เรื่องลับที่ไม่ลับ ยางสำหรับรถไฟฟ้า

ปัจจุบันจะเห็นชัดเจนว่า เราได้ก้าวเข้าสู่ยุคสมัยของยานยนต์พลังไฟฟ้า (อีวี) เรียบร้อยแล้ว ผู้ซื้อรถใหม่จำนวนมาก เริ่มมีการตั้งคำถามว่า พวกเขาควรจะซื้อรถไฟฟ้าดีหรือไม่ ? เนื่องด้วยผู้เล่นหน้าใหม่จากสาธารณรัฐประชาชนจีน สามารถทำราคาเปิดตัวได้อย่างน่าสนใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ TESLA (เทสลา) เจ้าแห่งรถไฟฟ้าจากสหรัฐอเมริกา ตัดสินใจนำรถที่ผลิตในจีน มาเปิดตลาดอย่างเป็นทางการในประเทศไทย จริงๆ แล้วมีเหตุผลหลายประการที่ทำให้พวกเขาต้องการเปลี่ยนมาใช้รถไฟฟ้า เริ่มจาก 1. การประหยัดค่าใช้จ่าย เนื่องจากมอเตอร์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพสูง สามารถเปลี่ยนแปลงพลังงานจากแบทเตอรีมาเป็นพลังขับเคลื่อนได้ในอัตรา 80 % ในขณะที่รถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายใน มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานจากเชื้อเพลิงเป็นพลังขับเคลื่อนได้ไม่เกิน 25 % ดังนั้นค่าใช้จ่ายในการเดินทางของรถไฟฟ้าจึงต่ำกว่ามาก 2. รถไฟฟ้า มีชิ้นส่วนสึกหรอที่ต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่ารถเครื่องยนต์สันดาปภายใน เพราะรถไฟฟ้าไม่ต้องเปลี่ยนถ่ายน้ำมันเครื่อง น้ำมันเกียร์ 3. ความเงียบของห้องโดยสาร ที่มีผลวิจัยมาว่า เสียงรบกวนในห้องโดยสารรถนั้นกว่า 50 % เกิดจากเสียงของระบบขับเคลื่อน โดยเฉพาะในรถที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายใน แต่รถไฟฟ้าออกแบบให้มีความลู่ลมมากเป็นพิเศษ และลดรอยต่อของช่องประตูให้แคบที่สุด เพื่อให้เกิดการเคลื่อนที่แหวกอากาศที่มีประสิทธิภาพ ส่งผลให้เสียงรบกวนภายในห้องโดยสารลดลงมาก 4. รถไฟฟ้า จุดศูนย์ถ่วงต่ำ เนื่องจากแบทเตอรีซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่มีน้ำหนักมาก ถูกติดตั้งอยู่บริเวณพื้นรถ 5. รถไฟฟ้า มีอัตราเร่งยอดเยี่ยม เพราะมอเตอร์ไฟฟ้ามีแรงบิดมากกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน โดยแรงบิดทั้งหมดสามารถปล่อยออกมาได้ทันทีจากจุดหยุดนิ่ง เหตุผลเหล่านี้ทำให้คนจำนวนมาก เลือกที่จะเปลี่ยนไปใช้รถไฟฟ้า หากถึงรอบที่จะเปลี่ยนรถใหม่ แต่มีจุดหนึ่งที่คนจำนวนมากอาจไม่ทราบ คือ การจะให้รถไฟฟ้าสามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ จะต้องเลือกใช้ยางที่ออกแบบมาสำหรับรถไฟฟ้าโดยเฉพาะ แล้วยางที่พัฒนามาเพื่อรถไฟฟ้าแตกต่างจากยางทั่วไปอย่างไร เรามาไล่เรียงกัน 1. เราต้องเข้าใจก่อนว่า “พลังงาน” ที่เก็บไว้ในแบทเตอรีที่มีน้ำหนักหลายร้อยกิโลกรัมของรถไฟฟ้า หากจะเทียบกับ พลังงานที่ได้จากเชื้อเพลิงนั้นเทียบเท่ากับเชื้อเพลิงไม่กี่ลิตรเท่านั้น เนื่องจากเชื้อเพลิงนั้น สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานได้สูงกว่าพลังงานที่สะสมไว้ในเซลล์แบทเตอรีลิเธียม-ไอออนถึง 100 เท่า โดยค่าพลังงานของเชื้อเพลิงเบนซิน คือ 9 กิโลวัตต์ชั่วโมง (KWH) ต่อ เบนซิน 1 ลิตร หรือ 10 กิโลวัตต์ชั่วโมง ต่อดีเซล 1 ลิตร ดังนั้น เชื้อเพลิงราว 40 ลิตร ที่รถทั่วไปใช้ รถเบนซินจะมีค่าพลังงานเท่ากับ 360 กิโลวัตต์ชั่วโมง และดีเซล จะเท่ากับ 400 กิโลวัตต์ชั่วโมง ซึ่งหากเทียบกับ รถ อีวี จะเห็นว่าส่วนใหญ่ มีค่าพลังงานสะสมในเซลล์แบทเตอรีน้อยกว่ามาก เพราะมีเพียง 50-80 กิโลวัตต์ชั่วโมง เท่านั้น เพียงแค่เครื่องยนต์สันดาปภายในมีประสิทธิภาพ ในการแปลงพลังงานเหล่านั้นออกมาเป็นพลังงานขับเคลื่อนได้ต่ำกว่า โดยทั่วไปจะทำได้ไม่เกิน 25 % ของพลังงานที่มีอยู่ ในขณะมอเตอร์ไฟฟ้า สามารถเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าที่สะสม ไว้ในเซลล์แบทเตอรีลิเธียม-ไอออน ออกมาเป็นพลังงานขับเคลื่อนได้มากถึง 80 % นั่นคือ แม้มันจะมีพลังงานสะสมน้อยกว่า แต่รถ อีวี สามารถใช้วิ่งได้ระยะทางมากพอสมควร จากสาเหตุที่กล่าวมาจะส่งผลกระทบ 2 แบบ ได้แก่ 1.1 รถไฟฟ้า หรือรถ อีวี มีน้ำหนักมากกว่ารถที่ใช้เชื้อเพลิงในการขับเคลื่อน หากต้องการวิ่งได้ระยะทางประมาณ 380-400 กม. รถ อีวีจะต้องใช้แบทเตอรีที่มีความจุประมาณ 50 กิโลวัตต์ชั่วโมง(KWH) และแบทเตอรีลิเธียม-ไอออน ที่มีความจุ 50 กิโลวัตต์ชั่วโมง จะมีน้ำหนักประมาณ 330 กก. (ในอนาคตนักวิจัยตั้งเป้าว่าจะลดลงให้ถึง 190 กก.) ในขณะที่รถเครื่องยนต์สันดาปภายใน ที่ใช้เชื้อเพลิงเบนซิน จะใช้เชื้อเพลิงประมาณ 30 ลิตรเพื่อให้วิ่งได้ในระยะทางเท่ากัน (เชื้อเพลิง 30 ลิตร แม้จะมีค่าพลังงานมากถึง 279 กิโลวัตต์ชั่วโมง แต่มันแปลงออกมาเป็นพลังขับเคลื่อนได้ไม่เกิน 1 ใน 4 หรือประมาณ 60-65 กิโลวัตต์ชั่วโมงเท่านั้น) แต่เชื้อเพลิงนั้นมีน้ำหนักเพียง 0.8 กก./ลิตร นั่นเท่ากับเชื้อเพลิงจะหนักเพียง 24 กก. เท่านั้น ! น้ำหนักรถที่เพิ่มขึ้นนี้ ย่อมจะส่งผลโดยตรงต่อการรับน้ำหนักของยาง โดยมีการศึกษา พบว่า รถ อีวี ที่หนักกว่านี้ หากใช้ยางรถยนต์ที่ออกแบบมาสำหรับรถทั่วไป จะส่งผลให้ยางมีความสึกหรอเพิ่มขึ้นจากอัตราปกติถึง 20 % และบุคลิกการทรงตัวอาจจะเกิดอาการ “ย้วย” จากการที่แก้มยางอ่อนเกินไปได้ 1.2. รถ อีวี มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานที่สะสมในในเซลล์แบทเตอรีเป็นพลังงานได้สูง แต่ในเมื่อพลังงานที่สะสมในแบทเตอรีมีน้อย จึงต้องพยายามลดแรงต้าน แรงเสียดทานต่างๆ ที่เกิดขึ้นในระบบ ที่จะส่งผลกระทบให้ระยะทางวิ่งลดลง การออกแบบยางรถยนต์จึงต้องลดแรงต้านจากการหมุน (ROLLING RESISTANCE) มากที่สุด หากยางมีแรงต้านในการหมุนมากกว่าที่ควร จะส่งผลโดยตรงกับระยะทางที่วิ่งได้ แต่หากเป็นรถเครื่องยนต์สันดาปภายใน เรื่องเหล่านี้ไม่ใช่ปัญหาแต่อย่างใด เพราะการเพิ่มความจุถังน้ำมันนั้นง่าย และมีค่าใช้จ่ายต่ำ แต่ถ้าเป็นรถ อีวี หากไม่สามารถลดแรงต้านการหมุนของยางได้ จะต้องเพิ่มความจุของแบทเตอรี ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูง และส่งผลกระทบโดยตรงกับน้ำหนักโดยรวมของรถ 2. ความเงียบของห้องโดยสาร จากการลดลงของเสียงเครื่องยนต์ ทำให้เราได้ยินเสียงอื่นแทน โดยเฉพาะเสียงฮัมของยางที่บดไปกับพื้นถนน ดังนั้นการออกแบบจึงต้องพยายามลดเสียงที่เกิดขึ้นให้มากที่สุด 3. สมรรถนะที่เร้าใจเกิดจากแรงบิดที่มาก และออกมาอย่างฉับพลันของมอเตอร์ไฟฟ้า ส่งผลกระทบต่อโครงสร้างของยางโดยตรง ยางจึงต้องมีโครงสร้างที่แข็งแรงขึ้นมาก ทั้งหมดนี้เป็นเรื่องที่ผู้ผลิตรถไฟฟ้า จะต้องพยายามคิดค้นเทคนิคต่างๆ เพื่อทำให้รถของพวกเขาสามารถวิ่งได้ระยะทางไกล ไม่ว่าจะด้วยการพัฒนาแบทเตอรีให้มีน้ำหนักเบาลง หรือร่วมมือกันกับผู้ผลิตยางชั้นนำ ที่ผลิตยางป้อนโรงงานประกอบรถยนต์ต่างๆ ให้ พยายามคิดค้นพัฒนายางให้เหมาะสมกับรถ อีวี เริ่มด้วยเรื่อง 1. ออกแบบยางให้สอดคล้องกับน้ำหนักรถที่มากขึ้น ในด้านนี้พวกเขาได้ทำการปรับปรุงแก้มยาง และดอกยางให้แข็งแรงขึ้น ทั้งด้านโครงสร้างของผ้าใบ และส่วนผสมของเนื้อยาง เพื่อให้ยางทนทานต่อการใช้งาน และการทรงตัวที่ไม่ย้วยในขณะเข้าโค้ง แต่หากคุณต้องการจะเปลี่ยนยางที่ไม่ได้ออกแบบมาสำหรับรถ อีวี โดยเฉพาะ ต้องพิจารณาเรื่องค่าการรับน้ำหนักของยาง (LOAD INDEX) ด้วย โดยควรเลือกยางที่ระบุว่าสามารถรับน้ำหนักได้มากกว่าด้วยขนาดยางเท่ากัน 2. ด้านรูปทรงของหน้ายาง แม้ยางรถ อีวี จะมีเบอร์ยางเท่ากับยางของรถปกติ แต่เรามักจะพบว่าหน้าสัมผัสของยางถนนนั้น ยางสำหรับรถ อีวี มักจะแบนเรียบกว่าของรถทั่วไปที่มักจะโค้งขึ้นนิดๆ ไปทางแก้มยางด้านนอก ทั้งนี้เกิดจากความต้องการที่จะกระจายน้ำหนักกดของยาง ที่ทำกับถนนให้เท่าเทียมกันเพื่อลดความสึกหรอ 3. แรงบิดของมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีการตอบสนองฉับพลัน เป็นหนึ่งในสิ่งที่จะต้องได้รับการออกแบบให้สอดคล้องกับเรื่องของน้ำหนักรถที่มากขึ้นเช่นกัน ยางสำหรับรถ อีวี ได้หันมาใช้ผ้าใบโครงสร้าง ที่ผลิตขึ้นจากเส้นใยเคฟลาร์ (KEVLAR) หรืออรามิด (ARAMID) ที่มีความเหนียว และทนแรงดึงมากกว่าเหล็กในน้ำหนักเท่ากัน ซึ่งจะช่วยรักษาโครงสร้างของยางให้กลมเสมอ โดยเฉพาะช่วงที่ใช้ความเร็วสูง 4. ด้านการลดแรงต้านการหมุน (ROLLING RESISTANCE) ตามปกติแล้ว สิ่งนี้เกิดจากการออกแบบสูตรเนื้อของยาง ซึ่งเป็นความลับทางธุรกิจ แต่บริษัทยาง HANKOOK (ฮันคุค) จากเกาหลีใต้ เปิดเผยว่า เทคนิคหนึ่งที่พวกเขาใช้ คือ ระยะเวลาที่ใช้ในการบ่มยางด้วยความร้อน ซึ่งช่วยให้แรงต้านในการหมุนลดลงมากถึง 10 % 5. ด้านการลดเสียง เทคนิคทั่วไปใช้การลดขนาดร่องให้เล็กลง และเพิ่มร่องให้ถี่ รวมถึงออกแบบให้จังหวะของดอกยาง มีขนาดดอกยางแคบ และกว้าง แตกต่างกันไป เพื่อสร้างความถี่ที่หักล้างกัน ซึ่งเทคนิคเหล่านี้ว่ากันว่า สามารถลดเสียงลงได้ราว 0.3 ดีบี นอกจากนี้ ยังมีการคิดค้นเทคนิคการซับเสียงภายในยาง โดยพวกเขาพบว่า เสียงนั้นถูกถ่ายทอดเข้าสู่ห้องโดยสารผ่านทางยางไปสู่ล้อ จากล้อไปสู่ช่วงล่าง จากช่วงล่างเข้าสู่ตัวถัง ดังนั้นหากลดความสั่นสะเทือนของโมเลกุลอากาศที่สั่นสะเทือนในตัวยางไม่ให้ผ่านเข้าไปยังล้อก็จะลดเสียงได้ ยางบางรุ่นจึงมีการใส่ฟองน้ำเซลล์เปิด (OPEN CELL FOAM) ที่บริเวณด้านในของยาง เพื่อใช้ซับเสียงที่เกิดจากโมเลกุลอากาศที่ถูกบดอัดในการหมุนของยาง เทคนิคนี้ว่ากันว่า สามารถดูดซับเสียงไม่ให้ส่งผ่านเข้าไปในตัวรถได้มากถึง 9 ดีบี (ตามทฤษฏีแล้ว 10 ดีบี = เสียงที่ดังกว่าเท่าตัว) จะเห็นได้ว่า หากจะใช้รถไฟฟ้าเมื่อถึงเวลาต้องเปลี่ยนยาง แม้คุณจะสามารถเลือกยางทั่วไปที่มีราคาถูกกว่า โดยเลือกยางที่มีขนาดตรงกับเบอร์ยางที่ระบุมาจากโรงาน แต่สิ่งที่คุณจะเสียไป คือ ระยะทางวิ่งอาจลดลง เสียงในห้องโดยสารเพิ่มขึ้น และการทรงตัวที่ไม่มั่นใจเหมือนเดิม แม้ว่ายางรุ่นนั้นๆ จะมีชื่อเสียงดี เมื่อใช้กับรถเครื่องยนต์สันดาปภายในก็ตาม ดังนั้น หากที่จะใช้รถไฟฟ้าให้เต็มประสิทธิภาพ ต้องเลือกยางที่ออกแบบมาสำหรับรถไฟฟ้าโดยเฉพาะเท่านั้นครับ