Có được cơ cấu lái cân bằng hoàn hảo không phải là một điều dễ dàng vì nó thường bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như phân phối trọng lượng, hệ thống treo hay độ cứng của khung gầm. Cơ cấu lái bất cân bằng do sự phân phối trọng lượng trước – sau:
Khi một chiếc xe ôm cua, trọng lực trung tâm (CG) của nó sẽ bị lực ly tâm chi phối. Bánh xe tạo ra góc trượt, do đó lực ma sát sẽ ngược với lực ly tâm sao cho chiếc xe tiếp tục cua mà không bị trượt.
Bánh xe tạo ra góc trượt, do đó lực ma sát sẽ ngược với lực ly tâm sao cho chiếc xe tiếp tục cua mà không bị trượt. Nếu chiếc xe dồn trọng lượng về phía trước có nghĩa là CG gần với đầu xe thì hiển nhiên bánh trước sẽ chiếm phần lớn lực ly tâm. Vì vậy, chúng phải tạo ra góc trượt và lực ma sát lớn hơn để “đối đầu” với lực ly tâm. Kết quả là các góc trượt của bánh trước sẽ vượt quá bánh sau dẫn đến hiện tượng thiếu lái.
Trái lại, loại xe dồn trọng lượng về phía sau sở hữu góc trượt ở đuôi lớn hơn và gây ra hiện tượng thừa lái. Tương tự như vậy, chúng ta cũng có thể tìm được một chiếc xe cân bằng 50/50 với cơ cấu lái cân bằng. Đây là cơ cấu lái tối ưu nhất. Trong trường hợp này, chúng ta bỏ qua hiện tượng thừa lái vì không điều khiển được như trong dòng xe dẫn động cầu sau.
Loại xe dẫn động cầu sau, động cơ đặt trước (FR) là đối tượng dễ phân phối trọng lượng trước/sau 50/50 nhất.
Loại xe dẫn động cầu sau, động cơ đặt giữa (MR) thường dồn trọng lượng về phía sau với tỷ số 40/60 không được đánh giá cao trong trường hợp này. Tuy nhiên, cần nhớ rằng phản ứng lái linh hoạt, cảm giác lái và trạng thái cân bằng có ý nghĩa rất quan trọng.
Loại xe dẫn động cầu trước, động cơ đặt trước (FF) bị đánh giá rất thấp về mặt phân phối trọng lượng cân bằng. Khi tất cả bộ phận cơ khí nặng nề như động cơ, hệ dẫn động, bộ vi sai đều nằm trên đầu xe, đương nhiên trục trước sẽ phải chiếm 2/3 trọng lượng. Điều này dẫn đến hiện tượng thiếu lái trầm trọng. Ngoài tình trạng thiếu lái do cấu hình dẫn động cầu trước gây ra, hậu quả còn nghiêm trọng hơn nữa. Từ đó, nảy sinh nhu cầu cải tiến hệ thống treo và cơ cấu lái để bù lại. Đối với một số mẫu xe, chúng ta cần phải cân nhắc thật kỹ trước khi lựa chọn. Ví dụ điển hình là chiếc Alfa GTV trang bị cơ cấu lái 2,2 cực nhạy để đối phó với hiện tượng thiếu lái đồng thời ngốn rất nhiều công sức của người sử dụng trong quá trình điều khiển. Nếu tay lái trợ lực được cải thiện, cảm giác lái sẽ giảm hẳn đi. Hệ thống treo đa liên kết cũng là một lựa chọn lý tưởng để bù tình trạng thiếu lái vì cấu tạo của nó có thể độ lại so với hệ thống treo thanh giằng MacPherson nguyên bản.
Một vấn đề rắc rối khác liên quan đến chiếc Alfa động cơ V6 3.0 lit là phần đầu xe nặng nề làm nảy sinh nhiều hạn chế trong quá trình điều khiển so với phiên bản 2.0 rẻ và chậm hơn gây đau đầu cho bộ phận marketing.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cái gì cũng có ngoại lệ đặc biệt là khi toàn bộ dòng xe sản xuất hàng loạt đều bị hạn chế bởi nhiều yếu tố như đóng gói, yêu cầu tinh chỉnh, chi phí… Cùng sở hữu những hạn chế tương tự nhưng Alfa 156 thậm chí còn đi kèm cơ cấu lái linh hoạt hơn cả “đồng nghiệp yểu mệnh” BMW 3-Series. Mặc dù gần đây rất nhiều chiếc sedan hạng nhỏ, thể thao và hạng sang dẫn động cầu sau được hồi sinh nhưng FF vẫn là lựa chọn phổ biến cho các hãng xe eo hẹp ngân quỹ nhờ lợi thế chi phí thấp và tiết kiệm không gian.
Cơ cấu lái bất cân bằng do hệ thống treo:
Như đã nói, hệ thống treo có thể ảnh hưởng rất lớn đến cơ cấu lái. Thông thường, hệ thống treo được tận dụng để bù xu hướng lái không theo ý muốn do tình trạng phân phối trọng lượng bất cân bằng và FWD/RWD.
Góc cam – yếu tốc quyết định thiếu lái và thừa lái:
Hiện tượng bánh xe không vuông góc với mặt đường gọi là cong, nghiêng về giữa xe là cong âm và nghiêng ra ngoài là cong dương.
Khi bị cong dương do tính co giãn của lốp, bánh xe sẽ biến dạng giống hình đáy nón. Nó sẽ có xu hướng xoay xung quanh đỉnh nón. Hiện nay, bánh xe thường được sản xuất sao cho tránh nghiêng về giữa xe.
Nếu cả bánh trái và phải đều bị cong dương (nghĩa là chúng nghiêng theo hướng đối nhau) thì cơ cấu lái sẽ ngừng lại để chiếc xe duy trì trạng thái chạy trên đường thẳng. Nếu rẽ vào góc cua, hệ thống phân phối trọng lượng sẽ dồn tải lên bánh ngoài nhiều hơn bánh trong để xu hướng lái gây ảnh hưởng lớn đến xe. Khi bánh ngoài cong dương cố gắng lái chiếc xe ra khỏi góc, hiện tượng thiếu lái sẽ nảy sinh. Ngược lại, nếu cả hai bánh đều bị cong âm, chiếc xe sẽ rơi vào tình trạng thừa lái.
Đối với loại xe FF, các nhà sản xuất thường trang bị thêm góc cam âm cho bánh trước để giảm thiếu lái. Tương tự, góc cam dương được ứng dụng cho những chiếc 911 tải sau.
Góc cam dương/âm đóng vai trò rất quan trọng nhưng chẳng ai muốn góc cam bị thay đổi khi bánh bị xóc hoặc thân xe lăn vào cua nếu không cơ cấu lái xe sẽ trở nên khó điều khiển. Do đó, mọi người thường nghiêng về loại hệ thống treo có góc cam thay đổi dưới mọi điều kiện. Hệ thống treo đòn chữ A kép với chiều dài bất cân đối và đòn chữ A kép bất song song thường được coi là hai lựa chọn hoàn hảo nhất. Đó là lý do tại sao từ những chiếc xe thể thao tới Công thức 1 đều sử dụng loại hệ thống treo kể trên.
Cảm giác, phản ứng cũng như hoạt động tự điều hướng là một chức năng của góc lăn, lái và nghiêng giảm xóc. Phản ứng lái và mất cân bằng mômen lái:
Cơ cấu lái phải mang đến cảm giác cho người lái để họ cảm nhận được những gì đang diễn ra khi đạt đến giới hạn cua của bánh xe. Ngoài ra, nó còn phải thực hiện một số hoạt động tự điều hướng nhưng không được quá mạnh để tránh gây ra cảm giác mệt nhọc hoặc mất độ nhạy. Cảm giác, phản ứng cũng như hoạt động tự điều hướng là một chức năng của góc lăn, lái và nghiêng giảm xóc.
Mặt tiết diện D (steering offset: khoảng cách giữa trục tâm lốp xe với trục bánh) càng lớn thì nỗ lực tự điều hướng càng phát sinh nhiều tương tự như mối quan hệ giữa góc lăn và hoạt động tự điều hướng.
Nếu chiếc xe dẫn động cầu trước, D sẽ gây ra hiện tượng mất cân bằng mô men lái (torque steer). Nguyên nhân là do lực kéo đẩy vùng tiếp xúc của bánh trước về phía trước khiến chúng xoay xung quanh trục chính chiếu xuống mặt đường. Torque steer là tích của D và lực kéo. Do đó, lượng torque steer sẽ tỷ lệ với bán kính lái D. Cách giải quyết tình trạng torque steer là tạo thêm độ nghiêng cho trục chính để giảm D. Điều này rất dễ thực hiện trong hệ thống treo đòn chữ A kép trái ngược với hệ thống treo thanh giằng MacPherson dùng trục chính như lò xo và giảm xóc. Nếu trục chính nghiêng quá mức sẽ tạo ra lực bên lớn truyền qua lò xo/giảm xóc tới thân xe, từ đó dẫn đến hiện tượng rung và bất cân bằng.
Vì vậy, có thể nói hệ thống treo thanh giằng MacPherson không thích hợp cho loại xe dẫn động cầu trước với động cơ công suất lớn điển hình như Alfa Romeo 164. Chẳng có gì ngạc nhiên khi “hậu duệ” 166 đã đổi sang sử dụng hệ thống treo đòn chữ A kép phía trước.
So với hệ thống treo thanh giằng MacPherson, hệ thống treo đòn chữ A kép dễ tạo độ nghiêng cho trục chính hơn để giảm bán kính lái D. Độ cứng khung gầm:
Phương thức cuối cùng để cải thiện khả năng điều khiển cho xe là gia cố khung gầm. Từ cuối những năm 1980, chúng ta thấy rằng độ cứng của khung gầm trang bị cho loại xe mới đã được tăng lên đáng kể. Mỗi khi một chiếc xe mới ra đời, nhà sản xuất đều phải cam đoan đã tăng độ cứng xoắn lên ít nhất 20%. Nguyên nhân một phần là do những yêu cầu khắt khe trong việc bảo vệ người sử dụng khi xảy ra va chạm. Phần khác là do nhu cầu nâng cao khả năng điều khiển.
Một chiếc xe sở hữu bộ khung gầm yếu rất dễ bị cong và méo mó do tác động của lực. Nếu trang bị lò xo và bộ doãn xung cứng chắc cho hệ thống treo, hiện tượng xóc xẽ được truyền trực tiếp tới khung gầm. Khung gầm yếu sẽ bị méo mó và bẻ cong gây biến dạng cho hệ thống treo, tạo ra cơ cấu lái bất cân bằng cũng như những tác động bên vốn không phải là “đối tượng” cần giải quyết của hệ thống treo nguyên bản. Do đó, một bộ khung gầm yếu phải đi kèm với lò xo và bộ doãn xung mềm dẻo.
Để cải thiện khả năng điều khiển cho xe, nên sử dụng loại lò xo và doãn xung cứng rắn miễn là thoải mái trong quá trình lái. Vì vậy, cần trang bị cho xe bộ khung gầm rắn chắc kết hợp với hệ thống treo chắc chắn để tránh tình trạng bị cong hoặc méo.
Khi một chiếc xe ôm cua, trọng lực trung tâm (CG) của nó sẽ bị lực ly tâm chi phối. Bánh xe tạo ra góc trượt, do đó lực ma sát sẽ ngược với lực ly tâm sao cho chiếc xe tiếp tục cua mà không bị trượt.
Bánh xe tạo ra góc trượt, do đó lực ma sát sẽ ngược với lực ly tâm sao cho chiếc xe tiếp tục cua mà không bị trượt.
Trái lại, loại xe dồn trọng lượng về phía sau sở hữu góc trượt ở đuôi lớn hơn và gây ra hiện tượng thừa lái. Tương tự như vậy, chúng ta cũng có thể tìm được một chiếc xe cân bằng 50/50 với cơ cấu lái cân bằng. Đây là cơ cấu lái tối ưu nhất. Trong trường hợp này, chúng ta bỏ qua hiện tượng thừa lái vì không điều khiển được như trong dòng xe dẫn động cầu sau.
Loại xe dẫn động cầu sau, động cơ đặt trước (FR) là đối tượng dễ phân phối trọng lượng trước/sau 50/50 nhất.
Loại xe dẫn động cầu sau, động cơ đặt giữa (MR) thường dồn trọng lượng về phía sau với tỷ số 40/60 không được đánh giá cao trong trường hợp này. Tuy nhiên, cần nhớ rằng phản ứng lái linh hoạt, cảm giác lái và trạng thái cân bằng có ý nghĩa rất quan trọng.
Loại xe dẫn động cầu trước, động cơ đặt trước (FF) bị đánh giá rất thấp về mặt phân phối trọng lượng cân bằng. Khi tất cả bộ phận cơ khí nặng nề như động cơ, hệ dẫn động, bộ vi sai đều nằm trên đầu xe, đương nhiên trục trước sẽ phải chiếm 2/3 trọng lượng. Điều này dẫn đến hiện tượng thiếu lái trầm trọng. Ngoài tình trạng thiếu lái do cấu hình dẫn động cầu trước gây ra, hậu quả còn nghiêm trọng hơn nữa. Từ đó, nảy sinh nhu cầu cải tiến hệ thống treo và cơ cấu lái để bù lại. Đối với một số mẫu xe, chúng ta cần phải cân nhắc thật kỹ trước khi lựa chọn. Ví dụ điển hình là chiếc Alfa GTV trang bị cơ cấu lái 2,2 cực nhạy để đối phó với hiện tượng thiếu lái đồng thời ngốn rất nhiều công sức của người sử dụng trong quá trình điều khiển. Nếu tay lái trợ lực được cải thiện, cảm giác lái sẽ giảm hẳn đi. Hệ thống treo đa liên kết cũng là một lựa chọn lý tưởng để bù tình trạng thiếu lái vì cấu tạo của nó có thể độ lại so với hệ thống treo thanh giằng MacPherson nguyên bản.
Một vấn đề rắc rối khác liên quan đến chiếc Alfa động cơ V6 3.0 lit là phần đầu xe nặng nề làm nảy sinh nhiều hạn chế trong quá trình điều khiển so với phiên bản 2.0 rẻ và chậm hơn gây đau đầu cho bộ phận marketing.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cái gì cũng có ngoại lệ đặc biệt là khi toàn bộ dòng xe sản xuất hàng loạt đều bị hạn chế bởi nhiều yếu tố như đóng gói, yêu cầu tinh chỉnh, chi phí… Cùng sở hữu những hạn chế tương tự nhưng Alfa 156 thậm chí còn đi kèm cơ cấu lái linh hoạt hơn cả “đồng nghiệp yểu mệnh” BMW 3-Series. Mặc dù gần đây rất nhiều chiếc sedan hạng nhỏ, thể thao và hạng sang dẫn động cầu sau được hồi sinh nhưng FF vẫn là lựa chọn phổ biến cho các hãng xe eo hẹp ngân quỹ nhờ lợi thế chi phí thấp và tiết kiệm không gian.
Cơ cấu lái bất cân bằng do hệ thống treo:
Như đã nói, hệ thống treo có thể ảnh hưởng rất lớn đến cơ cấu lái. Thông thường, hệ thống treo được tận dụng để bù xu hướng lái không theo ý muốn do tình trạng phân phối trọng lượng bất cân bằng và FWD/RWD.
Góc cam – yếu tốc quyết định thiếu lái và thừa lái:
Hiện tượng bánh xe không vuông góc với mặt đường gọi là cong, nghiêng về giữa xe là cong âm và nghiêng ra ngoài là cong dương.
Khi bị cong dương do tính co giãn của lốp, bánh xe sẽ biến dạng giống hình đáy nón. Nó sẽ có xu hướng xoay xung quanh đỉnh nón. Hiện nay, bánh xe thường được sản xuất sao cho tránh nghiêng về giữa xe.
Nếu cả bánh trái và phải đều bị cong dương (nghĩa là chúng nghiêng theo hướng đối nhau) thì cơ cấu lái sẽ ngừng lại để chiếc xe duy trì trạng thái chạy trên đường thẳng. Nếu rẽ vào góc cua, hệ thống phân phối trọng lượng sẽ dồn tải lên bánh ngoài nhiều hơn bánh trong để xu hướng lái gây ảnh hưởng lớn đến xe. Khi bánh ngoài cong dương cố gắng lái chiếc xe ra khỏi góc, hiện tượng thiếu lái sẽ nảy sinh. Ngược lại, nếu cả hai bánh đều bị cong âm, chiếc xe sẽ rơi vào tình trạng thừa lái.
Đối với loại xe FF, các nhà sản xuất thường trang bị thêm góc cam âm cho bánh trước để giảm thiếu lái. Tương tự, góc cam dương được ứng dụng cho những chiếc 911 tải sau.
Góc cam dương/âm đóng vai trò rất quan trọng nhưng chẳng ai muốn góc cam bị thay đổi khi bánh bị xóc hoặc thân xe lăn vào cua nếu không cơ cấu lái xe sẽ trở nên khó điều khiển. Do đó, mọi người thường nghiêng về loại hệ thống treo có góc cam thay đổi dưới mọi điều kiện. Hệ thống treo đòn chữ A kép với chiều dài bất cân đối và đòn chữ A kép bất song song thường được coi là hai lựa chọn hoàn hảo nhất. Đó là lý do tại sao từ những chiếc xe thể thao tới Công thức 1 đều sử dụng loại hệ thống treo kể trên.
Cảm giác, phản ứng cũng như hoạt động tự điều hướng là một chức năng của góc lăn, lái và nghiêng giảm xóc.
Cơ cấu lái phải mang đến cảm giác cho người lái để họ cảm nhận được những gì đang diễn ra khi đạt đến giới hạn cua của bánh xe. Ngoài ra, nó còn phải thực hiện một số hoạt động tự điều hướng nhưng không được quá mạnh để tránh gây ra cảm giác mệt nhọc hoặc mất độ nhạy. Cảm giác, phản ứng cũng như hoạt động tự điều hướng là một chức năng của góc lăn, lái và nghiêng giảm xóc.
Mặt tiết diện D (steering offset: khoảng cách giữa trục tâm lốp xe với trục bánh) càng lớn thì nỗ lực tự điều hướng càng phát sinh nhiều tương tự như mối quan hệ giữa góc lăn và hoạt động tự điều hướng.
Nếu chiếc xe dẫn động cầu trước, D sẽ gây ra hiện tượng mất cân bằng mô men lái (torque steer). Nguyên nhân là do lực kéo đẩy vùng tiếp xúc của bánh trước về phía trước khiến chúng xoay xung quanh trục chính chiếu xuống mặt đường. Torque steer là tích của D và lực kéo. Do đó, lượng torque steer sẽ tỷ lệ với bán kính lái D. Cách giải quyết tình trạng torque steer là tạo thêm độ nghiêng cho trục chính để giảm D. Điều này rất dễ thực hiện trong hệ thống treo đòn chữ A kép trái ngược với hệ thống treo thanh giằng MacPherson dùng trục chính như lò xo và giảm xóc. Nếu trục chính nghiêng quá mức sẽ tạo ra lực bên lớn truyền qua lò xo/giảm xóc tới thân xe, từ đó dẫn đến hiện tượng rung và bất cân bằng.
Vì vậy, có thể nói hệ thống treo thanh giằng MacPherson không thích hợp cho loại xe dẫn động cầu trước với động cơ công suất lớn điển hình như Alfa Romeo 164. Chẳng có gì ngạc nhiên khi “hậu duệ” 166 đã đổi sang sử dụng hệ thống treo đòn chữ A kép phía trước.
So với hệ thống treo thanh giằng MacPherson, hệ thống treo đòn chữ A kép dễ tạo độ nghiêng cho trục chính hơn để giảm bán kính lái D.
Phương thức cuối cùng để cải thiện khả năng điều khiển cho xe là gia cố khung gầm. Từ cuối những năm 1980, chúng ta thấy rằng độ cứng của khung gầm trang bị cho loại xe mới đã được tăng lên đáng kể. Mỗi khi một chiếc xe mới ra đời, nhà sản xuất đều phải cam đoan đã tăng độ cứng xoắn lên ít nhất 20%. Nguyên nhân một phần là do những yêu cầu khắt khe trong việc bảo vệ người sử dụng khi xảy ra va chạm. Phần khác là do nhu cầu nâng cao khả năng điều khiển.
Một chiếc xe sở hữu bộ khung gầm yếu rất dễ bị cong và méo mó do tác động của lực. Nếu trang bị lò xo và bộ doãn xung cứng chắc cho hệ thống treo, hiện tượng xóc xẽ được truyền trực tiếp tới khung gầm. Khung gầm yếu sẽ bị méo mó và bẻ cong gây biến dạng cho hệ thống treo, tạo ra cơ cấu lái bất cân bằng cũng như những tác động bên vốn không phải là “đối tượng” cần giải quyết của hệ thống treo nguyên bản. Do đó, một bộ khung gầm yếu phải đi kèm với lò xo và bộ doãn xung mềm dẻo.
Để cải thiện khả năng điều khiển cho xe, nên sử dụng loại lò xo và doãn xung cứng rắn miễn là thoải mái trong quá trình lái. Vì vậy, cần trang bị cho xe bộ khung gầm rắn chắc kết hợp với hệ thống treo chắc chắn để tránh tình trạng bị cong hoặc méo.
