Hệ thống lái trợ lực thủy lực là gì? Cấu tạo và nguyên lý

Hệ thống lái trợ lực thủy lực là cơ cấu dùng áp suất dầu để giảm lực xoay vô-lăng, giúp tài xế điều khiển nhẹ nhàng ở mọi dải tốc độ. Bài viết này sẽ giải thích định nghĩa, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, so sánh với trợ lực điện EPS và bật mí vì sao xe bán tải, xe thể thao vẫn trung thành với trợ lực thủy lực.

Hệ thống lái trợ lực thủy lực là gì?

Hệ thống lái trợ lực thủy lực (Hydraulic Power Steering – HPS) là cơ cấu sử dụng bơm dầu, van phân phối, ống dẫn, bình chứa và xy-lanh trợ lực để tạo áp suất chất lỏng, nhờ đó giảm đáng kể lực xoay vô-lăng so với cơ cấu lái cơ khí thuần túy.

Áp suất làm việc của bơm thường dao động 80 – 125 psi (≈ 5,5 – 8,6 bar) khi xe chạy thẳng và có thể vọt lên 1000 psi (≈ 70 bar) khi đánh lái gấp, đủ sức đẩy thanh răng – bánh răng hoặc hộp bánh vít dịch chuyển nhẹ nhàng.

Hệ thống ra đời từ thập niên 1950 để khắc phục nhược điểm “nặng tay” của lái cơ, đồng thời vẫn duy trì phản hồi mặt đường chân thật – điều mà nhiều tài xế xe bán tải và xe thể thao đánh giá cao. Nhờ đặc tính trợ lực tỉ lệ với tải thủy lực, HPS giữ vô-lăng nhẹ ở tốc độ thấp nhưng trả lại cảm giác chắc ở dải tốc độ cao, góp phần an toàn khi ôm cua tốc độ lớn.

Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực

Hệ thống lái trợ lực thủy lực gồm năm khối chính làm việc tuần hoàn khép kín:

• Bơm thủy lực: Biến công cơ khí từ động cơ thành lưu lượng và áp suất dầu lên tới 70 – 110 bar, bảo đảm vô-lăng luôn được “tiếp sức” dù tốc độ máy thay đổi. Trên một số xe tải nặng, bơm có van giới hạn áp để tránh quá tải làm vỡ ống dẫn.
• Bình chứa dầu & lọc: Lưu trữ và khử bọt khí trong dầu, giữ mức dầu ổn định khi đánh lái liên tục. Lõi lưới mịn bên trong giúp lọc cặn kim loại, kéo dài tuổi thọ bơm và van phân phối.
• Van phân phối xoay: Khi bạn xoay, trục xoắn trong van sẽ mở kênh dầu áp suất cao vào khoang xy-lanh phù hợp. Đồng thời, van cho dầu ở khoang đối diện hồi về bình, tạo chênh áp đẩy thanh răng dịch chuyển.
• Xy-lanh trợ lực: Chuyển áp suất chất lỏng thành lực cơ khí lên thanh răng hoặc pit-tông bánh vít, nhân lực lái lên 10 – 15 lần. Vòng phớt cao su đôi giữ kín dầu, ngăn rò rỉ làm hụt trợ lực.
• Đường ống cao áp – hồi & két làm mát dầu: Ống cao áp phải chịu xung áp > 200°C và được bọc thép; ống hồi chịu áp thấp, thường dùng cao su bố vải. Trên xe bán tải/xe thể thao, két làm mát nhỏ tản nhiệt dầu sau các pha đánh lái cường độ cao, tránh sôi dầu gây sủi bọt.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

Nguyên lý của trợ lực lái thuỷ lực khá đơn giản. Bơm thủy lực, được dẫn động bởi động cơ, nén chất lỏng thuỷ lực và đẩy nó tuần hoàn trong một mạch kín qua các ống cao áp và hồi dầu.

Khi người điều khiển xoay vô-lăng, van phân phối lập tức đổi vị trí, đưa dầu áp suất cao vào xi-lanh trợ lực. Áp suất này đẩy piston trượt, di chuyển thanh răng để đổi hướng bánh xe, nhờ đó tay lái trở nên nhẹ hơn nhiều so với hệ thống cơ khí thuần tuý.

Do bơm chỉ làm việc khi động cơ nổ, việc xoay vô-lăng lúc xe tắt máy sẽ nặng tay đáng kể. Ngoài ra, ở dải tốc độ cao, áp suất dầu tăng mạnh có thể khiến tay lái trở nên quá nhạy; nếu vượt quá giới hạn, các phớt làm kín hoặc bình chứa dầu có nguy cơ rò rỉ, thậm chí nứt vỡ, gây mất an toàn.

Ưu nhược điểm của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

Một trong những lợi thế lớn nhất của hệ thống trợ lực lái thủy lực chính là chi phí sản xuất thấp và chi phí bảo dưỡng hợp lý. Công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi từ lâu trên các dòng xe Mercedes từ những năm 2016 đổ lại, nổi bật với thiết kế cơ khí có độ tin cậy cao, độ bền tốt và hiếm khi gặp hỏng hóc.

Ưu điểm nổi bật của trợ lực lái thủy lực:

• Thiết kế đơn giản: Cấu tạo của hệ thống này khá dễ hiểu, ít chi tiết phức tạp, từ đó giúp việc bảo trì và sửa chữa trở nên thuận tiện hơn.
• Hoạt động ổn định: Hệ thống có khả năng tự đưa vô-lăng trở về vị trí trung tâm với tốc độ nhanh, hỗ trợ người lái khi chuyển hướng.
• An toàn cao: Hệ thống này đảm bảo sự ổn định trong điều kiện vận hành, giúp người lái kiểm soát tốt hơn.
• Cảm giác lái thật: Nhờ vào cấu trúc thuần cơ khí kết hợp thủy lực, phản hồi từ mặt đường được truyền đến vô-lăng khá chính xác, mang lại cảm giác lái chân thật hơn cho tài xế.

Nhược điểm cần cân nhắc:

• Phụ thuộc vào bảo trì: Chủ xe cần thường xuyên kiểm tra và thay dầu trợ lực lái để hệ thống vận hành hiệu quả, tránh tình trạng hỏng hóc.
• Hiệu quả chưa tối ưu trong thời đại điện tử: So với các hệ thống trợ lực điện hiện đại, trợ lực thủy lực chưa đạt được độ chính xác và linh hoạt tương đương, đặc biệt là trong các tình huống yêu cầu phản hồi nhanh và chuẩn xác.

Dù công nghệ ô tô đang phát triển mạnh mẽ theo xu hướng điện tử hóa, trợ lực lái thủy lực vẫn giữ vai trò quan trọng và được tin dùng nhờ sự ổn định và đáng tin cậy trong nhiều điều kiện vận hành khác nhau.

So sánh hệ thống lái trợ lực thủy lực và trợ lực điện (EPS)

Dưới đây là so sánh giữa hệ thống lái trợ lực thủy lực và trợ lực điện (EPS):

So sánh hệ thống lái trợ lực thủy lực và trợ lực điện (EPS)

Các hư hỏng thường gặp của hệ thống lái trợ lực thủy lực

Hệ thống trợ lực lái thủy lực hoạt động dựa trên áp suất dầu để hỗ trợ việc xoay vô-lăng, giúp người lái điều khiển xe nhẹ nhàng hơn. Tuy nhiên, sau thời gian sử dụng, hệ thống này có thể gặp phải một số sự cố phổ biến như sau:

Vô-lăng bỗng trở nên nặng bất thường

Khi bạn đánh lái và cảm thấy vô-lăng không còn nhẹ như trước, phải dùng nhiều lực hơn, đặc biệt khi quay đầu hoặc đỗ xe, đây là dấu hiệu rõ ràng cho thấy hệ thống trợ lực đang gặp vấn đề. Nguyên nhân có thể do thiếu dầu, hỏng bơm hoặc rò rỉ áp suất.

Tiếng hú hoặc rít khi xoay vô-lăng

Nếu khi xoay vô-lăng phát ra tiếng hú, rít nhẹ hoặc rít kéo dài từ khoang động cơ, đó có thể là dấu hiệu của bơm trợ lực bị mòn, thiếu dầu, hoặc dây curoa bị trượt. Âm thanh thường rõ nhất khi đánh lái hết cỡ hoặc khi xe mới nổ máy lúc sáng sớm.

Vết dầu loang dưới gầm xe, gần bánh trước

Bạn phát hiện có vệt dầu màu đỏ hoặc nâu dưới gầm xe sau khi đỗ một thời gian thì đây là dấu hiệu điển hình của tình trạng rò rỉ dầu trợ lực lái. Nguyên nhân thường do ống dẫn dầu bị nứt hoặc gioăng, phớt cao su bị lão hóa theo thời gian.

Lái không đều, lúc nặng lúc nhẹ

Nếu trong quá trình điều khiển, bạn cảm thấy vô-lăng hoạt động không ổn định – có lúc rất nhẹ, có lúc lại nặng bất thường – thì nhiều khả năng van điều khiển hoặc bơm đang gặp sự cố. Điều này không chỉ gây khó chịu mà còn ảnh hưởng đến độ an toàn khi vào cua hoặc chuyển làn.

Vô-lăng trả chậm về vị trí trung tâm

Sau khi đánh lái, nếu vô-lăng không tự trả về hoặc trả chậm hơn bình thường, thì hệ thống trợ lực có thể đang thiếu áp suất dầu hoặc dầu bị bẩn, làm giảm khả năng phản hồi. Tình trạng này dễ gây mất kiểm soát khi vào cua, nhất là ở tốc độ cao.

Vô-lăng rung hoặc giật nhẹ khi đánh lái

Khi đánh lái mà tay bạn cảm nhận được sự rung lắc nhẹ hoặc giật cục bất thường trên vô-lăng, có thể dầu trợ lực đã bị nhiễm bẩn hoặc lọc dầu bị tắc. Rung vô-lăng là dấu hiệu cho thấy áp suất dầu không đều, cần kiểm tra sớm để tránh hỏng nặng.

Mức dầu trợ lực giảm liên tục

Nếu bạn phải thường xuyên châm thêm dầu trợ lực trong thời gian ngắn, dù không thấy vết rò rõ ràng, thì có thể có hiện tượng rò rỉ ngầm trong hệ thống. Việc này làm giảm hiệu quả hoạt động của trợ lực và là dấu hiệu sớm của hư hỏng nghiêm trọng.

Hệ thống lái trợ lực thủy lực quyết định đến cảm giác lái và độ an toàn. Nếu xe bạn có biểu hiện bất thường, hãy liên hệ Phụ Tùng Đức Anh qua 0979722210 để được tư vấn miễn phí và chọn đúng loại phụ tùng phù hợp cho từng dòng xe Mercedes.