ความรู้เรื่อง ช่วงล่างของรถ

ระบบกันสะเทือน หรือระบบรองรับน้ำหนัก หรือ ระบบแขวนล้อ ซึ่งพวกเรานิยมเรียกว่า "ช่วงล่าง" แปลมาจากคำว่า Suspensions ในภาษาอังกฤษ หน้าที่โดยตรง คือ "ลดอาการสั่นสะเทือนอันเกิดจากการกลิ้งของล้อสัมผัสกับพื้นผิวถนน" ให้หลงเหลือส่งถ่ายไปยังห้องโดยสารน้อยที่สุด แต่ระบบกันสะเทือนก็ยังมีหน้าที่แฝงอีกหลายข้อ ได้แก่ ช่วยให้การบังคับควบคุมรถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพ, รักษาระดับตัวรถ ให้พื้นรถห่างจากผิวถนนคงที่, ควบคุมล้อให้ตั้งฉากกับพื้นถนนตลอดเวลาเพื่อให้หน้ายางสัมผัสกับพื้นถนนมากที่สุด แม้ในขณะเข้าโค้ง, ลดอาการกระดก และโยนตัว สมดุลให้รถอยู่ในสภาพปกติ ขณะเคลื่อนที่ผ่านผิวถนนที่ไม่ราบเรียบ
การรองรับน้ำหนัก ในศัพท์ทางรถยนต์ หมายถึง การใช้สปริงคั่นกลางระหว่างโครงรถ (Frame), ตัวถัง (Body), เครื่องยนต์, ชุดส่งกำลัง กับล้อ ซึ่งเป็นส่วนที่รับภาระจากการสัมผัสโดยตรงกับพื้นถนน น้ำหนักของอุปกรณ์ดังกล่าว ตลอดจนน้ำหนักบรรทุกที่อยู่ด้านบนของสปริง เราเรียกว่า น้ำหนักเหนือสปริง (Sprung weight) ส่วนน้ำหนักใต้สปริง ซึ่งได้แก่ ล้อ, ยาง, ชุดเพลาท้าย (ในรถที่ใช้แบบคานแข็ง) และเบรก จะเป็นน้ำหนักที่สปริงไม่ได้รองรับ ถูกเรียกว่า น้ำหนักใต้สปริง (Unsprung weight)

หน้าที่และชนิดของสปริง
สปริงจะยุบและยืดตัวเมื่อล้อวิ่งผ่านผิวถนนที่ขรุขระ ส่งผลให้ล้อเคลื่อนที่ขึ้น-ลงได้เกือบอิสระในแนวดิ่งจากโครงรถ ทำให้สามารถ "ดูดกลืน" (Absorb) แรงเต้นของล้อลงได้ แรงจากการเคลื่อนที่ของล้อจึงถูกส่งถ่ายไปยังตัวถังน้อยกว่าที่ ล้อเต้นจริง ผลก็คือผู้โดยสารและน้ำหนักบรรทุกจะได้รับแรงสะเทือนจากล้อลดลง นั่นเอง
เรามักเข้าใจว่า "สปริง" คือ ขดลวดที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดต่างๆ ขดเป็นวง รูปทรงกระบอก (สปริงขด หรือ Coil Spring) แบบอย่างที่เราคุ้นเคยกันมาตลอด แต่ในความเป็นจริง สปริงยังมีอยู่อีกหลายประเภท หลายรูปแบบ และที่นิยมใช้อยู่ในปัจจุบัน ได้แก่ แหนบ (Leaf Spring), เหล็กบิด หรือทอร์ชั่นบาร์(Torsion bar), สปริงลม (Air Spring), สปริงยาง (Rubber Spring) และ ไฮโดรนิวเมติก (Hydro - Pneumatic) ในอนาคตเมื่อความก้าวหน้าทางวิศวกรรมสูงขึ้นอีก ก็อาจมีสปริงรูปแบบใหม่ๆ ออกมาใช้งานอีกก็เป็นได้
แหนบจะรับน้ำหนักและแรงสั่นสะเทือนโดยการ "โค้งหรืองอตัว" ของแผ่นแหนบ สปริงขดรับน้ำหนักโดยการ "หด หรือยุบตัว" ของขดสปริง ส่วนเหล็กบิด หรือทอร์ชั่นบาร์ นั้น จะรับแรงสั่นสะเทือนโดยการ "บิดตัวของเพลา", สปริงลมลดแรงสั่นสะเทือนจากการ "อัดตัวของลม" ในถุงลม, ส่วนสปริงแบบไฮโดรนิวเมติก ดูดซับแรงสั่นสะเทือน โดยการอัดตัวของแก๊สไนโตรเจนและของเหลว (ที่ใช้อยู่เป็นน้ำมันไฮดรอลิก) ในระบบ

แบบคานแข็ง (Solid axle suspension) คานแข็ง
ล้อด้านซ้ายและล้อด้านขวาอยู่บนเพลาเดียวกัน เป็นแบบดั้งเดิมที่ใช้กันมาและในปัจจุบันก็ยังมีใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรถบรรทุก รถยนต์นั่งมีเฉพาะล้อหลัง แต่ก็มีให้เห็นน้อยลงเรื่อยๆ ข้อดี คือ แข็งแรง ทนทาน ค่าสร้างถูก แต่มีข้อเสีย คือ มีน้ำหนักใต้สปริงมาก เมื่อล้อใดล้อหนึ่งเอียงไป ล้อที่อยู่บนคานเดียวกันจะเอียงตามไปด้วย การควบคุมรถที่ความเร็วสูง และสภาพถนนขรุขระจึงไม่ดีเท่าที่ควร
แบบอิสระ (Independent suspension) ล้อทั้ง 4 ของระบบกันสะเทือนรูปแบบนี้จะเต้นเป็นอิสระต่อกัน ไม่ส่งผลไปยังล้อที่อยู่ตรงกันข้าม หรือถ้ามีบ้างก็น้อยมาก น้ำหนักใต้สปริงของระบบรองรับแบบนี้มีน้อย แรงเฉื่อยจากการเต้นของล้อจึงมีน้อยกว่า อาการเต้นของล้อจึงกลับสู่สภาวะปกติได้อย่างรวดเร็ว น้ำหนักใต้สปริงของระบบกันสะเทือนแบบอิสระน้อยมากยิ่งขึ้นไปอีก ในปัจจุบัน เพราะผู้ผลิตหลายรายหันมาใช้อะลูมิเนียมที่มีน้ำหนักเบา เป็นส่วนประกอบหลักของระบบกันสะเทือนแทนเหล็ก ซึ่งมีน้ำหนักมากกว่าแทบทั้งชุด การควบคุมรถจึงทำได้อย่างมีเสถียรภาพมากกว่า และยังนุ่มนวลกว่า ซึ่งระบบรองรับแบบอิสระจะแบ่งออกไปอีกหลายประเภท อาทิ ปีกนก, เซมิเทรลิ่งอาร์ม, แม็คเฟอร์สันสตรัท, มัลติลิงค์ และอีกหลายระบบที่พัฒนาบนพื้นฐานของระบบที่ยกตัวอย่างมา รวมถึงยังมีการนำแต่ละระบบมาผสมผสานกันด้วย

ปีกนก (Wishbone suspension)
การออกแบบแตกต่างกันไป เช่น ปีกนกบนและปีกนกล่างยาวไม่เท่ากันแต่ขนานกัน, ปีกนกบนและปีกนกล่างยาวไม่เท่ากันและไม่ขนานกัน ระบบรองรับน้ำหนักประเภทนี้ได้รับความนิยมค่อนข้างแพร่หลาย ปัจจุบันสามารถออกแบบให้แข็งแรงมากพอ และใช้อะลูมิเนียมที่มีน้ำหนักเบา แทนโครงสร้างเดิมที่เป็นเหล็ก จึงไม่แปลก นอกจากในรถยนต์นั่งแล้ว รถ Off-road หลายรุ่นก็ใช้ระบบกันสะเทือนรูปแบบนี้ด้วย

เซมิเทรลิ่งอาร์ม (Semi trailing arm)
แขนเต้น (Trailing arm) อาจมีอยู่ 2 แขน หรือแขนเดียวก็ได้ ถ้าเป็นแขนเดียวจะเรียกว่า เซมิเทรลิ่งอาร์ม (Semi trailing arm) ถูกออกแบบให้ใช้ในล้อหลัง แขนเต้นมีใช้ทั้งแบบจุดหมุนอยู่ตามแนวยาวและจุดหมุนอยู่ตามแนวข วางกับตัวรถ ปัจจุบันมีให้เห็นมากในรถ MPV ที่ใช้ระบบขับเคลื่อนล้อหน้า จุดเด่น คือ มีชิ้นส่วนในการเคลื่อนที่น้อย ห้องโดยสารจึงออกแบบได้กว้างขวางมากยิ่งขึ้น

แม็คเฟอร์สันสตรัท (MacPherson strut)
การออกแบบคล้ายกับระบบปีกนกธรรมดา แต่ไม่มีปีกนกบน โช้คอัพและคอยล์สปริงจะรวมอยู่บนแกนเดียวกัน ทำให้ประหยัดเนื้อที่และลดชิ้นส่วนต่างๆ ลงได้มาก ตัวถังบริเวณที่รองรับชุดแม็คเฟอร์สันสตรัท ต้องแข็งแรงเป็นพิเศษ ข้อเสียของระบบกันสะเทือนชนิดนี้ คือ ไม่สามารถทำให้รถต่ำลงเท่าระบบกันสะเทือนแบบปีกนก จึงไม่นิยมใช้กับรถแข่งทางเรียบ (Racing Car) แต่บนทางฝุ่นในสนามแรลลี่โลก ใช้ แม็คเฟอร์สันสตรัทเกือบทุกค่ายเลยล่ะ

มัลติลิงค์ (Multi-link suspension)
คำว่ามัลติลิงค์จะค่อนข้างครอบคลุม สำหรับระบบกันสะเทือนที่ใช้แขนยึด (Link) แบบหลายจุด เช่น โฟร์บาร์ลิงค์เกจ, ไฟว์ลิงค์ หรือแขนยึดแบบ 5 จุด ที่ออกแบบให้ใช้แขนยึดหลายจุดเพื่อต้องการควบคุมมุมล้อ และรักษาหน้ายางให้ตั้งฉากกับพื้นถนน ปัจจุบันนิยมใช้กับล้อคู่หลังในกลุ่มรถ Luxury เพราะโดดเด่นเรื่องความนุ่มนวล ทั้งยังให้สมรรถนะในการยึดเกาะถนนที่ดี

ทอร์ชั่นบาร์ (Torsion bar)
มีรถยนต์หลายรุ่นได้นำเอาทอร์ชั่นบาร์มาใช้แทนแหนบและสปริงขด ทั้งล้อหน้าและล้อหลัง โดยเฉพาะในล้อหน้าจะเห็นได้ในรถกระบะ ระบบกันสะเทือนรูปแบบนี้จะมีทอร์ชั่นบาร์สองท่อน (ของล้อหน้าซ้าย และล้อหน้าขวา) ติดตั้งตามยาวของโครงรถข้างละท่อน ที่ปลายด้านหน้ายึดติดกับปีกนกล่าง ปลายด้านหลังยึดติดกับซับเฟรม ซึ่งสามารถปรับแต่งความตึงของทอร์ชั่นบาร์ได้ น้ำหนักของรถจะทำให้ทอร์ชั่นบาร์บิดตัวไปเหมือนกับสปริงขด จะยุบตัวหรือบิดตัวมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับน้ำหนักรถ การบิดตัวดังกล่าวจะทำให้เกิดผลของความเป็นสปริง เช่นเดียวกับสปริงรูปแบบอื่นๆ

ทีนี้ก็ไม่ต้องหวั่งว่าช่วงล่างแบบไหน ใช้ทำอะไรเรียกว่ารถอะไร ค่อยๆศึกษาไปและจะเข้าใจสัจจะธรรมว่า ถูก, ทน และ ดีมีที่ ไหนนะ..........

ขอขอบคุณข้อมูลจาก lancerthailand.com