ไม่แรงอย่าแซงขับ 4 ?

รถยนต์ทั่วไป ขับเคลื่อนโดยการถ่ายทอดกำลังจากเครื่องยนต์ไปยังล้อ จะเป็นล้อคู่หน้า หรือล้อคู่หลัง ขึ้นอยู่กับความต้องการของวิศวกรรม นอกจากนี้ในรถประเภท เอสยูวี และ พีพีวี ยังมีออพชัน “ขับเคลื่อน 4 ล้อ” มาเป็น “ตัวเลือก” ซึ่งสร้างความสับสนให้คนซื้อรถพอสมควรว่ามีความจำเป็นเพียงใด เนื่องจากมีราคาสูงกว่ารุ่นขับเคลื่อน 2 ล้อ และยังแตกออกไปเป็นระบบต่างๆ อีกหลากหลาย ดังนั้นก็จะขอนำเรื่องราวของระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ มาแนะนำให้รู้จักกันมากขึ้น

ระบบส่งกำลังไปยังล้อทั้ง 4 ให้สามารถขับเคลื่อนไปได้พร้อมกัน เราเรียกรวมๆ ว่า “ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ” ไม่มีการเฉพาะเจาะจงไปถึงระบบใดระบบหนึ่ง แต่นิยามของ “การขับเคลื่อน 4 ล้อ” ยังสามารถแตกแยกย่อยออกไปตามลักษณะการทำงาน ที่วิศวกรออกแบบให้มีความแตกต่างกัน ได้แก่ ระบบ AWD, 4WD, และ IWD ซึ่งแต่ละระบบนั้นก็จะมีข้อดี ข้อด้อย ที่เหมาะสมกับสถานการณ์ต่างกัน   ระบบแรก “ออลล์วีลดไรฟ” (AWD) หรือระบบขับเคลื่อนทุกล้อ “ตลอดเวลา” เป็นระบบที่แพร่หลายที่สุดในยุคปัจจุบัน นิยมใช้ในรถที่มีน้ำหนักเบาทั่วไป เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพใช้งานในพื้นที่ที่มีแรงยึดเกาะต่ำ อาทิ ในทราย หรือเขตหนาวที่มีน้ำแข็ง หรือหิมะ รวมไปถึงรถที่ต้องการประสิทธิภาพในการถ่ายทอดกำลังลงสู่พื้นอย่างเต็มเม็ดเต็มหน่วย และให้อัตราเร่งที่ดีขึ้นกว่ารถขับเคลื่อน 2 ล้อ ซึ่งเราสามารถเห็นได้ในรถสปอร์ท และรถสมรรถนะสูงหลายรุ่น อาทิ เอาดี ทีที คูเป กวัตตโร, มิตซูบิชิ แลนเซอร์ เอโวลูชัน เป็นต้น ความแพร่หลายของระบบออลล์วีลดไรฟ ส่งผลให้มีการประดิษฐ์ชื่อทางการค้า หลากหลายในแต่ละบแรนด์ อาทิ โฟร์โมชัน (4MOTION) ของ โฟล์คสวาเกน, เอกซ์ดไรฟ (XDRIVE) ของ บีเอมดับเบิลยู, โฟร์เมทิค (4MATIC) ของ เมร์เซเดส-เบนซ์, เรียลไทม์ (REAL TIME) ของ ฮอนดา, ออลล์โฟร์ (ALL4) ของ มีนี และรถบางยี่ห้อก็เลือกใช้ ระบบออลล์วีลดไรฟ เป็นเอกลักษณ์ในการออกแบบระบบส่งกำลังของตัวเองไปเลย อาทิ ระบบ SYMMETRICAL AWD หรือ ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อแบบสมมาตร ของ ซูบารุ ที่ใช้อย่างต่อเนื่องในรถแทบทุกรุ่นของบแรนด์เป็นต้น   จุดเด่นของระบบนี้ คือ การถ่ายทอดกำลังไปยังล้อทั้ง 4 “ตลอดเวลา” โดยที่คนขับไม่ต้องสั่งงานใดๆ จึงง่ายต่อการใช้งานในชีวิตประจำวัน แต่เนื่องจากระบบนี้เน้นไปที่การใช้งานบนถนน หรือทางพื้นลื่นทั่วไป จากการที่สามารถเฉลี่ยกำลังเครื่องยนต์ไปยังล้อทั้ง 4 ได้พอๆ กัน และจากการที่ต้องการให้รถนั้นขับได้ง่าย จึงเลือกที่จะติดตั้งระบบเฟืองท้ายแบบ “เปิด” (OPEN TYPE DIFFERENTIAL) เหมือนกับรถทั่วไป   การที่ใช้เฟืองท้ายแบบ “เปิด” ทำให้รถสามารถเข้าโค้งได้สะดวก เนื่องจากในระบบนี้ ถูกออกแบบให้กระจายแรงบิดสู่ล้อทั้ง 2 ข้างเท่ากัน แต่ความเร็วของล้อ 2 ด้านสามารถแตกต่างกันได้ อาทิ เวลาเข้าโค้ง ล้อด้านนอกโค้งจะต้องหมุนมากรอบกว่าล้อด้านในโค้งเสมอ การออกแบบนี้ทำให้เข้าโค้งได้ไม่มีอาการ “ขืน” แต่ปัญหาที่เกิดขึ้น คือ หากมีล้อข้างใดข้างหนึ่งเกิดหมุนฟรีบนพื้นผิวที่มีแรงเสียดทานต่ำ อาทิ ล้อด้านหนึ่งตกหลุมโคลน กำลังเครื่องยนต์ทั้งหมดจะถูกส่งไปยังล้อข้างที่หมุนง่ายนั้น และไม่ส่งกำลังไปยังล้ออื่นๆ ทำให้เราสามารถเห็นได้บ่อยๆ รถทั่วไปเวลาเจอหลุมโคลน คนขับยิ่งเร่งเครื่อง รถก็ยิ่งตะกุยในหลุมนั้นทั้งๆ ที่ไม่มีแรงยึดเกาะถนนใดๆ ยิ่งเร่งก็ยิ่งจม หรือหากมีล้อใดล้อหนึ่งลอยขึ้นเหนือพื้น ล้อนั้นก็จะหมุน ขณะล้ออื่นที่สัมผัสพื้นอยู่ ไม่สามารถคืบคลานไปข้างหน้าได้ จึงเป็นที่มาของการคิดค้นระบบที่จะช่วยถ่ายกำลังจากล้อที่ลื่นไถลในเวลาต่อมา   เมื่อวิศวกรรู้ว่า รถยนต์ทั้งขับเคลื่อน 2 ล้อ และ 4 ล้อ ที่ใช้ระบบเฟืองท้ายแบบเปิดสามารถเกิดปัญหานี้ได้ รถสมรรถนะสูงจึงมักติดตั้งเฟืองท้ายแบบ “จำกัดการลื่นไถล” หรือ ลิมิเทด สลิพ ดิฟเฟอเรนเชียล (LIMITED SLIP DIFFERENTIAL หรือ LSD)   หลักการทำงาน คือ มันจะพยายามทำให้ล้อทั้ง 2 ข้างหมุนให้ได้ระยะทางเท่าๆ กัน โดยในการออกแบบจะระบุมาเลยว่า จะให้แบ่งการถ่ายกำลังไปยังล้ออีกข้างได้ร้อยละเท่าไรมาตั้งแต่ต้น ดังนั้น หากเกิดการลื่นไถลในล้อใดล้อหนึ่ง ล้ออีกฝั่งหนึ่งก็จะยังมีพลังในการควบคุมได้ รถแข่งทางเรียบและทางฝุ่น จะติดตั้งเฟืองท้าย ลิมิเทด สลิพ ทั้งสิ้น เพื่อให้แน่ใจว่า ไม่ว่าสถานการณ์ใดก็มีล้อใดล้อหนึ่งจะยังมีกำลังเสมอ (เรื่องราวของ ลิมิเทด สลิพ ดิฟเฟอเรนเชียล นี้ยังมีรายละเอียดอีกมาก จะขอนำมาแบ่งปันในโอกาสหน้านะครับ)   ดังนั้น เมื่อเราทราบแล้วว่า ระบบออลล์วีลดไรฟ นั้นมีจุดอ่อนในเรื่องการใช้งานในพื้นที่ทุรกันดารที่มีแรงยึดเกาะต่ำ ผู้ที่ต้องการใช้งานรถยนต์ในสถานการณ์เหล่านั้น จึงต้องเลือกรถขับเคลื่อน 4 ล้อ ในอีกรูปแบบหนึ่ง นั่นคือ รถชนิด 4WD หรือ 4x4 หรือที่เรียกกันติดปากว่า รถโฟร์วีลดไรฟ   รถประเภทนี้ มักจะมาพร้อมกับระบบขับเคลื่อนที่สามารถ “ลอค” เฟืองท้าย ได้ และจะส่งกำลังไปยังล้อซ้าย/ขวาเท่ากันตลอดเวลา และในรถบางรุ่นก็มีการติดตั้ง เฟืองท้ายตัวกลาง (CENTER DIFF-LOCK) ที่ใช้ในการกระจายกำลังเครื่องยนต์ไปยังล้อหน้าและล้อหลัง โดยสามารถลอคให้ล้อหน้าและล้อหลัง หมุนไปด้วยความเร็วรอบเท่ากันได้ ทำให้ แม้ว่าเราจะตกอยู่ในสถานการณ์ที่ล้อขับเคลื่อน 3 ล้อ ลื่นทั้งหมด โดยมีเพียงล้อเดียวที่อยู่บนพื้นที่มีแรงเสียดทานอยู่ ก็อาจจะพอนำรถให้เคลื่อนที่ออกมาได้     รถประเภทที่ติดตั้งระบบขับเคลื่อนชนิดนี้ มักจะพบได้ใน รถขนาดใหญ่ หรือ พิคอัพทรัค และดังที่กล่าวไว้แล้วข้างต้นว่า ระบบนี้ สามารถลอคเฟืองท้าย ให้ล้อด้านซ้ายและขวา หมุนที่ความเร็วเท่ากันได้ แม้ว่าจะช่วยเรื่องการถ่ายทอดกำลังในสภาวะถนนลื่นได้ แต่ขณะเดียวกันก็ทำให้เลี้ยวได้ยาก รถจะมีอาการขัดขืนไม่ยอมเลี้ยวไปในทิศทางที่ต้องการ   รถที่ติดตั้งระบบนี้อย่างเต็มรูปแบบ จะมีเฟืองท้ายลอคได้จำนวน 3 ชุดด้วยกัน คือ เฟืองท้ายตัวหน้า กลาง และหลัง ตัวอย่างเช่น เมร์เซเดส-เบนซ์ จี-คลาสส์ เป็นต้น   เพื่อที่จะแก้ปัญหานี้ รถที่ติดตั้งระบบขับเคลื่อนแบบ 4x4 มักจะให้ผู้ขับสามารถเลือกที่จะเข้าสู่โหมดการทำงานนี้ได้ด้วยตัวเอง โดยจะใช้เฉพาะในเวลาจำเป็นเท่านั้น เราจึงมักเรียกระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ แบบนี้ว่า “พาร์ทไทม์” โดยการเข้าสู่ระบบนี้อาจจะเข้าผ่านคันเกียร์ เข้าด้วยสวิทช์ หรือเข้าแบบอัตโนมัติ โดยในเวลาปกติก็จะเป็นรถที่ขับเคลื่อน 2 ล้อ การเปลี่ยนจากการขับเคลื่อน 2 ไป 4 ล้อนั้น สามารถทำได้ในขณะที่รถกำลังวิ่งอยู่   ถึงจุดนี้เราก็ยังไม่พบว่ารถ 4WD หรือ 4x4 ที่แท้จริงมันต่างกับ AWD มากเท่าใดนัก ก็เพราะยังไม่ได้เอ่ยถึงอาวุธหนักของรถประเภทนี้ นั่นก็คือ ชุดอัตราทดขับเคลื่อน 4 ล้อ แบบอัตราทดสูง เรียกว่าเกียร์ 4L หรือ 4 LOW ซึ่งมีติดตั้งเฉพาะในรถประเภทนี้เท่านั้น     ในรถ 4WD หรือ 4x4 สามารถเลือก ระบบขับเคลื่อนได้ทั้ง แบบ 2WD และ 4WD แต่ในระบบ 4WD ก็ยังแบ่งออกเป็น 2 ระดับ คือ 4H (4 HIGH) และ 4L (4 LOW) โดยหากเลือกเป็นชุดเกียร์ 4L แล้วอัตราทดเฟืองท้ายจะสูงกว่า 4H เกือบ 2 เท่าตัว ทำให้รถยนต์ไม่สามารถทำความเร็วได้มาก แต่กำลังและแรงบิดจะถูกนำไปใช้ในย่านความเร็วต่ำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า จึงเหมาะกับการใช้ไต่ก้อนหิน หรือลุยผ่านหลุมบ่อ ลำห้วย ทางทราย และทางโคลน เนื่องจากมีแรงฉุดสูง แต่ขณะเดียวกันการบังคับควบคุมจะยากขึ้นกว่าปกติไปด้วย ที่สำคัญในการเข้าใช้งานระบบ 4L นี้จะต้องทำขณะรถหยุดนิ่งเสมอ   แต่ที่ว่ามานี้ มิใช่ว่าระบบ AWD ทั้งหมดจะไม่สามารถลุยได้เลย เพราะในรถบางยี่ห้อ บางรุ่น อย่าง เรนจ์ โรเวอร์ นอกจากจะมี ลิมิเทด สลิพ ดิฟเฟอเรนเชียล ถึง 3 ชุด ยังมาพร้อมซอฟท์แวร์ที่จะช่วยวิเคราะห์ และจัดการการถ่ายทอดกำลัง ร่วมกับระบบรักษาเสถียรภาพการเกาะถนน หรือทแรคชัน คอนทโรล รวมถึงควบคุมการเปิดลิ้นคันเร่งให้นุ่มนวล ไม่ก่อให้เกิดการลื่นไถลของล้อ พร้อมกับจัดการสั่งงานให้เฟืองท้ายลอคเมื่อจำเป็น เพื่อจำกัดการถ่ายทอดกำลังไปยังล้อที่ลื่นไถลอัตโนมัติ   ระบบสุดท้ายที่จะขอกล่าวถึง ได้แก่ ระบบ IWD (INDIVIDUAL-WHEEL DRIVE) หรือระบบขับเคลื่อนแบบแยกอิสระ ระบบนี้พบได้ในรถไฟฟ้า ที่ล้อแต่ละข้างถูกขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์แต่ละชุด ซึ่งรถไฟฟ้าบางคันจะมีมอเตอร์ถึง 4 ตัว (มอเตอร์ขับเคลื่อนล้อละ 1 ตัว) การที่มอเตอร์สามารถทำงานส่งกำลังตรงไปยังล้อ นำมาซึ่งความสามารถในการควบคุมการเลี้ยว ในแบบที่เรียกว่าระบบ ทอร์ค เวคทอริง (TORQUE VECTORING) หรือระบบควบคุม “ทิศทางของแรงบิด”  

• RIMAC CONCEPT ONE

 

• MERCEDES-BENZ SLS AMG ELECTRIC DRIVE

  ระบบ IWD นี้สามารถสั่งงานให้ “มอเตอร์” ของล้อด้านในโค้งสามารถออกแรงหมุนย้อนกลับได้ ทำให้ส่งผลคล้ายกับเวลาแข่งวิ่งเปี้ยว ที่เมื่อวิ่งอ้อมเสาโดยเอามือเกี่ยวเสาไว้ เราจะเหวี่ยงตัวเข้าโค้งได้อย่างรวดเร็ว โดยรถไฟฟ้าสมรรถนะสูงหลายคัน อาทิ ไรแมค คอนเซพท์ วัน (RIMAC CONCEPT ONE) และ เมร์เซเดส-เบนซ์ เอสแอลเอส เอเอมจี อีเลคทริค ดไรฟ (MERCEDES-BENZ SLS AMG ELECTRIC DRIVE) ได้ติดตั้งระบบนี้   ส่วน เทสลา (TESLA) รุ่นขับเคลื่อน 4 ล้อ นั้นติดตั้งมอเตอร์เพียง 2 ตัว ด้านหน้าและหลัง ด้านละ 1 ตัว จึงไม่ใช่ IWD แต่ถึงกระนั้นก็ได้รับการออกแบบให้สามารถกระจายแรงบิดลงล้อหน้าและหลัง โดยไม่ต้องพึ่งพาเฟืองท้ายตัวกลางแบบรถที่ใช้เครื่องยนต์ นอกจากจะลดความซับซ้อน ยังสามารถควบคุมการกระจายแรงบิดได้อย่างรวดเร็วกว่ารถที่ใช้ระบบกลไกอีกด้วย   จะเห็นได้ว่าเครื่องจักรกล ที่งดงาม ทำงานสอดประสานกันราวกับกลไกของนาฬิกาจับเวลาชั้นเลิศ กำลังจะต้องหลบทางให้กับความก้าวหน้าทางวิศวกรรมของระบบไฟฟ้าเสียแล้ว แต่หากคุณต้องการการยึดเกาะถนนที่เยี่ยมยอด อย่างไรเสียระบบ AWD และ 4WD ก็ยังเหนือกว่าอยู่ดี