa ly hợp này được tác động bằng lực điện từ. Khi ly hợp mở, một ít mô-men xoắn được truyền đến bánh sau do bánh răng mặt trời quay tự do. Càng ăn khớp ly hợp, càng có nhiều mô-men xoắn chuyển từ hộp số đến bánh răng hành tinh (do đó cho bánh sau) khi bánh răng mặt trời ngày càng bị khóa chặt. Ở áp lực tối đa, 70 % mô-men xoắn được truyền đến trục sau, mặc dù ly hợp vẫn bị trượt (vì sự chênh lệch tốc độ luôn tồn tại khi tăng tốc). Bằng cách gắn kết một gói ly hợp và mở một gói ly hợp khác, tất cả các mô-men xoắn đó có thể được gửi đến một phía, do đó cải thiện đáng kể sự nhanh nhẹn của chiếc xe.
Bạn có thể nghĩ rằng, tại sao không chỉ đơn giản loại bỏ các bộ bánh răng hành tinh phức tạp và sử dụng bộ ly hợp nhiều đĩa để khớp trực tiếp bánh sau? Vâng, bởi vì bộ bánh răng hành tinh được giới thiệu một cách có chủ ý để giảm bớt khối lượng công việc của ly hợp nhiều đĩa. Vì ly hợp được gắn với bánh răng mặt trời, trong khi bán trục đầu ra được gắn với giá đỡ bánh răng hành tinh, chúng chuyển động với các tốc độ khác nhau. Tỷ số truyền giữa bánh răng mặt trời và bánh răng hành tinh dẫn đến việc nhân mô-men xoắn. Nói cách khác, để truyền một mô-men xoắn nhất định đến bánh sau, ly hợp chỉ chịu một phần nhỏ mô-men xoắn. Điều này giúp giảm đáng kể sự hao mòn và tổn thất năng lượng ở bộ ly hợp nhiều đĩa, và giải thích tại sao SH-AWD đã cố gắng truyền 30% mô-men xoắn đến trục sau vĩnh viễn mà không làm quá nhiệt hoặc phá hủy bộ ly hợp.
Tuy nhiên, như bạn có thể thấy, phần cứng SH-AWD ban đầu rất phức tạp về mặt cơ khí nên chế tạo rất tốn kém. Đó là lý do tại sao nó chỉ được sử dụng bởi chiếc xe đặc biệt hàng đầu của công ty. Để tiếp cận nhiều hơn với những chiếc xe rẻ hơn, Honda đã thực hiện một số thỏa hiệp trong những năm sau đó … Trên Acura TL 2008, bộ gia tốc đã được loại bỏ và thay thế bằng một bộ bánh răng cố định bao trùm trục sau 1,7%. Điều này chắc chắn làm ảnh hưởng đến hiệu suất của nó ở các góc hẹp hơn.
Trên Acura TLX 2014, cặp bánh răng hành tinh và bộ ly hợp điện từ cũng được bỏ đi thay bằng 2 bộ ly hợp điện thủy lực. Những ly hợp này mạnh hơn và bền hơn do đó có thể chịu được tất cả mô-men xoắn đến bánh sau, đã giảm xuống 10% khi chạy trên đường thẳng. Trong khi đó, tỷ lệ vượt tốc được tăng lên 2,7% để hỗ trợ vào cua. Những thay đổi này đã cắt giảm đáng kể chi phí và trọng lượng, nhưng hệ thống không còn là SH-AWD mà chúng ta từng biết. Trên thực tế, nó gần giống với hệ thống GKN Twinster được Range Rover Evoque áp dụng một năm trước đó.
Ferrari 4RM – Ferrari FF (2011)
Ferrari từ lâu đã từ chối áp dụng hệ dẫn động 4 bánh. Đối với Maranello, hệ thống 4WD thông thường quá nặng và cồng kềnh đối với những chiếc xe của hãng. Chúng sẽ có lợi cho việc bám đường trong những trường hợp hiếm hoi như chạy trên đường tuyết hoặc ướt, trong khi phần lớn trọng lượng và kích thước tăng thêm sẽ chỉ làm giảm hiệu suất. Không đi chệch triết lý của mình, Ferrari đã phát triển một loại hệ thống 4WD rất đặc biệt có tên “4RM” vào năm 2011. Công nghệ này lần đầu tiên được trang bị cho chiếc GT 4 chỗ mới của hãng, FF.
4RM là một thiết kế thích hợp cho những chiếc xe GT của Ferrari. Nó được xây dựng dựa trên kiến trúc FR truyền thống của Ferrari với một động cơ đặt trước ở giữa và một bộ truyền động lắp phía sau. Động cơ phải được bố trí hoàn toàn sau đường trục trước, điều mà rất ít xe khác ngoài Ferrari có thể đạt được.
Bánh sau nhận công suất giống như một chiếc xe FR thông thường. Điều làm cho nó trở nên đặc biệt là phần cứng dẫn động trước. Một PTU (Power Transfer Unit – Bộ truyền công suất) được bổ sung ngay phía trước động cơ, lấy năng lượng trực tiếp từ trục khuỷu để cung cấp cho bánh trước. Điều này có nghĩa là trục khuỷu có đầu ra ở cả hai đầu, một đầu tới trục sau và một đầu khác đi tới PTU phía trước. PTU chứa một bộ bánh răng và hai ly hợp nhiều đĩa ướt. Mỗi ly hợp chịu trách nhiệm tham gia vào bánh trước. Bằng cách tác động áp suất thủy lực lên các bộ ly hợp đó, PTU có thể thay đổi lượng mô-men xoắn được truyền đến từng bánh trước. Điều này có nghĩa là nó không chỉ đạt được hệ dẫn động 4 bánh mà còn đạt được véc tơ mô-men xoắn.
Nhưng mục đích của bộ bánh răng trong PTU là gì? Nó cung cấp 2 tỷ số truyền (cộng với số lùi) nên bạn có thể xem nó là hộp số 2 cấp. Vậy làm thế nào để tốc độ của bánh trước có thể khớp với tốc độ ở bánh sau, được dẫn động bởi hộp số 7 cấp. Câu trả lời là: chúng không khớp nhau. Các tỷ số truyền trong PTU được chọn sao cho bánh trước luôn quay nhanh hơn bánh sau nếu xe được nâng lên trên không. Trên đường đi, sự không khớp này sẽ buộc các ly hợp trong PTU luôn bị trượt. Tình huống này tương tự với hệ thống PSK được sử dụng trên Porsche 959 – chiếc xe sử dụng lốp trước lớn hơn lốp sau một chút, do đó bộ ly hợp nhiều đĩa trong hộp chuyển số của nó luôn bị trượt. Trường hợp ở Ferrari 4RM nghiêm trọng hơn nhiều do cách chuyển số trước và sau khác nhau. Điều này đặt độ bền của nó vào một câu hỏi lớn.
4RM không được cho là một hệ thống 4WD vĩnh viễn. Ferrari muốn duy trì đặc tính dẫn động cầu sau của những chiếc xe của mình càng nhiều càng tốt, vì vậy hãng chỉ cần truyền động đến bánh trước ở những thời điểm khắc nghiệt, ví dụ: khi xe bị trượt ở góc cua khó, hoặc chạy trên bề mặt trơn trượt. Do đó, nó không cần phải tham gia vào bánh trước mọi lúc. Nhờ sức mạnh máy tính hiện đại, mô-đun điều khiển của 4RM có thể gắn/ngắt bánh trước chỉ trong một phần giây và nhiều lần trong một giây. Những khoảnh khắc ngắn ngủi đó đã đủ để đưa chiếc xe trở lại đúng hướng. Hơn nữa, PTU chỉ chiếm tối đa 20 phần trăm mô-men xoắn của động cơ, vì vậy không phải lo lắng về việc quá nhiệt và hoạt động quá mức. Tất nhiên, một điều kiện tiên quyết là chênh lệch chuyển số sẽ không quá lớn. Đó là lý do tại sao Ferrari cung cấp cho PTU hai bánh răng tiến, với bánh răng thấp hơn phục vụ số 1 và 2 của hộp số chính, và bánh răng cao hơn phục vụ số thứ 3 và thứ 4. Ở trên số thứ 4, Ferrari cho rằng chiếc xe không nên gặp khó khăn về độ bám đường, vì vậy PTU đã ngắt, để xe chạy bằng bánh sau.
Sự đơn giản của 4RM có nghĩa là nó có lợi thế về trọng lượng nhẹ và kích thước nhỏ gọn. PTU và phần cứng liên quan của nó trên Ferrari FF chỉ nặng 45kg, bằng một nửa trọng lượng của hệ thống 4WD thông thường. So sánh với các hệ thống 4WD khác hoạt động với động cơ phía trước và hộp số đặt phía sau, chẳng hạn như Nissan GT-R, trọng lượng và hiệu quả không gian của nó thậm chí còn rõ ràng hơn. Hơn nữa, nó giữ cho trọng tâm thấp của xe FR, vì PTU lấy năng lượng trực tiếp từ động cơ, tiết kiệm nhu cầu đặt thêm một trục truyền động bên dưới động cơ.
GKN Twinster – Ford Focus RS Mk3 (2016)
Hệ thống GKN Twinster trên Ford Focus RS 2016 có khả năng gây tác động lớn hơn nhiều so với nhiều loại dẫn động 4WD điều khiển điện tử khác. Một mặt, nó cung cấp hiệu suất rất tốt, chẳng hạn như khả năng gửi 70% mô-men xoắn tới trục sau và truyền mô-men xoắn đầy đủ giữa các bánh sau. Mặt khác, cấu tạo của nó đủ đơn giản để biến nó thành một giải pháp thay thế hiệu quả về chi phí cho ly hợp Haldex, vốn đã thống trị thị trường từ cuối những năm 1990.
Thực tế, Twinster đã được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2013 trên Range Rover Evoque, nhưng tính năng trên Focus RS đã được sửa đổi để cung cấp khả năng phân phối công suất thiên về phía sau khi cần thiết. Nó bao gồm 2 phần: Bộ truyền công suất(PTU) và Mô-đun dẫn động phía sau (Rear-Drive Module – RDM). PTU được đặt ở trục trước bên cạnh hộp số. Nó chỉ được làm bằng các bánh răng đơn giản do đó chức năng duy nhất là truyền lực cho trục truyền động. Điều kỳ diệu là RDM gắn phía sau. Nó bao gồm 2 gói ly hợp đa đĩa thủy lực, một cho mỗi bánh sau. Do việc chuyển số được bố trí sao cho bánh sau quay nhanh hơn 1,8% so với bánh trước, nên nó có thể tận dụng sự chênh lệch tốc độ để truyền lực cho bánh sau. Khi cả hai gói ly hợp hoạt động hết cỡ, 70% mô-men xoắn sẽ truyền đến bánh sau. Giảm sự tương tác và nhiều mô-men xoắn chuyển trở lại trục trước. Nếu cả hai đều được tháo ra, xe sẽ chuyển sang hệ dẫn động FWD để tiết kiệm nhiên liệu.
Vectơ mô-men xoắn đạt được bằng cách gắn kết một gói ly hợp trong khi nới lỏng một gói khác. Nếu một gói được tham gia hoàn toàn và một gói khác đang mở, tất cả mô-men xoắn khả dụng của trục sau sẽ chuyển đến một bánh xe, do đó, nó tạo ra hiệu ứng vectơ mô-men xoắn rất mạnh. Như bạn có thể thấy, GKN Twinster không có LSD (vi sai giới hạn trượt) ở giữa và phía sau, do đó nó nhẹ hơn các hệ thống 4WD toàn thời gian thông thường. Trên Focus RS, nó tăng thêm 60 kg bao gồm cả hệ thống thủy lực, tương đương với hệ thống Haldex.
Cần phải lưu ý rằng, để tránh quá nhiệt hoặc mài mòn quá mức cho các ly hợp, hệ thống truyền rất ít mô-men xoắn cho trục sau trong điều kiện lái xe bình thường như chạy trên đường cao tốc.
Một số phiên bản phái sinh của Twinster, như kiểu trên Range Rover Evoque, có bộ ly hợp bổ sung trên cả PTU và RDM để ngắt kết nối trục truyền động và một số bộ phận chuyển động bên trong trong quá trình chạy theo trớn để giảm tổn thất ma sát và tăng cường hiệu quả sử dụng nhiên liệu. BTW, các tính năng tương tự cũng được tìm thấy trên Quattro Ultra mới của Audi. Phiên bản Ford Focus RS bỏ qua tính năng này vì mất quá nhiều thời gian (0,3 giây) để chuyển từ chế độ FWD sang 4WD.
Audi Quattro Ultra – Audi A4 Allroad (2016)
Cảm thấy áp lực của việc giảm lượng khí thải CO2, Audi đã phát triển hệ thống dẫn động tất cả các bánh hướng tới hiệu quả sử dụng nhiên liệu thay vì xử lý. Nó được gọi là Quattro Ultra. Ứng dụng đầu tiên là A4 Allroad, nhưng nó sẽ được mở rộng cho hầu hết các mẫu xe kém mạnh mẽ hơn của công ty với động cơ dọc (hay còn gọi là nền tảng MLB). Trong khi đó, các mẫu xe mạnh mẽ và hướng đến hiệu suất sẽ tiếp tục sử dụng thiết lập vi sai bánh răng Torsen hoặc bánh răng vương miện hiện có.
Vì mục tiêu của nó là tiết kiệm nhiên liệu, Quattro Ultra là hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian. Nó sử dụng một ly hợp nhiều đĩa, được gắn ngay sau hộp số, để kết nối trục sau khi cần thêm lực kéo. Điều này nghe giống như hệ thống ly hợp Haldex được sử dụng trên những chiếc Audi động cơ ngang (hoặc VW 4motion). Về nguyên tắc, thì đúng là như vậy. Về chi tiết kỹ thuật, thì không, bởi vì các thành phần quan trọng được phát triển bởi nhà cung cấp Magna. Điểm khác biệt lớn nhất là ly hợp nhiều đĩa. Trong khi Haldex được kích hoạt bằng thủy lực, ly hợp Magna được vận hành bằng động cơ điện thông qua truyền động trục chính. Điều này dẫn đến khả năng tương tác và ngắt kết nối mượt mà hơn, do đó việc chuyển đổi giữa chế độ FWD và 4WD gần như không thể cảm nhận thấy. Nhược điểm, ly hợp cơ điện không thể xử lý mô-men xoắn vượt quá 369 lbft, ít nhất là ở thế hệ đầu tiên này.
Một điểm khác biệt chính khác so với cách bố trí Haldex là Quattro Ultra có thể ngắt kết nối hoàn toàn với trục quay. Bằng cách này, trục quay, vỏ vi sai cầu sau và bánh răng hypoid ngừng quay. Điều này làm giảm tổn thất do ma sát.
Ở trục sau, có một thiết bị ngắt kết nối khác được thêm vào bán trục sau bên phải. Nó là một khớp vấu truyền động cơ điện. Một khi nó bị ngắt kết nối, các bánh răng côn trong bộ vi sai sẽ quay mà không tải do đó làm giảm tổn thất năng lượng hơn nữa. (Cần lưu ý rằng GKN có một hệ thống tương tự nhưng nó có thể tách rời cả hai bánh sau để các bánh răng côn ngừng quay) Nhìn chung, Audi tuyên bố Quattro Ultra chỉ tiêu thụ nhiên liệu nhiều hơn 0,2 lít/100km trong chu trình NDEC so với dẫn độn bánh trước thay thế, trong khi thiết lập Torsen hiện có tăng thêm 0,5 lít/100km.
Về mặt hiệu suất, Quattro Ultra không tốt hơn hệ thống Haldex. Khi vận hành bình thường, mô-men xoắn không đáng kể được truyền đến trục sau, hoặc thậm chí bằng không nếu hệ thống đã chuyển sang chế độ FWD. Khi ECU cảm thấy bánh xe bị trượt, nó sẽ tác động gắn trở lại trục sau. Bộ ly hợp nhiều đĩa phía trước sẽ gắn kết trước, đưa trục truyền động và bộ vi sai phía sau lên theo tốc độ và sau đó bộ ly hợp phía sau đóng lại để kết nối bánh sau. Audi cho biết quá trình này mất nhiều nhất 0,25 giây. Sự chậm trễ như vậy giải thích tại sao nó sẽ không được áp dụng trên các mô hình hiệu suất.
2018, Update 2022
