Động lực 101: P3 – Sử dụng thanh ổn định cơ khí trên xe

Khi xe đánh lái, hiện tượng mất ổn định theo phương ngang (lateral instability)  có thể xảy ra. Đặc biệt, nếu xe di chuyển ở tốc độ cao và đánh lái gấp, xe có thể sẽ bị lật ngang (rollover). Có rất nhiều giải pháp để hạn chế hiện tượng lật ngang thân xe, một trong các giải pháp được sử dụng phổ biến chính là trang bị thanh ổn định.

Thanh ổn định hay còn được gọi là thanh cân bằng (stabilizer bar), thanh chống lật (anti-roll bar, sway bar) được trang bị trên hầu hết các dòng xe ngày nay. Thực tế, các dòng xe phổ thông thường sử dụng thanh ổn định cơ khí bị động (passive).

Trong khi đó, thanh ổn định tích cực (active) điều khiển thủy lực hoặc điện tử thường được trang bị trên các dòng xe cao cấp. Bài viết này sẽ tập trung vào việc giới thiệu và đánh giá hiệu quả của thanh ổn định cơ khí.

Thanh ổn định cơ khí là một chi tiết đơn giản được trang bị tại cả hai cầu của xe. Thông thường, thanh này được chế tạo từ thép đàn hồi với tiết diện tròn, phần lớn được làm rỗng bên trong. Hình dáng chủ yếu của thanh ổn định sẽ là dạng chữ U đối xứng.

Tuy nhiên, một số loại thanh ổn định sẽ được chế tạo với các hình dáng khác biệt để phù hợp với vị trí và yêu cầu của từng loại xe. Hai đầu của thanh ổn định được gắn với cơ cấu chịu tải ở vị trí bánh xe, phần thân của thanh được đỡ trên hai ổ cao su bắt với thân xe. Trên thực tế, giá thành của thanh ổn định cơ khí khá rẻ, tuổi thọ và độ bền cao, hiếm khi xảy ra các vấn đề hư hỏng.

Nguyên lý hoạt động của thanh ổn định được trình bày một cách đơn giản như sau: Khi xe đi thẳng trên nền đường có mấp mô, thanh ổn định có thể xoay nhẹ nhàng quanh hai ổ đỡ cao su với góc xoay rất nhỏ. Khi đó, có thể coi như thanh chưa hoạt động.

Khi xe đánh lái, dưới tác dụng của lực ly tâm, thân xe bị nghiêng, thân xe bị nghiêng. Lúc này, tải trọng của xe sẽ thay đổi. Bánh xe phía trong cung quanh vòng sẽ được bớt một lượng tải trọng và bánh xe phía ngoài cung quay vòng sẽ phải chịu thêm một lượng tải trọng đúng bằng giá trị kia. Điều này khiến cho phần khối lượng không được treo (unsprung mass) ở bánh xe dịch chuyển tịnh tiến theo phương thẳng đứng.

Do đó, phần cánh tay đòn (phần đầu của thanh ổn định) tại hai bên bánh xe sẽ dịch chuyển theo hai chiều ngược nhau. Điều này dẫn đến việc phần thân của thanh ổn định bị xoắn lại. Nếu hiểu theo một cách đơn giản, momen đàn hồi của thanh sinh ra sẽ triệt tiêu một phần chênh lệch tải trọng giữa hai bên bánh xe. Từ đó, góc nghiêng thân xe sẽ được giảm xuống, xe có thể di chuyển ổn định và an toàn hơn trên đường.

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp nguy hiểm (xe chuyển động ở tốc độ cao, góc đánh lái quá lớn…), thanh ổn định cơ khí chưa thể đáp ứng được các yêu cầu về an toàn cho xe. Lúc này, biện pháp được đề xuất là sử dụng thanh ổn định tích cực (thủy lực, điện tử) để nâng cao hiệu quả ổn định cho xe. Nội dung này sẽ được giới thiệu ở các phần tiếp theo thuộc series Động lực 101 chỉ có trên Otoman.