Khi bạn lái xe, việc bạn xoay vô lăng sẽ khiến chiếc xe di chuyển theo hướng bạn mong muốn. Nhưng bạn có biết tại sao lại như vậy không? Hãy cùng tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trên xe ô tô để giúp bạn lái xe an toàn hơn nhé.
Hệ thống chuyển hướng của xe ô tô
Sau đây là một số kiến thức cơ bản về hệ thống chuyển hướng của xe. Chúng ta sẽ cùng nghiên cứu về nguyên lý hoạt động, một số hệ thống chuyển hướng cơ bản và ảnh hưởng của nó đến tính kinh tế nhiên liệu của xe. Hãy cùng xem xét cái gì làm cho chiếc xe chuyển hướng. Chắc chắn nó không đơn giản như bạn nghĩ!
Hình 1: Hệ thống lái xe ô tô
Nguyên lý làm việc của hệ thống lái
Đầu tiên, bạn sẽ rất ngạc nhiên vì khi chuyển hướng, các bánh xe trước không đi theo cùng một hướng. Tại sao vậy? Để chiếc xe chuyển hướng êm dịu, mỗi bánh xe cần phải đi theo một đường tròn khác nhau. Bởi vì bánh xe bên trong chuyển động theo một vòng tròn có bán kính nhỏ hơn, việc quay vòng khó khăn hơn so với bánh xe phía ngoài. Nếu bạn vẽ một đường thẳng vuông góc với từng bánh xe, các đường thẳng đó sẽ giao nhau tại tâm quay vòng.
Hình 2: Sơ đồ mô phỏng bán kính quay vòng
Hệ thống lái bánh răng - thanh răng
Hệ thống lái bánh răng - thanh răng xuất hiện và rất phổ biến trên các xe ô tô du lịch và xe tải nhỏ, xe SUV. Đây là một cơ cấu cơ khí đơn giản. Một bánh răng được nối với một ống kim loại, một thanh răng được gắn trên một ống kim loại. Một thanh nối nối với hai đầu mút của thanh răng. Bánh răng tròn được nối với trục tay lái. Khi bạn xoay vành tay lái, bánh răng quay làm chuyển động thanh răng. Thanh nối ở hai đầu thanh răng được gắn với một cánh tay đòn trên một trục xoay.
Hình 3: Hệ thống lái với bánh dẫn hướng trong hệ thống treo độc lập
Cặp bánh răng - thanh răng làm hai nhiệm vụ:
- Chuyển đổi chuyển động xoay của vành tay lái thành chuyển động thẳng cần thiết để làm đổi hướng bánh xe.
- Cung cấp một sự giảm tốc, tăng lực để làm đổi hướng các bánh xe dễ dàng và chính xác hơn.
Hệ thống lái trợ lực
Hệ thống lái bánh răng - thanh răng có trợ lực bằng thuỷ lực. Trong hệ thống này, bánh răng được thiết kế với một xi lanh và một piston nằm giữa. Piston được nối với bánh răng. Có hai đường ống dẫn chất lỏng ở hai bên của piston. Một dòng chất lỏng có áp suất cao sẽ được bơm vào một đầu đường ống để đẩy piston dịch chuyển, hỗ trợ bánh răng chuyển động. Như vậy, khi bạn đánh lái, hệ thống thuỷ lực sẽ hỗ trợ theo hướng bạn điều khiển.
Cơ cấu lái trục vít - êcu - bi cung răng
Cơ cấu lái trục vít - êcu - bi cung răng được sử dụng trên hầu hết các xe tải và SUV. Cấu trúc của cơ cấu này khác với cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.
Hình 4: Sơ đồ bố trí các chi tiết trong hệ thống lái
Cơ cấu này có hai phần chính: khối kim loại có đường ren rỗng và vành răng kết hợp với một cái êcu. Khi bạn xoay vành tay lái, êcu quay theo. Bằng cách xoắn nhẹ, êcu làm di chuyển bánh răng hoặc trục vít, từ đó làm di chuyển các cánh tay đòn và thay đổi hướng bánh xe.
Hệ thống lái trợ lực điện (Electric Power Steering)
Hệ thống lái trợ lực điện hoạt động dựa trên tín hiệu từ cảm biến mô men trong cụm trợ lực lái. Khi bạn xoay vô lăng để chuyển hướng, phản lực từ mặt đường qua bánh xe tác động lên cụm trợ lực lái. Cảm biến mô men đo mô men đánh lái và gửi tín hiệu đến hộp điều khiển. Hộp điều khiển sẽ điều khiển mô tơ trợ lực để hỗ trợ xoay trục tay lái theo hướng của bạn, làm cho lực đánh lái nhẹ hơn và thoải mái hơn rất nhiều.
So sánh hệ thống lái trợ lực điện và trợ lực thủy lực
So sánh với hệ thống lái trợ lực thủy lực, hệ thống lái trợ lực điện có nhiều ưu điểm nổi bật:
- Hệ thống lái điện tiết kiệm nhiên liệu hơn do không cần dẫn động từ động cơ, giúp tiết kiệm 2%-3% nhiên liệu khi hoạt động.
- Hệ thống lái điện không sử dụng chất lỏng dẫn động, đảm bảo vệ sinh môi trường.
- Hệ thống lái điện có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ hơn so với lái thủy lực, giúp giảm trọng lượng và tiết kiệm nhiên liệu.
- Khi lái xe ở tốc độ cao, hệ thống lái điện đem lại cảm giác lái thật hơn và ổn định hơn so với lái thủy lực.
- Hệ thống lái điện nhẹ và nhạy hơn so với lái thủy lực.
Tuy có nhiều ưu điểm, nhược điểm lớn nhất của hệ thống lái trợ lực điện là chi phí sửa chữa cao. Khi các chi tiết bên trong cụm trợ lực hỏng, cần phải thay toàn bộ cụm trợ lực để đảm bảo an toàn khi lái xe.
Như vậy, đó là những nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trên xe ô tô. Hiểu rõ về cách hệ thống lái hoạt động sẽ giúp bạn lái xe an toàn và hiệu quả hơn.
