Tìm hiểu về hệ dẫn động FWD, RWD, AWD, 4WD trên ô tô

Hệ thống dẫn động trên xe hơi được chia ra làm 4 loại chính, bao gồm:

• FWD (Front-Wheel Drive) là hệ thống dẫn động cầu trước, tức là 2 bánh trước sẽ trực tiếp nhận được "lực" truyền từ động cơ. Hai bánh trước sẽ chủ động quay và "kéo" 2 bánh sau lăn theo.
• RWD (Rear-Wheel Drive) là hệ dẫn động cầu sau. Hoạt động của hệ thống này tương tự như FWD nhưng lần này là 2 bánh sau quay và "đẩy" 2 bánh trước lăn theo.
• AWD (All-Wheel Drive) là hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian. Các bạn có thể hiểu nôm na là tất cả 4 bánh xe luôn luôn nhận được "lực" truyền từ động cơ xe và phân bổ lực kéo một cách tự động bằng thuật toán bên trong ECU. Mình sẽ phân tích chi tiết hơn về hệ thống dẫn động này bên dưới.
• 4WD (4-Wheels Drive) cũng là hệ dẫn động 4 bánh nhưng là loại bán thời gian. Các bạn có thể tưởng tượng là chiếc xe trang bị hệ thống dẫn động này có thể "quay" được cả 4 bánh cùng lúc hoặc chỉ 2 bánh tùy vào lựa chọn của người lái thông qua một cơ cấu "gài cầu" bên trong xe.

Sau đây, mình sẽ phân tích cấu tạo cơ bản, tác dụng và ưu-nhược điểm của từng loại hệ thống dẫn động để các bạn có thể hình dung và nắm được bản chất của nó.

Hệ thống dẫn động cầu trước (FWD)

Đa số các mẫu xe ngày nay đều được trang bị hệ thống dẫn động phổ biến này. Vào những năm đầu thế kỷ 20, kiểu dẫn động cầu trước (FWD) là thuộc loại "hàng hiếm" vì đa số các loại xe đều được trang bị hệ thống dẫn động cầu sau (RWD).

Nhưng ở thời điểm hiện tại, kiểu dẫn động FWD lại được trang bị trên khoảng 70% số xe mới xuất xưởng. Nguyên nhân chính nằm ở chỗ các xe hiện đại đều có động cơ đặt trước thay vì đặt sau như trước kia.

Vì vậy, để loại bỏ cơ cấu truyền động từ trước ra sau vốn dĩ hơi "lằng nhằng" và hao phí nhiều năng lượng, ý tưởng truyền lực trực tiếp tới ngay bánh trước là giải pháp khả thi nhất.

Áp dụng kiểu dẫn động cầu trước đồng nghĩa với việc các nhà sản xuất có thể giảm bớt các chi tiết cấu thành, giúp hạ thấp chi phí sản xuất, khối lượng xe cũng giảm đi khiến cho chiếc xe "uống" ít xăng hơn.

Do thiết kế của kiểu dẫn động cầu trước này không cần phải có trục truyền động và cầu trục sau nên toàn bộ cơ cấu truyền động và hệ thống vi sai có thể được bố trí trong cùng một khối gọn gàng và đơn giản.

Cấu trúc này giúp nhà sản xuất dễ bố trí các hệ thống phụ trợ như hệ thống treo, hệ thống phanh, đường dẫn nhiên liệu, hệ thống xả thải, v.v...

Một lợi thế khác của hệ thống dẫn động cầu trước chính là không gian nội thất có thể thiết kế rộng rãi hơn. Vì không cần phải có những hốc lớn trên khung xe để bố trí các kết cấu cơ khí truyền động nên nhà sản xuất có thể dễ dàng bố trí các trang bị tiện nghi cho nộ thất.

Ví dụ như nội thất bên trong mẫu sedan cỡ nhỏ hiện thời, chúng ta có thể thấy hàng ghế ngồi phía sau khá thoải mái nhờ sàn xe bằng phẳng và không hề có chỗ gồ ghề.

Thêm vào đó, một chiếc xe FWD chắc chắn sẽ không có vi sai cầu sau nên thể tích khoang hành lý sẽ được tăng lên đáng kể.

Tuy nhiên, ngoài những ưu điểm kể trên, hệ dẫn động cầu trước có một số nhược điểm liên quan tới tính năng vận hành của xe.

Đầu tiên, do sự phân bố trọng lượng tập trung nhiều hơn vào phần đầu xe, một chiếc xe trang bị hệ dẫn động cầu trước khó có thể tăng tốc nhanh và luôn thất thế so với xe dẫn động cầu sau trên các đoạn đường thẳng.

Do trọng lượng dồn về phía trước nhiều hơn khiến phần đuôi trở nên nhẹ hẳn nên việc điều khiển một chiếc xe sử dụng hệ thống FWD rất dễ bị hiện tượng "understeer" hay còn gọi là "mất lái" khi vào cua, nghĩa là bánh trước sẽ dễ bị trượt và không còn ma sát với mặt đường, nhất là trong điều kiện mặt đường trơn trượt.

Nhược điểm cuối cùng là cho dù hệ thống FWD tỏ ra hết sức "thực dụng" nhưng thiết kế của chúng lại mâu thuẫn với tính "thực tế" của một chiếc xe hơi.

Tại sao chiếc xe của bạn đi bằng 4 bánh nhưng lại dồn tất cả các nhiệm vụ định hướng, phanh, chịu tải, tăng tốc... lên mỗi hai bánh trước? Trong một chiếc xe dẫn động cầu trước, trục bánh trước luôn có cấu tạo khá phức tạp và phải đảm trách quá nhiều nhiệm vụ.

Hệ thống dẫn động cầu sau (RWD)

Những nhược điểm của hệ dẫn động cầu trước FWD lại chính là ưu điểm của hệ thống dẫn động cầu sau RWD. Khi càng có nhiều kết cấu cơ khí được chuyển từ phía trước ra đằng sau, chiếc xe sẽ có được sự cân bằng trọng lượng tốt hơn, dẫn đến khả năng vận hành ổn định hơn.

Ngoài cái "lợi" về phân bố đều trọng lượng trên các trục, việc giải phóng các bánh trước khỏi hệ truyền động giúp nó tự do hơn trong nhiệm vụ dẫn hướng và chắc chắn nó sẽ có góc "bẻ lái" rộng hơn.

Cảm giác điều khiển vô-lăng của tài xế cũng sẽ êm dịu, "thật tay" và đầm hơn. Cấu trúc trục trước trên những chiếc xe RWD đơn giản hơn cũng sẽ giúp các chi tiết cơ khí, hệ thống phanh và hệ thống treo trên xe có tuổi thọ và độ bền cao hơn.

Một đặc tính quan trọng nữa là thiết kế chủ động "quay" của bánh sau sẽ cung cấp lực "đẩy" thay vì lực "kéo", vì vậy khi xe tăng tốc thì quán tính nghỉ sẽ dồn năng lượng của nó về phía sau nhiều hơn, do đó nó sẽ làm tăng khả năng bám đường của các bánh dẫn động.

Như vậy, đối với các loại xe thường xuyên phải tăng-giảm tốc nhanh chóng thì thiết kế dẫn động cầu sau tỏ ra rất hiệu quả. Đây cũng là lý do người ta sử dụng thiết kế RWD cho những chiếc xe thể thao hay xe đua tốc độ.

Tất nhiên, những hạn chế của hệ thống RWD cũng rất dễ nhận thấy như chi phí sản xuất & lắp ráp cao hơn, hệ truyền động khá phức tạp dẫn đến không gian nội thất xe bị thu hẹp, trọng lượng xe cũng sẽ tăng theo, làm gia tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ, v.v...

Ngoài ra, ngược lại với hệ thống dẫn động cầu trước, những chiếc xe dẫn động cầu sau lại hay bị "Oversteer", thế nhưng những người thích drift xe lại khoái điều này, đó là lý do những chiếc xe chuyên dùng để drift lại có hệ thống dẫn động cầu sau.

Tuy nhiên, xét về hiệu quả chung thì hầu hết những nhược điểm của thiết kế dẫn động cầu sau đang được khắc phục hiệu quả bởi những tiến bộ của khoa học & công nghệ.

Các hệ thống treo độc lập đang được ứng dụng cho phép nhà sản xuất đặt trục dẫn động và hộp vi sai sát vào phần thân xe hơn, không chiếm nhiều chỗ trong cabin như trước đây.

Các hệ thống kiểm soát hành trình và điều khiển ổn định cho phép xe RWD đạt được khả năng hoạt động tốt trên các mặt được trơn trượt.

Hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian (AWD) & bán thời gian (4WD)

Tại sao đánh giá AWD và 4WD là hai hệ dẫn động gây "nhức đầu" cho những ai muốn tìm hiểu chúng? Lý do là vì AWD và 4WD thường gây nhầm lẫn về bản chất đối. Ngoài ra, chúng còn có cấu tạo rất phức tạp và "biến thiên" theo từng yêu cầu & mục đích sử dụng cũng như phụ thuộc vào dụng ý của các nhà sản xuất.

Trước tiên, chúng ta cần phải phân biệt sự khác nhau cơ bản của hai hệ thống dẫn động này:

• Những chiếc xe trang bị hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian 4WD là loại xe có thể dẫn động bằng 2 bánh hoặc 4 bánh tùy vào lựa chọn của người lái thông qua một cơ cấu gài cầu (hoạt động bằng cơ hoặc bằng điện) đặt bên trong xe. Điều kiện thao tác có hơi khác nhau tùy vào loại xe, có xe thì phải dừng lại mới gài cầu được nhưng cũng có loại cho phép gài cầu ngay khi đang chạy ở một vận tốc nhất định. Hầu hết các hệ thống 4WD khi hoạt động ở chế độ dẫn động 2 bánh (thường được ký hiệu là 2H) đều truyền mô-men xoắn tới bánh sau như RWD. Riêng chế độ dẫn động bằng 4 bánh thì thường được ký hiệu là 4H với các cấp độ "High" và "Low" khác nhau tùy vào hãng sản xuất.
• AWD (All-Wheel Drive) là thuật ngữ dùng để chỉ các xe dẫn động 4 bánh trong mọi thời điểm mà không có các chế độ "Low" hay "High" như xe 4WD. Trong khi khái niệm 4WD chủ yếu dùng cho các loại xe thể thao đa dụng SUV (Mitsubishi Pajero, Toyota Land Cruiser...), xe địa hình (Jeep Wrangler, Land Rover Defender...) hoặc các loại xe quân sự (UAZ, GAZ) thì AWD lại thường được trang bị trên cho các loại sedan cao cấp (Mercedes-Benz S-Class, BMW 7-Series...), xe đa dụng Minivan hay Station Wagon, v.v...

Lý do để các nhà sản xuất xe hơi chế tạo ra hệ thống dẫn động 4 bánh "bán thời gian" 4WD là nhằm giúp chiếc xe vượt qua những địa hình khó khăn, hiểm trở mà các loại hệ thống dẫn động khác không thể làm được.

Ví dụ, chúng ta có thể tưởng tượng trong một trường hợp cụ thể, chiếc xe được trang bị hệ thống dẫn động cầu trước nhưng phải vượt qua một vũng lầy to để đến được đích. Khi cho xe chạy từ từ hoặc thậm chí phóng nhanh qua vũng lầy đó, phần nhiều khả năng là chiếc xe sẽ bị dính lại vũng lầy đó do bánh trước không có được độ bám khi lăn qua vũng lầy và càng xoay thì càng lún trong vô vọng.

Lúc này, nếu có một cơ cấu giúp chuyển mô-men xoắn từ bánh trước ra bánh sau và ngược lại một cách linh hoạt thì chiếc xe của chúng ta sẽ đi qua vũng lầy đó hoặc các địa hình hiểm trở khác một cách dễ dàng.