Bạn đang sở hữu một chiếc ô tô mạnh mẽ với động cơ hiệu suất cao, nhưng khả năng điều khiển hướng đi của xe lại phụ thuộc hoàn toàn vào một hệ thống phức tạp: hệ thống lái xe ô tô. Hệ thống này đảm bảo rằng chiếc xe của bạn không chỉ di chuyển mà còn di chuyển theo đúng ý muốn của người lái, dù là đi thẳng, rẽ trái hay rẽ phải. Việc hiểu rõ cấu tạo hệ thống lái xe ô tô không chỉ giúp bạn sử dụng xe hiệu quả mà còn nắm bắt được tầm quan trọng của việc bảo trì, bảo dưỡng định kỳ. Bài viết này sẽ đi sâu vào các thành phần chính và cách chúng hoạt động.
Hệ thống lái ô tô là gì và vai trò quan trọng
Hệ thống lái là một trong những hệ thống cơ bản và quan trọng nhất trên bất kỳ chiếc ô tô nào. Trong khi động cơ và hệ thống truyền lực cung cấp năng lượng để xe di chuyển, hệ thống lái xe ô tô lại là “bộ não” điều hướng, cho phép tài xế thay đổi hoặc duy trì quỹ đạo chuyển động của xe. Sự chính xác và độ nhạy của hệ thống lái ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn và trải nghiệm điều khiển của người lái. Một hệ thống lái hoạt động tốt giúp xe ổn định ở tốc độ cao, dễ dàng xoay trở trong không gian hẹp và phản ứng nhanh nhạy với thao tác của người lái.
Sơ đồ cấu tạo cơ bản của hệ thống lái xe ô tô
Phân loại hệ thống lái xe ô tô
Để hiểu rõ hơn về cấu tạo hệ thống lái xe ô tô, chúng ta có thể phân loại chúng dựa trên một số tiêu chí chính. Mỗi loại sẽ có những đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động riêng biệt, phù hợp với mục đích sử dụng và thiết kế tổng thể của xe.
Theo vị trí vô lăng
Việc bố trí vô lăng (vành tay lái) phụ thuộc vào luật giao thông của từng quốc gia. Ở Việt Nam và nhiều nước khác, xe chạy bên phải đường nên vô lăng được bố trí bên trái theo chiều chuyển động của xe. Ngược lại, ở các nước có luật đi đường bên trái (như Anh, Nhật Bản), vô lăng sẽ nằm bên phải. Sự khác biệt này chủ yếu ảnh hưởng đến việc bố trí các bộ phận dẫn động từ vô lăng đến cơ cấu lái, nhưng nguyên lý và các thành phần cấu tạo cơ bản của hệ thống lái vẫn tương tự nhau.
Theo số lượng cầu dẫn hướng
Phần lớn xe ô tô du lịch hiện nay trang bị hệ thống lái chỉ ở cầu trước (các bánh dẫn hướng là bánh trước). Đây là kiểu bố trí phổ biến nhất do tính đơn giản trong cấu tạo và hiệu quả cho hầu hết mục đích sử dụng thông thường. Các mẫu xe như TOYOTA Vios, TOYOTA Camry, KIA Morning, HYUNDAI I10… đều sử dụng cấu hình này.
Bố trí hệ thống lái xe ô tô ở cầu trước
Một số loại xe chuyên dùng hoặc máy móc đặc thù có thể có bánh dẫn hướng ở cầu sau. Kiểu này ít phổ biến trên xe dân dụng do kết cấu dẫn động từ trước ra sau phức tạp và lực cản lớn hơn khi tăng tốc.
Đặc biệt, trên các dòng xe cao cấp hoặc hiệu suất cao như Porsche Panamera, Audi, Mercedes-Benz, BMW, Lexus, hệ thống lái có thể được trang bị ở cả cầu trước và cầu sau (4 bánh dẫn hướng). Hệ thống này giúp giảm đáng kể bán kính quay vòng ở tốc độ thấp, tăng tính linh hoạt khi di chuyển trong đô thị, đồng thời tăng sự ổn định khi vào cua ở tốc độ cao. Cấu tạo hệ thống lái 4 bánh dẫn hướng hiện đại thường được điều khiển điện tử để điều chỉnh góc xoay của bánh sau một cách linh hoạt theo tốc độ và góc lái của bánh trước.
Minh họa các chế độ lái của hệ thống lái xe ô tô 4 bánh dẫn hướng
Khi xe di chuyển, có thể xảy ra hiện tượng quay vòng thiếu (Understeering) hoặc quay vòng thừa (Oversteering). Quay vòng thiếu xảy ra khi xe không vào cua “sắc” như ý muốn, có xu hướng chạy thẳng.
Hiện tượng quay vòng thiếu (Understeering) trên xe ô tô
Ngược lại, quay vòng thừa là khi đuôi xe bị văng ra ngoài. Các hệ thống hỗ trợ điện tử như Cân bằng điện tử (ESP/ESC), Phân phối lực phanh điện tử (EBD), và chống bó cứng phanh (ABS) được tích hợp để hỗ trợ hệ thống lái khắc phục các hiện tượng này, tăng tính an toàn cho xe.
Theo kết cấu của cơ cấu lái
Cơ cấu lái là bộ phận trung tâm trong cấu tạo hệ thống lái xe ô tô, có nhiệm vụ biến chuyển động quay của vô lăng thành chuyển động thẳng hoặc quay góc của các bánh xe dẫn hướng. Có nhiều loại cơ cấu lái khác nhau như trục vít – ê cu bi, trục vít – cung răng… nhưng phổ biến nhất hiện nay trên xe du lịch là cơ cấu lái kiểu trục vít – thanh răng, hay còn gọi là thước lái.
Cấu tạo chi tiết thước lái (cơ cấu lái trục vít thanh răng) xe ô tô
Cấu tạo chính của thước lái kiểu trục vít – thanh răng gồm một trục vít được nối với trục lái từ vô lăng và một thanh răng được nối với hệ thống dẫn động lái ra bánh xe. Trục vít có các ren xoắn ăn khớp với các răng trên thanh răng. Khi vô lăng quay, trục vít quay theo, các ren trên trục vít sẽ đẩy thanh răng di chuyển ngang sang trái hoặc phải.
Để truyền chuyển động từ thanh răng ra bánh xe, người ta sử dụng các khớp cầu (rotuyn lái trong và rotuyn lái ngoài). Các rotuyn này kết nối thanh răng với ngõng quay của bánh xe. Hệ thống thanh răng và các rotuyn tạo thành một cấu trúc hình học đặc biệt gọi là hình thang lái (hay hình thang Ackermann). Cấu tạo hình thang lái đảm bảo khi xe quay vòng, bánh xe phía trong sẽ có góc lái lớn hơn bánh xe phía ngoài, giúp cả hai bánh lăn mà không bị trượt ngang, giảm mòn lốp và tăng ổn định.
Hình thang lái (Ackermann) trong cấu tạo hệ thống lái xe ô tô
Thước lái được ưa chuộng bởi cấu tạo tương đối đơn giản, gọn nhẹ, dễ dàng bố trí và sửa chữa. Nó cũng rất phù hợp để tích hợp với các hệ thống trợ lực lái.
Theo phương pháp trợ lực lái
Do khối lượng xe ô tô lớn, lực cản khi đánh lái, đặc biệt ở tốc độ thấp hoặc tại chỗ, là rất lớn. Vì vậy, hầu hết các xe hiện đại đều được trang bị hệ thống trợ lực lái để giảm sức lực cho người lái, tăng sự thoải mái và linh hoạt. Cấu tạo hệ thống lái xe ô tô có trợ lực bổ sung thêm các bộ phận để tạo ra lực hỗ trợ.
-
Trợ lực lái thủy lực (HPS): Đây là loại trợ lực ra đời sớm nhất. Cấu tạo bao gồm một bơm dầu (thường dẫn động từ động cơ), bình chứa dầu, các đường ống dẫn dầu, van điều khiển và một piston trợ lực tích hợp trong thước lái. Khi người lái tác dụng lực lên vô lăng, van điều khiển sẽ mở đường dầu áp suất cao từ bơm vào một bên piston, đẩy piston di chuyển và hỗ trợ thanh răng, từ đó giảm lực cần thiết để xoay vô lăng. Dấu hiệu nhận biết dễ dàng là có bình chứa dầu trợ lực với nắp ghi “Power Steering Fluid” trong khoang động cơ.
-
Trợ lực lái điện (EPS): Hệ thống này sử dụng mô-tơ điện để tạo lực trợ lực. Cấu tạo gồm mô-tơ điện (thường gắn trên trục lái hoặc thước lái), bộ điều khiển điện tử (ECU), và các cảm biến (góc lái, tốc độ xe, lực tác dụng). ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến để tính toán và điều khiển mô-tơ điện tạo ra lực quay hỗ trợ trục lái hoặc lực đẩy hỗ trợ thanh răng. Ưu điểm của EPS là hiệu quả năng lượng cao hơn HPS (chỉ hoạt động khi cần trợ lực) và khả năng điều chỉnh mức độ trợ lực linh hoạt theo tốc độ xe (nhẹ khi đi chậm, nặng hơn khi đi nhanh để tăng cảm giác lái).
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống trợ lực lái điện (EPS) xe ô tô
- Trợ lực lái thủy lực điều khiển điện tử (EHPS): Hệ thống này là sự kết hợp giữa trợ lực thủy lực và điều khiển điện tử. Cấu tạo tương tự HPS nhưng bơm dầu được dẫn động bằng mô-tơ điện thay vì trực tiếp từ động cơ, và van điều khiển được điều khiển bởi ECU dựa trên tín hiệu cảm biến. EHPS mang lại sự linh hoạt trong điều chỉnh mức độ trợ lực giống như EPS, đồng thời vẫn giữ được cảm giác lái tự nhiên của hệ thống thủy lực.
Các hư hỏng thường gặp và cách nhận biết
Hiểu rõ cấu tạo hệ thống lái xe ô tô giúp chúng ta dễ dàng nhận biết các dấu hiệu bất thường và tầm quan trọng của việc bảo dưỡng. Một số hư hỏng thường gặp bao gồm:
- Xì dầu thước lái: Phổ biến trên hệ thống trợ lực thủy lực hoặc EHPS. Do các phớt làm kín trên thanh răng bị mòn sau thời gian sử dụng, dầu trợ lực bị rò rỉ ra ngoài, gây giảm mức dầu và làm nặng tay lái.
- Hư hỏng rotuyn lái (trong/ngoài): Các khớp cầu này chịu tải trọng và ma sát liên tục. Khi bị mòn hoặc khô dầu bôi trơn, chúng có thể gây ra tiếng kêu “lục cục” khi đánh lái hoặc đi qua đường xấu, dẫn đến hiện tượng xỉa lái hoặc lái không chính xác.
Kiểm tra hệ thống lái xe ô tô dưới gầm xe
- Rò rỉ dầu trên đường ống: Các ống dẫn dầu thủy lực có thể bị nứt, lão hóa hoặc lỏng kết nối, gây rò rỉ dầu và thiếu hụt dầu trợ lực.
- Hư hỏng bơm dầu trợ lực (đối với HPS): Bơm có thể bị mòn, gây tiếng kêu lớn (thường là tiếng rít) hoặc không tạo đủ áp suất dầu, làm giảm hoặc mất trợ lực lái.
- Xỉa lái: Xe có xu hướng tự lệch sang một bên khi đi thẳng. Có thể do sai góc đặt bánh xe (độ chụm, độ camber, độ caster) hoặc hư hỏng các chi tiết trong hệ thống dẫn động lái (rotuyn, càng A…).
- Vô lăng nặng/nhẹ bất thường: Có thể do thiếu dầu trợ lực, hư hỏng bơm/mô-tơ trợ lực, lỗi cảm biến, hoặc vấn đề cơ khí ở thước lái.
- Vô lăng bị rung lắc: Có thể do bánh xe mất cân bằng, các khớp nối trong hệ thống lái hoặc hệ thống treo bị mòn.
Kỹ thuật viên kiểm tra các bộ phận hệ thống lái xe ô tô
Tầm quan trọng của bảo dưỡng định kỳ hệ thống lái
Việc kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống lái xe ô tô định kỳ là cực kỳ quan trọng để đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ của các bộ phận. Quy trình bảo dưỡng thường bao gồm kiểm tra mức dầu trợ lực và chất lượng dầu, kiểm tra các đường ống dẫn dầu xem có rò rỉ không, kiểm tra các khớp cầu (rotuyn) xem có bị mòn hay rơ không, kiểm tra cao su che bụi thước lái xem có bị rách không, và kiểm tra/điều chỉnh góc đặt bánh xe (nếu cần). Thay dầu trợ lực theo khuyến cáo của nhà sản xuất cũng là một bước quan trọng để giữ cho hệ thống thủy lực hoạt động trơn tru. Các yếu tố môi trường như nhiệt độ cao (làm giảm độ nhớt dầu) hay đường xá xấu (tăng rung lắc) cũng ảnh hưởng đến tuổi thọ hệ thống, do đó việc kiểm tra thường xuyên càng trở nên cần thiết. Để được tư vấn chi tiết và kiểm tra xe, bạn có thể liên hệ với toyotaokayama.com.vn.
Câu hỏi thường gặp về cấu tạo và hoạt động của hệ thống lái
Hỏi: Vai trò của cảm biến và bộ điều khiển trong hệ thống lái điện/thủy lực-điện tử là gì?
Đáp: Trong các hệ thống trợ lực hiện đại như EPS và EHPS, cảm biến đóng vai trò thu thập dữ liệu về điều kiện hoạt động của xe và thao tác của người lái (như góc xoay vô lăng, tốc độ xe, lực xoắn trên trục lái). Bộ điều khiển (ECU) sẽ xử lý các tín hiệu này để tính toán chính xác mức độ lực trợ lực cần thiết, sau đó điều khiển mô-tơ điện (trong EPS) hoặc van điều khiển dầu (trong EHPS) để tạo ra lực hỗ trợ phù hợp. Điều này giúp tối ưu hóa cảm giác lái ở các dải tốc độ khác nhau và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng.
Hỏi: Những yếu tố nào ảnh hưởng đến tuổi thọ của hệ thống lái?
Đáp: Tuổi thọ của hệ thống lái xe ô tô bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Chất lượng và tình trạng dầu trợ lực (đối với hệ thống thủy lực) là rất quan trọng; dầu bẩn hoặc thiếu dầu sẽ làm tăng mài mòn. Thói quen lái xe như thường xuyên đánh lái chết tại chỗ hoặc đi vào cua ở tốc độ cao cũng tăng tải trọng lên các bộ phận. Điều kiện đường xá xấu, nhiều ổ gà, gờ giảm tốc có thể gây rung chấn mạnh, làm nhanh hỏng các khớp nối và bạc đỡ. Cuối cùng, việc bỏ qua lịch bảo dưỡng định kỳ, không kiểm tra và thay thế các chi tiết hao mòn kịp thời sẽ làm giảm đáng kể tuổi thọ của toàn bộ hệ thống.
Hỏi: Các dấu hiệu nhận biết sớm hư hỏng hệ thống lái?
Đáp: Một số dấu hiệu cảnh báo sớm về sự cố hệ thống lái bao gồm: vô lăng bỗng nhiên nặng hơn bình thường hoặc quá nhẹ; có tiếng kêu lạch cạch, lục cục, hoặc tiếng rít khi đánh lái; vô lăng bị rung lắc khi xe di chuyển; xe có xu hướng tự lệch sang một bên khi đi trên đường thẳng; hoặc phát hiện vết dầu rò rỉ dưới gầm xe, đặc biệt là quanh khu vực thước lái hoặc bơm trợ lực. Khi nhận thấy bất kỳ dấu hiệu nào trong số này, bạn nên đưa xe đi kiểm tra càng sớm càng tốt.
Hỏi: Quy trình bảo dưỡng hệ thống lái gồm những gì?
Đáp: Quy trình bảo dưỡng cơ bản bao gồm kiểm tra mức dầu và chất lượng dầu trợ lực (đối với HPS/EHPS) và bổ sung hoặc thay thế nếu cần. Kiểm tra các đường ống dẫn dầu xem có rò rỉ, nứt hay bị mài mòn không. Kiểm tra tình trạng các khớp cầu (rotuyn lái trong và ngoài) và bạc thước lái xem có bị rơ, mòn hay không. Kiểm tra và thay thế các cao su che bụi đã bị rách để ngăn bụi bẩn và nước xâm nhập làm hỏng các chi tiết bên trong. Cuối cùng, kiểm tra và điều chỉnh lại các góc đặt bánh xe như độ chụm để đảm bảo xe di chuyển thẳng và ổn định.
Hỏi: Yếu tố môi trường ảnh hưởng đến hệ thống lái như thế nào?
Đáp: Môi trường có thể tác động tiêu cực đến hệ thống lái xe ô tô. Nhiệt độ quá cao có thể làm dầu trợ lực loãng đi, giảm hiệu quả truyền lực và bôi trơn. Độ ẩm cao, đặc biệt kết hợp với bùn đất và muối (ở những khu vực gần biển hoặc sử dụng muối rắc đường vào mùa đông), có thể gây ăn mòn và rỉ sét các chi tiết kim loại, làm hỏng các gioăng phớt và ống dẫn. Chất lượng đường xá kém với nhiều ổ gà, gờ mấp mô liên tục tạo ra các chấn động và tải trọng động, đẩy nhanh quá trình mài mòn các khớp nối và bộ phận giảm chấn trong hệ thống lái và treo.
Hiểu rõ cấu tạo hệ thống lái xe ô tô và các vấn đề tiềm ẩn giúp bạn chủ động hơn trong việc chăm sóc chiếc xe của mình. Việc bảo dưỡng đúng lúc và đúng cách sẽ đảm bảo xe luôn hoạt động an toàn, mang lại trải nghiệm lái thoải mái và kéo dài tuổi thọ của xe. Để được kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống lái bởi đội ngũ chuyên gia, hãy liên hệ hoặc ghé thăm toyotaokayama.com.vn.
