Hộp số tự động hiện đại ngày nay không chỉ giúp người lái xe giảm bớt công sức khi vận hành mà còn mang lại những trải nghiệm lái xe mượt mà và hiệu quả. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ, có nhiều loại hộp số tự động khác nhau, mỗi loại sở hữu những cơ chế hoạt động riêng biệt với đầy đủ ưu điểm cũng như nhược điểm.
Trong thế giới ô tô hiện nay, hộp số luôn được coi là một trong số những thành phần quan trọng bậc nhất khi xét đến hệ thống vận hành của bất cứ một chiếc xe nào. Ngay cả đối với xe thuần điện, mặc dù không còn khái niệm “hộp số” đúng nghĩa như truyền thống, vẫn có bộ phận làm nhiệm vụ truyền tải năng lượng từ động cơ đến các bánh xe. Chừng nào còn ô tô, dù chạy bằng loại nhiên liệu gì đi chăng nữa, thì hộp số vẫn sẽ luôn tồn tại.
Trước đây, hộp số thường được phân chia làm 2 loại do cách thức hoạt động của chúng, đầu tiên là hộp số sàn (Manual Transmission/MT/hộp số tay) đòi hỏi người cầm lái phải chủ động thao tác liên tục, và thứ hai là hộp số tự động (Automatic Transmission/AT) với khả năng tự gánh vác công đoạn chuyển số để người lái rảnh tay hơn. Tuy nhiên trên thực tế, có rất nhiều loại hộp số tự động với những khác biệt nhất định về thiết kế cũng như công năng và để phân biệt giữa chúng hoàn toàn không phải chuyện đơn giản.
Việc nhầm lẫn khi xác định loại hộp số tự động nào sử dụng công nghệ nào là điều tương đối… bình thường, ngay cả đối với những người có kinh nghiệm lái xe lâu năm. Ngay từ bản chất, các loại hộp số tự động cũng đã có tên gọi na ná nhau như AMT, DCT hay CVT, rất dễ lẫn lộn nếu không để ý kỹ. Các hãng xe cũng không giúp cho tình hình trở nên rõ ràng hơn khi mỗi nhà sản xuất lại có xu hướng đặt tên riêng cho loại hộp số tự động của họ như S-Tronic, Steptronic, Tiptronic, DSG, v.v…
Bài hướng dẫn tổng hợp này sẽ góp phần giúp giải quyết mọi nhầm lẫn mà bạn có thể gặp phải xung quanh hộp số tự động, từ loại công nghệ chúng sử dụng cho đến các tên khác nhau do các nhà sản xuất khác nhau đặt cho các công nghệ này.
Hộp số tự động trên ô tô trong suốt chiều dài lịch sử có thể được phân chia thành 5 loại chính. Chúng bao gồm Torque Converter (hộp số tự động dùng biến mô thủy lực), CVT, DCT, AMT và Manumatic.
Torque Converter – hộp số tự động dùng biến mô thủy lực
Đây là loại hộp số tự động quen thuộc nhất, phổ biến nhất trên thị trường hiện nay. Thuật ngữ AT thường được dùng để chỉ loại hộp số này, dù chưa thật sự chính xác nhưng cũng không hẳn là sai. Hộp số tự động ra đời năm 1940 tại Mỹ, ban đầu sử dụng khớp nối thủy lực đơn thuần. Đến năm 1948, biến mô thủy lực được trang bị và đạt hiệu quả nên duy trì đến ngày nay.
Biến mô (torque converter) là bộ phận có tác dụng biến đổi mô-men xoắn, truyền tải sức kéo từ động cơ tới hộp số cũng như ngắt sự kết nối giữa các thành phần này khi cần thiết, giống như vai trò của ly hợp (côn) trên xe sử dụng hộp số sàn. Cấu tạo cơ bản của bộ biến mô gồm bánh bơm, bánh tuabin, khớp một chiều, stato. Tất cả các bộ phận này nằm trong một vỏ biến mô có hình dạng như hộp tròn.
Nguyên tắc hoạt động cơ bản là dòng thủy lực đi vào bánh bơm có sẵn các cánh xếp đều nhau, cánh quay tạo lực ly tâm đẩy văng dầu sang bên bánh tuabin, làm quay các cánh tuabin và qua đó làm quay hộp số. Khi động cơ chạy không tải, chẳng hạn như dừng đèn đỏ, mô-men xoắn truyền qua bộ biến mô tuy nhỏ nhưng vẫn phải có tác động lên bàn đạp phanh để giữ xe đứng yên. Khi tài xế nhả phanh và đạp ga, động cơ tăng tốc và bơm nhiều môi chất hơn vào bộ biến mô, vì vậy nhiều năng lượng (mô-men xoắn) hơn được truyền tới các bánh xe giúp xe chuyển động.
Vì cấu tạo cơ khí và thủy lực nên loại hộp số này phù hợp chủ yếu cho xe dân dụng, tốc độ sang số không cần thiết phải quá nhanh như xe thể thao hay xe đua. Bên cạnh việc loại bỏ bàn đạp ly hợp khiến cho việc lái xe trở nên đơn giản hơn, ưu điểm lớn nhất là mượt mà, độ bền cao và êm ái, không phát sinh nhiều tiếng ồn. Nếu so sánh trực tiếp với hộp số sàn thì yếu tố tiêu hao nhiên liệu vẫn là vấn đề gây tranh cãi, mặc dù các loại hộp số tự động dùng biến mô thủy lực hiện đại ngày nay đã được tối ưu về cơ chế điều khiển để trở nên hiệu quả hơn rất nhiều so với trong quá khứ.
CVT – hộp số vô cấp
Continuously Variable Transmission, hay còn gọi là CVT, đang trở thành loại hộp số tự động rất phổ biến, đặc biệt là đối với các dòng xe thiên về vận hành đơn giản và tiết kiệm nhiên liệu. Trong tên gọi của loại hộp số này có chữ “Variable” nghĩa là “biến thiên”, thứ biến thiên ở đây chính là tỷ số truyền. Vì sự biến thiên diễn ra “Continuously” – “liên tục” nên xe sẽ không giới hạn về tỷ số truyền, tức là có vô số cấp, đồng nghĩa với “vô cấp”.
Hiểu một cách đơn giản, CVT là hộp số tự động nhưng không phân cấp số cụ thể (6 cấp, 7 cấp…). Thay vì sử dụng các bánh răng để khớp vào nhau mỗi lần thay đổi tốc độ, CVT sử dụng dây đai kết nối các puli. Khi vị trí các puli thay đổi cũng là lúc tỷ số truyền thay đổi.
Cấu tạo hộp số CVT sẽ gồm puli chủ động (đầu vào), dây đai, puli bị động (đầu ra). Để xe có thể đi lùi, trên đầu vào sẽ lắp thêm hệ bánh răng mặt trời, bánh răng hành tinh giống như trên hộp số AT truyền thống.
Để đáp ứng nhu cầu di chuyển linh hoạt trên các cung đường khác nhau, hộp số CVT có thể được bổ sung chức năng giả lập cấp số thông qua bộ điều khiển. Bộ điều khiển này sẽ cố định vị trí giữa các puli tương ứng với mỗi cấp số, để cố định tỷ số truyền, tạo ra cấp số ảo giống như hộp số AT với bánh răng. Thông thường các hãng sẽ lập trình khoảng 6-8 cấp số ảo, hoặc sẽ chỉ có một số duy nhất để hỗ trợ đổ đèo (kí hiệu L hoặc B).
Hộp số CVT ngày càng được ưa chuộng vì có nhiều ưu điểm như cấu tạo đơn giản hơn nên nhẹ hơn, nhỏ gọn hơn, giúp xe tăng, giảm tốc mượt hơn, di chuyển êm hơn đặc biệt trên các dòng xe nhỏ, xe đô thị, giảm thiểu mức độ tiêu hao nhiên liệu… Tuy nhiên vì hộp số truyền động bằng dây đai kim loại nên có nhược điểm là tiếng ồn khi đạp ga thốc hoặc bị trượt dây đai nếu mô-men xoắn lớn. Mỗi khi di chuyển trên đường đèo, cơ chế giả lập cấp số của CVT cũng sẽ không đem lại hiệu quả tối ưu như các loại hộp số tự động có cấp thực thụ.
Kiểu hộp số CVT về cấu tạo có vẻ đơn giản nhưng thực tế công nghệ chế tạo lại hết sức phức tạp. Các chi tiết kim loại phải được tính toán và chế tác chính xác trong khi hệ thống điều khiển phải đảm bảo hộp số tương thích với tính năng của động cơ.
DCT – hộp số ly hợp kép
Dual Clutch Transmission, hay còn gọi là DCT, được tạo nên từ hai bộ số sàn, gồm ly hợp, các bánh răng nhưng không có chân côn hay biến mô. Ly hợp thứ nhất điều khiển bánh răng số lẻ (gồm các dãy số như 1-3-5-7…). Ly hợp còn lại điều khiển bánh răng số chẵn (với các dãy như 2-4-6-8…).
Khi người lái chuyển sang chế độ D, ly hợp dãy lẻ được kích hoạt, bắt đầu với số 1. Cùng lúc đó, ly hợp dãy chẵn nhả nhưng bánh răng số 2 đã sẵn sàng. Khi đạp ga, tốc độ và vòng tua máy tăng lên. ECU tính toán và đến thời điểm phù hợp, ly hợp dãy lẻ nhả, ly hợp dãy chẵn kích hoạt, xe lên số 2. Tuần tự như vậy, các cấp số phù hợp tiếp theo được chuẩn bị và kích hoạt tương ứng với tốc độ. Nhả chân ga giảm tốc, ECU cũng sẽ tính toán về cấp thích hợp để khi nhấn ga trở lại, xe ở trạng thái tăng tốc tốt nhất.
Nhờ đó, việc chuyển số hoàn toàn do hệ thống điện tử điều khiển đóng-nhả hai ly hợp. Thời gian chuyển số nhanh hơn đồng nghĩa với việc quá trình tăng tốc đạt được sự êm ái, giúp giảm thiểu độ trễ so với kiểu hộp số tự động dùng biến mô thủy lực. Đây là yếu tố thường được các hãng siêu xe hoặc chuyên làm xe thể thao lấy làm điểm nhấn, quảng bá cho sản phẩm của mình.
Ngoài ra, hộp số DCT có những tính năng hỗ trợ khác. Một trong số đó là “Neutral Coast Down”, nhả ly hợp khi phanh, động cơ “cắt” khỏi hộp số. ECU sẽ tính toán số nào đó phù hợp khi người lái đạp ga trở lại. Nếu không có chức năng này, xe sẽ giảm theo tuần tự (chẳng hạn 6-5-4-3-2-1), gây tốn nhiên liệu và không cần thiết.
Cùng với đó là chế độ “Creep – bò trườn”, mô phỏng tình huống đi xe tốc độ thấp giống như khi dùng hộp số tự động biến mô thủy lực. Đây là chuyện rất phổ biến khi đi trong thành phố đông đúc, thường xuyên kẹt xe, mỗi phương tiện chỉ có thể nhích được từng chút và thường xuyên phải phanh, nếu ly hợp thường xuyên đóng sẽ gây mòn. Vì thế, ECU cài số hợp lý để kéo xe đi với vận tốc đủ lớn, sau đó nhả ly hợp để chạy theo đà.
Nhược điểm của DCT là yêu cầu chương trình điều khiển phải thật chính xác, khi hỏng cũng khó sửa chữa hơn. Năng lực của DCT cũng tùy thuộc vào kiểu ly hợp ướt hay ly hợp khô. Các nhà sản xuất thường sử dụng hộp số DCT dạng ly hợp khô để giảm chi phí, loại này chỉ tản nhiệt bằng không khí nên dễ gặp tình trạng quá nhiệt hộp số nếu đi đường ùn tắc kéo dài, buộc xe phải dừng lại chờ nguội mới có thể đi được tiếp. Hộp số DCT dạng ly hợp ướt tản nhiệt bằng dầu nên bền bỉ hơn, bù lại chi phí sản xuất cao hơn.
AMT – hộp số sàn tự động
Automated Manual Transmission, hay còn gọi là AMT, là một kiểu hộp số “lai tạo” giữa hộp số sàn và hộp số tự động. Nói một cách dễ hiểu thì nó có cấu tạo như hộp số sàn nhưng hoạt động với cơ chế điện tử, cho phép xe tự động sang số mà không phải trang bị chân côn (bàn đạp ly hợp). Cần gạt số trên xe AMT được tạo hình giống như cần số tự động với P-R-N-D, chứ không phải loại R-1-2-3 như xe số sàn, nên dễ gây nhầm lẫn cho người không rành.
Đối với hộp số AMT, thời điểm sang số không phải do người cầm lái quyết định mà do bộ điều khiển điện tử (ECU) của hộp số tính toán và tự lựa chọn thời điểm thích hợp. Khi thấy vòng tua máy và tốc độ đủ để chuyển số, ECU ra lệnh ngắt ly hợp sau đó sang số và cuối cùng là kết nối ly hợp trở lại, tất cả đều hoàn toàn tự động.
Trên xe dùng hộp số AMT, tùy chọn tăng/giảm số vẫn có thể được người lái tự thực hiện thông qua chức năng +/- của cần số. Điểm khác biệt so với số sàn đó là AMT không thể thực hiện chức năng nhảy số (chẳng hạn chuyển nhanh từ số 4 qua số 6, bỏ qua số 5) mà phải chuyển đúng theo thứ tự.
Do bản chất vẫn là hộp số sàn được bổ sung thêm vài cơ chế tự động hỗ trợ người lái nên AMT giữ nguyên các đặc tính như chi phí thấp, dễ sửa chữa bảo dưỡng và không có các chức năng như đậu xe (Parking), hỗ trợ khởi hành ngang dốc hay hỗ trợ xuống dốc. Phanh tay cơ vẫn là bộ phận bắt buộc có trên những chiếc xe sử dụng hộp số này. Mức độ tiêu thụ nhiên liệu của xe AMT cũng tương đương với phiên bản số sàn cùng mẫu mã. Chính vì thế nên AMT thường được sử dụng để thay thế trực tiếp cho hộp số sàn trên các dòng xe phổ thông giá rẻ, tại các thị trường đang phát triển.
Manumatic – hộp số sàn với côn tự động
Tương tự như trường hợp của hộp số AMT ở trên, hộp số kiểu Manumatic vẫn có bản chất là hộp số sàn nhưng có một số chức năng được “tự động hóa”. Cụ thể, xe trang bị Manumatic không có bàn đạp ly hợp, không yêu cầu thực hiện thao tác ngắt côn mà việc này do cơ cấu hộp số làm tự động. Tuy nhiên, người lái vẫn phải thực hiện thủ công thao tác chuyển số.
Như vậy, nếu so với AMT thì Manumatic “sơ khai” hơn, do chỉ có thể làm thay người lái công đoạn điều khiển ly hợp. Có thể hình dung việc này giống như chạy xe máy 2 bánh dạng xe số không có côn tay, thế nên còn có thể gọi Manumatic là hộp số sàn với côn tự động.
Ý tưởng về kiểu hộp số Manumatic do hãng Automotive Products (Anh Quốc) giới thiệu vào những năm 1950 nhưng không được ưa chuộng, sau đó hãng Saab (Thụy Điển) cho “hồi sinh” dưới tên gọi Sensonic vào năm 1995 nhưng cũng không thể duy trì được lâu. Gần đây nhất, đến lượt Hyundai “thử sức” với kiểu hộp số này bằng tên iMT (Intelligent Manual Transmission) cho các dòng xe cỡ nhỏ giá rẻ, hướng đến các thị trường đang phát triển vào năm 2020, nhưng đến năm 2023 cũng quyết định ngưng.
Trong tài liệu mô tả về iMT, bộ phận cần số được gọi là TGS (transmission gear shift), được kết nối với cảm biến ý định, bộ truyền động và bộ điều khiển điện tử. Khi người lái thực hiện thao tác chuyển số bằng cách gạt cần TGS, tín hiệu được bộ xử lý ghi nhận, từ đó kích hoạt bộ truyền động thủy lực để tạo ra áp suất thủy lực, sau đó được dẫn đến xy-lanh phụ thông qua ống ly hợp. Sau đó, xy-lanh vận hành đĩa ly hợp và đĩa áp suất bằng cách sử dụng áp suất thủy lực để đóng và ngắt ly hợp.
Nhược điểm của hộp số kiểu Manumatic này là cơ cấu của chúng phức tạp hơn nhiều so với hộp số tự động biến mô thủy lực, có rất nhiều chi tiết dẫn đến nguy cơ hư hỏng cao và khó bảo dưỡng. Sự tiện lợi của hộp số tự động thì đã được kiểm chứng, còn khoản đem lại cảm giác vận hành thủ công thì đã có hộp số sàn đảm nhận và chúng đều dễ sản xuất với chi phí hợp lý hơn rất nhiều. Đó là lý do vì sao hộp số kiểu Manumatic rơi vào quên lãng.
Giờ đây, vì tên gọi “Manumatic” không còn được đăng ký bản quyền nữa, nó trở thành một thuật ngữ chuyên ngành, dùng để ám chỉ những cơ cấu điều khiển thủ công được ứng dụng cho các loại hộp số tự động nói chung. Chẳng hạn như dấu +/- trên cần số hay cặp lẫy chuyển số nằm sau vô-lăng, đều có thể được liệt vào dạng này.
Tổng hợp
Le Hai.