Hệ thống treo độc lập là một trong những thành phần có tính chất quan trọng và quyết định đến sự thoải mái, độ ổn định cũng như an toàn khi sử dụng ô tô. Không chỉ góp phần mang lại cảm giác êm ái cho hành khách ngồi trong xe, hệ thống treo độc lập còn là yếu tố giúp xe bám đường tốt hơn, đặc biệt là khi vào cua hay di chuyển ở tốc độ cao.
Khi nói về hệ thống treo của ô tô, về cơ bản có thể chia ra làm 2 loại, khác nhau ở bộ phận dẫn hướng. Chúng bao gồm hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập. Đối với loại phụ thuộc, sở dĩ có tên gọi như vậy là vì các bánh xe được kết nối thông qua một thanh trục dầm cầu duy nhất, điều gì xảy ra với một bánh xe sẽ ảnh hưởng rõ rệt đến bánh xe còn lại.
Trong khi đó, hệ thống treo độc lập hoạt động dựa vào nguyên lý tách biệt một phần các bánh xe ở cùng một trục thông qua các cấu trúc phức tạp, không cho kết nối trực tiếp nhằm giảm bớt sự ảnh hưởng lẫn nhau của chúng. Với hệ thống treo độc lập, mỗi bánh xe có thể di chuyển lên xuống trong phạm vi của riêng nó, giúp cải thiện nhiều khía cạnh như khả năng bám đường, ổn định và êm ái, đặc biệt là khi xe di chuyển trên các bề mặt không bằng phẳng.
Hiện nay, có 3 kiểu thiết kế hệ thống treo độc lập được sử dụng phổ biến bao gồm: hệ thống treo MacPherson, hệ thống treo tay đòn kép và hệ thống treo đa liên kết.
Hệ thống treo thanh giằng MacPherson
Thanh giằng MacPherson là loại hệ thống treo trước phổ biến nhất trên ô tô hiện đại, do kỹ sư Earle S. MacPherson phát minh và còn có tên gọi khác là hệ thống treo một càng chữ A. Nếu bạn từng dành chút thời gian để tìm hiểu về ô tô, chắc chắn bạn đã nghe nói đến “hệ thống treo thanh giằng MacPherson” vô số lần.
Nó được thiết kế dựa trên cấu trúc hình tam giác cơ bản gồm hai phần; một cánh tay điều hướng và một thanh giằng đỡ trục, cùng tạo thành một hình tam giác dựa vào khung xe. Thông thường, hình tam giác này nằm ở dưới cùng của hệ thống treo chứ không phải ở trên cùng.
Cánh tay điều hướng định vị bánh xe theo chiều ngang, còn thanh giằng đỡ trục ngăn nó di chuyển về phía trước và phía sau trong vòm bánh xe. Cánh tay điều hướng thường là bộ phận to hơn và khỏe hơn, được gắn trực tiếp vào phần dưới của khung bánh xe. Ngày nay, cả hai đã được sắp xếp hợp lý thành một cánh tay điều hướng lớn hơn đáng kể, kết hợp với thanh ổn định liên kết khung xe và bộ phận treo. Các thành phần lò xo và giảm chấn được gắn theo chiều thẳng đứng hoặc gần với nó.
Bằng cách này, hệ thống treo kiểu MacPherson tạo ra cấu trúc cố định ba điểm cho bánh xe tỏ ra rất chắc chắn và linh hoạt, đồng thời nó có thể dễ dàng được điều chỉnh cho phù hợp với những nhu cầu sử dụng đòi hỏi khắt khe hơn như lái xe trên đường đua. Điều quan trọng là kiểu thiết kế này có chi phí đủ thấp để sản xuất hàng loạt. Các nhà sản xuất ô tô đặt lợi nhuận lên hàng đầu nên cũng yêu thích yếu tố “rẻ và hiệu quả” như bất kỳ một ai.
Hệ thống treo kiểu MacPherson tỏ ra đặc biệt phù hợp để ứng dụng rộng rãi khi hầu hết các loại ô tô phổ thông đều được sản xuất dựa trên nền tảng khung gầm liền khối (unibody). Kiểu khung gầm này có độ cứng chắc tương đối cao giữa các khu vực điểm lắp của thanh giằng MacPherson, mang lại cho nó sự hỗ trợ và khả năng kiểm soát cần thiết để hoạt động bình thường.
Theo thời gian, các kỹ sư chuyên ngành cũng tìm ra cách để cải thiện hệ thống treo kiểu MacPherson thêm nữa. Từ những bản phác thảo đầu tiên của nhà phát minh Earle S. MacPherson với thanh chống lật nối dài cũng có chức năng như thanh giằng đỡ trục, đến nay chúng đã tách thành 2 bộ phận riêng biệt. Một số mẫu xe còn dùng tay đòn (wishbone) thay cho sự kết hợp giữa cánh tay điều hướng và thanh giằng đỡ trục truyền thống.
Đó rõ ràng là một hệ thống tốt. Nếu như việc bạn nhìn thấy nó ở sau bánh trước của Volkswagen Golf GTI là hiển nhiên, thì không ít người cũng sẽ bất ngờ khi biết rằng những hãng chuyên làm xe hạng sang cao cấp như BMW và Porsche cũng sử dụng nó. Thanh giằng MacPherson là một cách hiệu quả tuyệt vời để kết hợp sức chịu đựng, độ nhún và độ ổn định với chi phí sản xuất thấp.
Hệ thống treo tay đòn kép
Hệ thống treo tay đòn kép (double wishbone) là thiết lập thường xuất hiện trên các mẫu xe thể thao hiệu năng cao và siêu xe cao cấp. Khi một chiếc xe thể thao hoặc siêu xe mới thú vị xuất hiện, bạn có thể nhận thấy rằng hầu như chúng luôn được trang bị kiểu hệ thống treo này và đó cũng là dấu hiệu cho thấy chiếc xe được đầu tư rất “tử tế”. Nhưng nó có nghĩa là gì và tại sao nó lại thường được đánh giá cao hơn so với kiểu thanh giằng MacPherson?
Thiết lập treo tay đòn kép được tạo thành từ hai cánh tay đòn hình xương đòn (đôi khi chúng còn được gọi là 2 càng chữ A), một cánh tay ở phía trên và một cánh tay khác ở phía dưới, với bộ giảm chấn được gắn vào cánh tay đòn nằm bên dưới. Do đó, hình dạng của kiểu treo tay đòn kép khác biệt đáng kể so với kiểu thanh giằng MacPherson, nhận thấy được bằng mắt thường.
Do thiết kế này, hệ thống treo càng bị nén thì góc camber âm càng xuất hiện rõ rệt bởi các cánh tay điều hướng có chiều dài không bằng nhau. Khi bạn vào cua gắt, hệ thống treo tay đòn kép sẽ duy trì độ bám đường của các bánh xe tốt hơn so với kiểu MacPherson.
Tất nhiên, hệ thống treo MacPherson cũng có thể đem lại lợi ích tương tự, với điều kiện là cần phải thực hiện thêm các biện pháp gia cố tăng cường. Đó chính là nhược điểm của MacPherson so với tay đòn kép, vì kiểu treo phức tạp hơn này hoàn toàn có thể được thiết lập với giảm chấn tương đối mềm mà không làm suy giảm hiệu quả bám đường. Kết quả là xe dùng treo tay đòn kép vừa êm ái hơn, vừa giảm thiểu bớt khá nhiều dao động khi đường gập ghềnh.
Là một thiết kế phức tạp hơn, tay đòn kép cho phép kiểm soát tốt hơn đối với các yếu tố liên quan đến góc đặt bánh xe như camber, caster và tâm xoay. Ngoài ra còn có nhiều sự tự do hơn với việc bố trí các bộ giảm chấn, dẫn đến những cách thiết lập mang đậm tính thủ thuật bên trong mà bạn sẽ thấy trên nhiều xe đua và thậm chí cả một số siêu xe đường trường.
Cuối cùng, do cơ cấu giảm chấn không bị nhô ra nên kiểu hệ thống treo tay đòn kép tiết kiệm hơn nhiều về mặt không gian theo chiều dọc. Xe sẽ có một khoảng rất dư dả cho hệ thống treo di chuyển để làm đúng nhiệm vụ của nó, mà không phải lo ngại đến chuyện bị nâng chiều cao quá nhiều so với mặt đường, gây ảnh hưởng không tốt đến cảm giác lái vì trọng tâm bị nâng lên.
Về hiệu năng vận hành, treo kiểu tay đòn kép vượt trội hơn treo kiểu MacPherson. Vậy tại sao mức độ ứng dụng của hệ thống treo này không thể phổ biến nhiều hơn? Nguyên nhân chính là chi phí. Trong khi MacPherson đơn giản và rẻ tiền thì hệ thống treo tay đòn kép phức tạp hơn nên đắt đỏ hơn đáng kể.
Đặc tính này là không thể thay đổi, vì vậy treo tay đòn kép thường chỉ được dùng đến khi các hãng xe tiến hành thiết kế các mẫu xe thể thao ưu tiên cảm giác lái, vì đằng nào sản phẩm cũng sẽ được định giá ở tầm cao, đủ để bù lại cho chi phí phát triển. Thêm nữa, do có nhiều khớp nối hơn nên kiểu treo này sẽ cần quá trình bảo dưỡng kỹ càng hơn và dẫn đến chi phí dịch vụ cao hơn cho chủ xe.
Vấn đề tiếp theo là cách thức đóng gói toàn bộ cấu trúc. Mặc dù cách sắp xếp này chiếm ít không gian theo chiều dọc hơn nhưng nó cần nhiều không gian theo chiều ngang hơn, chủ yếu vì vị trí của cánh tay đòn ở phía trên. Để xử lý, hoặc là chấp nhận nó chiếm dụng một phần diện tích khoang cabin, hoặc nới rộng thân xe thêm nữa, hoặc cả hai.
Giống như hầu hết các khía cạnh của thiết kế ô tô, luôn luôn cần đến sự thỏa hiệp và hệ thống treo tay đòn kép có thể được coi là khá lý tưởng nhưng nó không phải là giải pháp tốt nhất cho mọi chiếc xe. Nó cũng không đảm bảo sẽ xuất hiện trên mọi chiếc xe thể thao, ví dụ như Porsche vẫn sử dụng thanh giằng MacPherson trong hầu hết các xe của mình và chỉ bắt đầu lắp tay đòn kép vào dòng 911 kể từ mẫu GT3 thế hệ 992.
Hệ thống treo đa liên kết
Hệ thống treo đa liên kết (multi-link) là một phương pháp cực kỳ hiệu quả để tạo ra độ nhún êm ái cho ô tô và đã trở nên rất phổ biến trong thời đại ngày nay. Nhưng kèm theo đó là những phức tạp nhất định trong cơ cấu thiết kế.
Về mặt kỹ thuật, nếu như thiết lập treo thanh giằng MacPherson chỉ cần 1 cánh tay điều hướng để đảm bảo sự ổn định, treo tay đòn kép cần 2 tay đòn thì kiểu treo đa liên kết cần nhiều hơn thế: ít nhất 3 tay đòn kiểm soát dao động ngang và 1 tay đòn kiểm soát dao động dọc. Trong đó, mỗi cánh tay đều có mục đích hạn chế các chuyển động của trục theo 6 hướng: lên-xuống, trái-phải và trước-sau. Đôi khi một số cánh tay có các khớp ‘khuỷu tay’ dọc theo chiều dài của chúng để đạt được khoảng hở cần thiết xung quanh trục trong khi vẫn đạt được góc thích hợp để cố định vào trục.
Cùng nhau, chúng xác định vị trí bánh xe ở đúng điểm và tạo thành một khung cứng được neo vào trục để ngăn nó di chuyển theo bất kỳ hướng nào không nên. Mỗi thanh được gắn trên các khớp ở cả hai đầu và có thể tự do di chuyển theo phương thẳng đứng trong phạm vi được thiết lập sẵn của toàn bộ hệ thống treo. Nếu chúng vượt quá giới hạn này, tức là bản thân các cánh tay đã bị cong hoặc thậm chí gãy.
Kiểu thiết kế hệ thống treo đa liên kết thông thường hiện nay có 4 hoặc 5 cánh tay đòn, cho phép các bánh xe có độ nhún tương đối độc lập tùy theo điều kiện vận hành, vừa đảm bảo sự êm ái cần có của xe sang, vừa duy trì tính chính xác đặc trưng của xe thể thao. Có đặc tính cứng chắc về phía bên nên một chiếc ô tô dùng treo đa liên kết sẽ không bị trượt qua các góc nhiều như các thiết kế khác, đồng thời nó cũng cho phép bánh xe chuyển động trơn tru, độc lập ngay cả khi gặp mố cao hay “ổ gà” bất chợt trên đường.
Một trong những ưu điểm chính của treo đa liên kết là các kỹ sư có thể thay đổi một thông số nhất định của hệ thống treo mà không làm ảnh hưởng đến bất cứ thông số nào khác. Đối với kiểu treo tay đòn kép, khi điều chỉnh là phải làm đồng bộ cả 2 tay đòn, dù muốn hay không. Treo đa liên kết cũng có xu hướng giữ cho bánh xe vuông góc với mặt đường, tối đa hóa khả năng tiếp xúc và độ bám của lốp.
Ban đầu, hệ thống treo đa liên kết từng quá đắt đỏ để trang bị cho phần lớn các mẫu xe sản xuất hàng loạt, tuy nhiên theo thời gian thì chi phí đã giảm xuống khá nhiều. Các hãng xe cũng đã tìm ra cách ứng dụng kiểu treo này ở cầu sau của những chiếc xe dẫn động cầu trước, để cho treo kiểu MacPherson ở phía trước. Treo đa liên kết thường được dùng ở cầu sau, nhưng một số hãng đã dùng nó tại cầu trước, chẳng hạn như BMW hay Genesis (thương hiệu xe sang của Hyundai). Với những lợi ích mà nó mang lại, hoàn toàn có thể mong đợi treo đa liên kết sẽ xuất hiện ở nhiều mẫu xe hơn nữa trong tương lai.
Tổng hợp
Le Hai.