หน้าที่โดยตรงของระบบกันสะเทือน หรือช่วงล่างรถยนต์ คือ “ลดอาการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการกลิ้งของยางไปบนผิวถนน ให้เหลือส่งผ่านไปยังห้องโดยสารน้อยที่สุด” แต่ระบบกันสะเทือนก็ยังมีหน้าที่แฝงอีกหลายรายการ อาทิ ช่วยให้การบังคับควบคุมรถมีเสถียรถาพ รักษาระดับระนาบของตัวถัง ควบคุมให้หน้ายางรักษาสภาพตั้งฉากกับพื้นถนนตลอดเวลา แม้ในขณะเข้าโค้ง ลดอาการยุบตัวและโยนตัว รักษาสมดุลให้รถอยู่ในสภาพปกติ ขณะเคลื่อนที่ผ่านผิวถนนที่ไม่ราบเรียบ หรือแม้กระทั่งการออกตัวและเบรกอย่างรุนแรง

ระบบกันสะเทือนในศัพท์ทางยานยนต์ หมายถึง การใช้สปริงคั่นกลางระหว่าง โครงรถ (Frame), ตัวถัง (Body), เครื่องยนต์, ชุดส่งกำลัง กับล้อ ซึ่งเป็นส่วนที่รับแรงสั่นสะเทือนจากการสัมผัสโดยตรงกับพื้นถนน น้ำหนักของอุปกรณ์ดังกล่าว ตลอดจนน้ำหนักบรรทุกที่อยู่ด้านบนของสปริง ถูกเรียกว่า ‘น้ำหนักเหนือสปริง’ (Sprung Weight) ส่วนที่เหลือซึ่งได้แก่ ล้อ, ยาง, ชุดเพลาท้าย (ในรถที่ใช้คานแข็ง) และระบบเบรก (จานเบรก, ดรัมเบรก, คาลิเปอร์เบรก) จะเป็นน้ำหนักที่สปริงไม่ได้รองรับ ถูกเรียกว่า ‘น้ำหนักใต้สปริง’ (Unsprung Weight) และการพัฒนาช่วงล่างในรถสมัยใหม่ จะมุ่งลดน้ำหนักใต้สปริงลงให้มากที่สุด

รูปแบบระบบกันสะเทือน

ช่วงล่างรถยนต์ ถูกแบ่งออกเป็น 3 รูปแบบ ได้แก่

• ช่วงล่างแบบคานเข็ง – การเต้นของล้อข้างหนึ่ง จะส่งผลต่อเนื่องไปยังล้ออีกข้างหนึ่ง

คานแข็ง (Solid Axle Suspension) ช่วงล่าง ‘คานแข็ง’ ล้อด้านซ้ายและล้อด้านขวาได้รับการจัดวางไว้บนเพลาเดียวกัน เป็นแบบดั้งเดิมที่มีใช้กันมานาน ในปัจจุบันได้รับความนิยมในกลุ่มรถบรรทุก รถในอุตสาหกรรมต่างๆ สำหรับรถนั่งจะเหลือให้เห็นเฉพาะในล้อหลัง ข้อดี คือ แข็งแรง ทนทาน รับแรงบิดได้สูง ต้นทุนในการออกแบบและผลิตต่ำ ส่วนข้อเสีย คือ มีน้ำหนักใต้สปริงมาก เมื่อล้อใดล้อหนึ่งเปลี่ยนระดับ จะส่งผลต่อเนื่องไปยังล้อข้างที่อยู่บนเพลาเดียวกันด้วย การคอนโทรลรถในความเร็วสูงจึงทำได้ไม่ดีนัก

• ช่วงล่างแบบอิสระ – การเต้นของล้อด้านซ้ายและด้านขวา จะไม่มีผลต่อกัน

อิสระ (Independent Suspension) ล้อทั้ง 2 ฝั่ง (ซ้าย-ขวา) ของช่วงล่างรูปแบบนี้จะเป็นอิสระต่อกัน การเต้นของล้อข้างใดข้างหนึ่งจะไม่ส่งผลต่อล้อที่เหลือ น้ำหนักใต้สปริงมีน้อยกว่า แรงเฉื่อยจากการเต้นของล้อจึงมีน้อยกว่า การเต้นของล้อจึงกลับสู่สภาวะปกติได้อย่างรวดเร็ว ปัจจุบันผู้ผลิตหลายรายหันมาใช้อะลูมินัมอัลลอยเป็นส่วนประกอบหลัก เพื่อลดน้ำหนักใต้สปริง ช่วยให้ล้อหยุดเต้นได้ไวขึ้น การควบคุมรถมีเสถียรภาพยิ่งขึ้น ซึ่งระบบรองรับแบบอิสระแตกแขนงออกไปอีกหลายประเภท ได้แก่ ปีกนก, เซมิเทรลิ่งอาร์ม, แมคเฟอร์สันสตรัท และมัลติลิงก์ ฯลฯ

• ช่วงล่างแบบกึ่งอิสระ – มีขนาดกะทัดรัด ใช้พื้นที่ในการทำงานและติดตั้งน้อย

กึ่งอิสระ (Semi-Independent Suspension) ผสมผสานระหว่างช่วงล่างแบบคานแข็งและช่วงล่างแบบอิสระ การเต้นของล้อซ้ายและขวา ยังไม่เป็นอิสระต่อกันแบบ 100 เปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพในการทำงานดีกว่าแบบคานแข็ง แต่ก็ยังไม่เทียบเท่าแบบอิสระแท้ๆ จุดเด่น คือ มีขนาดกะทัดรัด ใช้พื้นที่ในการทำงานและติดตั้งน้อย นิยมใช้ในรถขนาดเล็ก

ปีกนก (Wishbone Suspension)

มีทั้งแบบ ‘ปีกนกเดี่ยว’ และ ‘ปีกนกคู่’ (Double Wishbone) ปีกนกเดี่ยวถูกออกแบบให้ทำงานร่วมกับระบบกันสะเทือนรูปแบบอื่นๆ เช่น แมคเฟอร์สันสตรัท ทอร์ชันบาร์ ส่วนแบบปีกนกคู่ การออกแบบแตกต่างกันไป เช่น ปีกนกบนและปีกนกล่าง ยาวไม่เท่ากัน แต่ขนานกัน, ปีกนกบนและปีกนกล่าง ยาวไม่เท่ากัน และไม่ขนานกัน ช่วงล่างประเภทนี้ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย เพราะโดดเด่นเรื่องเสถียรภาพในการเกาะถนน โดยเฉพาะในความเร็วสูง นอกจากช่วงล่างปีกนกจะมีใช้ในรถยนต์นั่งทั่วไปแล้ว รถ SUV หลายๆ รุ่นก็ใช้ระบบกันสะเทือนรูปแบบนี้ด้วยเช่นกัน

• Semi-trailing Arm (ช่วงล่างด้านหลัง) ใช้พื้นที่ในการติดตั้งน้อย จึงได้รับความนิยมในรถที่เน้นความอเนกประสงค์

เซมิเทรลิ่งอาร์ม (Semi-trailing Arm Suspension)

แขนเต้น (Trailing-arm) ที่ใช้อยู่ มีทั้งแบบ ‘แขนเดี่ยว’ และ ‘แขนคู่’ ถ้าเป็นแขนเดี่ยวจะเรียกว่า เซมิเทรลิ่งอาร์ม (Semi-trailing Arm) ถูกออกแบบใช้ในล้อหลัง แขนเต้นมีใช้ทั้งแบบตามแนวยาว จุดหมุนยึดติดกับแชสซีทางด้านหน้า และติดตั้งตามแนวขวางที่จุดหมุนยึดติดกับซับเฟรม ช่วงล่างรูปแบบนี้มีให้เห็นมากในรถ MPV ที่ใช้ระบบขับเคลื่อนล้อหน้า จุดเด่น คือ มีชิ้นส่วนในการเคลื่อนที่น้อย ห้องโดยสารจึงออกแบบได้กว้างขวางมากยิ่งขึ้น

แมคเฟอร์สันสตรัท (McPherson Strut Suspension)

รูปแบบคล้ายคลึงกับช่วงล่างแบบปีกนก เพียงแต่จะมีเฉพาะปีกนกล่าง ช็อคอัพและคอยล์สปริงจะรวมอยู่บนแกนเดียวกัน (Coilover) ทำให้ประหยัดเนื้อที่และลดชิ้นส่วนต่างๆ ลงได้มาก ตัวถังบริเวณที่รองรับชุดแมคเฟอร์สัน ต้องแข็งแรงเป็นพิเศษ ข้อจำกัดเล็กน้อยของช่วงล่างชนิดนี้ คือ การออกแบบให้ตัวถังรถอยู่ในระดับต่ำ ทำได้ยากกว่าช่วงล่างแบบปีกนก

มัลติลิงก์ (Multi-link Suspension)

คำว่า ‘มัลติลิงก์’ สื่อความหมายได้ชัดเจน เป็นช่วงล่างที่ใช้แขนยึด (Linkages) หลายจุดที่ใช้อยู่มีทั้ง โฟร์บาร์ลิงก์เกจ์, ไฟว์ลิงก์ หรือแขนยึดแบบ 5 จุด วัตถุประสงค์ในการใช้แขนยึดหลายจุด เพื่อต้องการควบคุมมุมล้อให้คงที่อยู่ตลอดเวลาในทุกสภาพการขับขี่ นิยมใช้กับล้อคู่หลัง (ด้านหน้าก็เริ่มมีใช้) โดยเฉพาะในกลุ่ม Luxury Car เพราะโดดเด่นทั้งเรื่องนุ่มนวล และสมรรถนะในการยึดเกาะถนน

ทอร์ชันบาร์ (Torsion Bar Suspension)

ทอร์ชันบาร์พบเห็นได้ในช่วงล่างด้านหน้าของรถปิกอัพ (ในอดีต) เป็นการนำ ‘เหล็กบิด’ มาประยุกต์ใช้แทนแหนบและสปริงขด ทอร์ชันบาร์จะติดตั้งตามยาวของแชสซีข้างละท่อน ที่ปลายด้านหน้ายึดติดกับปีกนกล่าง ปลายด้านหลังยึดติดกับซับเฟรม หรือแชสซี ซึ่งสามารถปรับแต่งความตึง (ความแข็ง) ของทอร์ชันบาร์ได้ น้ำหนักของรถบวกกับแรงโยนตัวจากการเคลื่อนที่ผ่านผิวถนนขรุขระ จะทำให้ทอร์ชันบาร์บิดตัว ส่งผลให้เกิดคุณสมบัติความเป็นสปริง เช่นเดียวกับสปริงรูปแบบอื่นๆ

• ช่วงล่างที่ดี ต้องควบคุมหน้ายางให้ตั้งฉากกับพื้นถนนตลอดเวลา ในทุกสภาพการขับขี่

ทั้งหมดเป็นรูปแบบพื้นฐานช่วงล่างรถยนต์ที่มีใช้งานอยู่ในปัจจุบัน ด้วยความคิดสร้างสรรค์ จึงเกิดการผสมผสานช่วงล่างแต่ละแบบเข้าไว้ด้วยกัน พร้อมทั้งตั้งชื่อตามการสื่อสารด้านการตลาดของแต่ละผู้ผลิต แต่แนวโน้มที่จัดเป็นนวัตกรรมสำหรับรถยนต์ในยุคต่อไป  เป็นการนำระบบอิเล็กทรอนิกส์เข้ามาควบคุมการทำงานของช่วงล่าง จะเข้าไปทำงานร่วมกับอุปกรณ์ใด ก็ขึ้นอยู่กับประเภทของรถ เป้าหมายเพื่อให้ช่วงล่างมาตรฐาน สามารถสนองตอบการใช้งานได้หลากหลายที่สุด

เรื่อง : พิทักษ์ บุญท้วม

คอลัมน์ INNOVATION : GRAND PRIX MAGAZINE ISSUE 615

เรียบเรียงข้อมูลโดย GRANDPRIX ONLINE

ติดตามข่าวสาร ยานยนต์ รถจักรยานต์ยนต์ รถใหม่ ได้ที่ www.grandprix.co.th