Hệ thống trợ lực tay lái trên ô tô cấu tạo thế nào?

Trợ lực tay lái từ buổi sơ khai

Vào năm 1886, một trong những nhà sáng lập ra hãng Mercedes là Karl Benz đã chế tạo ra hệ thống lái đầu tiên. Do ở thời kỳ sơ khai nên hệ thống này rất đơn giản, khi chỉ có tay lái tác động vào các bánh răng  trên trục lái. Vì vậy, để chuyển hướng các bánh xe thì phải hoàn toàn phụ thuộc vào lực tay của tài xế. Nhược điểm của kết cấu này là đánh lái cực kỳ nặng, nhất là khi xe đứng yên, bên cạnh đó, khi được lắp thêm các bánh răng để giảm lực tác động lên tay lái, tỷ lệ đánh lái (Steering Ratio) sẽ tăng lên, cụ thể, người lái cần xoay vô lăng 4 vòng, xe mới rẽ được 1 góc 90 độ, khá chậm và thiếu an toàn.

Chính vì lý do đó mà các nhà sản xuất ô tô cho ra đời tay lái với trợ lực dầu, hệ thống này được lắp cho mẫu xe thương mại Imperial và New Yorker của Chysler lần đầu tiên vào năm 1951, kể từ đó, nó đã “thống trị” ngành công nghiệp ô tô hơn nửa thế kỷ. Những năm gần đây, trợ lực điện đang dần đến thời kỳ “hoàng kim” sau khi được ứng dụng lần đầu vào năm 2000 trên mẫu xe huyền thoại Honda S2000, với rất nhiều tính năng ưu việt. Cả 2 hệ thống đều có mục đích chung là giảm tác động lực của tay lên vô lăng và giảm thời gian vô lăng phản hồi khi người lái bắt đầu đánh lái. Tuy nhiên cơ cấu hoạt động khác nhau dẫn đến hiệu quả từng loại vô lăng mang lại cũng khác nhau.

Cơ cấu hoạt động của hệ thống trợ lực tay lái

Trợ lực dầu (Hydraulic Steering Assist)

Thành phần của bộ phận trợ lực dầu gồm có bình chứa dầu, thước lái, cụm van chia dầu và bơm trợ lực dầu, động cơ hoạt động sẽ kéo bơm trợ lực cũng hoạt động theo. Khi vô lăng xoay, bơm trợ lực dầu sẽ ép dầu dưới áp suất cao, đi qua van được nối với cụm thước lái, giúp bánh xe chuyển hướng một cách nhẹ nhàng.

Trợ lực điện (Electric Steering Assist)

Hệ thống trợ lực điện khá đơn giản, ngoài thước lái thì nhà sản xuất chỉ cần lắp thêm một mô tơ điện lên cụm tay lái. Khi bạn đánh lái, cảm biến sẽ đo góc xoay của vô lăng và gửi tín hiệu này về ECU, ECU sẽ tính toán lực và đưa vào dòng điện thích hợp để cụm mô tơ điện xoay một lực tương ứng với góc đánh lái. Bên cạnh đó, nhờ có mô tơ hỗ trợ nên tay lái sẽ khá nhẹ, tuy nhiên việc đánh lái quá nhẹ sẽ gây mất an toàn khi ở tốc độ cao, vì vậy ECU sẽ thu thập thêm thông số tốc độ xe để điều chỉnh mô tơ điện. Đồng nghĩa với việc xe chạy càng nhanh thì tay lái sẽ càng nặng.

Ưu nhược điểm

Nếu đặt 2 hệ thống này lên bàn cân thì rõ ràng trợ lực điện chiếm ưu thế lớn với những tính năng ưu việt sau đây: Bơm trợ lực dầu kết nối với động cơ nên sẽ tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn 2 – 3% so với trợ lực điện chỉ sử dụng điện từ bình ắc quy. Trợ lực dầu sử dụng khá nhiều chi tiết cơ khí nên việc bảo trì sẽ khó khăn hơn,  trọng lượng cũng lớn hơn dẫn đến tiêu hao nhiều nhiên liệu hơn.

Trợ lực dầu cần có dầu để bơm vào các van nén, vì thế chủ xe sẽ tốn chi phí thay dầu và bảo trì các bộ phận liên quan. Một đặc điểm nữa của trợ lực dầu là xe chạy càng nhanh, tay lái càng nhẹ nên dễ gây mất lái hơn. Còn khi di chuyển tốc độ thấp, trợ lực dầu tỏ ra khá nặng nề và người lái đa phần phải dùng nhiều lực ở 2 tay để xoay vô lăng.

Tuy nhiên, cảm giác lái là điều tạo ra rất nhiều tranh cãi giữa những người thích sự linh hoạt của trợ lực điện và những khách hàng thích cảm giác “chân thật” khi dùng trợ lực dầu. Một bài kiểm tra thực tế được đưa cho 11 người đã có nhiều năm làm việc với xe ô tô, họ được yêu cầu lần lượt lái thử chiếc BMW 528i sử dụng trợ lực điện và BMW 535i sử dụng trợ lực dầu, tuy nhiên tất cả đều không biết từng xe sẽ sử dụng loại trợ lực nào.

Điều ngạc nhiên là 2 loại trợ lực tỏ ra “ngang tài ngang sức” trong các bài thử nghiệm. Cụ thể, khi đánh lái gấp và liên tục ở tốc độ khác nhau, trợ lực điện trả vô lăng về vị trí trung tâm chậm hơn nhiều so với trợ lực dầu, đồng nghĩa với việc trợ lực dầu sẽ giữ xe đi thẳng tốt hơn trong trường hợp tài xế đánh lái gấp để tránh chướng ngại vật. Mặt khác, vô lăng trợ lực điện trên chiếc 528 được đa phần các chuyên gia ”ưu ái” khi di chuyển trong phố, đặc biệt là lúc đưa xe vào vị trí đỗ nhờ tay lái nhẹ hơn gần 1/2 so với trợ lực dầu, giúp người lái cảm thấy khá thoải mái khi điều khiển xe.

Về mặt công nghệ, tay lái trợ lực điện tỏ ra vượt trội khi ECU có thể điều chỉnh độ lệch cùng với độ nặng nhẹ của vô lăng ở nhiều điều kiện lái khác nhau. Trên thực tế, khi mô tơ của trợ lực điện được kết nối với các tín hiệu của cảm biến tốc độ, cảm biến trượt ở bánh xe, cảm biến va chạm và con quay hồi chuyển, các nhà sản xuất xe sẽ tạo ra các tính năng như vô lăng tự điều chỉnh khi xe chệch làn đường, hệ thống tự đỗ xe, chống trượt khi có gió tạt ngang thân xe và thậm chí là chức năng xe tự lái như trên các mẫu xe điện Tesla.

Do đã tồn tại hơn 50 năm nên vẫn còn khá nhiều hãng duy trì việc sản xuất tay lái trợ lực dầu, mặt khác, do chỉ mới xuất hiện những năm gần đây nên số lượng xe sử dụng tay lái trợ lực điện vẫn chưa nhiều và trợ lực dầu vẫn chiếm ưu thế. Nhưng trong nhiều năm tới, các công nghệ mới về an toàn và hỗ trợ người lái được phát minh cũng như ứng dụng rộng rãi hơn, thì tay lái trợ lực điện sẽ được “ưu ái” khi có khả năng kết hợp với những hệ thống này, điều mà tay lái trợ lực dầu vẫn không làm được.