Dẫn Động Bốn Bánh (AWD): Lịch Sử, Công Nghệ và Cách Hoạt Động của Các Hệ Thống AWD

Bài viết này ban đầu được lên kế hoạch như một hướng dẫn kỹ thuật thuần túy — đại loại như “Tất cả những gì bạn muốn biết về dẫn động bốn bánh nhưng không biết hỏi ai.” Chúng tôi dự định đề cập đến sự khác biệt giữa vi sai mở và các loại vi sai visco-coupler hay Haldex, vi sai tự khóa thực sự hoạt động như thế nào, và tại sao tất cả điều đó lại quan trọng. Nhưng càng đào sâu vào lịch sử, chúng tôi càng ngạc nhiên hơn. Hóa ra chiếc ô tô chở khách đầu tiên có dẫn động bốn bánh vĩnh viễn đã được chế tạo tại Hà Lan cách đây hơn một trăm năm. Và vào năm 1935, một chiếc xe đua Mỹ với dẫn động bốn bánh đã suýt thay đổi cả tiến trình lịch sử thế giới.

Tại sao một chiếc ô tô chở khách lại cần dẫn động bốn bánh? Trong thế kỷ 21, câu trả lời có vẻ hiển nhiên: độ bám đường tốt hơn, ít trượt bánh hơn trên bề mặt trơn trượt, và khả năng xử lý được cải thiện khi tăng tốc. Bốn bánh chủ động đơn giản là tốt hơn hai bánh. Nhưng nhân loại đã mất một thời gian đáng ngạc nhiên để nhận ra sự thật cơ bản này. Hỏi bất kỳ nhà sử học ô tô nào, họ sẽ cho bạn biết kỷ nguyên AWD cho xe chở khách đại trà bắt đầu vào năm 1980 với chiếc Audi Quattro. Họ cũng có thể đề cập đến những người tiền nhiệm hiếm hoi — chiếc siêu xe Anh Jensen FF năm 1966 và chiếc Subaru Leone 4WD năm 1972. Tuy nhiên, một chuyên gia thực thụ sẽ nhanh chóng chỉ ra rằng những chiếc Subaru bốn bánh đầu tiên hoàn toàn không phải là hệ thống AWD vĩnh viễn — chúng là loại bán thời gian (part-time). Và như chúng tôi sẽ giải thích, đó là một sự phân biệt quan trọng.

4WD Bán Thời Gian: Giải Pháp Tạm Thời

Dẫn động bán thời gian trên một trục là một giải pháp thỏa hiệp, và không phải là giải pháp đặc biệt thanh lịch đối với xe con. Thuật ngữ “4WD bán thời gian” bắt nguồn từ thế giới SUV và xe tải địa hình. Trong cấu hình này, một trục luôn được dẫn động trong khi trục kia được kết nối cứng theo yêu cầu — nhưng kết nối cứng này chỉ có thể sử dụng ngoài đường. Trên mặt đường nhựa, hệ thống bán thời gian phải được ngắt hoàn toàn. Lý do như sau:

• Khi xe vào cua, các bánh trước di chuyển theo cung dài hơn so với bánh sau và do đó phải quay nhanh hơn.
• Với hệ thống dẫn động bốn bánh kết nối cứng, lực bám ở bánh trước giảm trong khi mô-men xoắn ở bánh sau tăng lên.
• Trong một số trường hợp, bánh trước thực sự có thể tạo ra lực phanh thay vì lực đẩy — làm tăng lực cản và khiến xe khó lái hơn.
• Trên bề mặt tơi như bùn hoặc tuyết, hiện tượng này có thể kiểm soát được, nhưng trên mặt đường nhựa, nó gây ra hiện tượng kẹt hệ truyền động nghiêm trọng và các vấn đề xử lý.

Khi xe vào cua, mỗi bánh xe đều đi theo cung riêng của nó và phải quay ở tốc độ khác nhau. Đó là lý do tại sao hệ thống dẫn động bốn bánh vĩnh viễn cần có ba vi sai: hai vi sai liên bánh (một ở mỗi trục) và một vi sai liên trục để cho phép cả hai trục chủ động quay độc lập với nhau.

Bất chấp những hạn chế này, dẫn động bốn bánh kết nối cứng vẫn xuất hiện trên một số phương tiện chạy đường trường — dù chúng gần giống xe tải địa hình hơn về tính chất. Ở Liên Xô, chẳng hạn, chiếc GAZ-61 “Emka” — một chiếc sedan bốn bánh với động cơ sáu xi-lanh và trục trước bán thời gian — đã bước vào sản xuất hàng loạt nhỏ sớm nhất từ năm 1938. Sau chiến tranh, các hệ truyền động tương tự xuất hiện trên biến thể địa hình GAZ-M72 “Pobeda” và chiếc Moskvitch-410. Chiếc Subaru Leone 4WD năm 1972 cũng tuân theo logic tương tự: được chế tạo cho mục đích địa hình, với chiều cao gầm cao hơn so với các dòng Subaru dẫn động cầu trước tiêu chuẩn, và trục sau được gài thủ công.

Chiếc Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) là một bản cải tiến bốn bánh từ nền tảng dẫn động cầu trước, với trục sau kết nối thủ công. Các thông số kỹ thuật chính bao gồm:

• Tùy chọn động cơ: 1,4 lít (72 mã lực) hoặc 1,6 lít (80 mã lực)
• Kiểu thân xe: station wagon, sedan và bán tải
• Gài cầu sau: thủ công trên xe số sàn; tự động qua ly hợp ma sát đĩa trên xe số tự động
• Cơ cấu bán thời gian này tiếp tục được sử dụng trên tất cả các dòng Subaru bốn bánh cho đến năm 1989

Vấn đề cốt lõi của hệ thống AWD bán thời gian là nó vô dụng trên những con đường nhựa — nơi hầu hết các xe dành phần lớn thời gian hoạt động — trong khi xe vẫn phải mang theo trọng lượng thừa của hộp phân phối, trục các-đăng thứ hai và cụm trục phụ ở mọi lúc. Tuy nhiên, để chuyển đổi một hệ thống bán thời gian thành toàn thời gian chỉ cần thêm một linh kiện duy nhất: một vi sai liên trục trong hộp phân phối.

Dẫn Động Bốn Bánh Toàn Thời Gian: Cách Hoạt Động và Tại Sao Nó Quan Trọng

Vi sai liên trục là chìa khóa của hệ thống dẫn động bốn bánh vĩnh viễn. Hai vi sai liên bánh — một ở mỗi trục — cho phép bánh trái và bánh phải trên mỗi trục quay ở tốc độ khác nhau khi vào cua. Vi sai liên trục thực hiện chức năng tương tự giữa trục trước và trục sau. Một chiếc xe được trang bị đủ cả ba vi sai có thể chạy AWD vĩnh viễn trên mọi bề mặt đường mà không gây kẹt hệ truyền động hay làm giảm khả năng xử lý.

Đơn giản về lý thuyết — nhưng mãi đến đầu những năm 1980, dòng chính của ngành ô tô vẫn coi AWD toàn thời gian là không cần thiết đối với xe con. Quan điểm thông thường là việc liên tục quay thêm một cặp bánh và toàn bộ các cụm truyền động liên quan trên đường nhựa khô sẽ gây ra tiếng ồn và lãng phí nhiên liệu. Audi Quattro đã thay đổi suy nghĩ đó mãi mãi. Bằng cách phân phối mô-men xoắn của động cơ ra cả bốn bánh ở mọi thời điểm, một hệ thống AWD toàn thời gian:

• Để lại biên độ bám đường lớn hơn nhằm chịu lực ngang khi vào cua
• Cải thiện đáng kể sự ổn định khi tăng tốc hoặc phanh giữa cua
• Giảm nguy cơ trượt đuôi hoặc trượt đầu đột ngột do tác động của chân ga

Chiếc Audi 80 Quattro cuối những năm 1980 minh họa cho sự tinh tế mà bố cục này đã đạt được. Kiến trúc Quattro gọn hơn so với hộp số Ferguson Formula đối thủ. Từ năm 1984, Audi áp dụng vi sai tự khóa Torsen — một thiết bị thuần cơ học phản ứng với sự thay đổi mô-men xoắn trên mỗi trục ra thay vì phản ứng với sự khác biệt tốc độ bánh xe. Khác với vi sai khóa dựa trên visco-coupler, vi sai Torsen chỉ khóa khi xe kéo tải, không phải khi phanh, điều đó có nghĩa là nó hoàn toàn tương thích với hệ thống ABS và cải thiện ổn định khi giảm tốc.

Đáng chú ý là chiếc Range Rover (1970) và chiếc Lada Niva của Nga (1976) thường được coi là những phương tiện sản xuất hàng loạt đầu tiên có vi sai liên trục — nhưng cả hai đều thuộc danh mục xe địa hình. Chiếc Audi Quattro giành danh hiệu tiên phong đặc biệt trong phân khúc ô tô chở khách.

Những Xe Đua Bốn Bánh Đầu Tiên: Từ Spyker Đến Bugatti

Liệu các nhà thiết kế xe đua có nghiên cứu AWD toàn thời gian trước kỷ nguyên Quattro không? Câu trả lời chắc chắn là có — và câu chuyện kéo dài xa hơn nhiều so với những gì hầu hết mọi người nghĩ.

Dự án đầu tiên sau chiến tranh của Ferdinand Porsche là một chiếc xe đua bốn bánh: Cisitalia 360, với bố cục động cơ giữa và động cơ mười hai xi-lanh 1,5 lít. Tuy nhiên, dẫn động cầu trước của nó là bán thời gian — người lái chỉ gài khi đi thẳng trên đường đua, rồi chuyển lại dẫn động cầu sau trước khi vào cua.

Nhưng thực ra Porsche đã chế tạo một phương tiện bốn bánh sớm hơn nhiều: một chiếc xe điện với bốn động cơ bánh riêng lẻ, từ năm 1900. Điều gây sốc thực sự cho các nhà sử học ô tô, tuy nhiên, là chiếc xe đua năm 1902 được chế tạo bởi nhà sản xuất Hà Lan Spyker. Vào thời điểm mà ngay cả phanh cũng chỉ được lắp ở bánh sau, chiếc xe này đã có dẫn động bốn bánh toàn thời gian thực sự — hoàn chỉnh với vi sai liên trục.

Công ty Spyker được thành lập năm 1880 bởi anh em nhà Spijker như một xưởng chế tạo xe ngựa. Chiếc xe đầu tiên của họ ra đời năm 1900, và hai năm sau, cùng hợp tác với nhà thiết kế người Bỉ Joseph Valentin Laviolette, họ cho ra đời chiếc xe đua bốn bánh Spyker 60 HP (1902–1907). Thông số kỹ thuật của nó vô cùng tiên tiến so với thời đại:

• Ba vi sai — liên trục và cả hai vi sai liên bánh
• Ba cơ cấu phanh riêng biệt — hai ở bánh sau, một ở trục dẫn động trước
• Hệ thống dẫn động bốn bánh mà về mặt khái niệm sẽ không được sánh bằng trong nhiều thập kỷ

Khái niệm dẫn động bốn bánh toàn thời gian do đó đã có tuổi đời hơn một thế kỷ. Không nhiều chiếc Spyker bốn bánh được chế tạo — chúng vô cùng đắt đỏ và chưa bao giờ đạt được thành công đua lớn. Hai dự án xe đua AWD tham vọng hơn xuất hiện vào đầu những năm 1930: Bugatti Tipo 53 và Miller FWD.

Dự án Bugatti Tipo 53 bắt nguồn từ kỹ sư Fiat Antonio Pichetto, người đã đề xuất ý tưởng này với Ettore Bugatti vào năm 1930. Ba chiếc xe được hoàn thiện vào năm 1932, mỗi chiếc có:

• Động cơ thẳng hàng 8 xi-lanh tăng áp 300 mã lực
• Dẫn động bốn bánh toàn thời gian với ba vi sai
• Hộp phân phối và vi sai liên trục được tích hợp với hộp số lắp rời
• Trục dẫn động cho cả hai trục được đặt ở phía bên trái xe
• Hệ thống treo trước độc lập trên lò xo ngang — điều hiếm thấy ở Bugatti

Mặc dù vượt qua các xe dẫn động cầu sau đương thời khi qua cua đường sỏi, chiếc Tipo 53 lại chịu đựng lực đánh lái quá lớn do sử dụng khớp các-đăng tiêu chuẩn thay vì khớp đồng tốc ở trục truyền động trước. Ba chiếc xe thi đấu cho đến năm 1935.

Chiếc Miller FWD ra đời một phần vì nhà thiết kế người Mỹ Harry Miller đã nghiên cứu một chiếc Bugatti dẫn động cầu trước được mua về để tháo rời. Lấy cảm hứng từ cách tiếp cận của Bugatti, Miller phát triển khung gầm bốn bánh của riêng mình với sự tài trợ từ công ty xe tải FWD. Một trong những chiếc Miller bốn bánh đã dẫn đầu giải đua Indianapolis 500 năm 1934 trước khi bị loại với sự cố kỹ thuật ở vị trí thứ chín.

Những chiếc xe này còn gắn liền với một trong những khoảnh khắc “nếu như” kỳ lạ nhất trong lịch sử ô tô. Trong một cuộc đua trên đường đua AVUS ở Berlin năm 1935, một chiếc Miller bốn bánh đang chạy ở vị trí thứ ba thì động cơ thẳng hàng tám xi-lanh của nó bị nổ thảm khốc, bắn mảnh vỡ về phía khán đài. Adolf Hitler đang ngồi trên khán đài hôm đó. Nếu chỉ một mảnh nhỏ chạm được đến ông ta, tiến trình Chiến tranh Thế giới thứ Hai — và lịch sử thế giới — có thể đã hoàn toàn khác.

Công Thức Ferguson: Hệ Thống AWD Thay Đổi Tất Cả

Để hiểu chương quan trọng tiếp theo trong lịch sử dẫn động bốn bánh, cần nhắc lại một giới hạn căn bản của vi sai liên trục mở. Vi sai mở cho phép một trục quay tự do trong khi trục kia không nhận được mô-men xoắn nào. Nếu bánh sau mất bám hoàn toàn, bánh trước có thể đứng yên trong khi bánh sau quay — vi sai không làm gì để ngăn điều này.

Giải pháp được phát triển cho SUV là khóa cứng: người lái thủ công gài một cơ cấu khóa cứng các bánh răng vi sai, chuyển đổi từ dẫn động vi sai sang kết nối cứng. Phương pháp này được sử dụng trên Range Rover thế hệ đầu, Lada Niva và nhiều xe địa hình khác — kể cả Audi Quattro thế hệ đầu tiên, khi mà người lái phải tự khóa vi sai trung tâm bằng tay cho đến năm 1984. Nhưng khóa thủ công lại là một sự thỏa hiệp khác: nó phải được ngắt trên bề mặt cứng, và không cung cấp sự bảo vệ nào nếu bánh xe đột ngột trượt trên đường trơn.

Vi sai liên trục tự khóa tự động đầu tiên là sáng tạo của tay đua và kỹ sư người Anh Tony Rolt. Cùng với người bạn và đồng nghiệp tay đua Fred Dixon, Rolt đã điều hành xưởng Rolt/Dixon Developments trước chiến tranh. Sau đó, cả hai trở nên say mê tiềm năng của hệ thống AWD vĩnh viễn. Sau khi chế tạo một xe thử nghiệm bốn bánh thực nghiệm mang tên “Crab”, họ hợp sức vào năm 1950 với Harry Ferguson — nhà sản xuất máy kéo thành công — để thành lập Harry Ferguson Research.

Tầm nhìn của Ferguson không phải là một chiếc xe đua mà là một chiếc xe đường trường thực sự an toàn: một chiếc xe mà bánh xe sẽ không trượt khi tăng tốc và cũng không bị khóa khi phanh. Rolt và Dixon quyết tâm thiết kế chiếc xe đó từ đầu — bao gồm cả thân xe, hộp số và hệ truyền động. Với nhà thiết kế giàu kinh nghiệm Claude Hill (trước đây của Aston Martin) được mời làm kỹ sư trưởng, chiếc sedan thực nghiệm Ferguson R4 được hoàn thiện sau sáu năm phát triển. Thông số kỹ thuật của nó thật đáng chú ý vào năm 1956:

• Dẫn động bốn bánh vĩnh viễn với vi sai liên trục tự khóa
• Động cơ bốn xi-lanh nằm ngang (flat-four)
• Phanh đĩa trên cả bốn bánh
• Hệ thống chống bó cứng phanh điện cơ Dunlop MaxaRet, được chuyển thể từ công nghệ hàng không

Trái tim của hộp số Ferguson Formula là một cơ cấu tự khóa tài tình bên trong hộp phân phối. Ngoài vi sai, cụm này còn có thêm một bộ bánh răng phụ, hai ly hợp một chiều kiểu bi, và hai bộ đĩa ma sát. Trong điều kiện bình thường, các bộ phận này chạy không tải. Nhưng khi bánh xe trên một trục bắt đầu trượt — gây ra sự chênh lệch tốc độ giữa các trục ra — một trong các ly hợp sẽ gài vào, ép bộ đĩa ma sát lên bánh răng vi sai và ngay lập tức chuyển đổi dẫn động vi sai thành kết nối cứng.

Bản thử nghiệm thứ hai, chiếc Ferguson R5 estate năm 1962, còn có khả năng ấn tượng hơn. Các tay lái thử nghiệm của tạp chí Autocar ghi nhận rằng nó chạm đến giới hạn bám đường ở những tốc độ gần như không thể tin được. Bất chấp điều này, không có nhà sản xuất nào đồng ý đưa Ferguson vào sản xuất hàng loạt — độ phức tạp và chi phí quá cao. Tuy nhiên, vào năm 1962, Tony Rolt đã thuyết phục ban lãnh đạo của Jensen Cars áp dụng hộp số Ferguson Formula cho chiếc coupe CV8 sắp ra mắt của họ, vốn sử dụng động cơ V8 Chrysler 300 mã lực. Ba năm sau, một chiếc Jensen CV8 FF bốn bánh thử nghiệm đã được hoàn thiện.

Năm 1966, Jensen Interceptor thay thế CV8 — và cùng với chiếc coupe dẫn động cầu sau tiêu chuẩn, Jensen cho ra đời một phiên bản AWD mang biển hiệu kín đáo “FF”. Jensen FF trở thành chiếc ô tô sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới kết hợp vi sai liên trục tự khóa với ABS. Tên gọi “FF” là viết tắt của “Formula Ferguson.” Các thông số kỹ thuật chính bao gồm:

• Động cơ V8 Chrysler dung tích 6,3 lít, công suất 325 mã lực
• Hộp số tự động TorqueFlite ba cấp hoặc hộp số sàn bốn cấp
• Phân bổ mô-men xoắn không đối xứng: 63% ra trục sau, 37% ra trục trước — để duy trì đặc tính vận hành của xe dẫn động cầu sau
• ABS Dunlop MaxaRet một kênh
• Trợ lực lái thanh răng-bánh răng và phanh đĩa toàn bộ bốn bánh
• Tốc độ tối đa 212 km/h; 0–100 km/h trong 7,7 giây; trọng lượng không tải khoảng 1.800 kg
• Giá tại Anh năm 1968: khoảng 6.000 bảng Anh — tương đương với chiếc Rolls-Royce rẻ nhất
• Tổng sản lượng: 318 chiếc (1966–1971)

Mọi nhà báo ô tô của thời đại đó đều ca ngợi sự ổn định vượt trội của Jensen FF và cái mà họ mô tả là “biên độ bám đường gần như vô hạn trên mặt đường nhựa ướt.” Đáng tiếc thay, chính Harry Ferguson chưa bao giờ nhìn thấy chiếc Jensen FF — ông qua đời năm 1960.

Tại sao lại dành nhiều thời gian cho Công thức Ferguson đến vậy? Bởi vì Harry Ferguson Research là tổ chức đầu tiên trên thế giới coi dẫn động bốn bánh chủ yếu là công cụ an toàn chủ động — không đơn giản chỉ là giải pháp cho các vấn đề bám đường địa hình. Phân bổ mô-men xoắn không đối xứng là lựa chọn có chủ đích nhằm tránh sự khó đoán vốn là căn bệnh của các hệ thống AWD đối xứng. Trên xe dẫn động cầu sau, đạp ga quá mạnh trong cua trơn gây ra hiện tượng trượt đuôi có thể dự đoán trước. Trên xe dẫn động cầu trước, nó gây ra hiện tượng trượt đầu có thể dự đoán trước. Trên xe AWD đối xứng, phản ứng phụ thuộc vào trục nào có độ bám kém nhất — điều đó có thể mơ hồ và nguy hiểm. Bằng cách nghiêng mô-men xoắn về phía sau, Công thức Ferguson đã trao cho Jensen FF đặc tính vận hành gần giống xe cầu sau trong hầu hết các điều kiện.

Sự Ra Đời của Visco-Coupler

Cơ cấu tự khóa của Công thức Ferguson có một hạn chế đáng kể: các ly hợp một chiều hoạt động theo kiểu nhị phân, bật-tắt. Sự chuyển đổi từ vi sai mở sang khóa hoàn toàn diễn ra tức thì, điều này có thể tạo ra sự mơ hồ trong xử lý ngay tại thời điểm gài khớp. Điều cần thiết là một cơ cấu có thể thay đổi mức độ khóa vi sai một cách trơn tru và từng bước.

Vào cuối những năm 1960, Tony Rolt và Derek Gardner — sau này là nhà thiết kế trưởng của những chiếc xe Formula 1 Tyrrell — bắt đầu thử nghiệm với chất lỏng silicone được dùng trong khớp nối quạt làm mát nhớt. Kết quả là visco-coupler: một vỏ hình trụ chứa đầy chất lỏng silicone, bên trong có các bộ đĩa ma sát xen kẽ được kết nối với mỗi trục ra.

Cách nó hoạt động:

• Trong điều kiện bình thường, khi tất cả bánh xe quay ở tốc độ tương tự nhau, các bộ đĩa hầu như không chuyển động tương đối với nhau và khớp nối không có tác dụng gì lên vi sai.
• Khi một trục bắt đầu trượt, trục ra của nó quay nhanh hơn, khiến các bộ đĩa quay tương đối với nhau và cắt chất lỏng silicone.
• Sự cắt này làm tăng nhiệt độ và áp suất bên trong khớp nối, nâng độ nhớt của chất lỏng lên đáng kể.
• Độ nhớt tăng khiến các đĩa bị kéo vào nhau, dần dần phanh trục quay nhanh hơn và khóa vi sai một phần hoặc hoàn toàn.

Sau khi đăng ký bằng sáng chế visco-coupler, Tony Rolt thành lập FF Developments (FFD) năm 1971 để cung cấp hộp số AWD thương mại. Các dự án đầu tiên bao gồm xe tải Bedford bốn bánh cho lực lượng lâm nghiệp Anh, một lô xe Ford Zephyr FF cảnh sát, và các sedan Opel Senator 4×4 cho phái đoàn quân sự Anh ở Berlin.

Thành tựu sản xuất hàng loạt quan trọng nhất của FFD là hộp số cho chiếc AMC Eagle (1979–1988) — một phiên bản nâng gầm AWD của chiếc sedan AMC Concord, được trang bị lốp lớn hơn và nâng thân xe lên 75 mm. AMC Eagle là chiếc ô tô sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới sử dụng vi sai liên trục được khóa bằng visco-coupler. Mặc dù được hình thành như một xe địa hình nhẹ hơn là xe hiệu năng cao, kiến trúc hộp số của nó đã trở thành tổ tiên trực tiếp của một số xe AWD hiệu năng cao được ca ngợi nhất từng được chế tạo — bao gồm các thế hệ đầu của Subaru Impreza WRX và Mitsubishi Lancer Evolution.

Vi Sai Tự Khóa: Từ Torsen Đến Điều Khiển Điện Tử

Khi chiếc Audi Quattro bước vào sản xuất năm 1981 — hai năm sau khi AMC Eagle ra mắt — nó sử dụng vi sai liên trục mở thông thường với khóa cứng vận hành thủ công. Sự tinh tế trong giải pháp của Audi nằm ở thiết kế bố cục gọn: động cơ đặt dọc hướng thẳng về phía trục sau, và vi sai liên trục được tích hợp trực tiếp vào hộp số. Trục thứ cấp của hộp số được làm rỗng, và trục dẫn động cầu trước được dẫn xuyên qua đó. Đội ngũ của Ferdinand Piëch đã chọn tỷ lệ phân bổ mô-men xoắn đối xứng 50:50 giữa trước và sau.

Năm 1984, các cần khóa vi sai thủ công cuối cùng đã biến mất khỏi khoang lái Audi, được thay thế bằng vi sai tự khóa Torsen (TORque SENsing). Vi sai Torsen mang lại một số ưu điểm chính:

• Hoàn toàn cơ học — không cần điện tử, chất lỏng hay tác động của người lái
• Phản ứng với sự thay đổi mô-men xoắn trên các trục ra thay vì phản ứng với sự chênh lệch tốc độ, nghĩa là nó có thể phản ứng trước khi bánh xe thực sự trượt
• Khác với visco-coupler, nó chỉ khóa khi xe kéo tải, không phải khi phanh, khiến nó hoàn toàn tương thích với ABS
• Khóa và mở khóa trơn tru và liên tục, không có sự chuyển đổi nhị phân

Khả năng đã được kiểm chứng của Torsen trong việc cải thiện khả năng xử lý và ổn định trên xe hiệu năng cao về sau đã thu hút các kỹ sư SUV tìm kiếm động lực học kiểu xe con. Ngày nay, nó được sử dụng trong hộp số của các phương tiện bao gồm Range Rover, Volkswagen Touareg, Porsche Cayenne và Toyota Land Cruiser Prado.

Trở lại những năm 1980, sự thống trị của Audi Quattro trong rally đã châm ngòi cho cuộc chạy đua vũ trang AWD giữa các đối thủ Nhóm B. Chỉ sau vài mùa giải, những chiếc xe rally bốn bánh sau đây đã lần lượt xuất hiện — mỗi chiếc đều sử dụng công nghệ visco-coupler của FFD trong vi sai tự khóa của chúng:

• Peugeot 205 T16
• Austin Metro 6R4
• Lancia Delta S4
• Ford RS200

Stuart Rolt, con trai của Tony, đã quản lý mối quan hệ của FFD với các đội rally trong thời kỳ này.

Vào đầu những năm 1990, nhà máy AZLK ở Nga cũng tìm đến FFD để phát triển phiên bản rally bốn bánh của chiếc Moskvitch 2141. Sử dụng bố cục ba vi sai giống như chiếc Ford RS200, chiếc Moskvitch bốn bánh thực nghiệm đạt được khả năng xử lý đáng kinh ngạc trong các điều kiện khắc nghiệt. Quá trình thử nghiệm đã hé lộ một nguyên tắc quan trọng: bằng cách điều chỉnh độ cứng khóa của mỗi visco-coupler riêng lẻ, các kỹ sư có thể tinh chỉnh đặc tính cân bằng xử lý của xe trong một phạm vi rộng:

• Vi sai liên bánh sau cứng hơn → xu hướng trượt đuôi nhiều hơn
• Vi sai trước hoặc liên trục cứng hơn → xu hướng trượt đầu và ổn định nhiều hơn

Khả năng điều chỉnh linh hoạt này là lý do tại sao các xe rally WRC hiện đại sử dụng bộ đĩa ly hợp nhiều đĩa điều khiển điện tử thay vì visco-coupler thụ động ở cả ba vi sai. Các bộ truyền động thủy lực và máy tính tích hợp trên xe có thể thay đổi mức độ khóa của từng vi sai theo thời gian thực — nhả ly hợp khi vào cua để xe xoay tự do, rồi dần dần kẹp chặt khi người lái tăng tốc vào đoạn thẳng để tối đa hóa lực kéo mà không gây trượt đầu.

Hai nhà sản xuất đã tiên phong trong việc áp dụng vi sai điều khiển điện tử trên xe sản xuất hàng loạt:

• Mercedes-Benz 4Matic (1986, W124 E-Class): Ba ly hợp điều khiển điện tử lần lượt kết nối cầu trước, rồi khóa vi sai liên trục, rồi khóa vi sai sau tùy theo điều kiện. Hệ thống này hiệu quả nhưng quá phức tạp, và điện tử có thể khiến bánh trước kết nối và ngắt kết nối một cách rõ ràng trên bề mặt tơi.
• Porsche 959 (1986): Hai ly hợp điều khiển điện tử hoạt động qua bốn chế độ lái có thể lựa chọn. Hệ thống của 959 tinh vi hơn và phù hợp hơn cho xe hiệu năng cao.

Thay Thế Vi Sai: Haldex và Các Hệ Thống AWD Đơn Giản Hóa

Trong khi các kỹ sư rally đang đẩy vi sai tự khóa đến giới hạn, các nhà thiết kế xe con đại trà lại đi theo hướng ngược lại — loại bỏ hoàn toàn vi sai liên trục và thay thế nó chỉ bằng một visco-coupler. Chiếc Volkswagen Golf II Syncro năm 1985 là chiếc xe con châu Âu đầu tiên sử dụng phương pháp này. Hộp số được phát triển bởi các kỹ sư từ GKN, công ty đã mua lại FFD vào năm 1969.

Bố cục visco-coupler đơn giản hóa mang lại những lợi thế rõ ràng cho sản xuất đại trà:

• Phiên bản AWD chia sẻ hầu hết các linh kiện với phiên bản dẫn động cầu trước tiêu chuẩn, giảm chi phí và độ phức tạp sản xuất
• Trong điều kiện bình thường, xe vận hành y hệt như xe dẫn động cầu trước
• Khi bánh trước trượt, visco-coupler có thể truyền tới 70% mô-men xoắn ra cầu sau trong khoảng 0,2 giây

Tuy nhiên, độ trễ gài khớp này tạo ra một điểm yếu trong xử lý: một chiếc xe ban đầu cư xử như xe dẫn động cầu trước (đẩy rộng phía trước) có thể đột ngột chuyển sang đặc tính nghiêng về cầu sau khi visco-coupler gài khớp, khiến người lái bất ngờ. Các nhà sản xuất Nhật Bản đã khám phá nhiều giải pháp khác nhau, bao gồm lắp nhiều visco-coupler — một số mẫu, chẳng hạn như Nissan Sunny/Pulsar 1988, dùng ba cái: một để gài cầu sau và một để khóa mỗi vi sai liên bánh. Mazda Concerto 4WD còn đi xa hơn, sử dụng visco-coupler thay thế cho cả vi sai liên trục và vi sai liên bánh sau.

Bước tiến hóa tiếp theo thay thế visco-coupler bằng ly hợp nhiều đĩa thủy lực điều khiển điện tử — một thiết bị nhanh hơn và có thể kiểm soát chính xác hơn nhiều. Khớp nối Haldex, thay thế visco-coupler trên Volkswagen Golf IV và các mẫu xe dùng chung nền tảng, là ví dụ nổi tiếng nhất của công nghệ này. Cách nó hoạt động:

• Cam mặt phẳng phát hiện bất kỳ sự chênh lệch tốc độ quay nào giữa trục trước và trục sau
• Con lăn lướt trên bề mặt cam đẩy piston trong các xi-lanh vòng, bơm chất lỏng thủy lực
• Áp suất chất lỏng nén bộ đĩa ly hợp, truyền mô-men xoắn ra cầu sau
• Van solenoid, được điều khiển bởi hệ thống điện tử của xe, có thể nhả áp suất tại bất kỳ điểm nào — cho phép phân phối mô-men xoắn vô cấp

Ngày nay, hầu hết các xe con AWD và crossover đều sử dụng một biến thể nào đó của kiến trúc ly hợp điều khiển điện tử này — dù là Haldex trên các xe Tập đoàn Volkswagen, Honda VTM-4, hay BMW xDrive. Tốc độ của các hệ thống ly hợp hiện đại đã giảm độ trễ gài khớp đến mức không thể nhận ra trong lái xe bình thường. Việc tinh chỉnh phần mềm điều khiển nay quan trọng hơn bản thân phần cứng: Golf 4Motion và Audi A3 Quattro dùng hộp số giống hệt nhau về mặt cơ học, nhưng phần mềm khác nhau khiến Volkswagen có tỷ lệ phân bổ mô-men xoắn đối xứng trong khi cài đặt của Audi gửi 60% mô-men xoắn ra phía trước để tạo cảm giác dẫn động cầu trước quen thuộc hơn.

Công Nghệ AWD Ngày Nay: Hệ Thống Nào Tốt Nhất?

Các hệ thống dẫn động bốn bánh bán thời gian với trục thứ hai gài thủ công đã may mắn biến mất khỏi xe con. Các kiến trúc còn lại đều có ưu điểm riêng:

• AWD toàn thời gian với vi sai liên trục tự khóa (visco-coupler như trên Subaru, Torsen cơ học như trên Audi A4/A6/A8 Quattro và Volkswagen Phaeton, hoặc ly hợp điều khiển điện tử như trên Mitsubishi Lancer Evo): các hệ thống tinh vi và thú vị nhất, có khả năng thực sự cải thiện khả năng xử lý trên cả đường trường lẫn đường đua khi được hiệu chỉnh đúng cách.
• AWD toàn thời gian với vi sai liên trục mở (như trên Mercedes-Benz 4Matic): dựa vào điện tử chống trượt để bù đắp cho việc thiếu tự khóa. Hiệu quả trên đường trường, nhưng kém chủ động hơn về mặt cơ học.
• Dẫn động cầu sau bán thời gian qua ly hợp có điều khiển (Haldex, trên các dòng xe Volvo, Saab và nhiều crossover của Tập đoàn Volkswagen): bố cục phổ biến nhất trên crossover hiện đại — tiết kiệm chi phí, nhẹ và ngày càng có khả năng cao nhờ điện tử phản ứng nhanh hơn.

Xu hướng chủ đạo trong AWD tiên tiến là phân bổ mô-men xoắn chủ động (torque vectoring) — không chỉ phân phối mô-men xoắn giữa trục trước và trục sau, mà còn chủ động biến đổi nó giữa bánh trái và bánh phải trên cùng một trục. Mitsubishi Lancer Evolution X đại diện cho đỉnh cao của nghệ thuật này: hệ thống S-AWC của nó kết hợp vi sai trung tâm điều khiển điện tử (ACD) với vi sai sau Active Yaw Control (AYC) có khả năng truyền mô-men xoắn giữa hai bánh sau độc lập với nhau. Các bộ bánh răng bổ sung có thể dịch chuyển cân bằng mô-men xoắn một cách chủ động, trước khi mất bám đường, thay vì phản ứng thụ động sau khi bánh xe đã trượt.

Xét về thực tế, sự khác biệt xử lý trong thế giới thực giữa các hệ thống AWD hiện đại tiếp tục thu hẹp khi điện tử điều khiển ngày càng tinh vi hơn. Một hệ thống dựa trên Haldex được hiệu chỉnh tốt trên crossover có thể mang lại sự ổn định mà trước đây chỉ vi sai Torsen cơ học mới đạt được ở thế hệ trước. Đó là hướng mà công nghệ đang tiến đến — và điểm đến cuối cùng có thể chính là chiếc xe điện với bốn động cơ bánh riêng lẻ, mỗi chiếc cung cấp mô-men xoắn được kiểm soát chính xác mà không cần bất kỳ hệ truyền động cơ học nào.

Đây là bản dịch. Bạn có thể đọc bản gốc tại đây: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4f54.html