ห้ามใช้ยางต่างรุ่น กับรถขับเคลื่อน 4 ล้อ !

ห้ามใช้ยางต่างรุ่น กับรถขับเคลื่อน 4 ล้อ !

ห้ามใช้ยางต่างรุ่น กับรถขับเคลื่อน 4 ล้อ !

June 29, 2015

เราทราบกันดีอยู่แล้วว่า ขณะที่รถขับเคลื่อน 2 ล้อ กำลังเลี้ยวนั้น ล้อด้านนอกจะหมุนเร็วกว่าล้อด้านใน ถ้าเราต้องให้แรงขับเคลื่อนของล้อทั้ง 2 ข้าง มีอยู่เท่ากันตลอดเวลา และล้อทั้ง 2 ข้างสามารถหมุนด้วย ความเร็วต่างกันได้ด้วย ก็ต้องออกแบบฟันเฟืองขึ้นชุดหนึ่ง ให้ทำงานได้ตรงกับเงื่อนไขนี้ ที่เรารู้จักกันดี ในชื่อ "เฟืองท้าย" นั่นแหละครับ ซึ่งที่จริงก็เป็น "เกียร์" รูปแบบหนึ่ง ไม่ว่าจะเป็นรถขับเคลื่อนล้อหน้า หรือล้อหลัง ก็ต้องมีเกียร์ที่ทำงานแบบฟันเฟืองท้ายนี้เสมอ

ถ้าเป็นรถขับเคลื่อน 4 ล้อ ก็ต้องมี "เฟืองท้าย" หรือ ดิฟเฟอเรนเชียล (DIFFERENTIAL) ข้างหน้าหนึ่ง ชุด และข้างหลังอีกหนึ่งชุด เครื่องยนต์ของรถขับเคลื่อน 4 ล้อ ก็ส่งกำลังผ่านเกียร์ไปสู่ล้อ เช่นเดียวกับ รถขับเคลื่อน 2 ล้อ

คราวนี้ลองดูความเร็วของล้อคู่หน้าและล้อคู่หลังบ้างครับ แน่นอนว่าถ้าขับทางตรงย่อมเท่ากัน แต่ถ้า กำลังเลี้ยวหรือขับอยู่ในโค้ง ความเร็วเฉลี่ยของล้อคู่หน้า ย่อมมากกว่าความเร็วเฉลี่ยของล้อคู่หลังรถ ขับเคลื่อน 4ล้อ ตลอดเวลา จึงต้องมีเกียร์ที่ส่งกำลังไปสู่ล้อคู่หน้าและล้อคู่หลัง โดยยอมให้หมุนด้วย ความเร็วต่างกันได้ ถ้าจะเปรียบกับรถขับเคลื่อน 2 ล้อ ล้อคู่หน้าของรถขับเคลื่อน 4 ล้อ ก็เปรียบเสมือนล้อนอกโค้งของรถ ขับเคลื่อน 2 ล้อ ส่วนล้อคู่หลังก็เปรียบเสมือนล้อในโค้งของรถขับเคลื่อน 2 ล้อ เกียร์ที่แบ่งกำลังและ ยอมให้ล้อคู่หน้าหมุนเร็วกว่าล้อคู่หลังนี้ จึงมีรูปแบบเหมือน "เฟืองท้าย" นั่นเองครับ เนื่องจากมันแบ่ง แรงบิดไปยังด้านหน้าและด้านหลัง จึงมีชื่อเป็นทางการว่า CENTER DIFFERENTIAL เรียกในภาษา ไทยว่า เฟืองกลางก็น่าจะได้

หลักการทำงานของดิฟเฟอเรนเชียลนี้ มีข้อเสียพ่วงมาด้วยอย่างหนึ่ง คือ มันจะส่งแรงบิดให้ทั้ง 2 ข้าง เท่ากันเสมอ นั่นคือ แรงขับเคลื่อนของล้อซ้ายและล้อขวา (ในรถขับเคลื่อน 2 ล้อ) จะเท่ากัน เราจึงเห็น ว่า มีรอยดำจากเศษยาง ติดที่ผิวถนนด้านเดียวเกือบทุกครั้ง เพราะผิวถนนใต้ล้อด้านในด้านหนึ่งมี "ดี" หรือ "แย่" กว่าอีกด้าน ล้อที่อยู่บนผิวถนนที่แย่กว่า ก็จะหมุนฟรีก่อน พอหมุนฟรี แรงขับเคลื่อนก็น้อย ล้อฝั่งตรงข้าม ซึ่งมีแรงขับเคลื่อนได้เท่าล้อที่กำลังหมุนฟรี จึงส่งแรงขับเคลื่อนลงสู่ผิวถนนใต้ล้อทั้ง 2 ข้างฝืดหรือลื่นเท่ากัน ล้อทั้ง 2 ข้างก็สามารถหมุนฟรีทั้งคู่ได้ ถ้าเราออกรถอย่างรุนแรง และเครื่องยนต์ มีแรงบิดสูงพอ ถ้าเป็นรถสปอร์ท หรือรถที่กำลังเครื่องยนต์มีกำลังสูง โรงงานเขาก็แก้ปัญหาแรงขับเคลื่อนน้อย เวลา ล้อใดล้อหนึ่งหมุนฟรี โดยออกแบบดิฟเฟอเรนเชียล ให้ล้อที่ลื่นกว่า หรือหมุนเร็วกว่า แบ่งแรงบิดไป เพิ่มให้ล้อที่หมุนช้ากว่า ที่เรารู้จักในชื่อ ลิมิเทด-สลิพ ดิฟเฟอเรนเชียล นิยมใช้อักษรย่อในภาษาอังกฤษ ว่า LSD รถที่มีระบบนี้จึงแรงบิดยืน ไม่ค่อยยอมให้ล้อทั้ง 2 ข้างหมุนด้วยความเร็วต่างกัน และส่งผลให้ มันมีแรงฝืนการเลี้ยวของรถ แต่ถือว่าคุ้มครับกับแรงขับเคลื่อนที่ไม่สูญเสียไป

กลับมาที่รถขับเคลื่อน 4 ล้อตลอดเวลาอีกครั้ง จุดประสงค์หลักของผู้ผลิตรถเหล่านี้ คือ ต้องการให้ได้ แรงขับเคลื่อนสูงบนผิวลื่น โดยส่งแรงขับเคลื่อนไปยังล้อทั้ง 4 คราวนี้สมมติว่าล้อหน้า ไม่ว่าจะล้อเดียว หรือ 2 ล้อก็ตาม อยู่บนผิวที่ลื่นกว่าล้อหลัง แล้วหมุนฟรี แรงบิดรวม หรือแรงขับเคลื่อนของล้อคู่หน้าก็ จะลดลง แรงบิดรวมของล้อคู่หลัง ก็จะลดลงเหมือนล้อคู่หลังเสมอ เป็นอันว่าถ้าล้อคู่หน้ากำลังตะกาย กรวดหรือหิมะ แทนที่ล้อคู่หลังจะมีแรงขับเคลื่อนช่วย ก็กลับหมดแรงไปด้วย

โรงงานรถก็เลยใช้เฟืองกลางแบบลิมิเทด-สลิพ ดิฟเฟอเรน หรือ LSD นี่แหละครับมาแก้ปัญหานี้ ก็มี หลายแบบด้วยกัน เช่น แบบใช้กลไกล้วนรุ่นใหม่ที่อาศัยแรงปฏิกิริยาของฟันเฟืองเฉียง รู้จัก กันในชื่อ ทอร์เซน ดิฟเฟอเรนเชียล (TORSEN DIFFERENTIAL) แบบคลัทช์ความหนืด (VISCOUS COUPLING) ซึ่งอาศัยแรงเสียดทานของสารความหนืด คั่นอยู่ระหว่างจานรับแรงบิด ที่ประกบกันอยู่ หลายชิ้น หรือไม่ก็อาจมีระบบแม่เหล็กไฟฟ้ามาช่วยปรับแรงบิดด้วย

แต่ไม่ว่าจะเป็นแบบใดก็ตาม ล้วนทำงานโดยหลักที่ว่า ล้อ (หรือเพลา) ที่หมุนเร็วกว่า หมายความว่า ล้อนั้นกำลังลื่น และมีแรงบิดน้อยกว่า ซึ่งไม่จริงเสมอไป ยกตัวอย่าง เช่น ตอนที่เราเลี้ยวรถขับเคลื่อน 4 ล้อบนถนนแห้ง หรือ "ดี" ปกติ ล้อทั้ง 4 ควรมีแรงขับเคลื่อนเท่าๆ กัน แต่เฟืองกลางแบบ LSD จะถือว่า (ตามการออกแบบ) ล้อคู่หน้ากำลัง "ลื่น" และหมุนฟรีอยู่ จึงส่งแรงบิดเพิ่มไปที่ล้อหลัง โดยอาศัยแรง เสียดทานจากการเสียดสีของผ้าคลัทช์ในระบบ LSD โดยไม่จำเป็น

ถ้าถามว่าทำไมเป็นเช่นนี้ ก็ต้องตอบว่าการจ่ายแรงขับเคลื่อนให้เหมาะสมจริง ต้องวัดแรงขับเคลื่อนแต่ ละล้อโดยตรง เช่น วัดแรงบิดที่เพลาขับกันเลย ก็พอทำได้ครับ แต่ยุ่งยาก แพงมาก และไม่ทราบว่าจะ ทนทานพอหรือไม่ โรงงานรถทั่วโลกก็เลยยังใช้ระบบ "ถ้าหมุนเร็วกว่า ถือว่ากำลังหมุนฟรีหรือลื่นอยู่" มาถึงประเด็นของเรื่องนี้แล้วนะครับ ว่าถ้าเราใช้ยางต่างขนาดกัน กับรถขับเคลื่อน 4 ล้อตลอดเวลา เหล่านี้ ก็จะเกิดความสึกหรอเกินควร หรือถึงขั้นเสียหายได้ ยกตัวอย่าง เช่น ใช้ยางคู่หน้า คนละตรา หรือ คนละรุ่นกับยางคู่หลัง แล้วเส้นรอบวงของยางคู่หน้าน้อยกว่าคู่หลัง ขณะขับเป็นทางตรง ล้อคู่ หน้าย่อมหมุนเร็วกว่าล้อคู่หลัง ระบบ LSD ของเฟืองกลาง ก็จะรับรู้เสมือนว่าล้อคู่หน้ากำลังหมุนฟรี เล็กน้อยอยู่ตลอดเวลา แรงบิดที่ล้อหลังจะถูกเพิ่มขึ้น แต่นั่นยังไม่ใช่ปัญหาครับ ปัญหาอยู่ที่ว่า ผ้าค ลัทช์หรือชุดเสียดสีแบบใดก็ตาม ที่ใช้ในการปรับแบ่งแรงบิด ก็จะ "ทำงาน" คือ เสียดสีกันอยู่ตลอด เวลา แม้จะขับทางตรง แรงเสียดทานที่สูญไปในรูปของความร้อนจากการเสียดสีนี้ ก็คือ พลังงานที่ ระบบเอามาจากเครื่องยนต์ ซึ่งก็คือเชื้อเพลิงที่เปลืองเพิ่มขึ้นนั่นเอง

แต่ที่น่ากลัวกว่า คือ ความสึกหรอของชิ้นส่วนภายในเฟืองกลางครับ ถ้าเข้าใจตรงนี้ ผู้ที่ใช้รถขับเคลื่อน ล้อหลังแบบมี LSD ก็คงเข้าใจว่า ห้ามใช้ยางล้อซ้ายและล้อขวาแตกต่างกันเช่นเดียวกันครับ บางคนอาจจะบอกว่า เราก็ใช้รถถูกวิธีอยู่แล้ว คู่มือใช้งานก็อ่านหมดทั้งเล่ม ไม่เห็นมันบอกเราเลย ผม ว่าถ้าเป็นเช่นนี้ อาจเป็นเพราะวิศวกร หรือผู้ทำคู่มือการใช้ เขาเชื่อว่าคงไม่มีใครในประเทศที่พัฒนา แล้วระดับ พวกเขา ที่ใช้ยางคนละตรา หรือคนละรุ่นในรถคันเดียวกัน

เคยมีการสอบถามวิศวกรระบบขับเคลื่อนของโรงงาน เอาดี (AUDI) คำตอบก็คือ "อย่าว่าแต่ใช้ยาง คนละตราหรือคนละรุ่นกันเลยครับ แม้แต่ใช้ยางรุ่นเดียวกันหมด แต่ถ้ายางคู่หนึ่งมีดอกยางตื้นกว่าอีก คู่มากหน่อย เช่น เปลี่ยนยางใหม่เฉพาะคู่หน้าหรือคู่หลัง ก็ทำให้ระบบเฟืองกลางสึกหรอได้เกินปกติ หรือเสียหายได้แล้ว"


Credit: เจษฎา ตัณฑเศรษฐี 4WHEELS MAGAZINE
รูปภาพ: www.iStockphoto.com