Phân biệt các loại hộp số phổ biến được trang bị trên xe hơi

Hộp số (Transmission) là gì?

Hộp số là bộ phận truyền sức mạnh từ động cơ đến hệ dẫn động. Hộp số dùng để thay đổi tỉ số truyền nhằm thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe, đồng thời thay đổi tốc độ chạy xe phù hợp với sức cản bên ngoài.

Theo lý thuyết, động cơ đốt trong chỉ sinh công và mô men xoắn tối đa ở dải tua máy hẹp. Hộp số cho phép tỉ số truyền của động cơ và cầu dẫn động thay đổi khi xe tăng và giảm tốc độ, thay đổi số để động cơ luôn làm việc ở dưới điểm giới hạn và hoạt động gần với vòng tua lý tưởng nhất.

Ở chế độ lý tưởng, hộp số sẽ duy trì được tỷ số truyền để động cơ luôn luôn hoạt động ở vòng tua máy tối ưu nhất.

Công dụng của hộp số

• Hộp số dùng để thay đổi tỉ số truyền nhằm thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe chủ động của xe, đồng thời thay đổi tốc độ chạy xe phù hợp với sức cản bên ngoài.
• Thay đổi chiều chuyển động của xe (tiến và lùi).
• Tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong khoảng thời gian tùy ý mà không cần tắt máy và mở ly hợp.
• Dẫn động lực học ra ngoài cho các bộ phận công tác của xe chuyên dùng
• Hộp số phải có đủ tỉ số truyền một cách hợp lý để nâng cao tính kinh tế và tính động lực học của ô tô.
• Hộp số phải có hiệu suất truyền lực cao, khi làm việc không gây tiếng ồn, thay đổi số nhẹ nhàng không sinh lực va đập ở các bánh răng.

Phân loại hộp số

Hộp số sàn/ số tay (Manual Transmission)

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 bởi người lái thông qua 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 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.

Hộp số tự động (Automatic Transmission)

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.

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 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

Hộp số biến thiên vô cấp/CVT (Continuous Variable Transmission)

Không còn các cấp số như hộp số tự động truyền thống, hộp số vô cấp sử dụng đai truyền lực di chuyển giữa hai pulley có đường kính biến thiên để thay đổi tỉ số truyền.

Trong ứng dụng thực tế, một số nhà sản xuất hộp số vô cấp sử dụng bộ biến mô thủy lực (tương tự hộp số tự động truyền thống) để truyền động năng từ động cơ đến hộp số.

Một số nhà sản xuất khác sử dụng bộ ly hợp tương tự hộp số sàn nhưng tất nhiên vận hành hoàn toàn tự động. 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 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 momen 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.

Hộp số ly hợp kép/DCT (Dual Clutch Transmission)

Đúng như tên gọi của nó, hộp số này có hai ly hợp, một sẽ được dùng cho các cấp số lẻ (1, 3, 5, 7), ly hợp còn lại sẽ dùng cho các cấp số chẵn (2, 4 ,6). Khi xe bắt đầu khởi hành, cấp số 1 sẽ được chọn và ly hợp lẻ sẽ gài số vào động cơ giúp xe khởi hành. Cùng lúc đó, bộ xử lý sẽ đặt các bánh răng sẵn sàng để gài số hai.

Khi thời điểm chuyển số đến, ly hợp lẻ sẽ ngắt và ly hợp chẵn tiếp tục gài số hai ngay sau đó. Quy trình tiếp tục lặp lại ở các cấp số cao hơn khi xe có vận tốc nhanh hơn. Và nhờ có hai ly hợp, nên quá trình chuyển số được nhanh hơn, triệt tiêu tối đa độ ngắt quãng giữa hai cấp số, nhờ đó xe vận hành mượt mà hơn.

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.

Kết luận

Bất kỳ loại hộp số nào cũng được tối ưu theo một cách nhất định đi kèm với những ưu/nhược điểm nêu trên.

Hộp số sàn đang dần mất đi sự phổ thông trên thị trường xe và chỉ được sự dụng như một cách tối ưu hóa chi phí mua xe hoặc dành cho những người đam mê loại hộp số này.

CTV là loại hộp số tự động hiệu quả nhất, tuy nhiên điểm trừ của loại hộp số này là không tối ưu được cảm giác lái và gây ra tiếng ồn lớn.

Hộp số ly hợp kép DCT là lựa chọn hoàn hảo dành cho những chiếc xe thể thao nhưng có thể như không quá cần thiết trên những chiếc xe phổ thông do có chi phí bảo dưỡng và sửa chữa khá cao.

Cuồi cùng, hộp số đang được sử dụng rộng rãi nhất trên toàn thế giới là hộp số tự động tiêu chuẩn. Loại hộp số này đã được tối ưu và nâng cấp rất nhiều để phù hợp với từng tính cách của người sử dụng.