[Tìm hiểu] Hộp số tự động vô cấp CVT là gì? Nó hoạt động ra sao?

Hộp số tự động vô cấp CVT (Continuous Variable Transmission) là một thuật ngữ khá phổ biến hiện nay, đặc biệt là lúc chúng ta tìm hiểu khi chọn mua xe ô tô. Nếu anh em có để ý, thì bên cạnh hộp số tự động có cấp truyền thống, rất nhiều dòng xe cỡ nhỏ thế hệ mới hiện nay được trang bị loại hộp số tự động vô cấp CVT này. Kiến thức về CVT sẽ giúp anh em hiểu rõ về bản chất & cơ chế hoạt động của nó, từ đó có thể chọn được cho mình chiếc xe ô tô phù hợp với nhu cầu sử dụng. Đó chính là lý do mình muốn chia sẻ với anh em về hộp số CVT trong bài viết này!

Đầu tiên, xin mời anh em cùng xem qua video này (bằng tiếng Anh). Mình sẽ giải thích kỹ hơn ở bên dưới!

Định nghĩa hộp số tự động vô cấp CVT

Hộp số tự động vô cấp CVT là một loại hộp số tự động có khả năng biến thiên tỷ số truyền (hay rõ hơn là mô-men xoắn) một cách liên tục từ thấp đến cao và ngược lại. Do nó không phân biệt từng cấp số riêng lẻ như hộp số tự động có cấp thông thường, nên CVT mới được gọi là hộp số tự động "vô cấp".

Trong một số dòng xe được trang bị hộp số tự động CVT có kèm theo lẫy chuyển số trên vô-lăng, những cấp số thể hiện trên bảng đồng hồ lái chỉ là những cấp số giả lập. Điều này có nghĩa là, khi người lái sử dụng lẫy chuyển số, sẽ có một tỷ số truyền nhất định cho mỗi cấp số (tương tự như hộp số tự động thông thường) được lập trình sẵn cho ECU điều khiển hộp số, từ đó bánh xe sẽ được truyền một lượng mô-men xoắn tương ứng với cấp số đó.



Các bạn nên hiểu "vô cấp" ở đây không hẳn 100% là "không có cấp số nào", mà là có "vô số cấp số". Bởi vì tỷ số truyền biến thiên liên tục theo vòng tua máy và tình huống lái xe, nên sẽ có vô số cấp số được sinh ra (không đếm được), nó biến thiên như thế nào thì ECU điều khiển hộp số sẽ quyết định, tùy vào công nghệ của từng hãng xe thì thuật toán điều khiển sẽ khác nhau. Cái nào hay hơn sẽ được thể hiện qua quá trình vận hành xe trong thực tế.

Tên gọi của hộp số tự động vô cấp CVT trên các dòng xe thương mại

• Lineartronic: Subaru
• Xtronic: Nissan, Renault
• K CVT, CVTi, eCVT, Voltec: Toyota, Honda, GM
• INVECS-III: Mitsubishi
• Multitronic: Volkswagen, Audi
• Autotronic: Mercedes
• IVT : Hyundai, KIA

Quá trình phát triển của hộp số tự động vô cấp CVT

• 1490 – Leonardo da Vinci phác thảo những ý tưởng đầu tiên về hộp số tự động CVT
• 1886 – Hộp số tự động CVT đầu tiên được đăng ký bản quyền
• 1935 – Adiel Dodge đã đăng ký bản quyền hộp số tự động CVT tại Mỹ
• 1939 – Hộp số tự động có cấp hoàn chỉnh đầu tiên dựa trên hệ thống bánh răng ra đời
• 1958 – Nhà sản xuất xe hơi Daf (Hà Lan) sản xuất hộp số tự động CVT cho xe hơi
• 1989 – Subaru Justy GL là chiếc xe đầu tiên được bán tại Mỹ có trang bị hộp số tự động CVT
• 2002 – Saturn Vue lắp hộp số tự động CVT
• 2004 – Ford bắt đầu đưa hộp số tự động CVT vào sản xuất

Như vậy, nếu xét kỹ thì hộp số tự động vô cấp CVT ra đời trước khi hộp số tự động có cấp được phát triển hoàn chỉnh. 😁

Nguyên lý hoạt động của hộp số tự động vô cấp CVT

Có rất nhiều loại hộp số tự động vô cấp CVT trên thị trường hiện nay, mỗi loại đều có ưu-nhược điểm riêng và được ứng dụng trong rất nhiều phương tiện và máy móc, không chỉ trong xe ô tô mà còn là xe đạp, xe mô tô, xe máy, máy kéo, máy cày, máy móc cơ khí và thậm chí là... xe tăng hoặc một số loại xe tải nặng (dùng một loại CVT đặc biệt).

Tuy nhiên, trong phạm vi bài viết này, mình chỉ chia sẻ về nguyên lý hoạt động của hộp số tự động vô cấp CVT dựa trên hệ thống pulley (ròng rọc) và dây đai truyền động - loại hộp số CVT phổ biến nhất được ứng dụng trong xe ô tô.

Hộp số tự động vô cấp CTV không có các cặp bánh răng để tạo tỷ số truyền cho mỗi cấp số như những hộp số tự động truyền thống. Về cơ bản, hộp số tự động CVT hoạt động dựa trên một hệ thống gồm 3 thành phần cơ bản:

• Pulley đầu vào gắn với trục quay của động cơ
• Pulley đầu ra gắn với hệ thống truyền động đến các bánh xe
• Dây đai truyền động giữa 2 Pulley, làm bằng cao su chịu lực hoặc kim loại cao cấp

Hệ thống này giúp thay đổi tỷ số truyền (hay rõ hơn là mô-men xoắn đầu ra) một cách liên tục mà không có sự tách biệt riêng rẽ các cấp số như hộp số tự động có cấp thông thường. Ngoài ra, hộp số tự động vô cấp CVT cũng có ECU và các cảm biến để theo dõi và điều khiển hộp số, nhưng ba thành phần chính bên trên mới là những nhân tố then chốt giúp ý tưởng này trở thành hiện thực.

Mỗi pulley được tạo thành từ hai khối kim loại hình nón có góc nghiêng 20 độ và được đặt đối diện với nhau. Ở giữa chúng là một dây đai truyền động được vát thành hình chữ V chạy trong rãnh giữa hai khối hình nón này. Dây đai hình chữ V nếu được làm từ cao su thì nó sẽ có ma sát cao hơn, hạn chế tình trạng trượt, nhưng sẽ dễ bị giãn hơn. Còn dây đai làm bằng kim loại thì ngược lại. Tuy nhiên, công nghệ phát triển vượt bậc ngày nay đã tinh giảm được những nhược điểm này một cách đáng kể.



Hai khối kim loại hình nón có thể thay đổi khoảng cách giữa chúng một cách tự động, tuỳ theo sự điều khiển của ECU nhằm thay đổi tỷ số truyền một cách tối ưu cho mỗi tình huống vận hành:

• Khi hai khối hình nón tách ra xa nhau, dây đai truyền động sẽ đi sâu vào trong rãnh và bán kính của nó khi quấn quanh pulley sẽ giảm đi
• Khi hai khối hình nón ở gần nhau, dây đai truyền động sẽ đi xa ra ngoài mép pulley hơn và bán kính của nó khi quấn quanh pulley sẽ tăng lên
• Hộp số tự động CVT có thể sử dụng áp suất thủy lực hoặc lò xo nhằm tạo ra lực đẩy để thay đổi khoảng cách giữa hai khối hình nón này

Hệ thống 2 pulley và dây đai truyền động có đường kính thay đổi này luôn đi kèm với nhau. Một trong số đó là pulley chủ động (đầu vào) được nối với trục quay của động cơ, nó nhận năng lượng trực tiếp từ động cơ và đưa vào hộp số. Pulley thứ hai được gọi là pulley bị động (đầu ra), được nối với pulley chủ động và nó truyền mô-men xoắn đến trục truyền động dẫn đến bánh xe.

Khoảng cách giữa trục của pulley tới điểm tiếp xúc của dây đai truyền động được gọi là bán kính quay. Tỷ số của bán kính quay trên pulley chủ động và bán kính quay của pulley bị động sẽ quyết định tỷ số truyền của hộp số tự động CVT tại thời điểm đó.


Khi một pulley tăng bán kính của nó thì đồng thời pulley còn lại cũng sẽ giảm bán kính để giữ cho dây đai truyền đọng luôn bám chặt vào giữa hai khối hình nón, chúng sẽ liên tục tạo ra vô số các tỷ số truyền từ mức thấp nhất cho đến mức cao nhất. Đó là lý do vì sao mình nói rằng hộp số tự động vô cấp CVT có "vô số cấp số". Về mặt nguyên lý, hộp số tự động CVT vận hành với vô số cấp số, nên nó có thể hoạt động ở bất cứ thời điểm nào và bất kỳ tốc độ nào của xe.

Kết cấu đơn giản của CVT đã khiến nó trở thành ý tưởng tuyệt vời dành cho nhiều loại máy móc cơ khí và thiết bị khác nhau chứ không chỉ riêng xe hơi. Hộp số tự động CVT đã được sử dụng nhiều từ lâu trên các máy gia công kim loại. Nó cũng có mặt trên nhiều loại phương tiện khác nhau bao gồm xe máy cày, xe trượt tuyết và đặc biệt là xe tay ga (scooter). Trong hầu hết các máy móc hay phương tiện ứng dụng loại hộp số này, chúng đều dùng loại dây đai cao su chất lượng cao siêu bền có độ đàn hồi thấp. Tuy nhiên nó vẫn bị trượt và giãn ra theo thời gian do phải chịu lực lớn trong một thời gian dài.



Những loại vật liệu mới cũng đã được ứng dụng để chế tạo dây đai dành cho hộp số tự động vô cấp CVT, đem lại độ bền và hiệu quả vận hành cao hơn nữa. Một trong những cải tiến quan trọng nhất đó chính là thiết kế và phát triển một loại dây đai truyền động mới. Đây là loại dây đai phức hợp được làm từ những lá thép mỏng (khoảng từ 9-12 lá) kết hợp cùng với những phiến thép có độ cứng cao, được đặt vuông góc và ôm chặt lấy các lá thép mỏng. Dây đai làm bằng kim loại không bị trượt và có độ bền cao hơn so với dây đai cao su truyền thống, cho phép hộp số tự động CVT có thể làm việc với động cơ có dung tích lớn hơn và mô-men xoắn cao hơn, giúp cho CVT được ứng dụng trên những loại xe lớn và đa dụng hơn.

Ưu điểm và nhược điểm của hộp số tự động vô cấp CVT

Ưu điểm:

• Chuyển số tới/lui rất mượt mà, êm ái, không có cảm giác xe bị giật hoặc "hẫng", do không có từng cấp số riêng lẻ, hầu như không thể nhận biết được quá trình chuyển số, kể cả khi bạn nhìn vào bảng đồng hồ tua máy, tạo sự thoải mái cho người lái, đặc biệt là khi leo dốc.
• Tỷ số truyền được tối ưu hoá, hạn chế tối đa năng lượng thừa sinh ra, giúp tiết kiệm nhiên liệu, giảm lượng khí thải.
• Kết cấu đơn giản, nhỏ gọn hơn hộp số tự động thông thường nên:
  • Chi phí sản xuất thấp hơn => giá xe thấp hơn
  • Bền và ít hư hỏng lặt vặt hơn => chi phí bảo dưỡng, sửa chữa thấp hơn
  • Trọng lượng nhẹ => phù hợp để lắp trên những chiếc xe nhỏ gọn, đồng thời góp phần tiết kiệm nhiên liệu
• Theo lý thuyết, ở dải tốc độ từ thấp đến trung bình (từ 0-100 km/h), xe dùng hộp số tự động vô cấp CVT cho khả năng tăng tốc mượt và nhanh hơn xe có cùng động cơ và dùng hộp số tự động có cấp thông thường khoảng 25%. (Trong thực tế chưa có dòng xe thương mại nào có 2 mẫu xe cùng động cơ nhưng trang bị 2 loại hộp số tự động thông thường và CVT, nên cái này chưa được kiểm chứng, anh em nào có trải nghiệm rồi thì chia sẻ với mọi người nhé!)

Nhược điểm:

• Không đem lại cảm giác phấn khích khi tăng tốc như hộp số tự động có cấp thông thường. Do sử dụng dây đai truyền động và sự dịch chuyển của pulley để thay đổi tỷ số truyền nên khả năng tăng tốc của xe chỉ nằm trong một giới hạn nhất định.
• Dây đai truyền động có giới hạn chịu tải nhất định nên loại hộp số này khó có thể ứng dụng trên những loại xe cần mô-men xoắn cao như xe tải, xe thể thao, v.v...
• Dây đai truyền động có thể bị giãn và có tuổi thọ giới hạn nên cần kiểm tra và thay thế thường xuyên. (Dây đai cao su thì tuổi thọ vào khoảng 50.000 km)
• Dầu bôi trơn hộp số cũng có tuổi thọ thấp hơn, nên cần phải thay thường xuyên hơn.
• Hộp số tự động vô cấp CVT thường có độ ồn lớn hơn hộp số tự động có cấp thông thường.

Kết luận

Từ những ưu điểm và nhược điểm kể trên, chúng ta có thể thấy hộp số tự động vô cấp CVT là một phát minh khá ấn tượng, nó hoạt động hiệu quả và khắc phục những điểm yếu cố hữu của hộp số tự động có cấp thông thường. Nếu anh em có nhu cầu sử dụng xe cỡ nhỏ đến trung bình, có giá thành vừa phải, hoạt động thường xuyên ở dải tốc độ vừa phải, không tải quá nặng, không dùng để "đua xe", và đề cao sự êm ái, tiết kiệm nhiên liệu, bảo trì bảo dưỡng dễ dàng với chi phí thấp thì xe có trang bị hộp số tự động vô cấp CVT sẽ là lựa chọn tối ưu hơn các loại hộp số khác.

Hộp số tự động CVT thường được trang bị trên những loại xe cỡ nhỏ và cần tiết kiệm nhiên liệu như xe máy, xe scooter, xe mini, sedan cỡ nhỏ và trung bình, CUV/SUV cỡ nhỏ, xe hybrid, v.v... Theo như cá nhân mình biết, Nissan Murano và Subaru Outback là những dòng xe thương mại "bự" nhất có trang bị hộp số tự động vô cấp CVT, nếu các bạn biết có mẫu xe thương mại nào khác to hơn được trang bị loại hộp số này thì hãy chia sẻ với mọi người trong topic này nhé!



Cảm ơn các bạn đã ủng hộ và theo dõi, nếu có gì còn thiếu sót, anh em hãy comment và góp ý bên dưới nhé! Chúc anh em luôn vui và chọn được loại xe phù hợp nhất với nhu cầu của mình! 😃