Hộp số là một trong những bộ phận đóng vai trò quan trọng nhất trong hệ thống truyền lực của ô tô. Vai trò chính của hộp số là đảm bảo khả năng thay đổi tỷ số truyền (thông qua việc thay đổi các cấp số) để điều chỉnh moment từ động cơ cho phù hợp với các điều kiện vận hành khác nhau.
Trải qua hàng trăm năm đồng hành cùng sự phát triển của động cơ đốt trong, công nghệ hộp số cũng có những bước tiến đáng ghi nhận, mà tiêu biểu nhất là sự ra đời của những loại hộp số mới, tân tiến và hiện đại hơn.
1. Hộp số sàn / số tay (Manual Tranmission)
Đây là loại hộp số có tuổi đời lớn nhất, đi cùng với đó là cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ và độ tin cậy cao. Loại hộp số này sử dụng ly hợp ma sát dạng đĩa để ngắt hoặc kết nối chuyển động từ động cơ xuống hộp số. Ly hợp này được điều khiển bời người lái thông qua bàn đạp ly hợp (chân côn). Bên trong hộp số là các trục sơ cấp (đầu vào từ động cơ), trục thứ cấp (đầu ra khỏi hộp số) và trục trung gian (đối với hộp số 3 trục). Trên các trục này là các bánh răng ăn khớp cố định với nhau tạo nên các tỷ số truyền ứng với từng cấp số của xe.
Khi muốn chuyển số, người lái đạp bàn đạp ly hợp để ngắt kết nối từ động cơ xuống hộp số, kết hợp với thao tác trên cần số theo sơ đồ có sẵn, qua đó đưa các bánh răng gài số (thông qua các liên kết cơ khí) đến được vị trí bánh răng ứng với số truyền tương ứng.
Ưu và nhược điểm của hộp số sàn
Ưu điểm:
– Thường tiết kiệm nhiên liệu hơn hộp số tự động hay hộp số vô cấp CVT.
– Giá thành rẻ hơn so với các loại hộp số khác.
– Việc bảo trì, bảo dưỡng thường dễ dàng và ít tốn kém chi phí hơn.
– Giúp người lái kiểm soát xe tốt hơn trong nhiều tình huống.
– Việc phải sử dụng nhiều thao tác để điều khiển côn, số hợp lý giúp người lái tập trung hơn.
– Mang lại cảm giác điều khiển chân thật và thú vị hơn.
Nhược điểm:
– Việc điều khiển và xử lý tình huống với hộp số sàn là khó hơn so với xe số tự động. Bên cạnh đó, những “tay lái yếu” có thể cảm thấy căng thẳng khi vừa phải tập trung quan sát đường đi, vừa phải thực hiện khá nhiều thao tác của hộp số sàn.
– Gây bất tiện và khó chịu trong trường hợp kẹt xe, tắc đường vì người lái sẽ phải thường xuyên thực hiện các thao tác với hộp số, đặc biệt là “rà côn” để giữ cho xe không tắt máy khi đường đông.
– Việc phải liên tục làm việc với bàn đạp ly hợp (chân côn) có thể sẽ khiến chân người lái bị đau nhức, nhất là sau một hành trình dài. Với những người lớn tuổi hoặc có vấn đề về xương khớp ở chân thì vấn đề này sẽ càng trở nên nghiêm trọng hơn.
2. Hộp số tự động (Automatic Tranmission)
Từ khi được giới thiệu năm 1940 đến nay, hộp số tự động đang ngày càng khẳng định vị trí và tầm quan trọng của mình trong ngành công nghiệp ô tô. Hiện nay, đa số những mẫu xe bán ra tại Việt Nam đều được trang bị hộp số tự động. Trong số 4 loại hộp số được giới thiệu trong bài viết này, đây là loại có cấu tạo và nguyên lý hoạt động phức tạp nhất.
Hệ thống sử dụng bộ biến mô thủy lực đóng vai trò như ly hợp để ngắt và truyền chuyển động quay từ động cơ đến hộp số. Bên trong hộp số là hệ thống các bánh răng hành tinh phức tạp kết hợp với nhau để tạo nên các cấp số cho xe. Điều đặc biệt là toàn bộ quá trình lựa chọn tỷ số truyền thích hợp và sang số đều được tính toán và điều khiển tự động bởi máy tính dựa theo điều kiện vận hành của xe.
Ưu và nhược điểm của hộp số tự động
Ưu điểm:
– Do bản chất tự động của mình, loại hộp số này mang đến trải nghiệm dễ dàng và thoải mái hơn cho người lái, đặc biệt là những “tay lái yếu”.
– Hộp số tự động còn tỏ ra rất hữu dụng khi lái xe trong khu vực thành thị đông đúc. Không như ở hộp số sàn, người lái phải cực kỳ tập trung và mệt mỏi khi điều khiển để giữ xe không tắt máy ở tốc độ thấp, với hộp số tự động, người lái hoàn toàn thoải mái và tự tin trong việc điều khiển.
Nhược điểm:
– Độ tiêu hao nhiên liệu lớn hơn so với hộp số sàn truyền thống do sự hao hụt công suất ở biến mô thủy lực.
– Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế khác cao do cấu tạo phức tạp của hệ thống.
Những năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ chế tạo cũng như thuật toán điều khiển, độ tiêu hao nhiên liệu của các hộp số tự động đã được cải thiện đáng kể. Giải pháp về mặt cơ khí được các hãng xe lựa chọn đó là tăng thêm số lượng cấp số. Các hộp số tự động thế hệ mới có thể lên đến 9 cấp (các dòng xe Mercedes như GLC, E-class, S-class), 10 cấp (các dòng xe Ford như Ranger mới, Everest, Expedition).
3. Hộp số tự động vô cấp CVT (Continuous Variable Tranmission)
Hộp số CVT mang đến trải nghiệm điều khiển rảnh tay và thoải mái tương tự như loại hộp số tự động có cấp nhưng hoạt động theo nguyên lý hòan toàn khác. Hộp số CVT không hề có các cấp số. Thay vào đó, hệ thống sử dụng hai pulley có thể thay đổi đường kính, được kết nối với nhau qua một dây đai. Nhờ vào việc thay đổi đường kính pulley, hộp số có thể thay đổi tỷ số truyền một cách êm dịu. Việc thay đổi này được điều khiển chính xác bởi máy tính, dựa vào điều kiện vận hành thực tế của xe như tải trọng, độ dốc…
Ưu và nhược điểm của hộp số vô cấp CVT
Ưu điểm:
– Giữ lại được khả năng điều khiển nhẹ nhàng, thoải mái của một hộp số tự động.
– Khả năng tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn so với hộp số tự động có cấp truyền thống.
– Cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ và khối lượng nhẹ hơn so với hộp số tự động có cấp.
– Quá trình vận hành mượt mà và chính xác do người lái không cảm nhận được quá trình sang số thông thường (vòng tua lên cao rồi giảm xuống) như ở các loại hộp số khác.
Nhược điểm:
– Tiếng ồn khi tăng tốc cũng như khi chạy ở tua máy cao là một trong những nhược điểm cố hữu của CVT, dù hộp số có trang bị chế độ giả lập cấp số hay không.
– Dây đai trong hộp số CVT cũng không thể chịu được những động cơ có công suất và moment xoắn cao, do đó hoàn toàn không phù hợp đối với những dòng xe thể thao.
– Chi phí bảo dưỡng, thay thế, sửa chữa các bộ phận bên trong hộp số CVT còn khá cao.
4. Hộp số ly hợp kép (Dual Clutch Tranmission)
Đúng như tên gọi của mình, loại hộp số này sở hữu hai bộ ly hợp riêng biệt. Bộ đôi ly hợp này thuộc loại ly hợp ma sát ướt, nghĩa là các đĩa ma sát được ngâm trong dầu và sự tách, nối của chúng được điều khiển bằng cơ cấu chấp hành: thuỷ lực-điện từ. Hai ly hợp này hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau: một điều khiển các bánh răng cấp số lẻ (1, 3, 5 và bánh răng gài số lùi), trong khi ly hợp còn lại có nhiệm vụ điều khiển các bánh răng gài số chẵn (2, 4 và số lùi). Với kết cấu như vậy, quá trình lên số (1 – 2 – 3…) hoặc xuống số (5 – 4 – 3) xảy ra rất nhanh và không bị mất mát công suất.
Việc sang số có thể được điều khiển bằng tay thông qua lấy chuyển số sau vô lăng hoặc cần số, hoặc được điều khiển hoàn toàn tự động dựa theo điều kiện vận hành của xe.
Ưu và nhược điểm của hộp số ly hợp kép
Ưu điểm:
– Có thể hiểu nôm na rằng hộp số ly hợp kép gồm hai hộp số sàn thông thường ghép lại. Do vậy, nó vừa đảm bảo được lực kéo phù hợp với điều kiện hoạt động của xe, vừa tối ưu được hiệu suất truyền động và tính kinh tế nhiên liệu của ô tô.
– Thời gian sang số nhanh và chính xác, tạo cảm giác lái phấn khích và thể thao hơn.
– So với những hộp số tự động có cấp (sử dụng biến mô thủy lực và cơ cấu bánh răng hành tinh), hộp số ly hợp kép DCT có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ hơn khá nhiều.
Nhược điểm:
– Với thiết kế cũng như thuật toán phức tạp khiến giá thành của hộp số DCT còn khá đắt đỏ, chỉ phù hợp với những dòng xe hạng sang, xe thể thao hay siêu xe.
– Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế cũng còn khá cao so với các loại hộp số khác.
– Một số hãng xe như Ford hay Volkswagen đã cố gắng trang bị hộp số ly hợp kép trên những dòng xe phổ thông và dễ tiếp cận hơn, tuy nhiên cũng gặp nhiều khiếm khuyết như việc chuyển số không mượt mà, thuật toán chọn số chưa tối ưu hay hiện tượng giật ở tốc độ thấp.
Tạp Chí Bốn Bánh tổng hợp
