Ngày nay, các mẫu xe mới đa số đều có được hệ thống trợ lực tay lái ô tô do xu hướng bố trí dồn trọng lượng thân xe về phía cầu trước dẫn hướng. Tính năng này đặc biệt phát huy tác dụng khi phương tiện đứng yên hoặc di chuyển chậm, bên cạnh đó tay lái trợ lực cho khả năng vận hành linh hoạt và ổn định hơn khi gặp địa hình xấu. Hiện nay có 4 loại trợ lực tay lái ô tô được phát triển:
- Bơm trợ lực tay lái ô tô thủy lực (trợ lực dầu) – Hydraulic Power Steering (HPS)
Đây là hệ thống trợ lực tay lái ô tô ra đời đầu tiên và được biết đến nhiều nhất nhờ vào kết cấu đơn giản, chi phí lắp đặt cũng như bảo trì bảo dưỡng thấp. Dòng xe phổ biến tại Việt Nam trước đây có trang bị tay lái trợ lực dầu có thể kể đến Toyota Corolla.
Các bộ phận chính của hệ thống trợ lực tay lái ô tô gồm: bơm dầu, van phân phối, xi-lanh trợ lực và hộp cơ cấu lái. Tùy vào bố trí của van phân phối sẽ có 3 loại trợ lực dầu chính: van phân phối và xi-lanh kết hợp trong cơ cấu lái, van phân phối và xi-lanh kết hợp trong đòn kéo, van phân phối và xi-lanh bố trí riêng biệt. Bơm trợ lực sẽ nhận công suất từ động cơ và tạo ra áp suất dầu cần thiết. Khi tài xế đánh vô-lăng, van phân phối sẽ hoạt động và đưa áp suất dầu vào xi-lanh, từ đó piston sẽ di chuyển thanh răng lái và điều khiển bánh xe dẫn hướng.
Nhờ áp suất dầu thuỷ lực mà lực tác dụng lên tay lái giảm đi và không phải quay tay lái quá nhiều. Do bơm dầu nhận công suất từ động cơ nên hệ thống chỉ hoạt động khi nổ máy, việc đánh tay lái khi dừng xe và tắt động cơ sẽ gặp nhiều khó khăn. Ngoài ra khi ở vận tốc cao, áp lực dầu lớn có thể khiến tay lái nhạy qua mức cần thiết. Hư hỏng thường gặp nhất là thiếu dầu trợ lực, nguyên nhân có thể do các nút chặn cao su lão hóa hoặc bình chứa dầu bị thủng dẫn đến rò rỉ.
- Hệ thống bơm trợ lực tay lái ô tô thủy lực phi tuyến tính – Variable-assist power steering hay speed sensitive steering (PSS).
Cơ cấu này vận hành tương tự như trợ lực dầu thông thường: sử dụng áp lực dầu để hỗ trợ lực lái. Nhưng điểm khác biệt là lực tay lái sẽ là như nhau ở mọi vận tốc mà xe di chuyển chứ không phụ thuộc vào tốc độ động cơ.
Ưu điểm là tay lái nhẹ ngay cả ở vận tốc thấp, và khi xe ở vận tốc cao thì vô-lăng “khá nặng”, cho cảm giác điều khiển ổn định và chắc chắn. Hệ hống này được giới thiệu lần đầu tiên ở mẫu xe Pháp Citroën SM năm 1970.
- Bơm trợ lực tay lái ô tô điện – thủy lực (Electro-hydraulic power steering – EHPS)
Hệ thống bơm trợ lực tay lái điện – thủy lực còn được gọi là “hệ thống trợ lực lai” (hybrid) sử dụng cơ cấu trợ lực tương tự như trợ lực dầu thông thường nhưng áp suất thủy lực được cung cấp từ một motor điện, động cơ dẫn động motor này thông qua một dây đai hoặc có một bộ điều khiển điện tử điều chỉnh hoạt động.
Những ưu điểm chính của hệ thống trợ lực tay lái thủy lực – điện bao gồm:
– Bơm hoặc motor điện có kích thước nhỏ gọn hơn bơm thủy lực thông thường và được bố trí gọn gàng, hợp lý hơn.
– Áp lực dầu vẫn có được kể cả khi động cơ không hoạt động.
– Bộ phận điều khiển bơm, motor điện chỉ tạo ra áp lực dầu cần thiết cho những tình huống cụ thể khi lái xe, nhờ đó tiết kiệm được năng lượng lên đến 20%.
– Các thông số tay lái (góc đánh lái, lực lái, độ nhạy, tốc độ phản hồi) có thể được cài đặt cho tùy từng loại xe khác nhau thông qua bộ điều khiển điện tử.
- Bơm trợ lưc tay lái ô tô điện tử – Electric power assisted steering (EPS/EPAS) hay Motor driven power steering (MDPS)
Hệ thống trợ lực điện tử sử dụng motor điện để đẩy thanh răng lái thay cho áp lực dầu như hai hệ thống trợ lực trên. Điều khiển motor điện là một ECU điện tử, nhận thông tin về góc đánh lái, mô-men của cột vô-lăng từ cảm biến.
Cách hoạt động của EPAS/EPS
Kết cấu này cho phép cung cấp nhiều khả năng hỗ trợ người lái tùy theo điều kiện hoạt động cụ thể của phương tiện. Các kỹ sư có thể thiết lập các thông số như tỉ lệ truyền tay lái dựa vào hoạt động của hệ thống treo và các yếu tố khác để tối ưu hóa khả năng kiểm soát vô-lăng cũng như vận hành ổn định cho từng mẫu xe riêng biệt.
Đối với hệ thống EPAS, năng lượng của động cơ sẽ không bị hao hụt để tạo ra áp lực như trợ lực thủy lực, đồng thời khả năng cung cấp lực hỗ trợ đa dạng và việc thay thế, bảo trì đơn giản và tiết kiệm hơn chính là lợi thế. Tuy nhiên khi mới xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1988 trên chiếc Suzuki Cervo hay cả với dòng xe danh tiếng Porsche 911, trợ lực điện nhận được khá nhiều phản hồi về việc thiếu cảm giác với mặt đường. Ngày nay, EPAS/EPS được cải tiến hơn trước rất nhiều nhờ vào những công nghệ tiên tiến và có khả năng mang đếm cảm giác tay lái chân thật cho tài xế, bên cạnh đó ưu điểm giúp tiết kiệm nhiên liệu khiến cho trợ lực lái điện tử được ứng dụng rộng rãi từ những hãng xe phổ thông như Toyota, Ford hay những nhà sản xuất xe sang như Mercedes, BMW và Audi.
Đi kèm là tính năng chống rung lắc chủ động giúp hạn chế tác động mà lốp xe gây ra, giúp tay lái êm ái và dễ điều khiển hơn, đặc biệt là khả năng “bù lệch hướng” liên tục tự điều chỉnh để giữ cho xe ổn định khi mặt đường không bằng phẳng hoặc có gió tạt ngang. Ngoài ra còn có một kiểu trợ lực khí nén, chuyên sử dụng cho các xe tải và xe đầu kéo hạng nặng. Hệ thống này trang bị máy nén khí để tạo ra áp lực cho xi-lanh khí nén, từ đó vận hành tương tự như kiểu trợ lực dầu. Do đặc thù về giá thành cao, kích thước và trọng lượng lớn cũng như kết cấu phúc tạp, bảo trì khó khăn nên trợ lực khí nén chỉ được trang bị cho những dòng xe tải trọng lớn.