Khái Niệm Cầu Xe Ô Tô – 2WD, 4WD, FWD, RWD, AWD Là Gì?

Cầu xe ô tô thẳng

Cầu xe (Axle) hay trục bánh xe ô tô (Axletree) là cụm chi tiết trung tâm nằm ngang thân xe, kết nối với bánh xe hoặc bánh răng quay. Với các phương tiện có bánh, cầu xe có thể được lắp cố định vào các bánh xe, và quay cùng với nó hoặc được lắp cố định vào xe, khi đó các bánh xe sẽ quay quanh cầu.

Trước đây, các bạc đạn hoặc bạc lót được gắn tại các điểm lắp đặt dầm cầu. Nhưng hiện nay, bạc đạn hoặc bạc lót được gắn trực tiếp trên bánh xe để cho phép bánh xe hoặc bánh răng quay quanh cầu xe ô tô.

Thuật ngữ chuyên ngành

Trên ô tô và xe tải, một số ý nghĩa của từ cầu xe ô tô xuất hiện trong cách sử dụng thông thường, dùng để chỉ bản thân trục ô tô và vỏ của nó, hoặc đơn giản là bất kỳ cặp bánh xe ngang nào được sử dụng.

Nói một cách chính xác, trục xoay bánh xe ô tô được bắt vít hoặc dùng chốt trục giữa trục với bánh xe, được gọi là cầu ô tô hoặc bán trục cầu xe ô tô (axle shaft).

Tuy nhiên, trong một số trường hợp khác, toàn bộ kết cấu bao gồm vỏ cầu (hoặc dầm cầu ô tô) xung quanh (thường là vật đúc) cũng được gọi là cầu ô tô.

Khái niệm cầu ô tô
Tổng quan về cầu ô tô

Một nghĩa rộng hơn của từ này là dùng để chỉ mọi cặp bánh xe song song ở hai phía đối diện của một chiếc xe, bất kể chúng có mối liên hệ cơ học với nhau và với khung xe hoặc thân xe. Do đó, các cặp bánh xe nằm ngang trong hệ thống treo độc lập có thể được gọi là một cầu trong một số ngữ cảnh.

Định nghĩa phóng về “cầu ô tô” này thường được sử dụng để đánh giá phí đường bộ hoặc thuế xe cộ, và được coi như một đại lượng thô cho khả năng chịu trọng lượng tổng thể của một chiếc xe và khả năng gây mài mòn hoặc hư hỏng bề mặt đường.

Công dụng của cầu ô tô

Cầu ô tô là một thành phần không thể thiếu của hầu hết các loại xe ô tô nào. Trong hệ thống treo cầu dẫn động (live axle suspension system), các cầu có nhiệm vụ truyền mô-men xoắn dẫn động đến bánh xe, cũng như duy trì vị trí của các bánh xe so với nhau và với thân xe. Các cầu trong hệ thống này cũng phải chịu trọng lượng của xe cộng trọng lượng của hàng hóa (nếu có).

Cầu bị động, chẳng hạn như dầm cầu (beam axle) trước của xe tải hạng nặng, xe tải nhẹ dẫn động hai bánh và tải nhỏ, sẽ không có trục truyền động, và chỉ đóng vai trò như một bộ phận của hệ thống treo và hệ thống lái.

Hệ thống treo cầu dẫn động
Cầu ô tô cùng với bánh xe đỡ toàn bộ tải trọng của xe

Trong các loại hệ thống treo khác, các cầu xe chỉ dùng để truyền mô-men xoắn dẫn động đến các bánh xe; vị trí và góc của các trục bánh xe là một chức năng độc lập của hệ thống treo.

Đây là thiết kế điển hình của hệ thống treo độc lập trên hầu hết các dòng xe ô tô và SUV đời mới, và hệ thống treo phía trước của nhiều dòng xe tải nhẹ.

Các hệ thống truyền động này vẫn có bộ vi sai, nhưng sẽ không có vỏ cầu đi kèm. Chúng có thể được gắn vào khung hoặc thân xe, hoặc được tích hợp trong bộ truyền động tích hợp (transaxle).

Sau đó, các bán trục (thường là loại vận tốc không đổi) sẽ truyền mômen dẫn động đến các bánh xe. Giống như hệ thống cầu ô tô giảm tải hoàn toàn (full floating axle system), các trục truyền động trong hệ thống treo độc lập dẫn động cầu trước không chịu bất kỳ trọng lượng nào của xe.

Cầu bị động dẫn hướng trên hệ thống treo độc lập
Cầu bị động dẫn hướng trên hệ thống treo độc lập

Cầu ô tô có công dụng chung là đỡ phần trọng lượng của ô tô phân bổ lên nó và nhận các  phản lực từ mặt đường tác dụng lên ô tô thông qua bánh xe.

Ngoài công dụng trên, phụ thuộc vào chức năng các cầu ô tô còn có các công dụng:

Cầu chủ động: đảm nhận chức năng như hộp giảm tốc (giảm tốc độ quay của động cơ truyền đến) và phân phối công suất đến các bánh xe chủ động.
Cầu dẫn hướng kết hợp với hệ thống lái để thực hiện việc điều khiển hướng chuyển động của ô tô.

Trích Kết Cấu Ô Tô – Nguyễn Khắc Trai và nhiều tác giả khác.

Cấu tạo cầu xe ô tô

Cầu xe ô tô thường được làm từ thép SAE cấp 41xx hoặc thép SAE cấp 10xx. Thép SAE cấp 41xx thường được gọi là “thép chrome-molypden” (hoặc “chrome-moly”) trong khi thép SAE cấp 10xx được gọi là “thép carbon”.

Sự khác biệt cơ bản giữa hai loại thép này là thép chrome-moly có khả năng chống uốn hoặc bẻ gãy cao hơn đáng kể và rất khó hàn bằng các dụng cụ thường được tìm thấy.

Cầu xe thẳng (straight axle)

Cầu ô tô thẳng là một trục cứng duy nhất nối bánh xe bên trái với bánh xe bên phải. Trục xoay bánh xe được cố định bởi cầu xe là chung cho cả hai bánh. Thiết kế như vậy có thể giữ cho vị trí bánh xe ổn định khi chịu áp lực lớn và do đó có thể hỗ trợ tải nặng.

Cầu xe ô tô thẳng
Cầu xe thẳng của xe Ford

Cầu xe thẳng được sử dụng trên tàu hỏa (tức là đầu máy xe lửa và toa xe lửa), cho cầu sau ô tô thương mại và trên các xe ô tô địa hình hạng nặng. Cầu xe ô tô có thể được tùy chọn bảo vệ và gia cố thêm bằng cách bao bọc chiều dài của trục xe ô tô trong một ống bọc.

Cầu bán trục (split-axle)

Trong thiết kế của cầu bán trục xe ô tô, bánh xe ở mỗi bên được gắn vào một trục riêng biệt. Nhiều dòng xe hơi hiện đại sử dụng trục truyền động là bán trục, trong thiết kế này, hệ thống treo độc lập sẽ được bố trí ở bánh xe bên trái và bên phải, do đó lái xe được êm ái hơn.

Cầu bán trục
Cầu bán trục giúp cải thiện độ bám đường và kéo dài tuổi thọ của lốp

Ngay cả khi sử dụng hệ thống treo phụ thuộc, các bán trục sử dụng bộ vi sai, cho phép các bánh lái bên trái và bên phải được điều khiển ở các tốc độ khác nhau khi ô tô chạy, cải thiện độ bám đường và kéo dài tuổi thọ của lốp.

Cầu tiếp đôi (tandem axle)

Cầu xe ô tô tiếp đôi là một nhóm gồm hai hoặc nhiều cầu nằm gần nhau. Các thiết kế xe tải sử dụng cấu hình như vậy để cung cấp trọng lượng lớn hơn so với một cầu đơn. Sơ mi rơ moóc thường có một cầu nối đôi ở phía sau.

Cầu tiếp đôi
Cầu tiếp đôi cung cấp nhiều trọng lượng hơn so với cầu ô tô đơn

Phân loại cầu xe ô tô

Chúng ta có thể phân loại cầu xe ô tô thành 2 loại cầu chính dựa trên vị trí của chúng (phía trước hoặc phía sau) hoặc loại thứ 3 gọi là trục ngắn. Ba loại này được chia thành nhiều loại phụ, tất cả đều được mô tả chi tiết bên dưới.

Cầu trước (Front Axle)

Cầu trước hấp thụ các cú sốc và hỗ trợ trọng lượng của phần phía trước và hệ thống lái của xe. Cầu trước ô tô có thể là cầu chủ động hoặc là cầu bị động. Cầu trước chủ động có thêm chức năng dẫn động các bánh xe như mô tả ở dưới. Hãy coi những bánh xe này giống như ‘kéo’ chiếc xe.

Cầu trước
Một số dạng cầu trước
  • Cầu trước chủ động (Live Front Axle): được cố định với các bánh xe và quay cùng với chúng. Tất cả các phương tiện sử dụng bánh xe đều có cầu ô tô chủ động để đẩy bộ bánh xe. Loại này truyền công suất và mô-men xoắn đến các bánh xe và hỗ trợ trọng lượng của xe. Nói một cách dễ hiểu, cầu trước chủ động dẫn động các bánh xe. Vì lý do này, cầu trước dẫn động còn được gọi là trục truyền động và do đó là một phần của hệ thống truyền lực, trong khi các bánh xe gắn liền với chúng được gọi là bánh dẫn động. Một ô tô dẫn động 2 bánh khi đó có hai bánh dẫn động và một cầu chủ động.
  • Cầu trước bị động (Dead Front Axle): là cầu ô tô với các bánh xe không dẫn động. Cầu bị động sẽ được gắn vào khung xe hoặc thân xe, không giống như cầu chủ động trên ô tô được gắn cố định vào bánh xe. Trong kết cấu của cầu trước bị động, các bánh xe quay xung quanh nó, không quay chung với nó. Khi đó cầu trước bị động sẽ là trục chịu tải, và trên thực tế, xe tải hạng nặng và xe kéo sử dụng nhiều loại cầu bị động khác nhau cho mục đích chịu tải.

Cầu sau (Rear Axle)

Cầu sau nằm ở phía sau xe và có thể là cầu chủ động hoặc là cầu bị động, giống như cầu trước ô tô. Xe có một cầu trước chủ động gắn với hai bánh dẫn động ở phía trước, trong khi những dòng xe sử dụng cầu RWD có cầu trước bị động và cầu sau chủ động.

Cầu sau
Một số loại cầu sau

Tuy nhiên, cầu sau xe ô tô được phân loại thành 3 loại phụ khác tùy thuộc vào công dụng và cách bố trí của chúng.

  1. Cầu ô tô giảm tải 1/2 (Semi Floating Axle): mang trọng lượng của một chiếc xe với một ổ trục duy nhất trên vỏ cầu và một ổ trục khác bên trong vỏ cầu. Nó được gắn vào các bánh xe và quay để tạo ra mô-men xoắn. Bán trục giảm tải 1/2 được dùng chủ yếu ở loại xe tải cỡ trung và xe bán tải hạng nhẹ.
  2. Cầu ô tô giảm tải hoàn toàn (Full Floating Axle): được thiết kế để truyền mô-men xoắn. Nó bao gồm một đùm đỡ bánh xe được lắp với bán trục và ống trục hỗ trợ nó với sự trợ giúp của các ổ trục hai bánh và chuyển trọng lượng của xe và hàng hóa sang ống trục. Bạn có thể thấy bán trục giảm tải hoàn toàn được sử dụng trên xe tải hạng nặng, xe tải cỡ trung và xe dẫn động 4 bánh.
  3. Cầu ô tô giảm tải 3/4 (Three-Quarter Floating Axle): bao gồm một vỏ trục với ống trục kéo dài và bán trục quay. Đây là loại chắc chắn nhất so với 2 loại ở trên. Những cầu xe ô tô này giúp xử lý mô-men xoắn lái và lực đẩy bên.
3 loại cầu sau
Cấu tạo của 3 loại cầu sau

Trục ngắn (Stub Axle)

Trục ngắn, hay còn gọi là trục gu rông (stud axle), chỉ hỗ trợ một bánh xe, trái ngược với hai loại trục chính khác. Ở xe ô tô cầu sau dẫn động, trục ngắn được lắp vào một trong hai đầu của cầu trước, trong khi ở xe dẫn động cầu trước, nó được lắp vào một đầu của cầu sau. Nó cho phép chuyển động góc khi đánh lái và cải thiện khả năng vào cua.

Trục ngắn
Hình ảnh thực tế của trục ngắn

Có 4 loại trục ngắn chính, được đặt tên và mô tả như sau:

  1. Elliot: trục ngắn này được kết nối với cầu trước tại bản lề kiểu chạc bằng cách sử dụng một chốt cái và một chốt hãm.
  2. Elliot ngược (Reverse Elliot): trục ngắn này cũng sử dụng một bản lề kiểu chạc gắn vào cầu trước bằng cách sử dụng một chốt cái và một chốt hãm nhưng theo thứ tự ngược lại của Elliot.
  3. Lamoine: thường được sử dụng ở cầu trước của máy kéo, trục ngắn của Lamoine có trục chính hình chữ L thay vì kiểu chạc và sử dụng một chốt cái để gắn vào.
  4. Lamoine ngược (Reverse Lamoine): tương tự như Lamoine nhưng sắp xếp ngược lại với Lamoine tiêu chuẩn và thường được sử dụng ở cầu trước của xe dẫn động cầu sau.
4 loại trục ngắn
Các loại trục ngắn Stub Axle

Các ký hiệu về cầu xe ô tô

AWD là gì? 4WD là gì? 2WD là gì? Xe 1 cầu là gì? Xe 2 cầu là gì? Xe 4 cầu là gì? Xe 4×2 và xe 4×4 là gì? Tất cả câu hỏi đó sẽ được giải đáp dưới đây.

Nhiều người thường nhầm 2 kiểu dẫn động 4WD (four-wheel drive) và AWD (all-wheel drive), vì cả hai kiểu dẫn động này đều truyền lực đến 4 bánh của xe. Kiểu dẫn động 2 bánh 2WD (two-wheel drive) có thể bao gồm kiểu dẫn động cầu trước FWD hoặc dẫn động cầu sau RWD.

Cầu dẫn động phía trước (FWD)

FWD là viết tắt của từ Front Wheel Drive, tức dẫn động bánh trước. Cầu FWD sẽ truyền lực từ vi sai tích hợp bộ truyền động đến may-ơ và bánh xe. Chúng thường được gọi là “bán trục ô tô” hoặc “trục dẫn động bánh trước”. Chúng quay chậm hơn đáng kể so với trục dẫn động của xe dẫn động bánh sau. Tốc độ có thể đo được ở khoảng 1/3 trục dẫn động bánh sau.

Cầu dẫn động phía trước FWD
Dẫn động cầu trước FWD

Cầu FWD được kết nối trực tiếp với các bánh dẫn động và không phải tác động thông qua việc giảm bánh răng trục và bánh răng trụ. Chúng thường có ba trục riêng biệt:

  1. Trục ngắn bên trong (Inner Stub Shaft): trục ngắn quay tới bánh răng phụ nằm trong bộ vi sai và được kết nối với khớp các đăng bên trong.
  2. Trục nắm bên ngoài (Outer Stub Shaft): trục ngắn này kết nối với khớp các đăng bên ngoài và trục bánh trước.
  3. Trục liên kết (Interconnecting Shaft): trục trung tâm khớp giữa hai khớp các đăng.

Cầu dẫn động phía sau (RWD)

Cầu RWD hầu như giống hệt với cầu FWD, với sự khác biệt chính duy nhất là hướng bị đảo ngược. Chúng thường được gọi là “trục dẫn động bánh sau”. Vì trọng lượng được chuyển sang phía sau xe khi tăng tốc, chúng có thể tăng độ bám đường và tăng tốc nhanh hơn cầu FWD.

Cầu dẫn động phía sau RWD
Dẫn động cầu sau RWD

Kết cấu của cầu RWD rất cần thiết trong xe tải 2WD (dẫn động 2 bánh), vì phần sau của xe tải thường có trọng lượng nhẹ và kết cấu của cầu FWD sẽ không thể di chuyển được dễ dàng.

Cầu dẫn động 4 bánh bán thời gian (4WD)

Kết cấu của cầu FWD phức tạp hơn kết cầu cầu 2WD, vì nó cần nhiều chi tiết bổ sung để cung cấp công suất cho cả 4 bánh trên xe. Chúng cũng có thể được gọi là cơ cấu “4×4” hoặc “bốn x bốn”.

Cầu dẫn động 4 bánh bán thời gian (4WD)
Dẫn động 4 bánh bán thời gian – 4WD hoặc 4×4

Chúng sử dụng hộp số phụ hay hộp phân công suất, một bộ phận bên trong trục truyền động chịu trách nhiệm phân chia sức mạnh giữa trục trước và trục sau, để quay tất cả bốn bánh xe ở cùng một tốc độ. Kết cấu của cầu 4WD phổ biến cho các dòng xe được thiết kế để chuyên chạy địa hình, offroad.

Cầu dẫn động 4 bánh toàn thời gian (AWD)

Các cầu AWD cũng có công dụng truyền lực tới cả 4 bánh của xe như cầu 4WD. Trục dẫn động ô tô dùng cầu AWD thường đắt hơn và sử dụng nhiều chi tiết hơn so với cầu FWD. Tất cả các cầu trong kết cấu AWD có thể nhận công suất và quay đồng thời ở các tốc độ khác nhau. Không giống như các cầu dẫn động bốn bánh, chúng không có hộp số phụ.

Cầu dẫn động 4 bánh toàn thời gian (AWD)
Dẫn động 4 bánh toàn thời gian (AWD)

Kết cấu cầu AWD có thể được chia thành 2 loại là dẫn động bốn bánh toàn thời gian hoặc dẫn động bốn bánh tự động.

  1. Dẫn động bốn bánh toàn thời gian (Full-Time All-Wheel Drive): kết cấu này sử dụng ba bộ vi sai để truyền lực hiệu quả hơn giữa cả bốn bánh trên xe. Cả 4 bánh xe sẽ luôn nhận được lực trong quá trình vận hành của xe.
  2. Dẫn động bốn bánh tự động (Automatic All-Wheel Drive): kết cấu này không có bộ vi sai trung tâm và dựa vào một bộ truyền lực để cung cấp năng lượng cho một bộ bánh ở phía sau hoặc phía trước của xe. Khi đó, một trục truyền động sẽ truyền lực tới bộ vi sai trên trục đối diện. Xe có cầu AWD tự động thường được sử dụng trong các tình huống xe có độ bám đường thấp. Các cầu AWD tự động sử dụng ít không gian hơn và cho phép xe chạy hiệu quả hơn khi vận hành như dẫn động cầu trước hoặc cầu sau.

Những lợi ích mà cầu AWD có thể mang lại là:

  • Tăng cường gia tốc: gia tốc của xe được tăng lên khi sử dụng cầu AWD, vì cả bốn bánh xe hoạt động cùng nhau để đạt được tốc độ dễ dàng hơn nhiều. Hai cầu làm việc cùng nhau dẫn đến bánh xe ít quay hơn, điều này cho phép gia tốc của xe trở nên nhất quán và ổn định hơn.
  • Tăng cường độ bám đường: lốp của xe phải có khả năng bám chắc trên địa hình mà nó đang lái. Cầu AWD cho phép lốp xe bám đường hơn khi tăng tốc hoặc duy trì tốc độ trong điều kiện địa hình lái xe ẩm ướt, như tuyết trên mặt đất, mưa lớn hoặc quá nhiều bùn.

Kết luận

Chắc chắn rằng khi đọc tới những dòng cuối cùng này, bạn đã hiểu được cầu xe ô tô là gì, trục xe ô tô là gì, cầu xe ô tô là bộ phận nào?… và đã có những kiến thức tổng quát về cầu xe ô tô. Nếu bạn có câu hỏi nào liên quan đến cầu ô tô thì hãy để lại dưới phần bình luận, chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn. Và bạn đừng quên đánh giá 5 sao và Share bài viết để ủng hộ Sinh Viên Ô Tô nhé!

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *