ห้ามใช้ยางต่างรุ่น กับรถขับเคลื่อน 4 ล้อ

ส่วนแบ่งในตลาดรถที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของรถเก๋งขับเคลื่อน 4 ล้อ เป็นเครื่องยืนยันอย่างดี ถึงข้อได้เปรียบของระบบขับเคลื่อนแบบนี้นะครับ คงมีผู้สงสัยกันว่า ถ้ามันดีจริงแล้ว ทำไม่รถเก๋งหรูหราสมรรถนะสูงระดับโลกหลายรุ่น ถึงยังใช้ระบบขับเคลื่อนล้อหลังกันอยู่ ลองหาคำตอบแรกกันก่อนนะครับ ว่าระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ ดีกว่าระบบขับเคลื่อน 2 ล้อจริงหรือไม่การที่เราเรียกล้อไหนว่าล้อขับเคลื่อน หมายความว่าเราใช้ล้อนั้น ในการส่งกำลังของเครื่องยนต์ ที่มาในรูปของแรงบิดของชิ้นส่วนที่หมุนรอบตัวมันเอง เริ่มตั้งแต่เพลาข้อเหวี่ยงในเครื่องยนต์ ซึ่งส่งแรงบิดผ่านเกียร์ แล้วส่งให้เพลากลาง (ของรถขับเคลื่อนล้อหลัง ในตัวอย่างของเรา) ไปที่เฟืองท้าย แล้วแยกไปยังเพลาขับทั้งซ้าย/ขวา ไปถึงล้อ จากนั้นล้อจึงส่งกำลังสู่ผิวถนนในรูปของแรงที่หน้ายาง แนวแรงที่หน้ายางมีทิศไปทางด้านหลัง กระทำต่อถนน เกิดแรงปฏิกิริยาของผิวถนน ที่กระทำต่อหน้ายาง ในทิศตรงกันข้ามกัน คือ ไปทางด้านหน้า และเนื่องจากถนนถูกตรึงอยู่กับผิวโลก รถของเราจึงถูกแรงปฏิกิริยาของแรงขับเคลื่อนนี้ "ผลัก" ไปทางด้านหน้า (ในตัวอย่างการขับเดินหน้า) ในตัวอย่างของเรานี้ ล้อหลังจึงเป็นล้อขับเคลื่อน ถ้าอยู่ในสภาวะปกติ เช่น ผิวถนนแห้ง สะอาด ไม่มีฝุ่นทราย แรงขับเคลื่อนที่ล้อหลังเพียง 2 ล้อก็พอครับ แต่ในการใช้งานจริง เราไม่ได้พบแต่สภาวะดีเหมือนในอุดมคติเสมอไป มีหลายสถานการณ์ที่ทำให้ล้อเพียง 2 ล้อ ส่งแรงขับเคลื่อนได้ไม่เพียงพอ เช่น เมื่อถนนเปียกลื่น มีฝุ่น ทราย หรือเมื่อหน้ายางต้องรับภาระอื่นด้วย เช่น แรงหนีจุดศูนย์กลาง ที่เกิดขณะขับในโค้ง ก็จะเหลือส่วนที่ใช้ในการขับเคลื่อนน้อยลง เห็นได้ชัดทันทีว่าเราต้องการจำนวนล้อขับเคลื่อนเพิ่มขึ้นแล้ว ดูตัวอย่างที่ช่วยให้เข้าใจได้ง่ายทันทีเลยก็ได้ครับ ซึ่งก็คือ การส่งแรงเบรคลงสู่ผิวถนน ถ้าเป็นการเบรคบนผิวถนนที่แห้ง สะอาด และไม่เรียบสนิท เป็นมัน ขณะเบรคอย่างแรง เช่น เบรคฉุกเฉิน แรงเบรคเกือบทั้งหมด (อาจถึง 90 %) อยู่ที่ล้อหน้า สมมติว่าไม่มีเบรคที่ล้อหน้า สมรรถนะในการเบรคก็แทบไม่ต่างกัน แต่ถ้าเป็นการเบรคบนถนนลื่น หรือในโค้ง 2 ล้อไม่เพียงพอแล้วครับ เราต้องการแรงเบรคที่ทุกล้อ แบบสามัคคีกันเต็มที่ พอตอบคำถามแรกเสร็จ ก็มีคำตอบที่สองตามมาทันทีว่า ถ้าระบบขับเคลื่อน 4 ล้อตลอดเวลาดีจริงอย่างที่ว่า ทำไม่รถคุณภาพสูงสุดบางรุ่น ก็ยังไม่ต้องใช้เลย มีหลายสาเหตุด้วยกันครับ คือ มันออกแบบยาก ผลิตยาก กินเนื้อที่เพิ่มขึ้น ต้นทุนสูงกว่า และเพิ่มน้ำหนักรวมของตัวรถด้วย ข้อสุดท้ายเรื่องน้ำหนักนี้ เป็นข้อเสียทางด้านเทคนิคเล็กน้อยเท่านั้นเองนะครับ เพราะประโยชน์และความปลอดภัยที่ได้ คุ้มค่ากว่ามาก เราทราบกันดีอยู่แล้วว่า ขณะที่รถขับเคลื่อน 2 ล้อกำลังเลี้ยวนั้น ล้อด้านนอกจะหมุนเร็วกว่าล้อด้านในถ้าเราต้องให้แรงขับเคลื่อนของล้อทั้ง 2 ข้าง มีอยู่เท่ากันตลอดเวลา และล้อทั้ง 2 ข้างสามารถหมุนด้วยความเร็วต่างกันได้ด้วย ก็ต้องออกแบบฟันเฟืองขึ้นชุดหนึ่ง ให้ทำงานได้ตรงกับเงื่อนไขนี้ ที่เรารู้จักกันดีในชื่อ "เฟืองท้าย" นั่นแหละครับ ซึ่งที่จริงก็เป็น "เกียร์" รูปแบบหนึ่ง ไม่ว่าจะเป็นรถขับเคลื่อนล้อหน้าหรือล้อหลัง ก็ต้องมีเกียร์ที่ทำงานแบบฟันเฟืองท้ายนี้เสมอ ถ้าเป็นรถขับเคลื่อน 4 ล้อ ก็ต้องมี "เฟืองท้าย" หรือ ดิฟเฟอเรนเชียล (DIFFERENTIAL) ข้างหน้าหนึ่งชุด และข้างหลังอีกหนึ่งชุด เครื่องยนต์ของรถขับเคลื่อน 4 ล้อ ก็ส่งกำลังผ่านเกียร์ไปสู่ล้อ เช่นเดียวกับรถขับเคลื่อน 2 ล้อ คราวนี้ลองดูความเร็วของล้อคู่หน้าและล้อคู่หลังบ้างครับ แน่นอนว่าถ้าขับทางตรงย่อมเท่ากัน แต่ถ้ากำลังเลี้ยวหรือขับอยู่ในโค้ง ความเร็วเฉลี่ยของล้อคู่หน้า ย่อมมากกว่าความเร็วเฉลี่ยของล้อคู่หลังรถขับเคลื่อน 4ล้อตลอดเวลา จึงต้องมีเกียร์ที่ส่งกำลังไปสู่ล้อคู่หน้าและล้อคู่หลัง โดยยอมให้หมุนด้วยความเร็วต่างกันได้ ถ้าจะเปรียบกับรถขับเคลื่อน 2 ล้อ ล้อคู่หน้าของรถขับเคลื่อน 4 ล้อ ก็เปรียบเสมือนล้อนอกโค้งของรถขับเคลื่อน 2 ล้อ ส่วนล้อคู่หลังก็เปรียบเสมือนล้อในโค้งของรถขับเคลื่อน 2 ล้อ เกียร์ที่แบ่งกำลังและยอมให้ล้อคู่หน้าหมุนเร็วกว่าล้อคู่หลังนี้ จึงมีรูปแบบเหมือน "เฟืองท้าย" นั่นเองครับ เนื่องจากมันแบ่งแรงบิดไปยังด้านหน้าและด้านหลัง จึงมีชื่อเป็นทางการว่า CENTER DIFFERENTIAL เรียกในภาษาไทยว่า เฟืองกลางก็น่าจะได้ หลักการทำงานของดิฟเฟอเรนเชียลนี้ มีข้อเสียพ่วงมาด้วยอย่างหนึ่ง คือ มันจะส่งแรงบิดให้ทั้ง 2 ข้างเท่ากันเสมอ นั่นคือแรงขับเคลื่อนของล้อซ้ายและล้อขวา (ในรถขับเคลื่อน 2 ล้อ) จะเท่ากัน เราจึงเห็นว่า มีรอยดำจากเศษยาง ติดที่ผิวถนนด้านเดียวเกือบทุกครั้ง เพราะผิวถนนใต้ล้อด้านในด้านหนึ่งมี "ดี"หรือ "แย่" กว่าอีกด้าน ล้อที่อยู่บนผิวถนนที่แย่กว่า ก็จะหมุนฟรีก่อน พอหมุนฟรี แรงขับเคลื่อนก็น้อยล้อฝั่งตรงข้าม ซึ่งมีแรงขับเคลื่อนได้เท่าล้อที่กำลังหมุนฟรี จึงส่งแรงขับเคลื่อนลงสู่ผิวถนนใต้ล้อทั้ง 2 ข้างฝืดหรือลื่นเท่ากัน ล้อทั้ง 2 ข้างก็สามารถหมุนฟรีทั้งคู่ได้ ถ้าเราออกรถอย่างรุนแรง และเครื่องยนต์มีแรงบิดสูงพอ ถ้าเป็นรถสปอร์ท หรือรถที่กำลังเครื่องยนต์มีกำลังสูง โรงงานเขาก็แก้ปัญหาแรงขับเคลื่อนน้อย เวลาล้อใดล้อหนึ่งหมุนฟรี โดยออกแบบดิฟเฟอเรนเชียล ให้ล้อที่ลื่นกว่า หรือหมุนเร็วกว่า แบ่งแรงบิดไปเพิ่มให้ล้อที่หมุนช้ากว่า ที่เรารู้จักในชื่อ ลิมิเทด-สลิพ ดิฟเฟอเรนเชียล นิยมใช้อักษรย่อในภาษาอังกฤษว่า LSD รถที่มีระบบนี้จึงแรงบิดยืน ไม่ค่อยยอมให้ล้อทั้ง 2 ข้างหมุนด้วยความเร็วต่างกัน และส่งผลให้มันมีแรงฝืนการเลี้ยวของรถ แต่ถือว่าคุ้มครับกับแรงขับเคลื่อนที่ไม่สูญเสียไป กลับมาที่รถขับเคลื่อน 4 ล้อตลอดเวลาอีกครั้ง จุดประสงค์หลักของผู้ผลิตรถเหล่านี้ คือ ต้องการให้ได้แรงขับเคลื่อนสูงบนผิวลื่น โดยส่งแรงขับเคลื่อนไปยังล้อทั้ง 4 คราวนี้สมมติว่าล้อหน้า ไม่ว่าจะล้อเดียวหรือ 2 ล้อก็ตาม อยู่บนผิวที่ลื่นกว่าล้อหลัง แล้วหมุนฟรี แรงบิดรวม หรือแรงขับเคลื่อนของล้อคู่หน้าก็จะลดลง แรงบิดรวมของล้อคู่หลัง ก็จะลดลงเหมือนล้อคู่หลังเสมอ เป็นอันว่าถ้าล้อคู่หน้ากำลังตะกายกรวดหรือหิมะ แทนที่ล้อคู่หลังจะมีแรงขับเคลื่อนช่วย ก็กลับหมดแรงไปด้วย โรงงานรถก็เลยใช้เฟืองกลางแบบลิมิเทด-สลิพ ดิฟเฟอเรน หรือ LSD นี่แหละครับมาแก้ปัญหานี้ ก็มีหลายแบบด้วยกัน เช่น แบบใช้กลไกล้วนรุ่นใหม่ที่อาศัยแรงปฏิกิริยาของฟันเฟืองเฉียง รู้จัก กันในชื่อทอร์เซน ดิฟเฟอเรนเชียล (TORSEN DIFFERENTIAL) แบบคลัทช์ความหนืด (VISCOUS COUPLING) ซึ่งอาศัยแรงเสียดทานของสารความหนืด คั่นอยู่ระหว่างจานรับแรงบิด ที่ประกบกันอยู่หลายชิ้น หรือไม่ก็อาจมีระบบแม่เหล็กไฟฟ้ามาช่วยปรับแรงบิดด้วย แต่ไม่ว่าจะเป็นแบบใดก็ตาม ล้วนทำงานโดยหลักที่ว่า ล้อ (หรือเพลา) ที่หมุนเร็วกว่า หมายความว่าล้อนั้นกำลังลื่น และมีแรงบิดน้อยกว่า ซึ่งไม่จริงเสมอไป ยกตัวอย่าง เช่น ตอนที่เราเลี้ยวรถขับเคลื่อน 4ล้อบนถนนแห้ง หรือ "ดี" ปกติ ล้อทั้ง 4 ควรมีแรงขับเคลื่อนเท่าๆ กัน แต่เฟืองกลางแบบ LSD จะถือว่า(ตามการออกแบบ) ล้อคู่หน้ากำลัง "ลื่น" และหมุนฟรีอยู่ จึงส่งแรงบิดเพิ่มไปที่ล้อหลัง โดยอาศัยแรงเสียดทานจากการเสียดสีของผ้าคลัทช์ในระบบ LSD โดยไม่จำเป็น ถ้าถามว่าทำไมเป็นเช่นนี้ ก็ต้องตอบว่าการจ่ายแรงขับเคลื่อนให้เหมาะสมจริง ต้องวัดแรงขับเคลื่อนแต่ละล้อโดยตรง เช่น วัดแรงบิดที่เพลาขับกันเลย ก็พอทำได้ครับ แต่ยุ่งยาก แพงมาก และไม่ทราบว่าจะทนทานพอหรือไม่ โรงงานรถทั่วโลกก็เลยยังใช้ระบบ "ถ้าหมุนเร็วกว่า ถือว่ากำลังหมุนฟรีหรือลื่นอยู่" มาถึงประเด็นของเรื่องนี้แล้วนะครับ ว่าถ้าเราใช้ยางต่างขนาดกัน กับรถขับเคลื่อน 4 ล้อตลอดเวลาเหล่านี้ ก็จะเกิดความสึกหรอเกินควร หรือถึงขั้นเสียหายได้ ยกตัวอย่าง เช่น ใช้ยางคู่หน้า คนละตราหรือ คนละรุ่นกับยางคู่หลัง แล้วเส้นรอบวงของยางคู่หน้าน้อยกว่าคู่หลัง ขณะขับเป็นทางตรง ล้อคู่หน้าย่อมหมุนเร็วกว่าล้อคู่หลัง ระบบ LSD ของเฟืองกลาง ก็จะรับรู้เสมือนว่าล้อคู่หน้ากำลังหมุนฟรี เล็กน้อยอยู่ตลอดเวลา แรงบิดที่ล้อหลังจะถูกเพิ่มขึ้น แต่นั่นยังไม่ใช่ปัญหาครับ ปัญหาอยู่ที่ว่า ผ้าคลัทช์หรือชุดเสียดสีแบบใดก็ตาม ที่ใช้ในการปรับแบ่งแรงบิด ก็จะ "ทำงาน" คือ เสียดสีกันอยู่ตลอดเวลา แม้จะขับทางตรง แรงเสียดทานที่สูญไปในรูปของความร้อนจากการเสียดสีนี้ ก็คือ พลังงานที่ระบบเอามาจากเครื่องยนต์ ซึ่งก็คือเชื้อเพลิงที่เปลืองเพิ่มขึ้นนั่นเอง แต่ที่น่ากลัวกว่า คือ ความสึกหรอของชิ้นส่วนภายในเฟืองกลางครับ ถ้าเข้าใจตรงนี้ ผู้ที่ใช้รถขับเคลื่อนล้อหลังแบบมี LSD ก็คงเข้าใจว่า ห้ามใช้ยางล้อซ้ายและล้อขวาแตกต่างกันเช่นเดียวกันครับ บางคนอาจจะบอกว่า เราก็ใช้รถถูกวิธีอยู่แล้ว คู่มือใช้งานก็อ่านหมดทั้งเล่ม ไม่เห็นมันบอกเราเลย ผมว่าถ้าเป็นเช่นนี้ อาจเป็นเพราะวิศวกร หรือผู้ทำคู่มือการใช้ เขาเชื่อว่าคงไม่มีใครในประเทศที่พัฒนาแล้วระดับพวกเขา ที่ใช้ยางคนละตรา หรือคนละรุ่นในรถคันเดียวกัน เคยมีการสอบถามวิศวกรระบบขับเคลื่อนของโรงงาน เอาดี (AUDI) คำตอบก็คือ "อย่าว่าแต่ใช้ยางคนละตราหรือคนละรุ่นกันเลยครับ แม้แต่ใช้ยางรุ่นเดียวกันหมด แต่ถ้ายางคู่หนึ่งมีดอกยางตื้นกว่าอีกคู่มากหน่อย เช่น เปลี่ยนยางใหม่เฉพาะคู่หน้าหรือคู่หลัง ก็ทำให้ระบบเฟืองกลางสึกหรอได้เกินปกติหรือเสียหายได้แล้ว"