วันศุกร์ที่ 16 พฤศจิกายน พ.ศ. 2561
บริการข่าวไทยรัฐLogin
เรื่องของเกียร์อัตโนมัติที่คุณไม่เคยรู้

เรื่องของเกียร์อัตโนมัติที่คุณไม่เคยรู้

  • Share:

เกียร์ออโต้หรือระบบส่งกำลังแบบอัตโนมัติในรถยนต์เข้ามาแทนที่เกียร์ธรรมดาเพื่อยกระดับการขับขี่ให้มีความสะดวกสบาย ความสบายจากการที่ไม่ต้องคอยใช้เท้าซ้ายคอยเหยียบคลัตช์ ปัจจุบัน รถยนต์รุ่นใหม่เกือบทุกแบบทุกยี่ห้อใช้ระบบส่งกำลังแบบอัตโนมัติ การเข้ามาแทนที่ของเกียร์ออโต้ผลักดันให้เกียร์ธรรมดากลายเป็นชุดส่งกำลังที่ล้าสมัยและมีใช้ในรถยนต์บางแบบเท่านั้น

ความสามารถของเกียร์ออโต้ถูกออกแบบมาให้มีความเหมาะสมกับการขับใช้งานในเมือง โดยเฉพาะเมืองใหญ่ที่มีสภาพการจราจรติดขัด รวมถึงการวิ่งออกทางไกลด้วยความเร็วคงที่ การเร่งความเร็วเพื่อแซงหรือการขับในสภาพทางที่มีความหลากหลาย เกียร์อัตโนมัติยุคใหม่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อการทดกำลังจากเครื่องยนต์ในรูปของแรงบิดถ่ายไปยังเพลาขับ เป็นการถ่ายเทแรงบิดจากเครื่องยนต์ในแต่ละรอบการทำงานผ่านอัตราทดในแต่ละเกียร์ที่คำนวณมาเพื่อความเหมาะสมทั้งการให้กำลังอย่างต่อเนื่องเมื่อเร่งความเร็ว ความประหยัดเชื้อเพลิงเมื่อวิ่งด้วยความเร็วคงที่

การขับรถยนต์ที่มีระบบส่งกำลังแบบอัตโนมัตินั้นใช้เพียงแค่เท้าขวาข้างเดียวในการเหยียบคันเร่งสลับกับเบรกทำให้เกิดความสะดวกสบายไม่ต้องคอยมานั่งใช้เท้าซ้ายเหยียบนั่งเลี้ยงคลัตช์โดยเฉพาะตอนขับขึ้นสะพานหรือทางลาดชัน เกียร์ออโต้ยุคใหม่ยังฉลาดปราดเปรื่องมากพอที่จะช่วยลดหรือเพิ่มเกียร์ให้ในระหว่างการขับใช้งาน เกียร์โอเวอร์ไดรฟ์ยังเข้ามาช่วยลดรอบเครื่องยนต์ในย่านความเร็วเดินทางซึ่งทำให้ประหยัดเชื้อเพลิง

เกียร์ CVT - Continuously Variable Transmissions
เกียร์ CVT แบบสายพานพูเล่ย์ เป็นชุดส่งกำลังอัตโนมัติที่ได้รับความนิยมสูงสุดในกลุ่มรถราคาประหยัด รถอีโคคาร์ หรือแม้แต่รถครอสโอเวอร์บางแบบ เกียร์ CVT แพร่หลายอย่างมากในรถยุคใหม่ ไม่ว่าจะเป็น Honda HR-V / Nissan Juke / Toyota Yaris / Honda Jazz แม้แต่รถขับเคลื่อน 4 ล้ออย่าง Subaru XV และอีกมากที่นำเอาเกียร์แบบพูเล่ย์สายพาน CVT เข้ามาใช้เป็นระบบส่งกำลังขาประจำ ส่วนรถขับหลังแทบจะไม่พบเห็นว่านำเกียร์แบบพูเล่ย์สายพานมาใช้ ส่วนใหญ่เกียร์ออโต้ในรถขับหลัง เป็นเกียร์อัตโนมัติแบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์วางตามยาวขนานไปกับเครื่องยนต์เชื่อมต่อด้วยเพลากลางไปยังเฟืองท้าย หลักการทำงานของเกียร์ continuously variable transmission หรือเกียร์ CVT นั้น ใช้การส่งกำลังด้วยสายพานโลหะที่มีความแข็งแรงทนทานเหนียวแน่นเป็นพิเศษ ระหว่างพูเล่ย์สองตัวที่มีขนาดต่างกันแปรผันไปตามความเร็วรอบของเครื่องยนต์และความเร็วที่แท้จริงซึ่งใช้หน่วยวัดเป็นไมล์ต่อชั่วโมงหรือกิโลเมตรต่อชั่วโมง การทำงานควบคุมโดยสมองกลไฟฟ้าหรือ ECU

การทำงานของชุดเกียร์ CVT ใช้พูเล่ย์สองชิ้น สายพานลำเลียงหรือ Push Belt ทำจากอัลลอย พูเล่ย์ตัวที่หนึ่งเชื่อมกับ Flywheel อีกด้านหนึ่งของพูเล่ย์เชื่อมกับแกนถ่ายทอดกำลังด้านนอก สายพานจะหมุนวนระหว่างอุปกรณ์ทั้งสองชิ้น ที่ตัว CVT พูเล่ย์จะรับหน้าที่ในการเปลี่ยนอัตราทด เมื่อพูเล่ย์หมุนเร็วขึ้นจะยิ่งหมุนไปใกล้กัน พูเล่ย์นั้นถูกควบคุมการทำงานด้วยสมองกลไฟฟ้า ECU หากเปรียบการทำงาน พูเล่ย์จะเป็นเหมือนเพลาที่ทำงานควบคู่ไปกับ Sliding Conical Wedges แบบคู่ หรือที่เรียกกันว่า Sheaves ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของพูเล่ย์ยิ่งเล็กทำให้สายพานมีแรงตึงมากยิ่งขึ้น พูเล่ย์จะปรับขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางไปตามความเร็วรอบ เมื่อขับรถที่ย่านความเร็วต่ำ เส้นผ่าศูนย์กลางของพูเล่ย์จะเล็ก แต่เมื่อรถมีความเร็วสูงขึ้น พูเล่ย์จะปรับเส้นผ่าศูนย์กลางให้มีขนาดใหญ่ขึ้นอย่างต่อเนื่อง หลักการทำงานของเกียร์ CVT จึงช่วยทำให้การขับขี่มีความนุ่มนวลราบเรียบในการทดกำลัง รอบเครื่องยนต์เมื่อเร่งความเร็วอยู่ในลักษณะค่อยเป็นค่อยไป และช่วยทำให้ประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง

สมองกลเกียร์ CVT หรือที่เรียกกันว่า ECU - Electronic control module ควบคุมการทำงานของเกียร์โดยทำตามโปรแกรมที่บันทึกเอาไว้ในกล่องสมองกลเพื่อทำให้เกิดความนุ่มนวลยามขับเคลื่อน ควบคุมความเร็วรอบให้สัมพันธ์กับจังหวะของการเปลี่ยนเกียร์ ในทางกลับกันก็ควบคุมจังหวะของการเปลี่ยนเกียร์ให้มีความเหมาะสมกับความเร็วรอบเครื่องยนต์ รวมถึงยังฉลาดมากพอที่จะเปลี่ยนจังหวะเกียร์ให้เหมาะสมกับการขับขี่อีกด้วย ทำให้การขับเคลื่อนในย่านความเร็วต่างๆ มีความนิ่มนวลเป็นหลัก

ข้อดีของเกียร์ CVT คือ ถ่ายทอดแรงบิดได้ต่อเนื่อง เมื่อเปลี่ยนเกียร์แล้วรอบเครื่องไม่ตกทำให้ถ่ายทอดพละกำลังได้ต่อเนื่อง ทำให้ไม่สูญเสียพละกำลังในการเปลี่ยนเกียร์ ส่งผลไปถึงเกียร์ที่เปลี่ยนอัตราทดได้นุ่มนวลราบรื่น ประหยัดน้ำมัน ข้อเสียของเกียร์ชนิดนี้ก็คือ มันไม่เหมาะกับพวกขับกระโชกโฮกฮาก เพราะไม่สะใจและการขับแบบรุนแรงในรถยนต์ที่ใช้เกียร์ CVT จะทำให้เกียร์พังเร็วขึ้นด้วย ความทนทานของเกียร์ CVT ก็สู้เกียร์ออโต้แบบปกติไม่ได้เพราะสายพานโลหะยังไงก็สู้กลไกแบบฟันเฟืองไม่ได้ แต่รถยนต์อย่าง Honda City Jazz Civic / Subaru XV / Honda HR-V / Nissan X-Trail / Toyota Alphard / Honda Odyssey รวมถึงรถ MPV หรูจากยุโรปอย่าง Volkswage Caravelle 2.0 BiTdi ล้วนแล้วแต่ใช้ระบบเกียร์ CVT ทั้งสิ้น

Torque Converter Transmissions
ทอร์กคอนเวอร์เตอร์ติดตั้งอยู่ระหว่างเครื่องยนต์กับเกียร์ทำหน้าที่ส่งถ่ายกำลังด้วยของเหลว ถ้าเครื่องยนต์หมุนช้าเช่นขณะจอดรถอยู่หน้าไฟแดงเป็นต้น แรงบิดที่ส่งผ่านจากเกียร์ไปยังทอร์กคอนเวอร์เตอร์ยังมีน้อย เมื่อเหยียบเบรกจึงรู้สึกเบา เพราะไม่ต้องออกแรงเบรกมากแต่ถ้าเร่งเครื่องยนต์เพื่อให้รถเคลื่อนที่ ขณะนี้เครื่องยนต์หมุนด้วยความเร็วรอบที่เพิ่มขึ้น ทำให้ปั๊มอัดของเหลวเข้าไปในทอร์กคอนเวอร์เตอร์มากขึ้น การส่งผ่านแรงบิดจะมากขึ้นตามไปด้วย เมื่อคุณเหยียบเบรกจะรู้สึกหนักกว่า โครงของทอร์กคอนเวอร์เตอร์ ติดเข้ากับ ฟลายวีล (Flywheel) ของเครื่องยนต์และจะหมุนไปพร้อมกันใบ (Fin) ของปั๊มติดแน่นเข้ากับโครงของทอร์กคอนเวอร์เตอร์ ดังนั้นจะหมุนด้วยความเร็วรอบเท่ากับรอบของเครื่องยนต์ ปั๊มแบบแรงหนีศูนย์ ( Centrifugal pump) ขณะที่ปั๊มหมุนมันจะเหวี่ยงของเหลวให้ออกไปภายนอก ลักษณะการเหวี่ยงแบบเดียวกับเครื่องซักผ้า เมื่อของเหลวถูกผลักออกทางด้านนอก เกิดสุญญากาศขึ้นภายในศูนย์กลางของปั๊ม ของเหลวถูกเหวี่ยงเข้าไปในเทอร์ไบน์ ที่ต่อเข้ากับระบบเกียร์ เทอร์ไบน์จะไปหมุนเกียร์ ทำให้ล้อหมุน และรถเคลื่อนที่ไป ความโค้งของใบเทอร์ไบน์ เมื่อของเหลวไหลเข้าไปในเทอร์ไบน์มันจะถูกทำให้เปลี่ยนทิศทางและวิ่งเข้าหาจุดศูนย์กลางของเทอร์ไบน์

ตามหลักการของโมเมนตัมเมื่อมีแรงกระทำกับมวลจะทำให้ทิศทางการเคลื่อนที่ของมวลเปลี่ยนแปลง เกิดขึ้นกับมวลทุกชนิดในโลกนี้ การที่เทอร์ไบน์เปลี่ยนแปลงทิศทางของของเหลว มันจะเกิดแรงที่ทำให้เทอร์ไบน์ของเหลวที่ไหลออกจากเทอร์ไบน์ มีทิศทางแตกต่างกับตอนไหลเข้า ของเหลวที่ไหลออกมามีทิศทางตรงกันข้ามกับการหมุนของปั๊ม ถ้าของเหลวนี้ถูกทำให้ชนเข้ากับปั๊มมันจะทำให้เครื่องยนต์หมุนช้าลง สูญเสียพลังงานไปโดยไม่จำเป็น ด้วยสาเหตุนี้ภายในทอร์กคอนเวอร์เตอร์จึงต้องมีสเตเตอร์ สเตเตอร์วางอยู่ตรงกลางของทอร์กคอนเวอร์เตอร์ หน้าที่หลักของสเตเตอร์ก็คือกลับทิศทางของเหลวที่ไหลออกจากเทอร์ไบน์ก่อนที่จะวิ่งเข้าชนปั๊ม

ใบของสเตเตอร์ออกแบบให้มีความแข็งแรงทนทาน เพื่อต้านการไหลของของเหลว คลัตช์ทางเดียวที่อยู่กับสเตเตอร์ ควบคุมให้สเตเตอร์หมุนไปในทิศทางตรงข้าม ไม่เช่นนั้นมันจะหมุนไปพร้อมกับของไหล และไม่สามารถเปลี่ยนทิศทางของของไหลได้ หน้าที่หลักของทอร์กคอนเวอร์เตอร์เหมือนกับคลัตช์ แต่มีหน้าที่พิเศษอีกอย่างหนึ่งก็คือเพิ่มแรงบิดได้ ทอร์กคอนเวอร์เตอร์ในเกียร์อัตโนมัติสมัยใหม่สามารถเพิ่มแรงบิดขึ้นได้ 2 ถึง 3 เท่า แต่ว่าจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อความเร็วรอบของรถยนต์หมุนเร็วกว่าเกียร์ที่ความเร็วรถสูง เกียร์จะหมุนด้วยความเร็วรอบเกือบเท่ากับความเร็วรอบของเครื่องยนต์ ความแตกต่างของความเร็วคือพลังงานที่สูญเสียไป เป็นเหตุผลหนึ่งที่ว่าทำไมเกียร์ออโต้จึงใช้น้ำมันมากกว่าเกียร์ธรรมดาเล็กน้อย ทอร์กคอนเวอร์เตอร์มีความเร็วออกและเข้าแตกต่างกันตลอดเวลา จะแก้ไขปัญหานี้ ทอร์กคอนเวอร์เตอร์ใช้วิธีการล็อก เมื่อความเร็วรอบของปั๊มเท่ากับความเร็วรอบของเทอร์ไบน์ เพื่อป้องกันการเลื่อน และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์

Dual-Clutch Gearbox
ระบบส่งกำลังแบบ Dual-Clutch Gearbox หรือที่เรียกกันอีกชื่อหนึ่งว่าเกียร์ทวินคลัตช์ถูกพัฒนาจากบริษัทรถยนต์หลายค่ายที่ผลิตรถสปอร์ตหรือรถที่มีสมรรถนะของเครื่องยนต์สูงมาก เพื่อแก้ข้อบกพร่องของเกียร์แบบ SMT (เซมิออโตเมตริก) ในเรื่องของช่วงรอยต่อในการเปลี่ยนเกียร์ซึ่งช้ากว่าแบบ Dual-Clutch โครงสร้างหลักของเกียร์ชนิดนี้ถูกออกแบบให้มีห้องเกียร์แบบเกียร์ธรรมดาโดยใช้เฟืองเกียร์ที่มีอัตราทดตายตัวในแต่ละตำแหน่ง ส่วนใหญ่แล้วจะมีเกียร์เดินหน้า 6-7 จังหวะและเกียร์ถอยหลังอีกหนึ่งจังหวะ ในชุดคลัตช์ก็จะมีอีกหนึ่งชุด

ระบบเกียร์ Dual-Clutch คล้ายกับมีเกียร์สองชุด ชุดหนึ่งมีเกียร์ 1 เกียร์ 3 เกียร์ 5 เกียร์ 7 และเกียร์ถอยหลังโดยมีชุดคลัตช์ชุดที่ 1 คอยควบคุมไว้ ส่วนอีกชุดหนึ่งก็จะเป็นชุดสำหรับทำงานของเกียร์ 2 เกียร์ 4 และเกียร์ 6 โดยมีชุดคลัตช์อีกชุดหนึ่งควบคุมไว้ และทั้งหมดจะถูกควบคุมด้วยสมองกลอิเล็กทรอนิกส์ การมีระบบการทำงานด้วยคลัตช์ทั้งสองตำแหน่งทำให้จังหวะการเปลี่ยนเกียร์ของแต่ละเกียร์ใช้เวลาน้อยมาก เมื่อออกรถด้วยเกียร์ 1 ชุดเกียร์ 2 ก็เตรียมรอที่จะเปลี่ยนไว้เรียบร้อยแล้วทันทีที่ชุดคลัตช์ได้รับสัญญาณไฟฟ้าจากสมองกลที่ควบคุมเครื่องยนต์สั่งการไปยังกล่องควบคุมของเกียร์ด้วยความรวดเร็วเพียงชั่วพริบตา ชุดเกียร์ 2 ก็จะทำงานทันทีไม่ต้องเสียเวลาไปกับการที่จะทำให้คลัตช์จับตัวหรือปล่อย เกียร์แบบ Dual-Clutch Gearbox ใช้เวลาเปลี่ยนเกียร์น้อยกว่าเกียร์แบบออโตเมตริกและเกียร์แบบเซมิออโตเมตริก โดยจะเห็นได้ในรถแรงๆ เช่น McLaren / Ferrari / Porsche / BMW / Lamborghini

เทคโนโลยีอันทันสมัยของระบบส่งกำลังด้วยคลัชต์คู่สองชุดมีการทำงานแบบแยกกันของตำแหน่งเกียร์เลขคู่และเลขคี่ ซึ่งจะถูกโปรแกรมการจัดการของกล่องสมองกลเกียร์ทำการเตรียมการเอาไว้ล่วงหน้าโดยการใช้ระบบ Input Shaft หรือแกนชาร์ฟที่ถูกแยกเป็นสองตำแหน่ง เนื่องจากเวลาในการเปลี่ยนเกียร์เป็นศูนย์ (หรือระยะเวลาที่ทับซ้อนกันระหว่างการจับและปล่อยตัวของคลัตช์ทั้งสองตัว) จากลักษณะดังกล่าวทำให้ไม่มีการไปรบกวนแรงบิดจากเครื่องยนต์ถึง Driven Wheel ช่วงเวลาในการตอบสนองของการเปลี่ยนเกียร์ทั้งหมดจะรวดเร็วกว่าเกียร์ที่ค่ายผู้ผลิตรถซุปเปอร์คาร์เคยผลิตมาทั้งหมดในทุกยุคทุกสมัย การส่งผ่านแรงบิดจากเครื่องยนต์มีความต่อเนื่องและให้แรงบิดสูงกว่าในขณะที่ตัวรถใช้ความเร็วต่ำ การทำงานของระบบส่งกำลังแบบทวินคลัตช์ตอบสนองต่อประสิทธิภาพของแรงบิดที่ได้รับจากเครื่องยนต์โดยสูญเสียแรงบิดน้อยกว่าเกียร์แบบอื่น แถมยังทำงานด้วยความแม่นยำและว่องไวมากกว่าอีกด้วย

ยกตัวอย่างเกียร์ทวินคลัตช์ของค่ายผู้ผลิตรถซุปเปอร์คาร์อย่าง McLaren และ Ferarai ซึ่งเป็นรถสปอร์ตประสิทธิภาพสูงที่ใช้เกียร์ Dual-Clutch Gearbox โดยมีการออกแบบและคำนวณการทำงานของชุดเกียร์กับกลไกภายในด้วยการทำให้มันเป็นเกียร์ไฮดรอลิก 7 ตำแหน่ง ควบคุมด้วยสมองกลอิเล็กทรอนิกส์หล่อเลี้ยงการทำงานด้วยไฟฟ้าโดยไม่มีระบบ Torque Converter ระบบเกียร์แบบคลัตช์คู่หรือทวินคลัตช์ในเกียร์ชนิดนี้ วิศวกรได้ทำการผสมผสานรูปแบบการใช้งานของเกียร์แมนนวลแบบธรรมดาและเกียร์อัตโนมัติเข้าไว้ด้วยกัน ทำให้ผู้ขับสามารถปรับตำแหน่งเกียร์โดยเลือกเกียร์ด้วยตัวเองหรือจะให้สมองกลเกียร์จัดการเปลี่ยนตำแหน่งขึ้นลงไปตามความเร็วก็ได้ ทั้งหมดเกิดขึ้นในชั่วพริบตาสำหรับการปรับเปลี่ยนอัตราทด การปรับลดช่วงเวลาและรอยต่อระหว่างตำแหน่งให้มีความกระชับรวดเร็วทันเพื่อให้ผู้ขับขี่รู้สึกถึงพลังและการถ่ายเทแรงบิดจากเครื่องยนต์ การเปลี่ยนอัตราทดขึ้น-ลงที่ฉับไวมากกว่าเกียร์แบบอื่น รวมถึงการขจัดการรบกวนของแรงบิดมหาศาลจากเครื่องยนต์ในขณะที่ทำการเปลี่ยนเกียร์ด้วยความราบรื่น ยกระดับการทำงานร่วมกันของการกระจายแรงบิดจากเครื่องยนต์และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้น้ำมันเชื้อเพลิง

การส่งผ่านแรงบิดจากเครื่องยนต์มีความต่อเนื่องและสูงกว่าในขณะที่ตัวรถใช้ความเร็วต่ำ การทำงานของระบบส่งกำลังแบบทวินคลัตช์ของรถ Ferrari 488T จะมีการร่วมกันกับโปรแกรมของระบบเฟืองท้าย E-Diff ที่ชาญฉลาดและเข้ามาช่วยในเรื่องของการทรงตัวในระหว่างขับเข้าสู่ทางโค้งด้วยความเร็วสูงด้วยการกระจายแรงบิดถ่ายเทไปยังล้อขับเคลื่อนคู่หลังเพื่อรักษาความสมดุล

ระบบส่งกำลังแบบคลัตช์สองชุดหรือทวินคลัตช์ได้เข้ามาแทนที่เกียร์ออโต้ทอร์คคอนเวอร์เตอร์ หรือเกียร์ธรรมดาที่แสนจะเชื่องช้าในรถสมรรถนะสูงหรือรถซุปเปอร์คาร์ยุคเก่า ไม่ว่าจะเป็นเกียร์อัตโนมัติไฮเทคแบบใด ทั้งหมดทั้งปวงต่างถูกสร้างขึ้นมาเพื่อการตอบสนองและความสะดวกสบายของการขับขี่เกียร์อัตโนมัติรุ่นใหม่ๆ (ในรถยนต์ราคาแพง) เกียร์ออโต้ทั้งสามแบบยังถูกปรับตั้งด้วยโปรแกรมอันชาญฉลาดเพื่อทำให้มันค้นหาอัตราทดที่เหมาะสมกับสภาวะของการขับขี่ที่ถูกส่งผ่านทางการเร่งหรือเบรก หักเลี้ยวหรือพุ่งทะยานไปข้างหน้า ปรับเปลี่ยนอัตราทดด้วยสมองกลแบบที่ไม่มีมนุษย์คนใดจะทำได้เร็วเท่า เกียร์ธรรมดาแบบเก่าที่เชื่องช้ากำลังเดินทางมาถึงจุดสิ้นสุด ในขณะที่ระบบเกียร์ออโต้รุ่นใหม่ๆ มีให้ใช้ในรถยนต์ราคาถูกกันแล้ว เทคโนโลยีของระบบส่งกำลังแบบอัตโนมัติขึ้นถึงถึงจุดสูงสุดของการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ และจะก้าวต่อไปด้วยการพัฒนาอย่างไม่หยุดยั้งเพื่อสร้างความสะดวกสบายในการเดินทาง.


อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom
https://www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358/

คุณอาจสนใจข่าวนี้

คุณอาจสนใจข่าวนี้