Tay lái trợ lực là một trong những bước tiến quan trọng của ngành công nghiệp xe hơi. Thuở ban đầu, tay lái chỉ đơn thuần tác động lên trục lái. Muốn chiếc xe chuyển hướng đều phụ thuộc cả vào lực tay của tài xế. Do vậy, nhược điểm là tay lái nặng, thôi thúc các nhà sản xuất đi tìm lời giải.
Giải pháp đầu tiên là tăng thêm bánh răng, giảm lực tác động đến tay lái, nhưng lại kéo theo hệ quả là số vòng quay nhiều, tài xế gặp khó khăn và mất thời gian bẻ lái kịp mỗi khi cần chuyển hướng. Ngày nay có nhiều loại trợ lực lái xuất hiện, nhưng 2 cột mốc lớn nhất là khi trợ lực lái thủy lực và trợ lực lái điện ra đời.
Cơ cấu hoạt động
Tay lái trợ lực thủy lực
Đúng như tên gọi, hệ thống trợ lực lái thủy lực dùng áp suất dầu để hỗ trợ việc đánh lái. Các bộ phận chính của hệ thống bao gồm bơm trợ lực, bình chứa dầu, van phân phối, và pít-tông gắn vào thanh răng. Bơm trợ lực nhận công suất từ động cơ qua một dây đai (có thể thấy điều này khi đánh lái, kim đồng hồ vòng tua máy sẽ nhích lên một chút), tạo ra áp suất dầu cần thiết. Khi đánh vô-lăng, van phân phối đưa áp suất dầu qua đường cấp dầu cao áp vào pít-tông để đẩy thanh răng theo hướng xoay vô-lăng. Chênh lệch áp suất giữa hai đầu pít-tông tạo ra lực đẩy, giảm tác động của người lái lên vô-lăng.
Hệ thống trợ lực thủy lực – điện được trang bị cho các dòng xe của Ford, Volkswagen, Audi, Peugeot, Citroën, SEAT, Skoda, Suzuki, Opel, MINI, Toyota, Honda, và Mazda.
Tay lái trợ lực điện
Hệ thống trợ lực điện hoạt động theo cơ cấu đơn giản hơn. Một cảm biến mô-men xoắn đặt ở trục lái sẽ gửi tín hiệu về góc đánh lái đến ECU để xử lý và tính toán rồi truyền dòng điện thích hợp đến mô-tơ điện để đẩy thanh răng, hỗ trợ việc xoay trục tay lái theo chiều của tài xế mong muốn. Tay lái trợ lực điện sử dụng điện năng do động cơ sinh ra.
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.
Ưu và nhược điểm
Trợ lực lái thủy lực đã tồn tại hơn nửa thế kỷ, nên hẳn nhiên vẫn giữ những ưu điểm mà trợ lực điện không có, dù không thể phủ nhận trợ lực điện đang là bước đi tương lai, đe dọa sự tồn tại của trợ lực thủy lực.
Ưu điểm đầu tiên của trợ lực lái thủy lực là cảm giác lái. Hệ thống này có kết cấu hoàn toàn bằng cơ khí nên phản ứng với mặt đường chân thực nhất. Tài xế có thể cảm nhận được lực dội ngược lên vô-lăng. Tuy nhiên, sự phát triển mạnh của hệ thống trợ lực lái điện giúp cảm giác lái ngày một chân thực. Nhiều mẫu xe đắt tiền dùng trợ lực điện và không nhiều người phàn nàn về chúng. Thậm chí tay đua giải LeMans còn không nhận ra sự khác biệt nào với trợ lực lái thủy lực khi điều khiển Bugatti Veyron.
Bên cạnh đó, chi phí bảo dưỡng hệ thống trợ lực lái thủy lực thấp hơn vì đã thông dụng từ lâu. Chỉ thường gặp một số hỏng hóc như rò rỉ dầu, hay hỏng van phân phối. Tuy nhiên, cần thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng, kiểm tra dầu trợ lực lái.
Hệ thống trợ lực điện ít phải kiểm tra, dễ dàng sửa chữa, nhưng nếu hỏng hóc phần cứng, các gara thường khuyên nên thay toàn bộ, kéo theo chi phí lớn. Vì sửa chữa không thể đảm bảo tuyệt đối, gây sự cố ở hệ thống lái, thậm chí có tình huống vô-lăng quay liên tục không thể kiểm soát.
Trợ lực lái thủy lực phức tạp hơn, nặng hơn và chiếm nhiều không gian hơn. Cộng với cơ cấu nhận công suất từ động cơ nên lúc nào cũng trong trạng thái hoạt động, nên tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn. Còn hệ thống trợ lực điện chỉ hoạt động khi nào nhận được tín hiệu từ cảm biến. Theo tính toán của các chuyên gia, trợ lực điện giúp tiết kiệm hơn 2%-3% nhiên liệu so với trợ lực lái thủy lực.
Trợ lực lái điện rất được lòng khách hàng. Bởi lẽ, do hoạt động theo cơ cấu điện tử nên được kết nối với cảm biến tốc độ, cảm biến trượt ở bánh xe, cảm biến va chạm và con quay hồi chuyển để điều chỉnh lực vô-lăng phù hợp. Chính vì thế, khi xe di chuyển chậm hay vào bãi đỗ xe, vô-lăng nhẹ nhàng và dễ dàng đánh lái. Khi đi tốc độ cao, vô-lăng tự động trở nên nặng hơn.
Trợ lực lái thủy lực ngược lại, nặng ở tốc độ thấp và nhẹ ở tốc độ cao (do áp suất dầu lớn). Tuy nhiên, trợ lực lái thủy lực lại có tốc độ trả vô-lăng về trung tâm nhanh hơn, đồng nghĩa với việc giữ xe đi thẳng tốt hơn.
Tương lai hệ thống trợ lực lái
Vào những năm 2000, tay lái trợ lực điện dần phổ biến. Theo khảo sát lượng xe mới bán ra năm 2005, trợ lực lái điện chiếm 25,8%, trợ lực lái thủy lực chiếm 56,3% và còn lại 17,9% thị phần đối với xe không có trợ lực lái. Đến 2011, cuộc lật đổ rõ ràng hơn, trợ lực lái điện vươn lên 58,2%, trợ lực lái thủy lực chỉ 30,9% và 10,9% đối với xe không có trợ lực.
Nhìn chung, dù trợ lực lái thủy lực vẫn còn chỗ đứng ở thời đại điện tử hóa, nhưng trợ lực lái điện mới là lựa chọn của các nhà sản xuất trong tương lai. Vì chúng là tiền đề để phát triển những hệ thống trợ lực lái sau này.
Điển hình như mới đây là hệ thống trợ lực lái dạng steer-by-wire, loại bỏ hoàn toàn liên kết cơ khí giữa trục lái và thanh răng. Chỉ kết nối duy nhất dây dẫn nhận tín hiệu từ vô-lăng đi thẳng đến ECU, sau đó mới truyền dòng điện đến mô-tơ đẩy thanh răng. Bên cạnh đó, trợ lực lái điện còn có thể hỗ trợ tạo ra các tính năng an toàn như hỗ trợ giữ làn đường, đỗ xe tự động, thậm chí là tự lái – điều mà hệ thống trợ lực lái thủy lực không thể làm được.
