Hệ thống lái với tỷ số truyền biến thiên

Honda VGR – Honda Accord (1997)

Ra mắt trên Accord tại thị trường Nhật Bản vào năm 1997, VGR (Variable Gear Ratio) của Honda được khẳng định là hệ thống lái trợ lực điện đầu tiên trên thế giới có chức năng thay đổi tỷ số truyền. VGR là một thiết kế đơn giản, thuần túy cơ khí được thực hiện bằng một thước lái đặc biệt. Các răng trên thước lái (thanh răng) gần nhau hơn ở tâm và xa nhau hơn ở hai bên. Điều này có nghĩa là nó phản ứng chậm hơn trên đường thẳng và nhanh hơn ở góc lái lớn hơn. Mercedes cũng sử dụng phương tiện tương tự trong tùy chọn “Direct Steer” của mình.

Một số người có thể nói rằng tỷ số lái của nó không thực sự thay đổi vì kiểu bánh răng đã được cố định trong thanh răng. Nó phụ thuộc vào quan điểm của bạn. Đúng vậy, VGR không thể thay đổi tỷ số theo tốc độ hoặc một số yếu tố khác, nhưng nó thay đổi theo góc lái, điều cần thiết nhất đối với người lái trong việc sử dụng thực tế. Vì mẫu bánh răng được cố định, phản ứng của nó hoàn toàn có thể dự đoán được khi người lái đã quen với nó.

Honda VGS – Honda S2000 (year 2000)

Hệ thống lái tỷ số biến thiên hoàn toàn đầu tiên trên thế giới cũng do Honda phát triển. Được gọi là VGS (cũng là viết tắt của Variable Gear-ratio Steering), nó đã được giới thiệu cho chiếc xe thể thao S2000 vào năm 2000. Hệ thống này bổ sung một thiết bị VGS giữa trục lái và bánh răng để thực hiện chức năng tỷ số biến thiên. Thiết bị này khá tinh vi, nhưng các nguyên tắc đơn giản hóa của nó có thể được nhìn thấy trong hình vẽ bên dưới. Về cơ bản, nó cố ý đặt trục vào (liên kết với vô lăng) và trục ra (liên kết với bánh răng của thước lái) ở các trục khác nhau. Khoảng cách giữa 2 trục có thể được thay đổi bằng động cơ điện (không phải động cơ trợ lực). Khi khoảng cách thay đổi, góc quay của trục đầu ra cũng thay đổi liên quan đến trục đầu vào, do đó tỷ số lái bị thay đổi. Tỷ số được ECU xác định theo tốc độ cũng như góc lái. Với VGS, tỷ số khóa vô lăng của S2000 gần như giảm một nửa xuống chỉ còn 1,4 vòng, tăng cường đáng kể phản ứng của nó trong các góc hẹp.

Toyota VGRS – Toyota Land Cruiser (2002)

2 năm sau Honda, Toyota đã tung ra VGRS (Variable Gear Ratio Steering) của riêng mình trên mẫu SUV Land Cruiser. Việc sử dụng nó sau đó đã được mở rộng cho những chiếc xe hơi sang trọng của Toyota và Lexus. Cơ chế của nó hoàn toàn khác với Honda:

Thiết bị VGRS chứa một động cơ điện, còn được gọi là “bộ tạo sóng” và 3 bánh răng, tức là bánh răng linh hoạt (flexible gear) 100 răng, bánh răng stato (stator gear) 102 răng và bánh răng dẫn động (driven gear) 100 răng. Bánh răng stato và động cơ được cố định vào vỏ thiết bị, được nối với trục đầu vào. Bánh răng dẫn động được nối với trục đầu ra. Bánh răng linh hoạt là một bánh răng vòng bằng nhựa đàn hồi. Nó được lắp vào bên trong bánh răng stato và bánh răng dẫn động.

Máy tạo sóng là một hình trụ elip. Trục dài của nó ép vào bánh răng linh hoạt sao cho các răng của lưới bánh răng linh hoạt với cả bánh răng stato và bánh răng dẫn động đồng thời. Khi động cơ đứng yên, toàn bộ cụm quay cùng nhau, do đó không có sự chênh lệch góc giữa trục đầu vào và trục đầu ra. Khi động cơ điều khiển bộ tạo sóng, vùng lưới giữa các bánh răng cũng quay theo.

Vòng quay này kết hợp với bánh răng dẫn động. Vì bánh răng dẫn động có ít răng hơn bánh răng stato (100 so với 102), điều này có nghĩa là khi bánh răng linh hoạt quay một lượt, bánh răng dẫn động chỉ quay bằng 2 răng liên quan đến bánh răng stato. Nếu động cơ quay 50 vòng, bánh răng dẫn động sẽ quay hết 1 vòng so với bánh răng stato. Nếu động cơ quay cùng chiều với hành động lái, thì tay lái sẽ tăng tốc (tức là tỷ số nhanh hơn). Nếu nó quay theo hướng ngược lại, tay lái sẽ chậm lại (tức là tốc độ chậm hơn).

Vì sự khác biệt về răng chỉ là 2%, nên việc điều chỉnh có thể rất ổn. Đó là lý do tại sao Toyota tuyên bố VGRS của họ hoạt động chính xác hơn các hệ thống đối thủ.

Chiến lược điều khiển của VGRS phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ và ít hơn vào góc lái (so với Honda VGS), nhưng nó cũng đáp ứng với điều khiển ổn định điện tử. Ví dụ, khi hệ thống kiểm soát độ ổn định phát hiện lốp bị trượt và mất ổn định, VGRS sẽ chuyển sang tỷ số nhanh hơn để người lái có thể chống bẻ lái và cứu xe ngay lập tức. Trong trường hợp hệ thống bị lỗi, cơ cấu khóa trên VGRS sẽ khóa các bánh răng lại với nhau.

BMW Active Steering – BMW 5-Series E60 (2003)

BMW đã giới thiệu hệ thống lái tỷ số biến thiên đầu tiên của mình, Active Steering (Hệ thống lái chủ động), trên 5-Series E60 vào năm 2003. Nó được phát triển cùng với chuyên gia lái xe ZF. Không giống như cách tiếp cận của Honda và Toyota, Hệ thống lái chủ động thực sự chủ động … nó thay đổi tỷ số mọi lúc trong khi vào cua, không chỉ phụ thuộc vào tốc độ và góc lái mà nó còn can thiệp tích cực để bù đắp cho understeer và oversteer. Trên thực tế, điều này làm cho việc chuyển hướng trở nên rất khó đoán, vì vậy nó đã có một tiếng xấu ngay từ đầu.

Hệ thống lái chủ động được thực hiện bởi một bộ bánh răng hành tinh. Có 2 bánh răng mặt trời, một cái nối với trục vào (liên kết với vô lăng) và một cái với trục ra (liên kết với thanh răng/bánh răng). 3 cặp bánh răng hành tinh lưới đồng thời cả hai bánh răng mặt trời. Thông thường, bộ truyền bánh răng hành tinh là đứng yên, do đó tất cả các bộ phận này quay cùng với trục đầu vào mà không thay đổi. Ngoài ra còn có một khóa điện từ để khóa chúng lại với nhau (nó chỉ ngắt ra khi được cung cấp năng lượng, vì vậy trong trường hợp hệ thống bị lỗi, các trục lái sẽ tự động được khóa lại với nhau). Khi cần tỷ số thay đổi, ECU ngắt khóa điện từ và bật động cơ điện. Động cơ quay vòng mang bánh răng hành tinh. Kết quả là, truyền động sẽ đi qua các bánh răng hành tinh và chồng lên trục đầu ra. Bằng cách thay đổi tốc độ và hướng quay của động cơ, nó có thể tăng hoặc giảm tốc độ đầu ra của tay lái. Trên 5-Series E60, hệ thống có thể thay đổi tay lái từ 5 đến 1,7 lần đến trạng thái khóa.