Cùng tìm hiểu ưu nhược điểm các hệ thống dẫn động cơ xe: cầu trước, cầu sau, 4WD và AWD

Hãy cùng Xe5s khám phá ưu nhược điểm của các hệ thống dẫn động cơ xe: cầu trước, cầu sau, 4WD và AWD.
Điều này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách mà mỗi loại hệ thống này hoạt động và tại sao chúng có ảnh hưởng đến trải nghiệm lái xe của chúng ta.

Hệ dẫn động ô tô là gì?

Hệ dẫn động còn được gọi là hệ thống truyền động, đóng vai trò quan trọng và là trục chính trong quá trình vận hành của mỗi chiếc xe. 

Trong khi động cơ tạo ra năng lượng và công suất, hệ dẫn động ô tô chịu trách nhiệm truyền tải năng lượng này đến bánh xe để xe có thể di chuyển. 

Có nhiều cách bố trí động cơ, hộp số và hệ thống truyền động cho ô tô, mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng và phù hợp với một số dòng xe nhất định. Do đó, người dùng lựa chọn loại hệ dẫn động phù hợp nhất dựa trên nhu cầu sử dụng của họ để đạt hiệu suất tối ưu.

Có những hệ dẫn động ô tô nào?

Có bốn loại hệ thống dẫn động ô tô phổ biến hiện nay:

-Hệ thống dẫn động cầu trước (FWD: Front-wheel drive) - động cơ đẩy xe từ cầu trước.

-Hệ thống dẫn động cầu sau (RWD: Rear-wheel drive) - động cơ đẩy xe từ cầu sau.

-Hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian (AWD: All-wheel drive) - động cơ truyền động đến tất cả bốn bánh xe liên tục.

-Hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian (4WD: Four-wheel drive) - xe có thể chuyển từ chế độ hai bánh (2WD) sang chế độ bốn bánh (4WD) khi cần thiết.

Cấu tạo của từng hệ dẫn động ô tô

Hầu hết các dòng xe ô tô hiện nay trên thị trường đều sử dụng động cơ đặt ở phía trước của xe, nghĩa là phần động cơ và hộp số được đặt ở phía trước xe (ngoại trừ một số dòng xe thể thao và siêu xe). Do đó, cấu tạo chung của từng loại hệ thống dẫn động ô tô sẽ như sau:

-Hệ dẫn động cầu trước: Cấu trúc đơn giản với một trục truyền động đặt ở hai bánh trước.

-Hệ dẫn động cầu sau: Sử dụng trục cầu đặc biệt để truyền sức mạnh từ động cơ ở phía trước đến trục truyền động ở hai bánh sau.

-Hệ dẫn động 4 bánh: Bao gồm hai trục truyền động ở cả cầu trước và cầu sau, cùng với một hộp số phụ giúp phân phối momen xoắn một cách hợp lý cho cả hai trục.

Ưu và nhược điểm của từng hệ dẫn động ô tô

Hệ dẫn động cầu trước FWD

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của hệ dẫn động cầu trước là khi trục truyền động đặt ở cầu trước, sức mạnh từ động cơ thông qua hộp số sẽ được truyền đến hai bánh trước. Điều này giúp bánh trước quay và kéo theo bánh sau, đẩy chiếc xe tiến về phía trước. Với phần lớn các loại ô tô hiện nay có động cơ và hộp số ở phía trước, hệ thống dẫn động cầu trước trở thành lựa chọn đơn giản nhất.

Ưu điểm

-Cấu tạo đơn giản không đòi hỏi nhiều kết cấu cơ khí phức tạp, dẫn đến giá thành rẻ hơn và chi phí sản xuất thấp hơn.

-Trọng lượng nhẹ giúp tiết kiệm nhiên liệu.

-Không gian nội thất rộng rãi và nhiều tiện nghi hơn, không bị ảnh hưởng bởi các kết cấu cơ khí phức tạp như các loại hệ truyền động khác.

-Sức mạnh từ động cơ được truyền đến bánh trước một cách nhanh chóng, đảm bảo không tiêu hao nhiều năng lượng trong quá trình truyền tải vì động cơ và hệ thống dẫn động ô tô được đặt gần nhau.

-Kết cấu động cơ và hộp số được đặt ở phía trước giúp tập trung trọng lượng ở đầu xe, tăng độ bám đường cho bánh dẫn động phía trước.

Nhược điểm

-Phần lớn trọng lượng của xe cầu trước tập trung ở phần đầu, dẫn đến khả năng tăng tốc kém hơn so với các loại hệ dẫn động khác.

-Phân bố trọng lượng không đồng đều có thể gây ra hiện tượng "văng đuôi" khi vào cua gấp ở tốc độ cao, nơi bánh sau trượt dài và xe mất kiểm soát.

-Tuổi thọ của lốp trước thường không cao do phải chịu mọi tác động từ quá trình vận hành như định hướng, phanh, chịu tải và tăng tốc.

Hệ dẫn động cầu sau RWD

Nguyên lý hoạt động

Trong trường hợp của những chiếc xe có động cơ đặt phía trước, sức mạnh từ phần động cơ sẽ được truyền đến trục truyền động ở cầu sau thông qua một trục các-đăng. Tuy nhiên, đối với những dòng xe thể thao hoặc siêu xe, động cơ thường được đặt ở giữa (sau ghế lái) hoặc phía sau, do đó không cần sử dụng trục các-đăng để truyền động.

Ưu điểm

-Nhờ sự cân bằng trong phân bố trọng lượng giữa trục trước và trục sau, các xe sử dụng hệ dẫn động cầu sau có khả năng bám đường tốt hơn so với hệ dẫn động cầu trước, đồng thời cũng có khả năng tăng tốc cao hơn. Hệ dẫn động cầu sau giúp khắc phục nhược điểm của hệ dẫn động cầu trước.

-Cơ chế quay của bánh sau cung cấp lực đẩy tới bánh trước, giúp các xe sử dụng hệ dẫn động cầu sau đánh lái dễ dàng và chính xác hơn.

-Khoang động cơ trước được thu gọn, mở rộng khoang hốc bánh xe trước, tạo điều kiện thuận lợi cho việc đánh lái dễ dàng hơn.

Hiện nay, đa số các dòng xe hạng sang như BMW 320i–330i, Mercedes E200–E300, BMW 520i–530i, Jaguar XE... thường sử dụng hệ dẫn động cầu sau. Đối với các loại xe SUV và bán tải như Toyota Fortuner, Toyota Hilux, Ford Everest, Ford Ranger, Mitsubishi Pajero Sport,... ngoài các phiên bản 2 cầu, thì phần lớn cũng ưa chuộng hệ dẫn động cầu sau.

Nhược điểm

-Do phải đi qua trục các-đăng, các mẫu xe sử dụng hệ dẫn động cầu sau - động cơ đặt trước thường có hiện tượng hao phí công suất và năng lượng truyền động.

-Khoang nội thất thường không rộng rãi như ở hệ dẫn động cầu trước do phải để chỗ cho trục truyền động.

-Xe sử dụng hệ dẫn động cầu sau thường có nhiều chi tiết cấu thành hơn, dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn.

-Khi tăng tốc đột ngột, các mẫu xe được trang bị động cơ công suất lớn có thể gặp hiện tượng trượt hoặc mất ổn định do thân xe xoay ngang.

Hệ dẫn động 4 bánh bán thời gian 4WD

Nguyên lý hoạt động

Hệ dẫn động 4 bánh bán thời gian cho phép chuyển đổi giữa dẫn động 1 cầu (sử dụng 2 bánh trước/sau) và dẫn động 2 cầu (sử dụng cả 4 bánh) bằng cách gài cầu (sử dụng cần số phụ). Thông thường, khi ở chế độ dẫn động 2 bánh, lực kéo xe sẽ được tập trung vào 2 bánh sau.

Một số xe còn được trang bị khoá vi sai trung tâm để cân bằng chênh lệch giữa bánh trái và bánh phải, cũng như phân phối mô-men xoắn linh hoạt ra hai trục trước/sau, giúp xe vượt qua những địa hình khó khăn.

Các chế độ gài cầu bao gồm:

-Chế độ 2H (dẫn động 2 bánh tốc độ cao) được sử dụng khi xe chạy dưới điều kiện thông thường.

-Chế độ 4H (dẫn động 4 bánh tốc độ cao) cung cấp khả năng tăng độ bám đường, giúp vượt qua đoạn đường trơn trượt, cua dốc và nhiều địa hình có ma sát.

-Chế độ 4L (dẫn động 4 bánh tốc độ thấp) cung cấp thêm mô-men xoắn, giúp xe vượt qua những địa hình khó như đường gồ ghề, dốc đá cao, và địa hình đầm lầy dễ sụp lún.

Ưu điểm

-Hệ dẫn động 4 bánh bán thời gian có khả năng vận hành vượt trội, vượt qua mọi địa hình hiểm trở và điều kiện chuyển động khó khăn.

-Khi chuyển sang chế độ dẫn động 2 cầu, độ bám đường ổn định ở tất cả 4 bánh xe.

-Phù hợp cho các cuộc đua off-road và cho những người thường xuyên di chuyển trên địa hình khó khăn.

Nhược điểm

-Hệ dẫn động ô tô 4 bánh bán thời gian yêu cầu người lái phải có kỹ thuật lái xe tốt và nắm bắt được địa hình để chọn cách dẫn động phù hợp nhất.

-Hệ thống dẫn động phức tạp với nhiều chi tiết, dẫn đến tăng trọng lượng của xe và hao phí nhiên liệu.

-Chi phí sử dụng, bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế thiết bị cũng cao hơn so với các hệ thống dẫn động khác.

Hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian AWD

Nguyên lý hoạt động

Hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian truyền sức mạnh từ động cơ đến tất cả 4 bánh xe mà không phân biệt giữa các chế độ High hoặc Low. Tóm lại, AWD là dạng dẫn động tự động sử dụng công nghệ, điện tử và thuật toán.

Người lái không có khả năng tùy chọn chuyển đổi giữa dẫn động 1 cầu và 2 cầu để điều chỉnh lực và mô-men như hệ dẫn động 4 bánh bán thời gian. Thay vào đó, những điều chỉnh này được hệ thống tự tính toán và tối ưu hóa trước khi truyền dẫn lực đến 4 bánh xe một cách linh hoạt. Với mức độ tích hợp công nghệ cao như vậy, hệ thống AWD thường được sử dụng trên các dòng xe cao cấp.

Ưu điểm

-Người lái luôn có vai trò chủ động trong hầu hết các loại địa hình và điều kiện thời tiết thông thường.

-Hệ thống dẫn động 4 bánh thông minh linh hoạt trong việc phân phối lực. Một số dòng xe còn được trang bị cảm biến để tính toán các tình huống dễ gây trơn trượt, giúp nâng cao độ an toàn cho xe.

Ngày nay, nhiều hãng xe đang phát triển hệ thống dẫn động AWD theo các hướng riêng biệt, như Mercedes với 4Matic, Audi với Quattro, BMW với xDrive, Subaru với Symmetrical AWD,...

Ưu điểm của hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian AWD nằm ở khả năng vận hành trên mọi loại địa hình, do đó, thường được ứng dụng rộng rãi trên các mẫu xe đô thị, đặc biệt là các mẫu crossover như Mazda CX-5, Hyundai SantaFe, Kia Sorento,...

Nhược điểm

-Tiêu hao nhiên liệu cao và trọng lượng xe lớn.

-Cấu trúc phức tạp của xe dẫn đến chi phí sửa chữa và thay thế phụ tùng cao, cùng với giá thành mua xe khá đắt đỏ.

Tóm lại, mỗi hệ thống dẫn động cơ xe đều có ưu và nhược điểm riêng. Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và ưu tiên cá nhân, người lái có thể lựa chọn hệ thống phù hợp nhất cho chiếc xe của mình. Quan trọng nhất là hiểu rõ các đặc tính của từng loại hệ thống để có quyết định đúng đắn và an toàn khi lái xe trên mọi loại địa hình.