Nguyên Lý Hoạt Động Của Hệ Thống Treo Khí Nén Trên Ô Tô

Nguyên lý hoạt động của hệ thống treo khí nén khác hệ thống treo dùng lò xo thép ở một điểm quan trọng: phần tử đàn hồi chịu tải của xe là các bầu chứa khí có thể được bổ sung hoặc giảm lượng khí theo điều kiện vận hành.

Nhờ kết hợp bóng hơi hoặc phuộc hơi với máy nén, cụm van, cảm biến chiều cao và bộ điều khiển, hệ thống có thể duy trì chiều cao thân xe khi tải trọng thay đổi. Trên nhiều dòng xe, nó còn cho phép nâng gầm, hạ thân xe hoặc tự điều chỉnh chiều cao theo chế độ lái.

Vì vậy, treo khí nén không đơn thuần là một loại “lò xo bằng không khí”. Đây là một hệ thống có khả năng đo chiều cao thực tế, điều chỉnh lượng khí và liên tục kiểm soát vị trí thân xe.

Hệ thống treo khí nén khác treo lò xo thông thường thế nào?

Ở hệ thống treo thông thường, lò xo thép chịu phần lớn tải trọng của thân xe. Khi bánh xe đi qua mặt đường gồ ghề, lò xo nén và giãn, còn giảm xóc kiểm soát chuyển động đó để thân xe không tiếp tục dao động quá nhiều.

Với treo khí nén ô tô, bầu khí đảm nhiệm vai trò của phần tử đàn hồi chịu tải.

Bên trong bầu là khí nén. Khi hệ thống bổ sung hoặc giảm lượng khí, thể tích làm việc và vị trí của bầu thay đổi, từ đó cho phép hệ thống điều chỉnh chiều cao thân xe.

Điểm đáng chú ý nhất của hệ thống treo khí nén vì thế là khả năng thay đổi và duy trì chiều cao, chứ không chỉ vấn đề êm hay cứng.

Hệ thống treo khí nén gồm những bộ phận nào?

Cấu tạo cụ thể khác nhau theo hãng và từng dòng xe, nhưng để hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống treo khí nén, có thể chia nó thành năm nhóm chính.

Bóng hơi hoặc bầu hơi

Bầu hơi là phần chứa khí và trực tiếp tham gia chịu tải của thân xe. Khi tải trọng tác động lên xe thay đổi, hình dạng và điều kiện làm việc của bầu cũng thay đổi. Hệ thống sẽ điều chỉnh lượng khí để đưa chiều cao thân xe về mức mong muốn. Tên gọi ngoài thực tế khá đa dạng như bóng hơi, bầu hơi hoặc bóng treo.

Phuộc hơi và giảm xóc

Bầu hơi không đồng nghĩa với giảm xóc. Bầu hơi cung cấp lực đàn hồi và chịu tải, trong khi giảm xóc kiểm soát tốc độ nén – giãn của hệ thống treo. Trên một số xe, hai thành phần này được tích hợp chung thành một cụm nên thường được gọi là phuộc hơi. Trên thiết kế khác, bầu khí và giảm xóc là hai chi tiết tách rời.

Đây là lý do khi một xe được nói là “hỏng phuộc hơi”, vẫn cần xác định cụ thể phần bầu khí, giảm chấn hay thành phần liên quan nào thực sự gặp vấn đề.

Máy nén khí

Máy nén tạo nguồn khí cho hệ thống. Khi cần nâng chiều cao hoặc bổ sung lượng khí, máy nén có thể hoạt động để đưa khí vào mạch treo.

Một số hệ thống còn sử dụng bình chứa khí áp suất để dự trữ nguồn khí. Nhờ đó, không phải mọi thay đổi nhỏ về chiều cao đều yêu cầu máy nén khởi động ngay lập tức.

Cụm van phân phối

Cụm van điều khiển đường đi của khí giữa nguồn khí và các bầu hơi. Bộ điều khiển có thể yêu cầu mở hoặc đóng những đường khí phù hợp để điều chỉnh một góc xe, một cầu hoặc nhiều vị trí tùy thiết kế.

Nó là thành phần rất quan trọng vì xe không chỉ cần tạo được khí nén mà còn phải đưa lượng khí đó tới đúng vị trí cần điều chỉnh.

Cảm biến chiều cao và bộ điều khiển

Cảm biến chiều cao giúp hệ thống biết vị trí thân xe so với hệ thống treo hoặc bánh xe. Dữ liệu này được gửi về bộ điều khiển.

Từ chiều cao thực tế, tải trọng và yêu cầu vận hành, bộ điều khiển có thể quyết định:

• giữ nguyên trạng thái;
• bổ sung khí;
• giảm lượng khí;
• nâng một vị trí;
• cân bằng lại thân xe;
• hoặc thay đổi chiều cao theo chế độ được thiết lập.

Có thể xem cảm biến là phần đo, còn bộ điều khiển là phần ra quyết định.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống treo khí nén khi nâng gầm

Giả sử xe đang ở chiều cao tiêu chuẩn và người lái chọn chế độ nâng gầm. Hệ thống không đơn giản bật máy nén trong một khoảng thời gian cố định. Quá trình thường diễn ra theo một vòng kiểm soát có phản hồi.

Bước 1: Xác định chiều cao hiện tại

Cảm biến chiều cao ghi nhận vị trí thân xe. Bộ điều khiển so sánh dữ liệu này với chiều cao mà hệ thống đang yêu cầu. Nếu xe còn thấp hơn mức mục tiêu, hệ thống xác định cần tiếp tục nâng.

Bước 2: Bổ sung khí tới các bầu hơi

Nguồn khí có thể đến từ máy nén hoặc bình chứa tùy thiết kế. Cụm van mở đường khí tới vị trí cần điều chỉnh. Khi có thêm khí đi vào bầu, bầu hơi giãn theo cấu tạo của hệ thống và nâng thân xe lên.

Điểm quan trọng ở đây là hệ thống đang điều chỉnh lượng khí trong bầu, không đơn giản lấy một con số áp suất cố định rồi áp dụng cho mọi điều kiện tải.

Bước 3: Theo dõi chiều cao trong quá trình nâng

Trong khi thân xe đi lên, cảm biến vẫn tiếp tục ghi nhận vị trí thực tế. Khi đạt chiều cao mục tiêu, bộ điều khiển ngừng quá trình bổ sung khí và đóng các đường điều khiển cần thiết.

Cơ chế điều khiển này cũng được thể hiện trong tài liệu kỹ thuật về điều chỉnh chiều cao bằng treo khí nén của Continental: cảm biến xác định chiều cao và áp suất, gửi dữ liệu tới bộ điều khiển để hệ thống đóng hoặc mở van phù hợp và duy trì chiều cao yêu cầu.

Nhờ cơ chế phản hồi này, hệ thống có thể dừng đúng tại chiều cao yêu cầu thay vì chỉ ước lượng theo thời gian hoạt động của máy nén.

Xe treo khí nén hạ gầm như thế nào?

Khi xe cần hạ xuống, hệ thống thực hiện quá trình theo chiều ngược lại. Bộ điều khiển yêu cầu giảm lượng khí tại các bầu hơi cần hạ. Tùy cấu tạo từng hệ thống, khí có thể được xả ra ngoài hoặc được quản lý theo mạch khí riêng của xe.

Khi lượng khí trong bầu giảm, chiều cao thân xe hạ xuống. Cảm biến vẫn liên tục theo dõi cho đến khi xe đạt vị trí được yêu cầu.

Vì vậy, dù nâng hay hạ, nguyên lý chung vẫn là: Đo chiều cao → điều chỉnh lượng khí → kiểm tra lại chiều cao → dừng tại vị trí mục tiêu. Đây chính là phần cốt lõi của nguyên lý hoạt động của hệ thống treo khí nén.

Vì sao xe chở thêm người nhưng thân xe vẫn có thể giữ chiều cao?

Khả năng này thường được gọi là tự cân bằng chiều cao. Khi hành khách hoặc hành lý làm tải trọng tăng lên, thân xe có xu hướng hạ thấp. Cảm biến chiều cao phát hiện sự thay đổi. Nếu chiều cao thực tế thấp hơn mức mà hệ thống cần duy trì, bộ điều khiển có thể bổ sung khí vào các bầu tương ứng để đưa thân xe trở lại vị trí phù hợp.

Ví dụ dễ thấy là cầu sau của một chiếc SUV. Khi thêm nhiều hành lý, phần đuôi xe có xu hướng hạ xuống. Trên xe có treo khí nén tự cân bằng, hệ thống có thể bổ sung khí ở phía sau để đưa chiều cao trở lại gần mức đã thiết lập. Khi tải được lấy ra, chiều cao lại thay đổi và hệ thống có thể điều chỉnh theo hướng ngược lại.

Chính đặc điểm này giúp treo khí nén khác đáng kể với một bộ lò xo có độ cứng cố định.

Vì sao một số xe có thể tự hạ thấp khi chạy nhanh?

Một số hệ thống treo khí nén có nhiều mức chiều cao được lập trình sẵn. Khi điều kiện phù hợp, xe có thể tự hạ thân xuống để phục vụ các mục tiêu như:

• giảm khoảng sáng gầm;
• cải thiện đặc tính khí động học;
• thay đổi trạng thái vận hành ở tốc độ cao;
• phối hợp với chế độ lái.

Ngược lại, khi cần thêm khoảng sáng gầm, một số xe cho phép người lái chọn mức cao hơn.

Tuy nhiên, không nên hiểu rằng xe dùng treo khí nén nào cũng có đầy đủ chức năng này. Mức nâng, tốc độ được phép sử dụng từng mức chiều cao và logic điều khiển hoàn toàn phụ thuộc vào từng mẫu xe.

Treo khí nén có phải lúc nào cũng êm hơn treo lò xo?

Không hẳn! Khả năng điều chỉnh bằng bầu khí tạo điều kiện để nhà sản xuất tối ưu sự thoải mái, nhưng cảm giác thực tế của xe còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

• cấu tạo bầu khí;
• thiết kế hệ thống treo;
• đặc tính của giảm xóc;
• hệ thống giảm chấn điều khiển điện tử nếu có;
• kích thước bánh và lốp;
• chế độ lái;
• cách nhà sản xuất hiệu chỉnh chiếc xe.

Một chiếc SUV sang trọng dùng treo khí nén có thể được thiết lập thiên về êm ái. Một mẫu xe hiệu năng cao cũng dùng treo khí nén nhưng lại có cách kiểm soát thân xe chặt chẽ hơn.

Do đó, treo khí nén có khả năng kiểm soát chiều cao và đặc tính đàn hồi linh hoạt, nhưng không đồng nghĩa mọi xe treo khí đều “mềm”.

Treo khí nén và treo thích ứng có phải một hệ thống không?

Hai khái niệm có thể xuất hiện trên cùng một chiếc xe nhưng không hoàn toàn giống nhau. Treo khí nén nói tới việc sử dụng bầu khí làm phần tử đàn hồi của hệ thống treo.

Trong khi đó, treo thích ứng thường nói tới khả năng điều chỉnh một hoặc nhiều đặc tính của hệ thống treo theo điều kiện vận hành, chẳng hạn đặc tính giảm chấn.

Một chiếc xe có thể dùng:

• treo khí nén kết hợp giảm chấn điều khiển điện tử;
• treo khí nhưng giảm chấn có cấu hình khác;
• hoặc lò xo thép kết hợp giảm chấn thích ứng.

Vì vậy, thấy một chiếc xe có chế độ Comfort/Sport không đồng nghĩa mặc định xe đó sử dụng bóng hơi.

Vì sao treo khí nén có thể bị xệ một bên hoặc nâng chậm?

Để duy trì chiều cao đúng, toàn bộ hệ thống phải phối hợp bình thường. Bầu khí phải giữ được lượng khí cần thiết, các đường khí và van phải kiểm soát được dòng khí, nguồn khí phải đủ và cảm biến phải cung cấp thông tin phù hợp.

Khi một mắt xích hoạt động không đúng, chủ xe có thể nhận thấy:

• một góc xe thấp hơn bên còn lại;
• một cầu xe bị hạ;
• để xe một thời gian rồi thân xe thấp xuống;
• xe mất nhiều thời gian để nâng;
• máy nén hoạt động thường xuyên bất thường;
• chiều cao thay đổi không đúng yêu cầu;
• xuất hiện cảnh báo hệ thống treo.

Tuy nhiên, xe xệ không đồng nghĩa chắc chắn bóng hơi đã thủng. Biểu hiện chiều cao bất thường có thể liên quan tới bầu khí, đường khí, cụm van, nguồn khí, cảm biến hoặc phần điều khiển.

Bởi vậy, bài toán sửa chữa không nên bắt đầu bằng câu “thay bóng nào”, mà trước hết phải xác định hệ thống đang mất khả năng duy trì chiều cao ở đâu.

Máy nén chạy nhiều có nghĩa là máy nén sắp hỏng không?

Chưa thể kết luận chỉ từ việc nghe máy nén hoạt động. Máy nén vốn phải chạy khi hệ thống cần tạo thêm nguồn khí. Điều đáng chú ý hơn là thói quen hoạt động của nó thay đổi rõ rệt so với trước đây.

Ví dụ:

• máy nén chạy thường xuyên hơn;
• thời gian chạy kéo dài;
• xe nâng lên rất chậm;
• thân xe thường xuyên phải tự cân bằng lại.

Trong những trường hợp đó, bản thân máy nén có thể cần được kiểm tra, nhưng cũng có khả năng nó đang phải làm việc quá nhiều vì hệ thống bị thất thoát khí ở nơi khác.

Đây là lý do chỉ thay máy nén mà không xác định nguyên nhân khiến nó phải hoạt động liên tục chưa chắc giải quyết được vấn đề.

Khi nào hệ thống treo khí nén nên được kiểm tra?

Hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống treo khí nén cũng giúp chủ xe nhận ra một điều: chiều cao bất thường có thể là kết quả của nhiều bộ phận trong cùng hệ thống, chứ không chỉ riêng bóng hơi.

Nên kiểm tra khi:

• xe xệ rõ ở một góc hoặc một cầu;
• xe hạ thấp sau khi để một thời gian;
• nâng gầm chậm hơn bình thường;
• xe không đạt được chiều cao yêu cầu;
• máy nén hoạt động nhiều bất thường;
• xuất hiện cảnh báo treo;
• thân xe quá thấp làm ảnh hưởng khả năng vận hành.

Nếu xe đã có các biểu hiện này, việc kiểm tra hệ thống và sửa bóng hơi ô tô khi xác định đúng hư hỏng sẽ phù hợp hơn việc mặc định thay bầu hơi chỉ dựa vào hiện tượng xe xệ.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống treo khí nén có dùng lò xo thép không?

Phần tử đàn hồi chính của hệ thống treo khí nén thường là bầu khí thay cho lò xo thép thông thường. Tuy nhiên, cấu trúc tổng thể của hệ thống treo còn phụ thuộc từng mẫu xe.

Bóng hơi và phuộc hơi có giống nhau không?

Không hoàn toàn. Bóng hoặc bầu hơi là phần chứa khí tạo lực đàn hồi và chịu tải. Phuộc hơi thường được dùng để gọi một cụm trong đó bầu khí và giảm xóc được tích hợp với nhau.

Vì sao xe treo khí nén có thể tự nâng gầm?

Hệ thống xác định chiều cao thông qua cảm biến, sau đó điều khiển nguồn khí và các van để bổ sung khí vào bầu hơi cho đến khi thân xe đạt chiều cao được yêu cầu.

Vì sao treo khí nén có thể tự cân bằng khi xe chở nặng?

Khi tải tăng làm thân xe thấp xuống, cảm biến nhận biết thay đổi chiều cao. Hệ thống có thể bổ sung khí vào các bầu tương ứng để đưa thân xe trở lại mức được thiết lập.

Xe xệ qua đêm có chắc bóng hơi bị rò không?

Chưa chắc. Hệ thống còn có đường khí, van và nhiều thành phần khác có thể ảnh hưởng tới khả năng giữ khí và duy trì chiều cao. Cần kiểm tra trước khi kết luận bầu hơi hỏng.

Treo khí nén có phải treo điện tử không?

Không hoàn toàn đồng nghĩa. Treo khí nén mô tả hệ thống sử dụng khí làm phần tử đàn hồi; điều khiển điện tử có thể được dùng để quản lý chiều cao, van, máy nén hoặc giảm chấn tùy cấu hình xe.

Kết luận

Nguyên lý hoạt động của hệ thống treo khí nén có thể tóm gọn thành một vòng điều khiển: hệ thống xác định chiều cao thân xe, điều chỉnh lượng khí tại các bầu hơi và tiếp tục theo dõi cho đến khi xe đạt vị trí mong muốn.

Bầu hơi đảm nhiệm vai trò đàn hồi và chịu tải, nguồn khí cung cấp lượng khí cần thiết, cụm van phân phối khí, cảm biến theo dõi chiều cao và bộ điều khiển phối hợp toàn bộ quá trình.

Nhờ cơ chế này, xe có thể duy trì chiều cao khi tải trọng thay đổi và trên những cấu hình phù hợp còn chủ động nâng hoặc hạ gầm theo điều kiện vận hành.

Khi xe xuất hiện tình trạng xệ, nâng chậm hoặc máy nén hoạt động bất thường, không nên mặc định ngay một bộ phận cụ thể đã hỏng. Treo khí nén là một hệ thống gồm nhiều thành phần phối hợp với nhau, nên cần xác định chính xác phần nào không còn hoạt động đúng trước khi quyết định sửa chữa.