ระบบกันสะเทือน เรื่องซับซ้อนที่ต้องเข้าใจ

เนื้อที่หมดพอดีในตอนที่แล้ว เมื่อถึงเรื่อง PRIMARY RIDE และ SECONDARY RIDE ซึ่งผมขอแปลแบบหวังผลให้เข้าใจง่ายว่า "การกันสะเทือนอย่างหยาบ" และ "การกันสะเทือนอย่างละเอียด" ตามลำดับ ทั้ง 2 แบบนี้ปนกันอยู่ในขณะที่เราขับ หรือนั่งโดยสารในรถครับ มากหรือน้อยในสัดส่วนต่างๆ ขึ้นอยู่กับความเร็วของรถ และสภาพของผิวถนน

การกันสะเทือนอย่างหยาบ ในรูปแบบที่เข้าใจง่าย ก็คือ การกันสะเทือนของตัวรถจาก "ความไม่เรียบ" ของผิวถนน ที่เรามองเห็นได้ง่าย โดยไม่ต้องอยู่ในระยะใกล้เป็นพิเศษ เช่น หลุม ก้อนหิน กองปูนซีเมนท์ที่คนขับรถผสมคอนกรีทมันชุ่ย ขับออกจากที่ก่อสร้างโดยไม่ล้าง เพราะไม่ต้องกลัวใครมาปรับเงิน หรือลงโทษมัน SPEED BUMP หรือที่คนไทยเรียบกันว่า "ลูกระนาด" คอสะพานที่ทรุด ตอม่อฐานรถไฟฟ้า ที่ "โพล่" มา เพราะอยู่บนเสาเข็มจึงไม่ทรุด แต่ถนนทรุด หรืออาจจะใหญ่กว่านี้ เช่น สะพานขนาดเล็ก ที่เราขับผ่านอย่างเร็วก็เข้าข่ายได้เหมือนกันครับ   ลองสมมติในใจดูว่า ถ้าเราไม่มีระบบกันสะเทือนของรถ และตัวเราต้องเคลื่อนที่ขึ้น/ลงในแนวดิ่ง ตามรูปทรงของผิวถนนเหล่านี้ ไม่ไหวแน่ครับ จึงต้องหาอะไรที่เหมาะสม มาคั่นระหว่างล้อ และชุดยึดล้อ กับตัวถังรถ คือ ยอมให้ล้อเคลื่อนที่ตามรูปทรงของผิวถนน แต่ตัวรถไม่ต้อง ซึ่งก็ต้องใช้สิ่งที่ยืดหยุ่นได้ หาง่าย ไม่แพง และทนทาน อายุยืนนาน สปริงจากเหล็กกล้านี่แหละครับเหมาะที่สุดแล้ว ปัญหาอยู่ตรงที่ เราอยากให้มันยุบตัวอย่างเร็ว ถ้าล้อทับสิ่งนูนบนผิวถนน แต่ไม่ต้องการให้มันดีดกลับค่อนข้างเร็ว ตามธรรมชาติของการคายพลังงานกลับจึงต้องหาอะไรมาหน่วง ต้านการคายพลังงานกลับคืนให้ช้าลงเพื่อความสบายของเรา ซึ่งก็คือ แดมเพอร์ หรือ SHOCK ABSORBER ที่ถูกตั้งชื่อไม่ตรงกับหน้าที่มาเป็นเวลานาน   เพราะฉะนั้น สิ่งที่ทำหน้าที่กันสะเทือนอย่างหยาบ ก็คือ สปริง แดมเพอร์ และถ้าเคร่งครัดขึ้นอีกหน่อย ก็ต้องรวม "เหล็กกันโคลง" เข้าไปด้วย เพราะกรณีที่ล้อซ้าย และของผ่านสิ่งกีดขวางต่างรูปทรงกัน เช่น ทับก้อนหิน หรือตกหลุมล้อเดียว มันจะทำหน้าที่เหมือนสปริง แต่ด้วยแรงที่น้อยกว่าสปริง "ตัวจริง" ครับ แดมเพอร์ทำหน้าที่ต้านการเคลื่อนที่ของล้อทั้งสองทิศในแนวดิ่ง ถ้าต้านการเคลื่อนที่ของล้อทั้งล้อ คือ ตอนล้อทับส่วนที่นูนจากระดับปกติ เช่น ทับหิน ท่อนไม้ SPEED BUMP ล้อรถจะดันสปริงให้ยุบหรือหด เราเรียกการทำงานของแดมเพอร์ในทิศนี้ว่า COMPRESSION ซึ่งก็คือ เมื่อสปริงถูกกดหรือ "อัด" ผมขอเรียกว่า "จังหวะอัด" หรือ จังหวะดัน ทั้งสปริง และแดมเพอร์จะช่วยกันต้านการเคลื่อนที่ขึ้นของล้อในขนาดที่พอเหมาะ เพื่อไม่ให้ตัวรถ "กระเด้ง" ขึ้น จนส่งผลเสียทั้งด้านความสบาย และด้านการเกาะถนนของหน้ายาง กล่าวอย่างง่ายๆ ก็คือ PRIMARY RIDE หรือการสะเทือนอย่างหยาบเป็นแบบที่เรามองด้วยตาเปล่าได้สบาย ตั้งแต่ผิวถนนที่นูนหรือเป็นหลุม ล้อที่ขึ้น/ลงตามรูปทรงของผิวถนน และตัวรถที่เคลื่อนที่ขึ้น/ลงตาม หรือเอาแบบทางเทคนิค ก็เป็นการขึ้น/ลงด้วยความถี่ต่ำ และ AMPLITUDE หรือระยะที่เคลื่อนที่สูง หรือไม่น้อยจนถึงกับมองไม่ออกครับ     ส่วน SECONDARY RIDE หรือการสั่นสะเทือนอย่างละเอียดนั้น เป็นการลดความสะเทือนของรถจากความไม่สมบูรณ์แบบของผิวถนน เช่น ผิวถนนที่มองอย่างผิวเผินก็ดูเรียบดี ไม่มีส่วนนูนขึ้นมา หรือหลุม แต่ถ้าเราเพ่งใกล้เข้าไปอีก ก็จะเห็นรอยต่อของคอนกรีทแต่ละช่วง ที่อาจจะเป็นร่อง หรือถูกอุดด้วยยางมะตอยจนเลยระดับผิวถนน และถ้ามองที่ผิวถนนอย่างใกล้เข้าไปอีก ก็จะเห็นว่าผิวถนนไม่ได้เรียบจริง มีหินที่โผล่ขึ้นมาจากระดับราบ แม้จะถูกฉาบด้วยยางมะตอยอยู่ก็ตาม   ความไม่สมบูรณ์แบบของผิวถนนลักษณะที่ว่านี้ ส่งผลด้านลบต่อความสบายของผู้อยู่ในรถเช่นเดียวกันครับ เป็นแบบความถี่สูงและ AMPLITUDE หรือระยะขึ้น/ลงแนวดิ่งต่ำมาก โดยทั่วไปถือว่ามองอย่างผิวเผินไม่เห็น และถ้าเกิดขึ้นที่ความถี่สูงถึงระดับหนึ่ง เนื่องจากความเร็วของรถ ก็จะมีสิ่งรบกวนตามมาอีกหนึ่งอย่าง ในรูปของเสียงชิ้นส่วนของรถที่มีผลต่อการกันสะเทือนอย่างละเอียด จึงต่างจากการกันสั่นสะเทือนอย่างหยาบ เริ่มต้นจากส่วนที่ใกล้ถนนที่สุด คือ ยาง ตามมาด้วยชุดยึดล้อ คือ ข้อต่อ บุชยาง หูเหล็กกันโคลง ยางยึดหัวสปริงของช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัท ที่ต้องรับแรงจากแกนของแดมเพอร์ด้วย ถ้าเป็นแบบอื่นก็เป็นบุชยาง แหวน หรือแผ่นยาง ที่ปลายทั้งสองของแดมเพอร์ ทั้งหมดที่กล่าวมานี้ จะต้องช่วยกัน "ดูดซับ" ความสะเทือนแบบคลื่นละเอียดจากผิวถนน     ในการใช้งานรถของเรา จะเกิดความสะเทือนทั้งสองแบบควบคู่กันไปเกือบตลอดเวลา โดยมีการสะเทือนแบบละเอียดเป็นตัวยืนยันครับ ส่วนจะมีการสะเทือนในแบบหยาบปนอยู่ด้วยหรือไม่ ขึ้นอยู่กับฝีมือของผู้สร้างถนน เช่น ถนนที่สร้างด้วยมาตรฐานสูงสุดในบางประเทศแถบยุโรป มีความเรียบสูงสุด สมานรอยต่อของแผ่นคอนกรีทอย่างดี ไม่มีร่อง และไม่โผล่นูนเป็นเส้น จึงเหลือแค่ผิวที่สากเผื่อไม่ให้ลื่นเกินไป ทั้งตอนเปียกและตอนแห้ง แบบนี้ช่วงล่างของรถจะทำหน้าที่กันสะเทือนอย่างละเอียด เกือบอย่างเดียวเท่านั้น   แล้วแบบที่ไม่มีความสะเทือนทั้ง 2 อย่างเลยมีไหม ?   มีครับ ในประเทศเรานี่เอง เป็นถนนราดยางมะตอย ใช้เครื่องมือทันสมัยพอสมควร จึงเรียบสนิท ไม่มี "คลื่นใหญ่" ส่วนผิวถนนนั้น ตามหลักที่จะต้องมีหินละเอียดโผล่เป็นระเบียบแม้ถูกเคลือบด้วยยางมะตอย กลับชุ่ย หรือขาดความรู้ ฉาบยางมะตอยที่ผิว จนเรียบสนิทเป็นมัน ผิวถนนแบบนี้อันตรายมากครับ เพราะลื่นเกินไปแม้จะแห้ง ระยะเบรคฉุกเฉินของรถจะเพิ่มยาวขึ้น ตอนเปียกน้ำนี่คงไม่ต้องบรรยายครับ แล้วเมื่อถูกความร้อนจากแสงแดด และมีรถบรรทุกหนักผ่านด้วยความเร็วต่ำ หรือหยุดนิ่ง ส่วนที่เป็นเนื้อยางมะตอยที่ผิวจะยุบทันที ผมเคยขับผ่านถนนแบบนี้ที่เพิ่งสร้างเสร็จ ระบบกันสะเทือนของรถไม่ต้องทำงานใดๆ ทั้งสิ้นครับ แทบไม่มีแม้แต่เสียงจากหน้ายาง ยิ่งตอนฝนตกจะอันตรายมาก   เมื่อรู้จักการกันสะเทือนทั้ง 2 แบบแล้ว ก็คงต้องมีคำถามต่อว่า ความสะเทือนแบบไหนที่มันแย่กว่าอีกแบบ ถ้าให้ตอบตรงๆ ก็คือ ผมเองไม่ทราบเหมือนกัน เพราะมันทำให้เรารู้สึกแย่อย่างมาก ได้ทั้ง 2 แบบเลยครับ และถ้าจะลองเปรียบเทียบ เพื่อหาคำตอบ เราก็ไม่รู้จะตั้งเกณฑ์ความสะเทือนแต่ละแบบสักเท่าไร ถึงจะ "ยุติธรรม" หรือ เหมาะสม ก่อนจะมาเทียบกัน คำตอบของผม ก็คือ ถ้ามันสะเทือนถึงระดับหนึ่งไม่ว่าจะเป็นแบบไหน มันเลวร้ายมากครับ และผม "รับไม่ได้" ทั้ง 2 แบบ ถ้าการกันสะเทือนนั้น ทำโดยคนที่ทำไม่เป็น ไม่ตั้งใจทำเพราะเน้นต้นทุนต่ำ ใช้เวลาทดสอบน้อย หรือใช้ของห่วยเพราะมันถูกดีก็ตาม   หลายคนสงสัยว่า ถ้าต้องการความสบาย หรือการเกาะยึดกับผิวถนนก็ตาม ทำไมต้องให้แดมเพอร์มีแรงต้านทานในจังหวะดันด้วย เพราะมันจะช่วย "ดีด" ให้ตัวรถเคลื่อนที่ขึ้นแรงกว่าแบบไม่มี มันมีปัญหาจาก "แรงเฉื่อย" ของล้อและส่วนที่เคลื่อนที่ในแนวดิ่งไปพร้อมกัน เช่น ดุมล้อ จานเบรค ฯลฯ ที่เรียกกันอย่างเป็นทางการว่า "มวลใต้สปริง" (UNSPRUNG MASS)     มาดูตัวอย่างที่เกิดขึ้นจริงตามปกติกับรถของเรากันครับ เช่น เราขับด้วยความเร็ว 80 กม./ชม. แล้วล้อใดล้อหนึ่งกลิ้งทับ ส่วนนูนของถนน หรือสัน บั้ง อะไรก็แล้วแต่ ที่มีความสูงสัก 4 ซม. ช่วงที่หน้ายางเริ่มทับยอดสันในตัวอย่างนี้ จนกระทั่งกลิ้งไปอยู่บนกลางยอดพอดี ให้เป็นระยะทางที่รถเคลื่อนที่ไป 7 ซม. คำนวณจากความเร็ว 80 กม./ชม. หรือ 2,222 ซม. ใน 1 วินาที หรือ 7 วินาที ในเวลา 0.00315 วินาที หมายความว่าในเวลานี้ ล้อรถจะถูกสันที่ถนนดันขึ้นไปในแนวดิ่ง 4 ซม. ผมลดให้เหลือ 3 ซม. จากความหยุ่นของหน้ายางและแก้มยาง เทียบ 3 ซม. ต่อ 0.00315 หรือราวๆ 3 ใน 1,000 ส่วน ของวินาทีนี้ ให้เป็น เมตร/วินาที ได้ 9.5 เมตร/วินาที ซึ่งสูงพอสมควร ถ้าแดมเพอร์ ไม่ได้ทำงานในจังหวะดัน หรือ COMPRESSION ตอนที่ล้อผ่านยอดของสันไปแล้ว แทนที่จะเคลื่อนลงมากดกับผิวถนนทันที แรงเฉื่อยของมันจะยังคงพาล้อเคลื่อนที่ขึ้นต่อไปอีก ด้วยความเร็วระดับนี้ แรงเฉื่อยของมวลใต้สปริงมีค่ามหาศาล ถึงจะมีแรงสปริงกดลงด้านล่างอย่างแรง เช่น เกินกว่าน้ำหนักรถที่ลงสู่ล้อนี้ไปอีกนิดหน่อยด้วยซ้ำไป ก็ยังสู้ไม่ไหวครับ หน้ายางจะลอยเหนือยอดสัน เพราะตัวรถของเราก็มีแรงเฉื่อยไม่ "ตก" หรือ ลดระดับได้รวดเร็วทันที นอกจากขาดการเกาะถนนขณะที่ล้อ "ลอย" แล้วมันยังส่งผลด้านความสบายได้ด้วย แต่เป็นผลด้านลบ ตอนที่ล้อลอยจากยอดสันนั้น สปริงของรถก็ย่อมถูกอัดให้บุบตัวเกินควรตามไปด้วย แน่นอนว่าแรงที่ปลายสปริงด้านล่างที่กดล้อ ย่อมเท่ากับแรงที่ปลายบนซึ่งดันตัวถังอยู่ ตัวรถจึงถูกดันให้เคลื่อนที่ขึ้นในแนวดิ่งมากเกินควร และเรารับรู้ได้ในรูปแบบของความสะเทือน แม้แดมเพอร์จะทำงานในจังหวะดันแล้วก็ตาม   ตามทฤษฎีแล้ว ถ้าจะลดความสะเทือนที่เกิดในรูปแบบนี้ ถ้าแดมเพอร์ทำงานได้ดีเต็มที่แล้ว ก็เหลือวิธีเดียว คือ ลดแรงเฉื่อยของมวลใต้สปริง นั่นก็คือ ลดน้ำหนักของล้อและทุกส่วนที่เคลื่อนที่ลงแนวดิ่งไปพร้อมล้อ แม้จะแค่ปลายด้านเดียว อย่างพวกแขนยึดดุมล้อ "ปีกนก" เรื่องนี้รู้และสอนกันมาเป็น 100 ปีแล้วครับ แต่ไม่มีใครยอมลงทุนทำจริง มาได้นักบุกเบิกอย่าง บีเอมดับเบิลยู ที่ปฏิวัติการสั่นสะเทือนของรถที่ผลิตขาย คือ ซีรีส์ 5 รุ่น E39 กระบอกแดมเพอร์หน้าพร้อมเบ้าสปริง แขนยึดดุมล้อ ผลิตจากอลูมิเนียมทั้งหมด ชุดยึดล้อหลังก็เช่นเดียวกันแม้แต่จานเบรคก็ผสมโลหะพิเศษ เพื่อลดน้ำหนัก แล้วสิ่งแปลกใหม่ที่ไม่ได้แปลกเลยเพราะมันต้องให้ผลดีเช่นนี้อยู่แล้วตามทฤษฎีก็เกิดขึ้นทันที ความสบายจากระบบกันสะเทือนของรถรุ่นนี้ เพิ่มขึ้นมาในระดับที่ไม่มีใครรู้จักมาก่อน แล้วยังได้การยึดเกาะถนนที่ดีขึ้น มาเป็นของแถมอีกด้วย   มาดูการทำงานของแดมเพอร์ ในจังหวะคลาย หรือ REBOUND กันต่อ ใช้การแล่นข้ามสันในตัวอย่างเดิมครับ เพราะเข้าใจง่าย ถ้าเราเข้าใจการทำงานพื้นฐานแล้ว จะใช้ความเข้าใจนี้ให้เป็นประโยชน์ได้มาก ตอนปรับแดมเพอร์ (ของรุ่นที่ทำมาให้ปรับได้) ชุดพิเศษของเรา พอล้อพ้นยอดสันไปแล้ว เราต้องการให้มันเปลี่ยนทิศทางที่เคลื่อนที่ลงอย่างรวดเร็ว เพื่อให้หน้ายางกดกับผิวถนนเกือบทันที ซึ่งถ้าไม่คำนึงถึงผลเสียด้านอื่น แดมเพอร์ก็ต้องไม่ต้านการเคลื่อนที่ลงของล้อ ในจังหวะที่สปริงคลายตัวดันล้อลง กดกับผิวถนน คือ ไม่มีจังหวะคลาย ก็น่าจะดี แต่ไม่เป็นเช่นนั้นครับ เพราะมีปัญหาอื่นตามมา ตัวรถที่ถูก "ดีด" จนโยนตัวขึ้นไปสูงเกินควรกำลัง "ตก" ลงมา หลังจากล้อพ้นยอดสัน ซึ่งแน่นอนว่านอกจากมีแรงสปริงต้านแล้ว ยังมีแรงต้านของแดมเพอร์ในจังหวะดันมีค่าสูงมาก เพราะความสะเทือนก็จะเพิ่มมาอีก     เพราะฉะนั้นตัวรถก็จะยุบต่ำเกินควรอยู่บ้าง ใช้ภาษาง่ายๆ ก็คือ ขย่มลงมา สปริงจะถูกน้ำหนักรถอัดด้วยแรงเกินกว่าขณะที่จอดรถนิ่ง หรือแล่นอยู่บนผิวเรียบ แรงและระยะยุบตัวของสปริง ที่เกินมาจากสภาพวิ่งทางเรียบนี้ จะคืนสภาพโดยดีด หรือโยนตัวรถกลับขึ้นไป   ในตอนนี้แหละครับ ถ้าแดมเพอร์ไม่มีแรงต้านในจังหวะคาย หรือ REBOUND สปริงก็จะดันตัวรถขึ้นด้านบนอย่างเร็ว จนสูงเลยระดับขณะแล่นบนทางเรียบหรือหยุดนิ่ง พอเลยระยะนี้ไป แรงกดที่หน้ายางกับผิวถนน ก็จะลดลงกว่าขณะแล่นบนทางเรียบ การยึดเกาะถนนก็จะไม่ดีเท่าที่ควร ถ้าเป็นในโค้ง หรือทางตรงแต่มีลมปะทะด้านข้าง ก็จะเสียการทรงตัว   ส่วนเราที่นั่งในรถไม่ว่าจะขับหรือไม่ก็ตาม จะถูกโยนตามไปด้วย เป็นความรู้สึกที่ไม่มีใครต้องการ และปล่อยให้เกิดขึ้นไม่ได้เด็ดขาด จึงต้องให้แดมเพอร์ทำงานในจังหวะคายด้วย และต้องทำงานด้วยแรงมากพอสมควรแน่นอน เพราะถ้าไม่มีแดมเพอร์ที่ทำงานทั้งสองจังหวะ แล้วเสียหายอย่างมาก เราเดาด้วยตรรกะ โดยที่ยังไม่ต้องมีความเข้าใจก็ได้ครับว่าถึงทำงานแล้วแต่ด้วยแรงที่น้อยเกินไป มันก็ยังไม่มีทางดีได้เลย   แล้วแค่ไหนถึงจะไม่น้อย (อ่อน) หรือ มาก (แข็ง) เกินไป ? เนื้อที่หมดพอดีครับ