HỆ THỐNG ĐIỀU KHIÊN GÀI CẦU AWD

 Với loại 4WD này, người lái phải chuyển đổi giữa chế độ 2WD và 4WD bằng hộp số phụ theo điều kiện của đường sá..  Hệ thống 4WD thường xuyên có khớp mềm V làm cho xe có thể hoạt động t

 Năm 1951, Toyota Jeep được trang bị 4WD gián đoạn (tiền thân của Land Cruiser)

 Tháng 10/1987, 4WD thường xuyên lần đầu xuất hiện trên các xe: Celica, Camry, Corolla

 Tháng 01/1990, 4WD thường xuyên được giới thiệu trên xe: Land Cruiser và Previa

 Nhìn chung các xe 4WD có thể chia thành 2 loại xe chạy trên những loại đường khác nhau tùy theo mục đích sử dụng của chúng

 Những xe chạy đường xấu (off – road) như Land Cruiser, Hilux 4WD với gầm và thân xe được thiết kế cứng, có khoảng sáng gầm xe lớn vì vậy phù hợp để hoạt động ở địa hình đồi núi, sông suối

 Những xe chạy đường tốt (on – road) được dùng để chạy trên những đường bình thường mặc

dù gầm và thân xe cứng vững hơn nhưng hình dáng bên ngoài giống hệt như các xe du lịch bình thường như: các xe Toyota, Corolla 4WD, Celica 4WD, Camry 4WD

1.2 Vì sao cần vi sai giữa

 Xe sử dụng bộ vi sai để triệt tiêu sự chênh lệch về tốc độ quay của các bánh xe khi quay vòng

 Với loại 4WD thường xuyên, có thêm một bộ vi sai trung tâm nữa ngoài bộ vi sai trước và bộ

vi sai sau để triệt tiêu sự chênh lệch tốc độ quay của bộ vi sai trước và sau Có 3 bộ vi sai khác nhau làm cho xe chạy được êm do đảm bảo việc truyền công suất đều nhau đến cả bốn bánh

xe, kể cả khi quay vòng, đây là ưu điểm chủ yếu của loại 4WD thường xuyên

 Đối với các xe 4WD gián đoạn không có bộ vi sai để triệt tiêu sự chênh lệch tốc độ quay giữa

vi sai trước và sau, khi xe quay vòng gấp theo chế độ 4WD gián đoạn, xảy ra “hiện tượng phanh” gây khó khăn khi quay vòng và không thể quay vòng được êm

 Vì lẽ đó, với loại 4WD gián đoạn này, cần phải chuyển giữa chế độ 2WD và 4WD để phù hợp với các điều kiện chạy xe

1.3 Lắp xích bao lốp đối với xe 4WD

 Tất cả bốn lốp lắp ở xe 4WD phải cùng cỡ và cùng loại

 Nếu các lốp trước và sau có đường kính khác nhau, bộ vi sai trung tâm sẽ luôn luôn phải hoạt động, kể cả khi chạy thẳng, trên đường bằng phẳng Và nếu đường kính của các lốp bên phải

và bên trái khác nhau, bộ vi sai trước hoặc sau sẽ luôn luôn phải làm việc (tuỳ theo các lốp có

cỡ khác ở phía trước hoặc phía sau)

 Loại 4WD liên tục có khả năng chạy rất tốt trên đường có tuyết, nhưng trong một số trường hợp, cần phải lắp xích bao lốp Những lúc đó, cần phải cân nhắc các điểm sau

 Nếu lắp nhầm, các xích bao lốp sẽ đập vào thân xe và gây ra hư hỏng thân xe, vì vậy luôn luôn phải thận trọng

 Đối với xe 4WD kiểu FF, cần phải lắp xích vào

các bánh trước

 Đối với xe 4WD kiểu FR, cần phải lắp các xích

vào các bánh sau

1.4 Phân loại 4WD

1.4.1 4WD gián đoạn

 Với loại 4WD này, người lái phải chuyển đổi giữa chế độ 2WD và 4WD bằng hộp số phụ theo điều kiện của đường sá Bình thường, xe chạy theo chế độ 2WD, còn khi đường xấu và có tuyết, v.v thì sử dụng 4WD Tuy nhiên, vì hệ thống 4 WD gián đoạn có các hệ thống truyền lực phía trước và phía sau nối trực tiếp với nhau, nên xảy ra hiện tượng phanh khi quay vòng,

và xe không thể quay vòng được êm

 Vì vậy, cần phải chuyển từ chế độ 4WD về 2WD khi xe chạy trên đường bình thường 1.4.2 4WD thường xuyên

 Có thể sử dụng xe tại mọi thời điểm trong mọi điều kiện chạy xe và đường xá, từ đường xá bình thường đến đường xá gồ ghề và đường xá có hệ số ma sát thấp, đó là loại 4WD thường xuyên

 Ngoài ra, các xe 4WD thường xuyên được trang bị bộ vi sai trung tâm

1.4.3 4WD thường xuyên có khớp mềm V

 Hệ thống 4WD thường xuyên có khớp mềm V làm cho xe có thể hoạt động thích hợp với chế

độ 2WD trong thời gian chạy bình thường khi hầu như không có sự chênh lệch về tốc độ quay giữa các bánh xe trước và sau

 Khi có sự chênh lệch về tốc độ quay giữa các bánh xe trước và sau như khi xe quay vòng hoặc chạy trên đường có tuyết, hệ thống này truyền lực dẫn động đến các bánh sau

 Nhờ vậy, nó đảm bảo tính điều khiển ổn định trong khi chạy ở các điều kiện đường xá và chạy

xe khác nhau

2 Ưu và nhược điểm của 4WD

2.1 Ưu điểm

2.1.1 Tính năng thông qua trên đường tuyết

 Ở xe 4WD, do cả 4 bánh xe đều chủ động, nên lực kéo được truyền tới bánh xe tác động lên mặt đường có thể gấp đôi lực kéo so với xe 2WD trên mặt đường tuyết, vì vậy xe 4WD có tính năng thông qua trên các đường có hệ số ma sát (m) thấp rất tốt

2.1.2 Tính năng thông qua trên đường gồ ghề

 Khi chạy trên các đường cát, bùn hoặc cực kỳ gồ ghề cần có công suất lớn hơn Do 4 bánh xe đều chủ động khi ở chế độ 4WD nên các bánh xe trước và sau sẽ hỗ trợ lẫn nhau vì vậy xe 4WD có thể hoạt động rất tốt trên loại đường này

 Tuy nhiên, một vài kiểu xe 4WD được thiết kế cho loại đường này thì không cao, vì vậy luôn

sử dụng xe theo đúng mục đích thiết kế

2.1.3 Tính ổn định khi quay vòng

 Ở xe 4WD, do lực được phân phối đều đến tất cả 4 bánh xe, tải trọng tác dụng lên từng bánh một giảm, và cho phép mỗi lốp đều có lực bám dư

 Trong trường hợp xe 4WD gián đoạn, không thể quay vòng hiệu quả khi đang ở chế độ 4WD

do sự tuần hoàn công suất, vì vậy cần phải chuyển về chế độ 2WD

 Ở xe 4WD thường xuyên, do vi sai giữa được sử dụng để hạn chế hiện tượng tuần hoàn công suất nên nó có thể quay vòng hiệu quả hơn khi đang trong chế độ 4WD

 Ở xe 4WD thường xuyên, 3 bộ vi sai bao gồm cả vi sai giữa, bù lại sự chênh lệch vận tốc góc của các bánh xe xảy ra do sự thay đổi trạng thái mặt đường và các yếu tố khác, nó giúp cho việc truyền lực của động cơ qua 4 bánh xe đến mặt đường một cách có hiệu quả

2.1.5 Tính năng leo dốc

 Ở xe 4WD, do lực kéo xấp xỉ gấp

đôi xe 2WD nên xe 4WD có thể

leo lên được những dốc mà xe

2WD không thể leo được

2.1.6 Tính năng khởi hành và tăng tốc

 Độ bám của lốp các xe 4WD gần gấp đôi độ bám của các xe 2WD, nên thậm chí khi xe được trang bị động cơ công suất cao, các lốp cũng không bị trượt khi khởi hành hoặc tăng tốc Điều này làm tăng tính năng khởi hành và tăng tốc của xe

2.2 Nhược điểm

2.2.1 Trọng lượng tăng lên

 Do số bộ phận tăng lên, nên trọng lượng (của xe) tăng lên

2.2.4 Các nguồn rung động và tiếng ồn tăng lên

 Việc tăng các bộ phận quay (hộp số phụ, trục các đăng v.v ) làm tăng số nguồn phát sinh rung động và tiếng ồn

2.2.5 Hiện tượng tuần hoàn công suất (Phanh góc hẹp)

3 Khái quát về bộ vi sai trung tâm và hộp số phụ

3.1 Phân loại hộp số phụ

Đối với các xe 4WD, đường truyền công suất từ động cơ đến các bánh xe khác khác nhau giữa xe 4WD loại FF và xe 4WD loại FR

3.1.1 Xe 4WD thường xuyên loại FF

Công suất được truyền từ hộp số ngang đến bộ

vi sai trung tâm, bộ vi sai trước và bộ vi sai sau

Bộ vi sai trung tâm và bộ vi sai trước nằm trong

hộp số phụ

3.1.2 Xe 4WD thường xuyên loại FR

3.1.3 Xe 4WD gián đoạn loại FR

3.2 Các kiểu bộ truyền vi sai giữa

 Bộ vi sai trung tâm có vai trò triệt tiêu độ chênh lệch tốc độ quay phát sinh giữa vi sai trước và sau khi xe quay vòng Có 3 kiểu bộ truyền được sử dụng ở vi sai giữa: loại bánh răng côn, loại bánh răng hành tinh và loại trục vít

Công suất truyền từ hộp số dọc đến bộ vi sai

trung tâm, đến bộ vi sai trước và bộ vi sai sau

Khi không gài hộp số phụ, công suất được

truyền từ hộp số dọc đến bộ vi sai sau Khi gài

hộp số phụ, công suất truyền đến cả hai bộ vi

sai trước và sau

 Đối với xe 4WD thường xuyên vẫn có những trường hợp bánh trước hay bánh sau bắt đầu trượt quay và toàn bộ mômen xoắn truyền đến cặp bánh xe đó, làm cho xe không thể di chuyển được

Vì vậy cần phải có cơ cấu để hạn chế hoạt động của vi sai giữa sao cho lực kéo được truyền đến cả bánh trước và sau

3.3 Các kiểu cơ cấu điều khiển vi sai giữa

4 Kiểu khóa cơ khí

Cơ cấu hạn chế vi sai này khóa cứng vi sai giữa, thay đổi hệ thống truyền lực giống như sự nối trực tiếp của xe 4WD gián đoạn Cơ cấu hạn chế vi sai được sử dụng trong vi sai giữa kiểu khóa cơ khí

có thể được điều khiển bằng tay giữa 2 vị trí “FREE” và “LOCK” bởi người lái Tuy nhiên, ở điều kiện bình thường, nó hầu như không bao giờ dùng đến

4.1 Sơ lược về kiểu khóa cơ khí

4.1.1 Cấu tạo

 Hình vẽ sau đây là cấu tạo của vi sai giữa xe Corolla 4WD thường xuyên được bán vào tháng

10 năm 1987 Kiểu này giống như kiểu sử dụng cho xe Camry 4WD thường xuyên mà loại này cũng được bán vào tháng 10 năm 1987

 Xe Land Cruiser 80 được bán từ tháng 1 năm 1990 cũng dùng cơ cấu khoá cơ khí cho vi sai giữa Kết cấu của nó khác với loại xe Camry nhưng về hoạt động cơ bản là giống nhau Một vi sai giữa được sử dụng để bù lại sự thay đổi tốc độ góc giữa cầu trước và cầu sau đồng thời có một cơ cấu hạn chế vi sai kiểu khoá cơ khí được sử dụng ở vi sai giữa

 Vi sai giữa được đặt bên cạnh vi sai cầu trước Nó sử dụng các bánh răng côn có độ tin cậy cao Ở bên phải của hộp vi sai giữa là một ống dài để khoá vi sai giữa Việc khoá vi sai giữa xảy ra khi ống này nối trực tiếp vi sai giữa và bánh răng bên phải của vi sai giữa Vì vậy nối thẳng các bánh trước với các bánh sau và ngăn không cho vi sai hoạt động

 Lực được truyền từ hộp số đến bánh răng vành chậu và sau đó đến hộp vi sai giữa Nó làm cho bánh răng hành tinh của vi sai giữa quay, làm quay hai bánh răng bên

 Bánh răng bên phải của vi sai giữa truyền đến hộp số phụ sau đó đến cầu sau, trong khi bánh răng bên trái truyền đến cầu trước từ vi sai giữa

 Lực truyền từ vi sai giữa đến cầu trước và sau nhờ bánh răng bên có kích thước bằng nhau nên

tỷ số truyền lực là 50:50

4.1.2 Đặc điểm

 Không cần phải chuyển đổi giữa chế độ 4WD và 2WD

 Do vi sai giữa bù sự chênh lệch vận tốc góc giữa cầu trước và cầu sau nên hiện tượng tuần hoàn công suất không xảy ra với 4WD thường xuyên mà xảy ra với 4WD gián đoạn Nên có thể sử dụng ở mọi loại đường, từ đường nhựa khô đến đường tuyết và tất nhiên cả đường xấu nữa

 Công tắc khoá vi sai giữa có thể điều khiển bởi lái xe

 Khi cần công suất lớn ở cả 4 bánh xe cũng như khi cố gắng thoát ra khỏi một hố bùn hay tuyết… hay khi khởi hành trên đường tuyết hay đóng băng … người lái xe có thể chuyển vi sai giữa đến vị trí LOCK (Ở điều kiện hoạt động bình thường, việc này không cần thiết.)

4.2 Kiểu hộp số phụ HF2A loại có cơ cấu khóa bằng cơ khí

4.2.2 Đường truyền công suất

Công suất được truyền đi trong hộp số phụ ứng với các chế độ hoạt động của hộp số phụ

 Chế độ tốc độ cao – Bộ vi sai trung tâm không khóa

 Chế độ tốc độ cao – Bộ vi sai trung tâm bị khóa

 Chế độ tốc độ thấp – Bộ vi sai trung tâm luôn luôn bị khóa

4.2.3 Bộ vi sai trung tâm

Bánh răng bộ vi sai trung tâm thuộc loại bánh răng côn và cơ cấu điều khiển khoá bộ vi sai trung tâm thuộc loại khoá bằng cơ khí Bộ truyền của bộ vi sai trung tâm gồm có hai bánh răng hành tinh Khi xe chuyển động thẳng, không có chênh lệch tốc độ giữa vi sai trước và sau, các bánh răng hành tinh của bộ vi sai trung tâm không quay Khi có khác biệt về tốc độ giữa vi sai trước và sau xảy ra do xe quay vòng v.v các bánh răng hành tinh của bộ vi sai trung tâm sẽ quay, triệt tiêu sự chênh lệch tốc độ này

4.2.4 Hệ thống càng gạt chuyển số

 Người ta sử dụng một hệ thống càng gạt trong đó có một trục càng gạt để chuyển giữa vị trí

“4L” và vị trí “4H” và để khoá bộ vi sai trung tâm Việc chuyển giữa các tốc độ thấp và tốc độ cao được thực hiện bằng cần chuyển của hộp số phụ, trong khi việc khoá bộ vi sai trung tâm được thực hiện bằng bộ dẫn động trục hộp số phụ điều khiển bằng môtơ điện

 Cơ cấu dẫn động trục hộp số phụ : điều khiển môtơ và thay đổi chế độ hoạt động (“FREE” hoặc “LOCK”) theo các tín hiệu từ rơle điều khiển 4WD

 Công tắc giới hạn sự điều khiển môtơ : khi tấm tiếp xúc trượt theo tác động của các lò xo tiếp xúc trong khi quay vòng, bánh răng bị dẫn sẽ quay làm thay đổi sự kết nối điện giữa nó và các

lò xo tiếp xúc khiến cho môtơ dừng ở vị trí tối ưu tại mọi thời điểm

 Các lò xo xoắn : nếu lực cản tác động của trục càng gạt dẫn động phía trước lớn, lực quay của môtơ được trữ lại một phần trong các lò xo này Sau đó, khi lực cản tác động này giảm, lực lò

 xo sẽ làm trục càng gạt dẫn động trước trượt đi

4.2.5 Hệ thống khóa bộ vi sai trung tâm (BVSTT)

a Khái quát chung

Hệ thống khoá bộ vi sai trung tâm khoá bộ vi sai trung tâm bằng cơ học, buộc công suất phải truyền đều đến các bộ vi sai trước và sau Nếu một trong các bánh xe bị kẹt, ba bánh xe kia vẫn quay Do

đó việc khoá bộ vi sai trung tâm sẽ khiến công suất được phân phối đều cho cả 4 bánh xe và làm cho bánh xe bị kẹt có thể thoát ra

b Các bộ phận

Hệ thống này gồm các bộ phận sau đây

 Đèn báo khoá bộ vi sai trung tâm cho người lái biết trạng thái (tự do hay bị khoá) của bộ vi sai trung tâm

 Công tắc khoá bộ vi sai trung tâm chuyển chế độ giữa “khoá “và “tự do” của bộ vi sai trung tâm

 Công tắc báo khoá bộ vi sai trung tâm : phát hiện bộ vi sai trung tâm bị khoá

 Công tắc vị trí “L4” : phát hiện vị trí (“H” hoặc “L”) của cần chuyển số hộp số phụ

 Rơle điều khiển khoá bộ vi sai trung tâm : khoá hoặc mở bộ vi sai trung tâm theo các tín hiệu

từ các cảm biến

 Bộ dẫn động chuyển số hộp số phụ

c Các đặc điểm của cơ cấu chuyển vị trí

 Sơ đồ cho thấy các điều kiện sử dụng từng vị trí của cần chuyển số hộp số phụ và công tắc khóa bộ vi sai trung tâm

 Khi cần chuyển số hộp số phụ ở vị trí “L”, công tắc vị trí L4 đóng mạch, rơle điều khiển khóa

bộ vi sai trung tâm sẽ hoạt động bất kể công tắc khóa bộ vi sai trung tâm đóng hay ngắt, và mô

tơ sẽ quay, làm cho bộ vi sai trung tâm bị khóa lại

5 Kiểu khớp thủy lực

 Kiểu vi sai giữa này dùng một khớp thủy lực để hạn chế hoạt động của vi sai Nếu có bánh chủ động nào bị trượt quay, lực tự động truyền đến các bánh không bị trượt vì vậy cải thiện tính ổn định điều khiển, không bị mất công suất động cơ, cung cấp công suất cần thiết để đưa xe ra khỏi hố bùn… Khi xe bị kẹt

 Kiểu này ưu điểm hơn kiểu khoá cơ khí là không cần dùng tay chuyển đổi giữa 2 vi trí là

“FREE” và “LOCK”

 Khớp thuỷ lực được đặt trong hộp gắn bánh răng vành chậu của hộp số phụ Các đĩa trong của khớp thuỷ lực được gắn với hộp lắp bánh răng vành chậu và bánh răng bên phải của vi sai giữa

Do khớp thuỷ lực được đặt trong hộp gắn bánh răng vành chậu hộp số phụ nên cấu tạo đã thay đổi từ loại vi sai giữa 3 trục (trên cơ sở hộp số khoá cơ khí) thành kiểu 4 trục

5.2 Khái quát nguyên lý hoạt động

 Vi sai giữa với khớp thuỷ lực hoạt động có sự chênh lệch tốc độ góc giữa các đĩa trong và đĩa ngoài của khớp, truyền lực và sự hạn chế tác dụng vi sai của vi sai giữa

 Các đĩa trong được nối với vi sai trước (dẫn động cầu trước), trong khi các đĩa ngoài được nối với bánh răng dẫn động hộp số phụ (để dẫn động cầu sau) Vì vậy, sự sai khác tốc độ góc giữa trục cầu trước và trục cầu sau trở thành sự chênh lệch về tốc độ trong khớp thuỷ lực

 Nếu không có sự chênh lệch về tốc độ giữa trục cầu trước và cầu sau Sẽ không có sự chênh lệch về vận tốc góc trong khớp thuỷ lực nên tác động vi sai của vi sai giữa không hạn chế

 Nếu có sự chênh lệch vận tốc góc giữa cầu trước và cầu sau, khớp thuỷ lực sẽ làm các đĩa đang quay chậm thành quay nhanh hơn, vì vậy hạn chế tác động của vi sai giữa

5.3 Hộp số phụ E150F2 có khóa vi sai kiểu khớp thủy lực

5.3.1 Hộp số phụ

 Bố trí của vi sai giữa, vi sai trước, bánh răng dẫn động hộp số phụ, bánh răng bị động hộp số phụ hầu như giống kiểu khoá cơ khí vi sai giữa, nhưng có một khớp thuỷ lực được gắn trong hộp số phụ để hạn chế tác dụng của vi sai giữa Cụm vi sai giữa bao gồm các chi tiết chính sau: hộp bên phải vi sai giữa, hộp trung gian vi sai giữa, hộp bên trái vi sai giữa, các bánh răng vi sai của vi sai giữa và bánh răng bên phải và trái của vi sai giữa

 Đầu bên phải của hộp bên phải vi sai giữa có các răng ly hợp vấu để lựa chọn chế độ hộp số Hộp bên phải vi sai giữa được bắt chặt vào hộp trung gian vi sai giữa bằng các bu lông