Bộ vi sai chống trượt giới hạn hoạt động như thế nào?

Vi sai chống trượt giới hạn là một bộ phận quan trọng giúp cải thiện khả năng vận hành của những mẫu xe hiệu suất cao và xe địa hình hiện đại

Nếu từng trò chuyện với những người yêu xe, bạn có thể đã nghe nhắc đến thuật ngữ "LSD". Trong lĩnh vực ô tô, LSD là viết tắt của cụm từ “limited-slip differential”, hay còn gọi là bộ vi sai chống trượt giới hạn.

Khác với vi sai mở (open differential) thông thường, vốn có thể truyền phần lớn mô-men xoắn tới bánh xe bị mất độ bám, vi sai chống trượt giới hạn giúp phân bổ lực kéo hiệu quả hơn giữa hai bánh xe chủ động. Nhờ đó, xe có độ bám tốt hơn khi tăng tốc, ổn định hơn khi vào cua và kiểm soát tốt hơn trên các bề mặt trơn trượt hoặc gồ ghề. Dưới đây là cách hệ thống này hoạt động.

5 dấu hiệu cần lưu tâm để đảm bảo lốc điều hòa ô tô chạy tốt cả mùa hè nóng bức

Đèn báo áp suất dầu động cơ bật sáng có nguy hiểm không?

Vi sai thông thường hoạt động như thế nào?

Để hiểu rõ hơn về vi sai chống trượt giới hạn, trước tiên cần biết vai trò của vi sai thông thường. Khi ô tô vào cua, bánh xe phía ngoài phải đi quãng đường dài hơn bánh xe phía trong. Vì vậy, bánh ngoài cần quay nhanh hơn một chút. Nếu cả hai bánh bị buộc quay cùng tốc độ, lốp sẽ bị trượt trên mặt đường, làm giảm độ bám và tăng mức độ mài mòn.

Vi sai được thiết kế để giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép hai bánh xe chủ động trên cùng một cầu quay ở tốc độ khác nhau trong khi vẫn truyền mô-men xoắn từ động cơ tới cả hai bánh.

Trên một chiếc xe dẫn động cầu sau, mô-men xoắn từ động cơ sẽ đi qua hộp số, trục các-đăng rồi tới cụm vi sai ở cầu sau. Bên trong cụm vi sai là hệ thống bánh răng có nhiệm vụ phân bổ mô-men xoắn giữa bánh trái và bánh phải, đồng thời cho phép chúng quay với tốc độ khác nhau khi xe vào cua.

Loại phổ biến nhất là vi sai mở, sử dụng bánh răng vành chậu, bánh răng quả dứa, bánh răng vi sai (spider gear) và bánh răng bán trục để thực hiện chức năng này. Trong điều kiện vận hành thông thường, vi sai mở hoạt động hiệu quả, bền bỉ và có chi phí sản xuất thấp. Đây cũng là lý do nó vẫn là lựa chọn tiêu chuẩn trên phần lớn ô tô phổ thông hiện nay.

Mặc dù hoạt động tốt trong hầu hết các tình huống, vi sai mở vẫn tồn tại một nhược điểm lớn. Do có xu hướng truyền mô-men xoắn theo hướng có lực cản nhỏ hơn, khi một bánh xe chủ động bị mất độ bám, ví dụ trên mặt băng, đường ướt, sỏi đá hoặc khi tăng tốc mạnh lúc ra cua, bánh xe đó sẽ quay trơn trong khi bánh còn lại, dù vẫn còn độ bám, lại nhận được rất ít mô-men xoắn. Điều này khiến xe khó tăng tốc, khó leo dốc trơn trượt hoặc thoát cua nhanh.

Vi sai chống trượt giới hạn là gì?

Vi sai chống trượt giới hạn (Limited-Slip Differential - LSD) được phát triển nhằm khắc phục nhược điểm trên bằng cách hạn chế sự chênh lệch tốc độ quay giữa hai bánh xe chủ động khi một bánh bắt đầu mất độ bám. Thay vì để gần như toàn bộ mô-men xoắn truyền tới bánh đang quay trơn, LSD sẽ chuyển nhiều mô-men xoắn hơn sang bánh còn bám đường, giúp xe duy trì lực kéo và ổn định.

Ý tưởng này đã xuất hiện từ thập niên 1930 khi Porsche đặt nền móng phát triển vi sai chống trượt giới hạn cho các mẫu xe đua. Kể từ đó, công nghệ này đã trở thành trang bị phổ biến trên xe thể thao, sedan hiệu suất cao, bán tải và nhiều mẫu xe địa hình.

Vi sai chống trượt giới hạn dạng ly hợp hoạt động như thế nào?

Thiết kế cơ khí phổ biến nhất hiện nay là LSD dạng ly hợp. Bên trong cụm vi sai có các bộ lá côn (clutch pack) bố trí phía sau mỗi bánh răng bán trục. Trong điều kiện vận hành bình thường, các lá côn vẫn cho phép hai bánh xe quay với tốc độ chênh lệch nhỏ, tương tự vi sai mở.

Tuy nhiên, khi một bánh bắt đầu quay trơn, cơ cấu bên trong sẽ tăng lực ép lên các bộ lá côn. Điều này khiến hai bán trục bị khóa một phần với nhau, giảm sự chênh lệch tốc độ quay giữa hai bánh. Kết quả là nhiều mô-men xoắn hơn được truyền tới bánh xe còn độ bám, giúp cải thiện khả năng tăng tốc và kiểm soát xe.

Mức độ khóa của vi sai sẽ thay đổi tùy theo thiết kế và điều kiện vận hành nhằm cân bằng giữa khả năng bám đường và sự mượt mà khi vào cua.

Các loại vi sai chống trượt giới hạn khác

Các hãng xe hiện đang sử dụng nhiều loại LSD khác nhau, mỗi loại có những ưu điểm riêng.

Vi sai Torsen

Thay vì dùng bộ lá côn, vi sai Torsen sử dụng hệ thống bánh răng trục vít và bánh răng xoắn để tự động phân bổ mô-men xoắn tới bánh xe có độ bám tốt hơn. Do không sử dụng các lá côn ma sát, vi sai Torsen có ưu điểm là hoạt động mượt mà, bền bỉ và duy trì hiệu quả ổn định trong thời gian dài. Loại này được sử dụng rộng rãi trên các mẫu xe hiệu suất cao và hệ dẫn động bốn bánh.

Vi sai nhớt (Viscous LSD)

Vi sai nhớt kết nối hai bán trục thông qua một khoang chứa dầu silicone có độ nhớt cao. Khi một bánh quay nhanh hơn bánh còn lại, chất lỏng này tạo lực cản giúp truyền mô-men xoắn sang bánh có độ bám tốt hơn. Mặc dù cấu tạo đơn giản, loại LSD này phản ứng chậm hơn và hiện ít xuất hiện trên các mẫu xe thể thao hiện đại.

Vi sai chống trượt điều khiển điện tử (eLSD)

Nhiều mẫu xe hiện nay sử dụng vi sai chống trượt điều khiển điện tử. Hệ thống này kết hợp cơ cấu cơ khí với bộ điều khiển điện tử, cơ cấu thủy lực hoặc mô-tơ điện để điều chỉnh lực khóa dựa trên góc lái, độ mở bướm ga, tốc độ xe và điều kiện bám đường.

Các hãng như BMW, Mercedes-AMG, Hyundai N, Ford Performance hay General Motors đều đang áp dụng eLSD trên nhiều mẫu xe hiệu năng cao nhờ khả năng điều khiển chính xác và phản ứng nhanh hơn so với LSD cơ khí truyền thống.

Hệ thống kiểm soát lực kéo bằng phanh

Không phải mọi ô tô hiện đại đều được trang bị LSD cơ khí. Thay vào đó, nhiều mẫu xe phổ thông sử dụng hệ thống kiểm soát lực kéo điện tử để tạo hiệu ứng tương tự. Khi cảm biến phát hiện một bánh xe chủ động bị quay trơn, hệ thống phanh sẽ tự động tác động lên bánh đó. Việc giảm tốc bánh đang trượt giúp vi sai mở truyền nhiều mô-men xoắn hơn sang bánh còn lại.

Giải pháp này đủ hiệu quả cho nhu cầu sử dụng hàng ngày và góp phần nâng cao an toàn. Tuy nhiên, do phải sử dụng hệ thống phanh để tạo lực cản, hiệu quả của nó khi vận hành cường độ cao hoặc trên đường đua thường không bằng LSD cơ khí.

Dấu hiệu xe không có vi sai chống trượt giới hạn

Một chiếc xe sử dụng vi sai mở thường có những biểu hiện sau trong điều kiện mặt đường có độ bám thấp:

• Chỉ một bánh xe chủ động quay khi tăng tốc mạnh.
• Khó di chuyển trên đường tuyết, băng hoặc sỏi đá.
• Bánh phía trong dễ quay trơn khi tăng tốc lúc thoát cua.
• Độ bám giảm trên các bề mặt gồ ghề hoặc không bằng phẳng.

Trên nhiều mẫu xe hiện đại, hệ thống kiểm soát lực kéo điện tử có thể khắc phục phần nào những hiện tượng này.

So sánh vi sai mở và vi sai chống trượt giới hạn

Vì sao LSD lại quan trọng?

Đối với hầu hết người lái, vi sai chống trượt giới hạn gần như hoạt động một cách "âm thầm". Lợi ích lớn nhất của hệ thống này là giúp xe duy trì lực kéo khi điều kiện bám đường giữa hai bánh xe không đồng đều.

LSD đặc biệt hữu ích nếu bạn:

• Thường xuyên lái xe trên đường mưa, băng hoặc tuyết.
• Thích lái xe trên những cung đường nhiều khúc cua.
• Tham gia các buổi chạy track day.
• Sở hữu xe thể thao hoặc xe hiệu năng cao.
• Thường xuyên kéo moóc hoặc di chuyển trên địa hình phức tạp.

Nhiều mẫu xe hiệu năng cao hiện nay như Ford Mustang GT, Honda Civic Type R, Toyota GR Corolla, các dòng BMW M cùng nhiều mẫu xe thể thao khác đều được trang bị hoặc cung cấp tùy chọn vi sai chống trượt giới hạn cơ khí hoặc điều khiển điện tử.

Kết luận

Vi sai chống trượt giới hạn là một trong những nâng cấp cơ khí mang lại hiệu quả rõ rệt nhất đối với khả năng bám đường và cảm giác lái. Trong khi vi sai mở vẫn đáp ứng tốt nhu cầu di chuyển hàng ngày, LSD phát huy ưu thế khi một bánh xe chủ động bắt đầu mất độ bám.

Dù sử dụng bộ lá côn, bánh răng, chất lỏng silicone hay hệ thống điều khiển điện tử, mọi loại vi sai chống trượt giới hạn đều hướng tới cùng một mục tiêu: truyền mô-men xoắn tới bánh xe có khả năng bám đường tốt hơn. Điều này giúp xe tăng tốc hiệu quả hơn, ổn định hơn khi vào cua và mang lại sự tự tin cho người lái trong nhiều điều kiện vận hành khác nhau.

Duy Thành