BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------

PHAN VĂN NAM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Công nghệ kỹ thuật ô tơ
NGHIÊN CỨU, MƠ PHỎNG HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG BỐN
BÁNH QUATTRO TRÊN XE AUDI

CBHD: Ths Trịnh Đắc Phong
Sinh viên: Phan Văn Nam
Mã số sinh viên: 2018605964

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Hà Nội – Năm 2022


i

MỤC LỤC
TỔNG QUAN VỀ HỆ DẪN ĐỘNG BỐN BÁNH TRÊN Ô
TÔ...................................................................................................................... 2
1.1 Lịch sử phát triển hệ dẫn động bốn bánh. ........................................... 2
1.2 Các loại dẫn động trên ô tô ................................................................. 3
Hệ thống dẫn động cầu trước( FWD) .............................................. 3
Hệ thống dẫn động cầu sau( RWD) ................................................. 6
Hệ dẫn động bốn bánh ..................................................................... 8
1.3 Dẫn động bốn bánh bán thời gian( 4WD) với dẫn động bốn bánh toàn
thời gian( AWD) ............................................................................................... 8

Dẫn động 4WD ................................................................................ 8
Dẫn động AWD ............................................................................. 10
1.4 Một số phiên bản awd quattro của hãng ........................................... 10
Thế hệ đầu tiên (1980) ................................................................... 10
Thế hệ thứ 2(1987)......................................................................... 11
Thế hệ thứ 3( 1988)........................................................................ 11
Thế hệ thứ 4( 1994)........................................................................ 12
Thế hệ thứ 5( 2006)........................................................................ 13
Thế hệ dẫn động thứ 6( 2010) ....................................................... 14
Hệ thống Quattro Ultra( 2016)....................................................... 14
CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG
DẪN ĐỘNG BỐN BÁNH QUATTRO.......................................................... 16
2.1 Cấu tạo .............................................................................................. 16
Cấu tạo chung................................................................................. 16
Cấu tạo chi tiết ............................................................................... 17
2.2 Ngun lý hoạt động ......................................................................... 21
TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC ............................................................................................... 26
3.1 Lí thuyết tính tốn thiết kế bánh răng ............................................... 26


ii
Chọn vật liệu .................................................................................. 27
Ứng xuất cho phép ......................................................................... 28
Truyền động bánh răng trụ ............................................................. 29
Truyền động vi sai trung tâm ......................................................... 34
3.2 Thiết kế bánh răng hộp số bẳng phần mềm inventor ........................ 37
KẾT QUẢ, PHÂN TÍCH ................................................. 42
KẾT LUẬN ............................................................................................. 51



iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Chiếc xe đầu tiên dẫn động bốn bánh ................................................ 2
Hình 1.2 Chiếc Jeffrey Quad, 1916-17 ............................................................. 3
Hình 1.3 Hệ thống dẫn động cầu trước ............................................................. 4
Hình 1.4 Hệ dẫn động cầu sau .......................................................................... 6
Hình 1.5 Bán kính quay của bánh trước và bánh sau ....................................... 9
Hình 1.6 Một số dạng nút bấm hay cần gạt để thay đổi chế độ lái ................... 9
Hình 1.7 Thế hệ Quattro đầu tiên .................................................................... 10
Hình 1.8 Thế hệ thứ 2 của hệ dẫn động Quattro ............................................. 11
Hình 1.9 Thế hệ thứ 3 của hệ dẫn động Quattro ............................................. 11
Hình 1.10 Thế hệ thứ 3 đối với hộp số tự động .............................................. 12
Hình 1.11 Thế hệ thứ 4 ................................................................................... 12
Hình 1.12 Thế hệ dẫn động thứ 5.................................................................... 13
Hình 1.13 Vi sai Sport Differential ................................................................. 13
Hình 1.14 Thế hệ dẫn động thứ 6.................................................................... 14
Hình 1.15 Cơ cấu đóng mở ly hợp Quattro Ultra ........................................... 14
Hình 1.16 Hệ dẫn động Quattro Ultra ............................................................. 15
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống của hệ dẫn động ...................................................... 16
Hình 2.2 Kết cấu bố trí các trục dẫn động. ..................................................... 17
Hình 2.3 Cấu tạo chi tiết hộp số ...................................................................... 18
Hình 2.4 Bố trí các cặp bánh răng ................................................................... 18
Hình 2.5 Trục sơ cấp hộp số ........................................................................... 19


iv


Hình 2.6 Trục thứ cấp ..................................................................................... 19
Hình 2.7 Cấu tạo bộ vi sai chống trượt cơ khí ................................................ 20
Hình 2.8 Vi sai trục dẫn động ......................................................................... 21
Hình 2.9 Ăn khớp giữa bánh răng bên và bánh răng Invex ............................ 22
Hình 3.1 Phân tích lực trong vi sai torsen ....................................................... 34
Hình 3.2 Cặp bánh răng số 1 ........................................................................... 37
Hình 3.3 Hỗ trợ tính bánh răng bằng phần mềm ............................................ 38
Hình 3.4 Hậu kỳ chỉnh sửa dự liệu tham số .................................................... 38
Hình 3.5 Thiết kế cặp bánh răng số 2 ............................................................. 39
Hình 3.6 Thiết kế cặp bánh răng số 3 ............................................................. 39
Hình 3.7 Thiết kế cặp bánh răng số 4 ............................................................. 40
Hình 3.8 Thiết kế cặp bánh răng số 5 ............................................................. 40
Hình 4.1 Thông số răng cặp bánh răng số 1 ................................................... 43
Hình 4.2 Thơng số răng cặp bánh răng số 2 ................................................... 45
Hình 4.3 Kết quả tải trọng cặp bánh răng số 2................................................ 46
Hình 4.4 Thơng số cặp bánh răng số 3 ............................................................ 47
Hình 4.5 Thơng số cặp bánh răng số 4 ............................................................ 48
Hình 4.6 Thơng số cặp bánh răng số 5 ............................................................ 50


1

LỜI MỞ ĐẦU
Trong xã hội hiện đại, nhu cầu vận tải như vận chuyển người, hàng hóa
hay phục vụ các mục đích khác ngày càng lớn, ngành vận tải phổ biến nhất và
chiếm phần lớn là đường bộ và phương tiện tiêu biểu đại diện cho sự phát triển,
hưng thịnh của nhân loại là ô tô. Từ khi xuất hiện, ô tô đã tạo ra những chuyển
biến lớn trong giao thông đường bộ. Với mức độ phổ biến ngày nay, cùng với
yêu cầu ngày càng cao của người dùng, các nhà sản xuất ô tô thực sự cần phát
triển, đầu tư hơn nữa về kiến thức và công nghệ để đảm bảo quá trình hoạt động

được ổn định nhất.
Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ô tô ngày càng phát triển, phức
tạp, các hệ thống ngày càng hoàn thiện để đáp ứng các yêu cầu khắt khe như:
điều khiển dể dàng,an tồn, độ bền tốt và kích thước nhỏ gọn nên đi lại dễ dàng
trong các đường hẹp, đường xấu, đường có ma sát thấp, đặc biệt là trong thành
phố với rất nhiều phương tiện giao thông lưu thông trên đường.
Em thực hiện đồ án chuyên ngành với đề tài: “Nghiên cứu, mô phỏng hệ
thống dẫn động bốn bánh Quattro trên xe Audi” với mong muốn tìm hiểu,
cung cấp những thông tin cơ bản về hệ thống dẫn động bốn bánh cung cấp lực
kéo hiệu quả trên xe ơ tơ phục vụ việc học tập tìm hiều dưới sự hướng dẫn của
thầy Trịnh Đắc Phong.
Nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy, em đã có thể hồn thành được đề tài.
Do thời gian thực hiện vẫn còn hạn chế chắc hẳn khơng tránh khỏi những sai
xót, nên em rất mong nhận được sự góp ý từ thầy cô.
Em chân thành cảm ơn !


2

TỔNG QUAN VỀ HỆ DẪN ĐỘNG BỐN BÁNH
TRÊN Ô TÔ
1.1 Lịch sử phát triển hệ dẫn động bốn bánh.
Xe ô tô dẫn động bốn bánh ra đời vào đầu thế kỷ XX, được thừa kế, phát
triển và áp dụng cho rất nhiều các mẫu xe ngày nay, bắt đầu áp dụng cho những
chiếc xe nặng nề hơn rất nhiều so với xe du lịch ngày này chẳng hạnnhư máy
nông nghiệp hay những chiếc xe vận tại trong quân sự. Trải qua một thế kỷ phát
triển, hệ thống dẫn động bốn bánh đã chứng minh được sự hiệu quả của nó và
đã trở nên rất phổ biến cho xe du lịch ngày nay.

Hình 1.1 Chiếc xe đầu tiên dẫn động bốn bánh

Mặc dù ra đời từ rất sớm, nhưng phải đến đầu những năm 1980, mẫu xe
sử dụng hệ dẫn động này mới được ưa chuộng trong việc sản xuất hàng loạt, và
thậm chí sau đó chỉ có một nhà sản xuất lớn có đủ niềm tin vào mẫu xe này để
biến nó trở thành một phần khơng thể thiếu, ngồi việc sử dụng trên đường địa
hình. Cơng ty đó là Audi, đã cung cấp hai mẫu Quattro.
Chiến tranh thế giới thứ nhất chứng kiến những tiến bộ vượt bậc về công
nghệ và nhiều biến thể 4WD mới đã được sản xuất. Những chiếc xe tải dẫn


3
động bốn bánh này được sử dụng trong quân sự, và thành cơng nhất trong số
đó là chiếc 'Jeffrey Quad' do Mỹ sản xuất, được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là
trong Quân đội Pháp.

Hình 1.2 Chiếc Jeffrey Quad, 1916-17
Sau chiến tranh, khi quân đội trên toàn thế giới tiếp tục nghiên cứu và phát
triển, mọi người bắt đầu nhận ra rằng một phương tiện dẫn động bốn bánh nhỏ
hơn, nhẹ hơn có thể cực kỳ hữu ích để chở nhân viên trên những địa hình gồ
ghề. Chiếc xe sẽ lý tưởng để trinh sát và gửi tin nhắn nhanh chóng, vì vậy nó
sẽ phải nhẹ và nhanh, nhưng cũng có thể đối phó với các điều kiện offroad đầy
thử thách.
1.2 Các loại dẫn động trên ô tô
Hệ thống dẫn động cầu trước( FWD)
Hệ thống dẫn động cầu trước đúng như tên gọi, giúp truyền lực kéo tới hai
bánh trước. Những mẫu xe có động cơ đặt nằm ngang so với trục dẫn động
thường tích hợp hệ thống dẫn động này. Ngồi ra động cơ cũng thường đặt phía
trục trước và có thể đặt ở phía sau tuy nhiên rất hiếm gặp. Hệ thống này khá
phổ biến trên những mẫu xe phổ thông, xe cỡ nhỏ và xe giá rẻ như: Toyota
Corolla Altis, Honda Civic, Kia Morning, Hyundai Grand i10, Toyota Camry,
Mazda 6…



4

Hình 1.3 Hệ thống dẫn động cầu trước
Dẫn động cầu trước là lựa chọn của đa số hãng xe, do tiết kiệm được chi
phí sản xuất. Sản xuất và thiết kế một chiếc xe dẫn động cầu trước đơn giản
hơn cầu sau rất nhiều. Xe dẫn động cầu trước có ít chi tiết và dễ lắp ráp hơn xe
cầu sau. Dẫn động cầu trước cũng nhẹ hơn xe cầu sau do việc loại bỏ các bộ
truyền động và trục truyền động phải có trên xe cầu sau.
Ưu nhược điểm của hệ dẫn động cầu trước:
 Ưu điểm:
Nhờ động cơ được đặt ngay phía trên trục dẫn động, nhờ đó sẽ khơng có
trục dẫn động ra cầu sau, cấu tạo khoang động cơ đơn giản hơn, và tự trọng của
xe cũng nhẹ hơn.
Vì khoảng cách từ động cơ đến cầu dẫn động được rút ngắn, do đó lượng
hao hụt cơng suất sản sinh từ động cơ được tối ưu hơn, động cơ hoạt động hiệu
quả hơn.
Do khơng có trục dẫn động ra phía sau nên sàn xe phẳng, khoang nội thất
được tối ưu hơn.
Hai bánh trước vừa làm nhiệm vụ dẫn hướng vừa có nhiệm vụ kéo chiếc
xe di chuyển, do đó một chiếc xe dẫn động cầu trước về cơ bản, ít bị trượt ngang
hay mất lái trên đường trơn trượt, tận dụng lực kéo tốt hơn và ít phải phụ thuộc
vào sự hỗ trợ từ những hệ thống an toàn hơn.


5
Kết cấu máy và hộp số toàn bộ nằm trên 2 bánh xe trước khiến bánh xe
bám đường hơn nhờ lực nhấn trọng lực.
Chiều dài cơ sở không bị lệ thuộc vào chiều dài của trục dẫn động ra phía

sau nhờ đó dễ dàng mở rộng khoang hành khách.
 Nhược điểm
Khơng tận dụng tốt lực kéo vì thế khơng phù hợp với những mẫu xe kích
thước lớn như SUV hay xe bán tải.
Trọng tâm xe dồn nhiều về phía trước bởi trọng lượng của động cơ, hộp
số và hệ thống dẫn động, do đó khả năng cân bằng khi vào cua cũng bị hạn chế,
dễ bị understeer khi vào cua ở tốc độ cao.
Khi cần tăng tốc, khối lượng chuyên chở nặng phía trục sau có xu hướng
kéo ngược lại khiến hai bánh trước bị trượt dẫn đến tiêu hao công suất, tăng tốc
kém hơn những hệ thống dẫn động khác.
Do động cơ đặt nằm ngang, nên hạn chế khi muốn tăng dung tích của động
cơ, khơng phù hợp với những động cơ 6 xy lanh thẳng hàng hay động cơ V8
trở lên. Đây là một lý do mà những mẫu xe hạng sang hay xe thể thao hiếm khi
dẫn động cầu trước.
Động cơ đặt nằm ngang cùng hệ thống dẫ n động tích hợp cũng hạn chế
độ mở góc bánh xe, vì thế bán kính quay vịng cũng bị hẹp hơn.
Một chiếc xe cầu trước có cơng suất q cao đơi lúc sẽ khiến hệ thống lái
khó khăn hoặc lúng túng trong việc giữ xe luôn đi thẳng khi tăng tốc. Các bánh
xe có thể bị giật sang trái, hoặc phải khi mô-men xoắn truyền xuống các bánh
không đồng đều hoặc quá cao.
Trong một số tính huống phanh khẩn cấp, trọng lượng dồn phần lớn về
phía trước vì thế chỉ có hai bánh trước góp phần lớn lực phanh trong khi phía
sau tác động rất ít.
Hai bánh trước thường sẽ mòn nhanh hơn do vừa dẫn động và vừa dẫn
hướng. Vì vậy sau một khoảng thời gian cần đảo lốp trước với lốp sau với nhau
để các lốp đồng đều nhau hơn cũng như tăng ma sát cho lốp trước.


6
Hệ thống dẫn động cầu sau( RWD)


Hình 1.4 Hệ dẫn động cầu sau
Có 2 lợi thế chính khi sở hữu xe dẫn động cầu sau. Đầu tiên là sự đơn giản
và bền vững của cấu trúc bánh xe, cụm bánh trước độc lập không truyền động
khiến mọi thứ dễ dàng sửa chữa hơn bao giờ hết. Giả sử bạn đang “phi” với tốc
độ cao và vơ tình vấp phải ổ gà hoặc vật cản, thì điều chắc chắn là bánh trước
của bạn sẽ ít hư hỏng hơn. Trong khi đó, với xe dẫn động cầu trước, bánh trước
trở nên “nhạy cảm” hơn so với dẫn động cầu sau (ví dụ, chỉ cần va đập vào lề
đường, hoặc đơn giản là mố đường cao, thì tỷ lệ hư hỏng những chi tiết đắt tiền
bên trong sẽ cao hơn). Đây là lý do vì sao xe cơng cộng, MPV hoặc xe cơng vụ
thường sử dụng kết cấu cầu sau (đơn cử như Toyota Innova).
 Ưu điểm
Hệ thống dẫn động này giúp giải tóa áp lực lên hai bánh trước, đồng thời
hai bánh sau có nhiệm vụ đẩy xe tiến về phía trước, nhờ đó mà sức tải của xe
được cải thiện.
Hai bánh sau bám đường tốt hơn nhờ đó khả năng tăng tốc cũng được cải
thiện.
Phân bổ trọng lượng trên xe được tối ưu, phía sau chịu thêm một phần
trọng lượng của hệ thống dẫn động nên trọng lượng trước sau cân bằng hơn.
Khoang động cơ khơng cịn hệ thống dẫn động, do đó hốc bánh xe cũng
được gia tăng kích thước, nhờ đó góc quay bánh xe trước được mở rộng hơn,
bán kính quay vịng vì thế được giảm xuống hơn so với dẫn động cầu trước.


7
Khả năng vận hành linh hoạt hơn do khối lượng không đè nặng lên hai
bánh trước như dẫn động cầu trước.
Khả năng tăng tốc tốt hơn do khi tăng tốc thì trọng tâm dịch về phía sau
xe càng làm bánh chủ động bám đường hơn, đem lại cảm giác lái tốt, thể thao.
Cung cấp lực kéo tốt hơn khi leo dốc, đường trơn trượt.

Phân bổ trọng lượng tốt hơn cũng cải thiện khả năng làm việc của hệ thống
phanh, lực phanh phân bổ đều hơn trên cả hai trục.
 Nhược điểm
Khi tăng tốc, đặc biệt lúc đạp thốc ga ở những xe có cơng suất lớn hoặc
mơ-men xoắn cao ở vịng tua thấp, hai bánh sau sẽ có hiện tượng trượt hoặc
thân xe xoay ngang. Nên ở những xe hiệu năng cao, hệ thống chống trượt bắt
buộc phải được trang bị.
Trong những địa hình trơn trượt, lầy lội hoặc đường tuyết, hai bánh sau sẽ
bị mất lợi thế về lực kéo, do phải chịu thêm một khối lượng lớn từ khoang hành
khách.
Một phần dung tích khoang nội thất bị mất đi, do phải chừa khoảng chống
cho trục dẫn động. Một số mẫu xe có động cơ đặt sau khơng gặp tình trạng này
như Porsche 911 hay Volkswagen Beetle.
Tự trọng của xe lớn hơn so với dẫn động cầu trước. Khối lượng tăng thêm
đến từ trục dẫn động, từ những chi tiết gia cố thân xe do phải chừa không gian
cho trục dẫn động. Trục sau hay bán trục sau cũng thường dài hơn so với trục
trước vì thế nếu so sánh một mẫu xe cùng chủng loại và cùng kích thước thì xe
dẫn động cầu sau ln nặng hơn so với xe dẫn động cầu trước.
Vì nhiều chi tiết cấu thành hơn nên chi phí dành cho một mẫu xe dẫn động
cầu sau luôn cao hơn và ảnh hưởng rất nhiều tới giá bán của một chiếc xe dẫn
động cầu sau.
Công suất bị hao hụt nhiều hơn so với dẫn động cầu trước do phải dẫn qua
trục dẫn động. Tuy nhiên, điều này khơng ảnh hưởng với cấu hình động cơ đặt
giữa hay phía sau xe.


8
Hệ dẫn động bốn bánh
Hệ thống dẫn động bốn bánh ra đời đã khắc phục những nhược điểm của
hệ dẫn động cầu trước và hệ dẫn động cầu sau. Khi xe vận hành thì khơng phải

lúc nào bốn bánh xe cũng quay cùng vận tốc nên hệ thống dẫn động bốn bánh
không chỉ là nối các trục dẫn động ra tất cả các bánh xe mà còn sự kết hợp của
các bộ phận phân phối momen ra các bánh xe sao cho hợp lí, đảm bảo vận hành
ổn định. Trải qua quá trình phát triển, ngày nay hệ thống dẫn động bốn bánh có
rất nhiều biến thể khác nhau của những hãng khác nhau đem lại khả năng vận
hành đặc trưng cho từng loại.
1.3 Dẫn động bốn bánh bán thời gian( 4WD) với dẫn động bốn bánh toàn
thời gian( AWD)
Trước hết thì 4WD có trước AWD hàng thập kỷ. Hầu hết các phương tiện
cơ giới đời đầu đều có động cơ phía trước và bộ truyền động. Hộp số quay một
trục truyền động, lần lượt truyền lực tới trục sau. Tất cả các phương tiện sản
xuất hàng loạt ban đầu đều dẫn động cầu sau (RWD). Trong khi vào cua, lốp
bên ngoài cần quay nhanh hơn lốp bên trong. Do đó, các nhà sản xuất ơ tơ đã
phát minh ra bộ vi sai giảm tốc để cho phép một lốp quay nhanh hơn lốp kia
trên cùng một trục.
Dẫn động 4WD
Hệ dẫn động 4WD thế hệ đầu tiên bao gồm một hộp chuyển giữa hộp số
và trục truyền động. Hộp chuyển này có hai trục dẫn động. Trục dẫn động thứ
nhất dẫn động ra cầu sau, trục dẫn động thứ hai này truyền lực tới trục trước,
từ đó dẫn động cả bốn bánh xe. Hệ thống 4WD này là một cách tuyệt vời để
giúp xe di chuyển trong điều kiện trơn trượt.
Tuy nhiên trong điều kiện hoạt động thực tế, các bánh xe hoạt động với
điều kiện khác nhau như khi vào cua, mặt đường lồi lõm nên xảy ra số vấn đề
gặp phải với hệ dẫn động này:


9
Thứ nhất, cầu trước trực tiếp dẫn hướng và dẫn động. Các kỹ sư đã sử
dụng khớp bi giữa trục và bánh trước, kết quả là các khớp bi này bị mịn nhanh
chóng


Hình 1.5 Bán kính quay của bánh trước và bánh sau
Thứ hai, cầu trước và cầu sau của xe được nối cứng với nhau. Khi xe vào
cua, bánh trước và bánh sau của xe cần quay với tốc độ hơi khác nhau. Do đó,
khi xe 4WD vào cua, nó sẽ làm mịn bánh răng trục, lốp và các thành phần khác.
Cả hai vấn đề này đều trở nên tồi tệ hơn khi bốn bánh kết nối cứng với
nhau, chiếc xe có thể bị trượt khơng kiểm sốt khi vào cua.[8]
Các nhà sản xuất ô tô đã giải quyết những vấn đề này bằng một cần gạt
chọn trên hộp chuyển số. Người lái xe 4WD có thể chuyển sang 2WD bất cứ
khi nào không cần sử dụng lực kéo tốt.

Hình 1.6 Một số dạng nút bấm hay cần gạt để thay đổi chế độ lái
Nếu chỉ sử dụng 4WD khi cần thiết như đi qua đường xấu mất lực bám,
tất cả các thành phần của hệ thống truyền động sẽ tồn tại lâu hơn. Cuối cùng,
các kỹ sư đã giải quyết được những điểm yếu này của 4WD.


10
Dẫn động AWD
Hệ dẫn động AWD cho phép momen xoắn từ động cơ truyền tới bốn bánh
xe như 4WD mà người lái xe không thể lựa chọn chuyển sang 2WD. Một trong
những lợi thế của AWD là người lái không bao giờ cần phải lo lắng về chế độ
lái. Tuy nhiên, xe AWD thường hao mòn nhanh hơn xe 2WD. Ngoài ra, các
thành phần AWD hoạt động tốt nhất cho hệ thống truyền động có mơ-men xoắn
thấp hơn.
Một điểm khác giữa AWD và 4WD là ở bộ vi sai trung tâm của xe. Mỗi
xe AWD đều có bộ vi sai trung tâm để cho phép lốp trước và lốp sau quay ở
các tốc độ khác nhau. Bộ vi sai trung tâm hạn chế sự hao mòn trên hệ thống
truyền lực khi đi trên mặt đường khô ráo hoặc khi lái xe nhanh.
Một số xe AWD thậm chí cịn trang bị bộ vi sai chống trượt. Bộ vi sai này

giữ cho bất kỳ bánh xe nào không quay nhanh hơn các bánh xe khác. Một bánh
xe quay quá nhanh là một vấn đề khi đi off-road với lực kéo hạn chế. Vẫn còn
các phương tiện AWD khác hoạt động như một phương tiện 2WD phần lớn
thời gian để bảo vệ các bộ phận của hệ thống truyền động. Sau đó, khi một
trong các bánh xe bắt đầu quay, ly hợp tự động sẽ kết hợp AWD mà không cần
bất kỳ đầu vào nào từ người lái. Ngày nay hệ thống điều khiển tự động đã áp
dụng rất nhiều trong việc điều khiển phân bổ momen rất chính xác và hiệu quả.
1.4 Một số phiên bản awd quattro của hãng
Thế hệ đầu tiên (1980)

Hình 1.7 Thế hệ Quattro đầu tiên


11
Năm 1980, Audi ra mắt chiếc Audi Quattro với hệ dẫn động bốn bánh. Hệ
dẫn động này sử dụng một vi sai trung tâm. Vi sai trung tâm và vi sai cầu sau
trang bị hệ thống khóa vi sai thủ cơng. Về bản chất thì đây là hệ thống 4WD.
Thế hệ thứ 2(1987)

Hình 1.8 Thế hệ thứ 2 của hệ dẫn động Quattro
Quattro thế hệ thứ hai ra mắt lần đầu vào năm 1988, giới thiệu bộ vi sai
trung tâm Torsen (cảm biến mô-men xoắn) mới được phát triển với tỷ lệ phân
chia 'mặc định' 50:50 có thể tự động cung cấp tới 75% mô-men xoắn truyền tới
một trong hai trục và được sử dụng trên nhiều mẫu xe Audi. Vi sai phía sau có
thể khóa trong trường hợp cần thiết.[10]
Thế hệ thứ 3( 1988)

Hình 1.9 Thế hệ thứ 3 của hệ dẫn động Quattro



12
Thế hệ thứ ba được phát triển đặc biệt cho Audi V8 và được sử dụng từ
năm 1988 đến năm 1994 trên các mẫu xe số sàn. Thế hệ này sử dụng vi sai
chống trượt cho vi sai trung tâm và cầu sau

Hình 1.10 Thế hệ thứ 3 đối với hộp số tự động
Đối với các mẫu xe sử dụng hộp số tự động thì cầu sau là vi sai chống
trượt, vi sai trung tâm là loại bánh răng hành tinh trang bị khóa ly hợp điều
khiển điện tử.
Đây là cột mốc đánh dấu sự tiến bộ của khoa học, áp dụng công nghệ điều
khiển tự động, cung cấp khả năng hoạt động chính xác, khắc phục nhược điểm
của vi sai torsen khơng thể cung cấp tồn bộ momen cho một cầu khi cầu kia
mất toàn bộ lực bám
Thế hệ thứ 4( 1994)

Hình 1.11 Thế hệ thứ 4


13
Bộ vi sai cầu sau khóa bằng tay từ các thế hệ trước đã được thay thế trong
hệ thống quattro thế hệ thứ tư bằng bộ vi sai mở thông thường, có tính năng
khóa vi sai điện tử( EDL)
Thế hệ thứ 5( 2006)

Hình 1.12 Thế hệ dẫn động thứ 5
Hệ dẫn động bốn bánh không đối xứng vĩnh viễn đã được giới thiệu vào
năm 2006 cho thế hệ thứ năm của hệ thống trên Audi RS4 B7 sử dụng bộ vi sai
Torsen loại 3, có khả năng chia đơi cơng suất 40:60 trước-sau. Với sự hỗ trợ
của bộ ESP, tối đa 100% mơ-men xoắn có thể được chuyển đến một trục.


Hình 1.13 Vi sai Sport Differential
Vào năm 2008, cơng nghệ vectơ mô-men xoắn được giới thiệu sử dụng bộ
vi sai cầu sau do Magna Powertrain thiết kế có tên là Sport Differential. Nó


14
phân bổ mơ-men xoắn một cách có chọn lọc đến các bánh sau tạo ra một mômen xoắn, giúp cải thiện khả năng xử lý và độ ổn định của chiếc xe khi nó vượt
hoặc thiếu lái.
Thế hệ dẫn động thứ 6( 2010)

Hình 1.14 Thế hệ dẫn động thứ 6
Thế hệ thứ sáu ra mắt lần đầu trên RS5 2010 và thay thế bộ vi sai trung
tâm kiểu Torsen 3 bằng bộ vi sai Crown Gear do Audi phát triển.
Với việc sử dụng bộ vi sai sáng tạo này, 70% mơ-men xoắn có thể được
chuyển đến bánh trước hoặc 85% tới bánh sau, bất cứ khi nào cần thiết.
Hệ thống Quattro Ultra( 2016)

Hình 1.15 Cơ cấu đóng mở ly hợp Quattro Ultra
Gần đây nhất, hệ dẫn động Quattro Ultra được giới thiệu sử dụng cho các
mẫu xe nhỏ, không yêu cầu tính thể thao như Audi A4 hay Audi Q5. Với hệ
thống điều khiển điện tử thông minh, các cảm biến liên tục đo lường và đánh
giá dữ liệu, phán đốn trước tình hình để tự động phân bổ momen chính xác và
nhanh nhất.


15

Hình 1.16 Hệ dẫn động Quattro Ultra
Khi di chuyển ở tốc độ cao hoặc ở nơi có độ bám lớn, hệ thống sẽ ngắt
momen tới trục dẫn động ra cầu sau, chỉ sử dụng lực kéo từ bánh trước từ đó

nâng cao hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu. Bánh sau quay kéo theo trục dẫn động
quay theo nên nhà sản xuất đã sử dụng thêm ly hợp ngắt kết nối trục dẫn động
với các bán trục giảm thiểu hao tổn công suất.
Trong trường hợp cần lực kéo lớn hoặc bánh xe mất ma sát thì các ly hợp
tự động đóng lại, momen được truyền tới tất cả bốn bánh xe.
Các ly hợp hoạt động nhờ điều khiền điện tử chính xác đến vài mili giây
mà không cần đến sự điều khiển của người lái.
Các hệ thống dẫn động qua từng thế hệ ngày càng cải thiện nâng cao hiệu
quả. Trong các thế hệ này, hệ thống sử dụng vi sai chung tâm là loại torsen
chống trượt là loại nổi bật nhất nhờ tính đơn giản, hoạt động chính xác nhờ sử
dụng kết cấu thuần cơ khí chống trượt, khơng gây ra hiện tượng chậm khi
chuyển qua các chế độ khác nhau. Vì vậy trong cuốn thuyết minh này, em tập
chung vào tìm hiểu hệ thống dẫn động loại này.


16

CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ
THỐNG DẪN ĐỘNG BỐN BÁNH QUATTRO
2.1 Cấu tạo
Cấu tạo chung

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống của hệ dẫn động
1- Vi sai cầu trước; 2- Hộp số; 3- Vi sai trung tâm; 4- Trục dẫn động ra
cầu sau; 5- Vi sai cầu sau
Khác với các hệ dẫn động 2 bánh xe, đối với dẫn động bốn bánh thì momen
từ trục thứ cấp của hộp số sẽ truyền tới vi sai trung tâm, sau đó tới trục dẫn
động dẫn ra cầu trước và cầu sau.
Hộp số được sử dụng trong mẫu audi quattro gồm cả hai phiên bản số sàn
và số tự động. Mơ hình trên là loại hộp số sàn 5 cấp số tiến 2 trục, vi sai trung

tâm là vi sai Torsen( vi sai chống trượt cơ khí)
Hộp số được sử dụng là hộp số sàn 2 trục. Trục thứ cấp của hộp số là một
trục rỗng, lắp ghép trực tiếp với vỏ của bộ vi sai trung nhờ các rãnh then hoa.
Một trục dẫn động đầu ra của vi sai trung tâm dẫn ra cầu sau, trục còn lại dẫn
ra cầu trước được bố trí lồng vào phía trong trục thứ cấp của hộp số.


17

Hình 2.2 Kết cấu bố trí các trục dẫn động.
Vi sai cầu trước và vi sai cầu sao đều là loại bánh răng hành tinh thông
thường. Vi sai trung tâm là vi sai chống trượt bánh răng xoắn phân bổ momen
xoắn mặc định là 50: 50 có tỉ lệ lệch momen xoắn ( torque bias ratio- TRB ) là
1: 3 nên cho phép truyền tới 75% momen xoắn tới bánh còn lại nếu một bánh
bị mất độ bám.
Cấu tạo chi tiết
2.1.2.1 Hộp số
Đối với các phương tiện sử dụng động cơ đốt trong thì hộp số có vai trị
rất quan trọng trong việc giảm tốc, điều chỉnh momen cho phù hợp với điều
kiện hoạt động tức thời của xe. Động cơ đốt trong sản sinh ra momen xoắn
không ổn định và rất thấp ở vịng tua thấp, chính vì vậy phải phân ra từng cấp
số cho phép giảm tốc độ quay tăng momen xoắn, giúp cho chiếc xe có thể hoạt
động mượt mà, ổn định trong các trường hợp trên thực tế như khởi hành, lên
dốc, tăng tốc…
Hộp số được sử dụng ở đây là hộp số sàn 5 cấp số tiến và một cấp số lùi.
Hộp số có hai trục: trục sơ cấp và trục thứ cấp được bố trí các bánh răng gia
cơng liền trên trục, bánh răng ăn khớp và bánh răng quay trơn trên các trục.


18


Hình 2.3 Cấu tạo chi tiết hộp số
1- Trục sơ cấp; 2- Trục thứ cấp; 3- Bộ đồng tốc; 4- Cặp bánh răng số 1;
5- Cặp bánh răng số 2; 6- Cặp bánh răng số 3; 7- Cặp bánh răng số
4; 8- Cặp bánh răng số 5; 9- Cặp bánh răng số lùi; 10- rãnh then
khớp với vỏ vi sai

Hình 2.4 Bố trí các cặp bánh răng


19
Đối với cặp bánh răng số 1 và số 2, bánh răng chủ động được thiết kế liền
trục với trục sơ cấp, chính vì vậy các bánh răng này ln luôn chuyển động khi
trục sơ cấp quay. Các bánh răng thứ cấp của cặp số 1 và số 2 thì quay trơn trên
trục thứ cấp.

Hình 2.5 Trục sơ cấp hộp số
Trên trục thứ cấp được chế tạo với bánh răng số 3 và số 4 liền trục, bánh
răng ở cặp bánh răng số 5 thì lắp với trục thứ cấp bằng rãnh then hoa cho phép
truyển momen. Tương tự các bánh răng còn lại của các cặp số này ở trục sơ cấp
thì quay trơn.

Hình 2.6 Trục thứ cấp
Trục thứ cấp thiết kế rỗng để lắp trục dẫn động quay trơn ở bên trong.
Trên trục này có các vị trí bố trí then hoa để lắp với bánh răng, bộ đồng tốc và
vỏ vi sai trung tâm cho phép truyền momen qua.


20


2.1.2.2 Vi sai trung tâm
Khác với các bộ vi sai thông thường sử dụng các bánh răng hành tinh cho
chuyển động lệch nhau ở các bán trục, vi sai torsen sử dụng các bánh răng xoắn
là bánh răng Invex và bánh răng bên, các bánh răng này ăn khớp với nhau giống
trục vít bánh vít ưu tiên momen truyền theo một chiều. Các bánh răng trong hệ
thống được bố trí đặc biệt sao cho hoạt động được giống như vi sai thơng
thường có thể cho 2 đầu trục ra quay với tốc độ khác nhau. Trong trường hợp
một cầu mất lực bám, tốc độ lệch q nhiều thì nhờ góc nghiêng của các bánh
răng mà hạn chế được sự chênh lệch đó, cung cấp nhiều momen hợn sang cầu
có lực bám.

Hình 2.7 Cấu tạo bộ vi sai chống trượt cơ khí
1- Bánh răng Invex; 2- Bánh răng bên
Bánh răng invex với bánh răng bên tương tự với bánh răng hành tinh với
bánh răng bán trục trong bộ vi sai thông thường. Các bánh răng invex là hệ
thống gồm haihay nhiều cặp bánh răng vệ tinh. Bánh răng invex với bánh răng
bên ăn khớp với nhau loại trục vít bánh vít. Hai bánh răng invex quay ngược
chiều nhau thông qua ăn khớp bánh răng trụ răng thẳng với cặp bánh răng được
bố trí ở hai đầu của chính nó.
Các trục của bánh răng invex lắp trực tiếp lên vỏ vi sai, cho phép cả hệ
thống quay theo vỏ vi sai.