Ưu và nhược điểm của các hệ thống dẫn động trên xe ô tô

Để một chiếc xe có thể di chuyển được, đều tất yếu là phải có một hệ thống bao gồm động cơ, hộp số và một hệ thống dẫn động để truyền lực đến các bánh xe. Vì thế hệ thống dẫn động đóng vai trò cực kì quan trọng, quyết định đặc tính vận hành của xe. Mặc dù có nhiều phát kiến mới để tối ưu hệ thống này, tuy nhiên, về cơ bản vẫn có 4 loại hệ thống dẫn động:

• FWD (Front Wheel Drive) hệ thống dẫn động cầu trước
• RWD (Rear Wheel Drive) hệ thống dẫn động cầu sau
• 4WD (Four Wheel Drive) hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian
• AWD (All Wheel Drive) hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian

1. FWD (Front Wheel Drive) - Hệ thống dẫn động cầu trước

Hệ thống dẫn động cầu trước đúng như tên gọi, giúp truyền lực kéo tới hai bánh trước. Những mẫu xe có động cơ đặt nằm ngang so với trục dẫn động thường tích hợp hệ thống dẫn động này. Ngoài ra động cơ cũng thường đặt phía trục trước và có thể đặt ở phía sau tuy nhiên rất hiếm gặp. Hệ thống này khá phổ biến trên những mẫu xe phổ thông, xe cỡ nhỏ và xe giá rẻ như: Toyota Corolla Altis, Honda Civic, Kia Morning, Hyundai Grand i10, Toyota Camry, Mazda 6…

Ưu điểm:

• Nhờ động cơ được đặt ngay phía trên trục dẫn dộng, nhờ đó sẽ không có trục dẫn động ra cầu sau, cấu tạo khoang động cơ đơn giản hơn, và tự trọng của xe cũng nhẹ hơn.
• Vì khoảng cách từ động cơ đến cầu dẫn động được rút ngắn, do đó lượng hao hụt công suất sản sinh từ động cơ được tối ưu hơn, động cơ hoạt động hiệu quả hơn.
• Do không có trục dẫn động ra phía sau nên sàn xe phẳng, khoang nội thất được tối ưu hơn.
• Hai bánh trước vừa làm nhiệm vụ dẫn hướng vừa có nhiệm vụ kéo chiếc xe di chuyển, do đó một chiếc xe dẫn động cầu trước về cơ bản, ít bị trượt ngang hay mất lái trên đường trơn trượt, tận dụng lực kéo tốt hơn và ít phải phụ thuộc vào sự hỗ trợ từ những hệ thống an toàn hơn.
• Chiều dài cơ sở không bị lệ thuộc vào chiều dài của trục dẫn động ra phía sau nhờ đó dễ dàng mở rộng khoang hành khách.

Nhược điểm

• Không tận dụng tốt lực kéo vì thế không phù hợp với những mẫu xe kích thước lớn như SUV hay xe bán tải.
• Trọng tâm xe dồn nhiều về phía trước bởi trọng lượng của động cơ, hộp số và hệ thống dẫn động, do đó khả năng cân bằng khi vào cua cũng bị hạn chế, dễ bị understeer khi vào cua ở tốc độ cao.
• Ngoài ra khi cần tăng tốc, khối lượng chuyên chở nặng phía trục sau có xu hướng kéo ngược lại khiến hai bánh trước bị trượt dẫn đến tiêu hao công suất, tăng tốc kém hơn những hệ thống dẫn động khác
• Do động cơ đặt nằm ngang, nên hạn chế khi muốn tăng dung tích của động cơ, không phù hợp với những động cơ 6 xy lanh thẳng hàng hay động cơ V8 trở lên. Đây là một lý do mà những mẫu xe hạng sang hay xe thể thao hiếm khi dẫn động cầu trước.
• Động cơ đặt nằm ngang cùng hệ thống dẫn động tích hợp cũng hạn chế độ mở góc bánh xe, vì thế bán kính quay vòng cũng bị hẹp hơn.
• Hai bánh trước thường sẽ mòn nhanh hơn do vừa dẫn động và vừa dẫn hướng.
• Trong một số tính huống phanh khẩn cấp, trọng lượng dồn phần lớn về phía trước vì thế chỉ có hai bánh trước góp phần lớn lực phanh trong khi phía sau tác động rất ít. Đó là lý do tại sao hầu hết xe giá rẻ đều chỉ trang bị phanh tang trống dành cho phía sau.

2. RWD (Rear Wheel Drive) - Hệ thống dẫn động cầu sau

Hệ thống dẫn động cầu sau có cấu tạo phức tạp và tốn kém hơn, động cơ có thể đặt ở phía trước, giữa hoặc sau xe. Khác với hệ dẫn động cầu trước, những mẫu xe dẫn động cầu sau có động cơ đặt trước sẽ có thêm một trục truyền lực đến cầu sau thông qua một bộ vi sai. Động cơ thường đặt dọc theo xe do đó khả năng sắp xếp xy-lanh không bị hạn chế, và những xe có dung tích lớn, động cơ V8 – V12 sẽ áp dụng hệ thống dẫn động này. Tại Việt Nam, những dòng xe cao cấp như Mercedes, Audi, BMW thường được dẫn động cầu sau.

Ưu điểm

• Hệ thống dẫn động này giúp giải tóa áp lực lên hai bánh trước, đồng thời hai bánh sau có nhiệm vụ đẩy xe tiến về phía trước, nhờ đó mà sức tải của xe được cải thiện.
• Hai bánh sau bám đường tốt hơn nhờ đó khả năng tăng tốc cũng được cải thiện.
• Phân bổ trọng lượng trên xe được tối ưu, phía sau chịu thêm một phần trọng lượng của hệ thống dẫn động nên trọng lượng trước sau cân bằng hơn.
• Khoang động cơ không còn hệ thống dẫn động, do đó hốc bánh xe cũng được gia tăng kích thước, nhờ đó góc quay bánh xe trước được mở rộng hơn, bán kính quay vòng vì thế được giảm xuống hơn so với dẫn động cầu trước.
• Khả năng vận hành linh hoạt hơn do khối lượng không đè nặng lên hai bánh trước như dẫn động cầu trước.
• Phân bổ trọng lượng tốt hơn cũng cải thiện khả năng làm việc của hệ thống phanh, lực phanh phân bổ đều hơn trên cả hai trục

Nhược điểm

• Khi tăng tốc, đặc biệt lúc đạp thốc ga ở những xe có công suất lớn hoặc mô-men xoắn cao ở vòng tua thấp, hai bánh sau sẽ có hiện tượng trượt hoặc thân xe xoay ngang. Nên ở những xe hiệu năng cao, hệ thống chống trượt bắt buộc phải được trang bị.
• Trong những địa hình trơn trượt, lầy lội hoặc đường tuyết, hai bánh sau sẽ bị mất lợi thế về lực kéo, do phải chịu thêm một khối lượng lớn từ khoang hành khách.
• Một phần dung tích khoang nội thất bị mất đi, do phải chừa khoảng chống cho trục dẫn động. Một số mẫu xe có động cơ đặt sau không gặp tình trạng này như Porsche 911 hay Volkswagen Beetle.
• Tự trọng của xe lớn hơn so với dẫn động cầu trước. Khối lượng tăng thêm đến từ trục dẫn động, từ những chi tiết gia cố thân xe do phải chừa không gian cho trục dẫn động. Trục sau hay bán trục sau cũng thường dài hơn so với trục trước vì thế nếu so sánh một mẫu xe cùng chủng loại và cùng kích thước thì xe dẫn động cầu sau luôn nặng hơn so với xe dẫn động cầu trước.
• Cũng chính vì nhiều chi tiết cấu thành hơn, do đó chi phí dành cho một mẫu xe dẫn động cầu sau luôn cao hơn, và ảnh hưởng rất nhiều tới giá bán của một chiếc xe dẫn động cầu sau.
• Công suất bị hao hụt nhiều hơn so với dẫn động cầu trước do phải dẫn qua trục dẫn động. Tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng với cấu hình động cơ đặt giữa hay phía sau xe.

3. 4WD (Four Wheel Drive) hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian

Cấu tạo của hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian có cấu trúc gần giống với hệ thống dẫn động cầu sau với động cơ đặt trước, tuy nhiên giữa hộp số và trục truyền động có thêm một hộp số phụ có chức năng gài cầu, phân phối lực kéo lên phía cầu trước. Những mẫu xe cỡ lớn như SUV hay xe bán tải thường được sử dụng hệ thống dẫn động này như Toyota Fortuner, Mitsubishi Pajero Sport All New, Ford Everest, Ford Ranger, Chevrolet Colorado…

Với hệ thống này, người lái có thể chủ động điều chỉnh và đưa ra chế độ gài cầu phù hợp: 1 cầu, 2 cầu nhanh hoặc 2 cầu chậm. Cá biệt có hệ thống dẫn động Super Select 4WD II của Mitsubishi có tới 4 chế độ gài cầu hoặc một số mẫu xe còn có thêm nút khóa vi-sai cầu sau …

Ưu điểm

• Phục vụ tốt cho khả năng vượt địa hình của xe vì lực kéo được phân bổ đều trên 2 trục trước sau với tỉ lệ 50:50, giúp người lái chủ động được lực kéo đến các bánh xe giúp xe vượt qua những chướng ngại trên các cung đường khó.
• Xe có sức tải tốt do 4 bánh xe vừa làm nhiệm vụ kéo và đẩy xe chuyển động về phía trước. Mặt khác khi chạy chế độ 1 cầu nhanh, xe sẽ sử dụng cầu sau làm nhiệm vụ đẩy, do đó khả năng tải nặng của xe cũng tương tự như xe dẫn động cầu sau.

Nhược điểm

• Vì kích thước lớn, nên hệ thống này chiếm khá nhiều không gian bên dưới gầm xe, khiến trọng tâm xe bị nâng cao, khả năng cân bằng xe kém khi di chuyển hoặc khi vào cua ở tốc độ cao.
• Tiêu tốn nhiên liệu hơn hai loại dẫn động trước, do trọng lượng xe nặng hơn đáng kể.
• Khi sử dụng chế độ 2 cầu, và khi vào cua, hai cầu trước sau quay cùng tốc độ khiến hai bánh trước bị trượt trên mặt đường hoặc sẽ rất khó vào cua. Do đó, nhà sản xuất thường đưa ra cảnh báo không gài chế độ hai cầu nhanh khi đi đường trường, vì có thể gây ra mòn lốp, khó điều khiển và có thể gây hỏng hệ thống phân phối lực kéo. Tuy nhiên hê thống dẫn động Super Select 4WD II của Mitsubishi có chế độ gài cầu 4H không khóa vi sai, giúp xe vận hành như một hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian và có thể khắc phục được yếu điểm trên của hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian.

4. AWD (All Wheel Drive) – Hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian

Về nguyên tắc, hệ thống này vẫn sử dụng 4 bánh để dẫn động tương tự hệ thống 4WD, tuy nhiên vi sai khóa trung tâm được thay bằng vi sai trung tâm giới hạn trượt hoặc tự do cùng với những hệ thống điện tử để phanh cục bộ bánh xe bị quay trơn do mất độ bám. Các nhà sản xuất luôn tối ưu hệ thống của mình theo những hướng phát triển riêng, một số ví dụ có thể kể ra như hệ thống 4Matic của Mercedes, xDrive từ BMW, Quattro từ Audi hay Symmetrical AWD của Subaru…

Ưu điểm

• Hệ thống máy tính tự động phân phối lực kéo vì thế người lái không cần can thiệp bằng cách gài cầu hay bật/tắt khóa vi sai …
• Luôn phân bổ lực kéo đến 4 bánh xe theo tỉ lệ phù hợp, nhờ đó tăng khả năng bám đường khi vào cua, khi tăng tốc, đồng thời tối ưu lực kéo khi đi đường trường.
• Tăng độ ổn định khi đi trên những đoạn đường lầy lội, trơn trượt, mưa gió.
• Khả năng vận hành và cảm giác lái của xe cũng được nâng cao hơn.
• Vì đặc tính đồng bộ, do đó hệ thống này tương đối tinh gọn, ngoài những mẫu SUV/crossover cỡ lớn, những mẫu xe sedan hạng sang hay xe thể thao tính năng cao đều dễ dàng tích hợp hệ thống này.

Nhược điểm

• Vì sử dụng nhiều hệ thống điện tử, cũng như kỹ thuật chế tác phức tạp, hệ thống này tương đối đắt đỏ và khó áp dụng với những dòng xe phổ thông, xe giá rẻ.
• Hệ thống này tập trung vào việc khắc phục nhược điểm của hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian khi đi trên đường trường, và vì thế mất đi tính năng gài cầu chậm khiến khả năng vượt địa hình vẫn xem là một hạn chế lớn với hệ thống dẫn động AWD.