เหตุใดช่วงล่างแบบปีกนกคู่จึงดีกว่าช่วงล่างแบบแม็คเฟอร์สันในด้านสมรรถนะการเข้าโค้ง?
สารบัญ
การแนะนำ
ระบบช่วงล่างรถยนต์เป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักที่ส่งผลต่อสมรรถนะการควบคุม ความสะดวกสบาย และความปลอดภัยของรถยนต์ ในบรรดาระบบช่วงล่างที่หลากหลาย ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่และระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัท เป็นโครงสร้างช่วงล่างด้านหน้าสองแบบที่นิยมใช้มากที่สุด ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ซึ่งมีสมรรถนะการควบคุมและเสถียรภาพที่ยอดเยี่ยม ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์สมรรถนะสูงและรถแข่ง ในขณะที่ระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัท ซึ่งมีโครงสร้างเรียบง่ายและราคาประหยัด ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์นั่งส่วนบุคคลทั่วไป บทความนี้จะวิเคราะห์เชิงลึกว่าเหตุใดระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่จึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทในด้านสมรรถนะการเข้าโค้ง โดยพิจารณาจากปัจจัยต่างๆ เช่น การออกแบบโครงสร้าง ลักษณะทางเรขาคณิต พลวัตในการเข้าโค้ง พัฒนาการในอดีต และสถานการณ์การใช้งาน จะใช้แผนภูมิและการเปรียบเทียบตามเวลาเพื่อช่วยให้ผู้อ่านเข้าใจความแตกต่างระหว่างระบบทั้งสองได้อย่างครอบคลุมยิ่งขึ้น
ระบบกันสะเทือนแบบสวิงอาร์มคู่-ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ หรือที่มักเรียกกันว่าระบบช่วงล่างแบบแขน A-arm สองตัวในภาษาจีน ได้ชื่อมาจากรูปตัว "A" ของแขนควบคุมด้านบนและด้านล่าง ระบบช่วงล่างนี้โดยทั่วไปประกอบด้วยแขนควบคุมด้านบน แขนควบคุมด้านล่าง โช้คอัพ สปริง และข้อต่อต่างๆ แขนควบคุมด้านบนและด้านล่างเชื่อมต่อกับดุมล้อด้วยข้อต่อแบบลูกหมาก ช่วยให้สามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของยางได้อย่างแม่นยำทั้งในแนวตั้งและแนวนอน

แม็กเฟอร์สันแขวน-ระบบกันสะเทือนแบบแม็คเฟอร์สันสตรัทระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัท ออกแบบโดยวิศวกรชาวแคนาดา เอิร์ล เอส. แมคเฟอร์สัน ในช่วงทศวรรษที่ 1940 เป็นระบบช่วงล่างที่พบมากที่สุดในรถยนต์สมัยใหม่ โดยเฉพาะระบบช่วงล่างหน้า เนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพ ส่วนประกอบหลักของระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทประกอบด้วยโช้คอัพ สปริงขด แขนควบคุมช่วงล่าง และเหล็กกันโคลง โช้คอัพและสปริงจะรวมกันเป็นสตรัท ซึ่งเชื่อมต่อโดยตรงกับตัวถังและดุมล้อ

หลักการพื้นฐานและหน้าที่ของระบบช่วงล่าง
หน้าที่หลักของระบบกันสะเทือนมีดังนี้:
- รองรับน้ำหนักตัวรถ:เพื่อให้รถมีความเสถียรและดูดซับแรงกระแทกจากผิวถนน
- รักษาการสัมผัสของยางกับพื้นถนนให้การยึดเกาะที่เพียงพอ ส่งผลต่อการเร่งความเร็ว การเบรก และการเข้าโค้ง
- ปรับปรุงการจัดการและความสะดวกสบายรักษาสมดุลเสถียรภาพของรถและความสบายในการขับขี่เมื่อเข้าโค้งด้วยความเร็วสูง
เมื่อเข้าโค้ง ระบบช่วงล่างจำเป็นต้องควบคุมการเปลี่ยนแปลงของความเอียงของตัวถัง มุมแคมเบอร์ และพื้นผิวสัมผัสของยางกับพื้นถนนได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพและการยึดเกาะของรถ ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่และระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทมีความแตกต่างกันอย่างมากในประเด็นเหล่านี้
การเปรียบเทียบโครงสร้างระหว่างระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่และระบบช่วงล่างแบบแม็คเฟอร์สันสตรัท
1. ระบบช่วงล่างแบบแม็คเฟอร์สันสตรัท
- ลักษณะโครงสร้าง-
ระบบกันสะเทือนแบบแมคเฟอร์สัน ออกแบบโดยเอิร์ล เอส. แมคเฟอร์สัน ในช่วงทศวรรษ 1940 เป็นระบบกันสะเทือนที่เรียบง่ายและประหยัดพื้นที่ ส่วนประกอบหลักประกอบด้วย: - ชุดโช้คอัพและสปริงโช้คอัพและสปริงขดถูกผสานเข้าเป็นสตรัทตัวเดียวซึ่งเชื่อมต่อโดยตรงกับดุมล้อ
- แขนควบคุมล่างแขนควบคุมเดี่ยว (โดยปกติจะเป็นแขน A) เชื่อมต่อกับตัวถังและดุมล้อ ทำหน้าที่รองรับด้านข้าง
- กันโคลงใช้เพื่อลดการโคลงตัวของตัวถังรถยนต์
- ข้อต่อพวงมาลัยเชื่อมต่อดุมล้อเข้ากับระบบบังคับเลี้ยว
- ข้อได้เปรียบ-
- มีโครงสร้างเรียบง่าย ชิ้นส่วนน้อย และต้นทุนการผลิตต่ำ
- ใช้พื้นที่น้อยและเหมาะกับรถขับเคลื่อนล้อหน้า
- ง่ายต่อการซ่อมแซมและบำรุงรักษา
- ข้อบกพร่อง-
- มุมแคมเบอร์เปลี่ยนแปลงอย่างมาก ซึ่งสามารถลดพื้นที่สัมผัสระหว่างยางและพื้นผิวถนนเมื่อเข้าโค้งได้อย่างง่ายดาย
- โช้คอัพทำหน้าที่ทั้งรองรับและลดแรงสั่นสะเทือน ทำให้รับแรงด้านข้างได้ซึ่งอาจส่งผลต่อความแม่นยำในการจัดการ
- ซึ่งเป็นข้อเสียสำหรับรถยนต์สมรรถนะสูง เนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตจำกัดความยืดหยุ่นในการปรับช่วงล่าง

2. ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่
- ลักษณะโครงสร้าง-
ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่เป็นระบบช่วงล่างที่ซับซ้อนกว่า ซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากการออกแบบรถแข่งในช่วงทศวรรษที่ 1930 ส่วนประกอบหลักประกอบด้วย: - แขนควบคุมด้านบนและด้านล่างโดยทั่วไปแล้ว จะเป็นแขนควบคุมรูปตัว A หรือความยาวไม่เท่ากัน ซึ่งเชื่อมต่อกับปลายด้านบนและด้านล่างของดุมล้อตามลำดับ
- โช้คอัพและสปริงอิสระจากแขนควบคุม มุ่งเน้นการดูดซับแรงกระแทกและการดูดซับแรงกระแทก
- ข้อต่อพวงมาลัยและดุมล้อให้ตำแหน่งยางที่แม่นยำ
- กันโคลง(ทางเลือก): ควบคุมการเอียงตัวรถเพิ่มเติม
- ข้อได้เปรียบ-
- ช่วยให้ควบคุมมุมโค้งได้ดีขึ้น โดยรักษาการสัมผัสของยางกับพื้นถนนอย่างเหมาะสมขณะเข้าโค้ง
- เรขาคณิตของระบบกันสะเทือนสามารถปรับความสูงได้เพื่อให้เหมาะกับสภาพการขับขี่ที่แตกต่างกัน
- มีความแข็งแกร่งของโครงสร้างสูงจึงเหมาะกับรถยนต์สมรรถนะสูง และรถแข่ง
- ข้อบกพร่อง-
- มีโครงสร้างที่ซับซ้อนและมีต้นทุนการผลิตและบำรุงรักษาสูง
- มันใช้พื้นที่มากซึ่งไม่เอื้อต่อการออกแบบรถยนต์ขนาดกะทัดรัด

ลักษณะทางเทคนิคของระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่:
- แขนควบคุมด้านบนและด้านล่างมีฟังก์ชันที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนโดยทั่วไปแล้วแขนควบคุมด้านบนจะสั้นกว่าและแขนควบคุมด้านล่างจะยาวกว่า การออกแบบนี้ช่วยปรับมุมแคมเบอร์โดยอัตโนมัติเมื่อรถเอียง ช่วยให้ยางสัมผัสกับพื้นถนนได้อย่างเหมาะสม
- โครงสร้างมีความแข็งแกร่งสูงแขนควบคุมทั้งสองของแขนโยกคู่สามารถกระจายแรงด้านข้างและตามยาวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดภาระของโช้คอัพ และให้โช้คอัพมุ่งเน้นไปที่การดูดซับแรงสั่นสะเทือนในแนวตั้ง
- การควบคุมทางเรขาคณิตที่แม่นยำระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่ช่วยให้วิศวกรสามารถปรับพารามิเตอร์การจัดแนวยาง เช่น มุมแคมเบอร์ มุมโท และมุมคาสเตอร์ ได้อย่างแม่นยำ จึงเพิ่มประสิทธิภาพในการควบคุมรถให้เหมาะสมที่สุด
การวิเคราะห์ข้อดี
สมรรถนะการเข้าโค้งที่ยอดเยี่ยม-
- ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ (Double Wishbone) สามารถควบคุมการโคลงของตัวถังได้อย่างมีประสิทธิภาพขณะเข้าโค้ง ด้วยการออกแบบทางเรขาคณิตของแขนควบคุมด้านบนและด้านล่าง ระบบจะปรับมุมแคมเบอร์ของยางโดยอัตโนมัติ เพื่อให้มั่นใจว่ายางจะรักษาพื้นที่สัมผัสกับพื้นถนนสูงสุดและเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะถนน
- ความแข็งแกร่งด้านข้างที่สูงช่วยลดการเสียรูปของยางในระหว่างการเข้าโค้งด้วยความเร็วสูง จึงช่วยเพิ่มเสถียรภาพได้ดียิ่งขึ้น
- การควบคุมการสึกหรอของยางการควบคุมรูปทรงเรขาคณิตที่แม่นยำของระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่ช่วยให้ยางสามารถรักษามุมสัมผัสที่เหมาะสมที่สุดภายใต้สภาพถนนที่แตกต่างกัน ช่วยลดการสึกหรอที่ไม่จำเป็นและยืดอายุการใช้งานของยาง
- ความรู้สึกถนนที่ชัดเจนเนื่องจากโช้คอัพรับน้ำหนักตามแนวตั้งเป็นหลัก ระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่จึงตอบสนองกับพื้นถนนได้โดยตรงมากขึ้น ช่วยให้ผู้ขับขี่รับรู้ถึงพลวัตของรถได้ง่ายขึ้น
- ขอบเขตการใช้งานที่กว้างขวางระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่ไม่เพียงแต่เหมาะกับรถสปอร์ตสมรรถนะสูง (เช่น Porsche 911 และ Ferrari 488) เท่านั้น แต่ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในรถ SUV ที่แข็งแกร่ง (เช่น Jeep Wrangler) และรถแข่ง F1 อีกด้วย เนื่องจากโครงสร้างสามารถตอบสนองความต้องการด้านความแข็งแกร่งและการควบคุมที่สูงได้ในเวลาเดียวกัน
การวิเคราะห์ข้อเสีย
แม้ว่าระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่จะมีประสิทธิภาพการควบคุมที่ยอดเยี่ยม แต่ก็มีข้อจำกัดบางประการด้วยเช่นกัน:
- โครงสร้างที่ซับซ้อนระบบกันสะเทือนแขนโยกคู่มีชิ้นส่วนจำนวนมาก และกระบวนการออกแบบและปรับแต่งต้องอาศัยทักษะทางเทคนิคที่สูงขึ้น
- ต้นทุนการผลิตสูงเนื่องจากมีชิ้นส่วนจำนวนมากและต้องใช้การกลึงที่มีความแม่นยำ ต้นทุนการผลิตระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่จึงสูงกว่าระบบกันสะเทือนแบบแม็คเฟอร์สันสตรัทอย่างมาก
- ความต้องการพื้นที่ขนาดใหญ่ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ต้องการพื้นที่ติดตั้งที่มาก ซึ่งเป็นความท้าทายสำหรับรถขนาดเล็กหรือรุ่นที่มีพื้นที่จำกัด (เช่น รถคลาส A หรือคลาส B)
- ความยากในการปรับแต่งสูงการตั้งศูนย์ล้อทั้งสี่และการตั้งค่าพารามิเตอร์ช่วงล่างอย่างแม่นยำต้องอาศัยทักษะระดับมืออาชีพและมีความต้องการความสามารถทางเทคนิคสูงทั้งจากผู้ผลิตยานยนต์และเจ้าหน้าที่ซ่อม
ลักษณะทางเทคนิคของระบบกันสะเทือนแบบ MacPherson Strut
โครงสร้างและหลักการทำงาน
ระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สัน ออกแบบโดยวิศวกรชาวแคนาดา เอิร์ล เอส. แมคเฟอร์สัน ในช่วงทศวรรษที่ 1940 เป็นระบบช่วงล่างที่พบมากที่สุดในรถยนต์สมัยใหม่ โดยเฉพาะระบบช่วงล่างหน้า เนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพ ส่วนประกอบหลักของระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันประกอบด้วยโช้คอัพ สปริงขด แขนควบคุมช่วงล่าง และเหล็กกันโคลง โช้คอัพและสปริงจะรวมกันเป็นสตรัท ซึ่งเชื่อมต่อโดยตรงกับตัวถังและดุมล้อ
คุณสมบัติหลักของระบบกันสะเทือนแบบแม็คเฟอร์สันสตรัท ได้แก่:
- โครงสร้างที่เรียบง่ายต้องใช้แขนควบคุมล่างเพียงอันเดียวและเสารองรับหนึ่งอัน โดยมีชิ้นส่วนน้อยลงและต้องการพื้นที่ติดตั้งน้อยลง
- ต้นทุนต่ำเนื่องจากโครงสร้างที่เรียบง่าย ระบบกันสะเทือนแบบแม็คเฟอร์สันสตรัทจึงมีต้นทุนการผลิตและการบำรุงรักษาต่ำ จึงเหมาะสำหรับยานพาหนะที่ผลิตจำนวนมาก
- สามารถใช้งานได้หลากหลายระบบช่วงล่างแบบแม็คเฟอร์สันสตรัทเหมาะสำหรับรถยนต์ขับเคลื่อนล้อหน้าส่วนใหญ่ โดยเฉพาะรถยนต์ขนาดกะทัดรัดและขนาดกลาง
การวิเคราะห์ข้อดี
- ประหยัดพื้นที่การออกแบบที่กะทัดรัดของระบบกันสะเทือนแบบ MacPherson ทำให้เหมาะกับรถยนต์ขนาดเล็กและรุ่นขับเคลื่อนล้อหน้า ช่วยเพิ่มพื้นที่ในห้องเครื่องและภายในรถ
- ทางเศรษฐกิจต้นทุนการผลิตที่ต่ำและข้อกำหนดการปรับแต่งที่ไม่ซับซ้อนทำให้เป็นตัวเลือกอันดับต้นๆ สำหรับรถยนต์ประหยัด
- ปลอบโยนระบบกันสะเทือนแบบแม็คเฟอร์สันมีประสิทธิภาพในการดูดซับแรงสั่นสะเทือนบนท้องถนนได้ดี จึงเหมาะกับการขับขี่ในชีวิตประจำวันและในเมือง
การวิเคราะห์ข้อเสีย
- ความคล่องตัวที่จำกัดเนื่องจากโช้คอัพรับน้ำหนักทั้งแนวตั้งและแรงด้านข้างบางส่วน ระบบกันสะเทือนแบบแม็คเฟอร์สันสตรัทจึงมีความเสถียรน้อยกว่าระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่เมื่อเข้าโค้งด้วยความเร็วสูง
- การควบคุมความโค้งไม่เพียงพอระบบช่วงล่างแบบแม็คเฟอร์สันสตรัทไม่สามารถปรับมุมแคมเบอร์ได้อย่างแม่นยำเท่ากับระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ ส่งผลให้การยึดเกาะยางอ่อนลงเมื่อเข้าโค้ง
- ความรู้สึกของถนนค่อนข้างคลุมเครือเนื่องจากโช้คอัพรับน้ำหนักได้หลายหน้าที่ การตอบสนองของผู้ขับขี่จากพื้นถนนจึงไม่ชัดเจนเท่ากับช่วงล่างแบบปีกนกคู่
ปัจจัยสำคัญของประสิทธิภาพการเข้าโค้ง
ประสิทธิภาพการเข้าโค้งขึ้นอยู่กับว่าระบบช่วงล่างจัดการกับปัจจัยสำคัญต่อไปนี้ได้ดีเพียงใด:
- การควบคุมแคมเบอร์มุมแคมเบอร์ของยางมีผลต่อพื้นที่สัมผัสระหว่างยางกับพื้นผิวถนน โดยหลักการแล้ว ยางควรรักษาพื้นที่สัมผัสสูงสุดขณะเข้าโค้งเพื่อให้การยึดเกาะถนนมีประสิทธิภาพสูงสุด
- ระบบควบคุมการทรงตัวการเอียงของตัวถังทำให้การกระจายน้ำหนักบนยางเปลี่ยนไป ส่งผลต่อเสถียรภาพในการควบคุมรถ
- ความยืดหยุ่นของเรขาคณิตของการแขวนลอยรูปทรงเรขาคณิตของระบบช่วงล่างจะกำหนดความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพการขับขี่ที่แตกต่างกัน
- การกระจายน้ำหนักบรรทุกของยางการกระจายน้ำหนักที่สม่ำเสมอช่วยเพิ่มการยึดเกาะและความแม่นยำในการจัดการ
1. การควบคุมแคมเบอร์
- ระบบกันสะเทือนแบบแมคเฟอร์สัน-
เนื่องจากระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทใช้แขนควบคุมและโช้คอัพเพียงตัวเดียว การโคลงของตัวถังขณะเข้าโค้งทำให้มุมแคมเบอร์ของยางเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว (โดยปกติจะกลายเป็นมุมแคมเบอร์บวก) ส่งผลให้เกิดแรงกดที่มากเกินไปด้านในของยาง ทำให้พื้นที่สัมผัสกับพื้นถนนลดลงและส่งผลให้การยึดเกาะถนนลดลง ตัวอย่างเช่น ขณะเข้าโค้งด้วยความเร็วสูง มุมแคมเบอร์ของระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทอาจเปลี่ยนแปลงได้ 3-5 องศา ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อการยึดเกาะถนน - ระบบกันสะเทือนแขนโยกคู่-
ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ (Double Wishbone) ได้รับการออกแบบด้วยแขนควบคุมด้านบนและด้านล่าง จึงสามารถควบคุมมุมแคมเบอร์ของยางได้อย่างแม่นยำ วิศวกรสามารถปรับความยาวและมุมของแขนควบคุมเพื่อรักษามุมแคมเบอร์ติดลบขณะเข้าโค้ง เพื่อให้ได้พื้นที่สัมผัสยางสูงสุด ตัวอย่างเช่น ภายใต้สภาวะเดียวกัน โดยทั่วไปแล้ว การเปลี่ยนแปลงมุมแคมเบอร์ของระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่จะควบคุมได้ภายใน 1-2 องศา ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะถนนได้อย่างมาก
2. ระบบควบคุมการทรงตัว
- ระบบกันสะเทือนแบบแมคเฟอร์สัน-
แมคเฟอร์สันสตรัทมีความแข็งแรงเชิงโครงสร้างค่อนข้างต่ำ และสตรัทโช้คอัพทำหน้าที่รองรับและหน่วงการสั่นสะเทือน ทำให้รับแรงด้านข้างได้ค่อนข้างมาก เมื่อเข้าโค้ง มุมเอียงของตัวถังจะค่อนข้างสูง (ปกติอยู่ที่ 4-6 องศา) ทำให้ยางนอกรับน้ำหนักมากเกินไป ขณะที่ยางในรับน้ำหนักน้อยเกินไป ส่งผลต่อเสถียรภาพโดยรวม - ระบบกันสะเทือนแขนโยกคู่-
แขนควบคุมด้านบนและด้านล่างของระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่ให้ความแข็งแกร่งเชิงโครงสร้างที่สูงขึ้น ต้านทานแรงด้านข้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยการปรับปรุงรูปทรงเรขาคณิตของแขนควบคุม ระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่สามารถควบคุมมุมเอียงของตัวถังได้ภายใน 2-3 องศา ช่วยให้กระจายน้ำหนักของยางได้สม่ำเสมอยิ่งขึ้น และเพิ่มเสถียรภาพในการเข้าโค้ง
3. ความยืดหยุ่นของรูปทรงเรขาคณิตของระบบกันสะเทือน
- ระบบกันสะเทือนแบบแมคเฟอร์สัน-
ระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทมีรูปทรงที่ค่อนข้างคงที่ ทำให้มีข้อจำกัดในการปรับแต่ง วิศวกรพบว่าการปรับรูปทรงของช่วงล่างให้เหมาะสมที่สุดนั้นทำได้ยาก เพื่อให้เหมาะกับรถยนต์ที่เน้นความสะดวกสบายมากกว่ารถยนต์สมรรถนะสูง - ระบบกันสะเทือนแขนโยกคู่-
แขนควบคุมด้านบนและด้านล่างของระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่ช่วยให้วิศวกรสามารถปรับรูปทรงของช่วงล่างได้อย่างแม่นยำ ทั้งมุมแคมเบอร์ มุมโท และระยะยุบตัว ซึ่งช่วยให้ระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่สามารถปรับให้เข้ากับสภาพสนามที่แตกต่างกันและความต้องการสมรรถนะสูงได้ ยกตัวอย่างเช่น ระบบกันสะเทือนของรถ F1 หรือซูเปอร์คาร์ มักจะใช้การออกแบบปีกนกคู่
4. การกระจายน้ำหนักของยาง
- ระบบกันสะเทือนแบบแมคเฟอร์สัน-
เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอย่างมากของความโค้งของตัวถังและมุมแคมเบอร์ ทำให้ระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทมีการกระจายน้ำหนักที่ไม่สม่ำเสมอของยางขณะเข้าโค้ง ซึ่งอาจทำให้ยางนอกรับน้ำหนักมากเกินไปและยางในยึดเกาะถนนได้ไม่ดีพอ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดอาการท้ายปัดหรือท้ายปัดมากเกินไป - ระบบกันสะเทือนแขนโยกคู่-
ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ช่วยให้การกระจายน้ำหนักของยางเป็นไปอย่างสม่ำเสมอยิ่งขึ้นด้วยการควบคุมที่แม่นยำและแม่นยำ ยางด้านนอกสามารถรับน้ำหนักได้อย่างเหมาะสมขณะเข้าโค้ง ขณะที่ยางด้านในยังคงรักษาการยึดเกาะถนนได้อย่างเพียงพอ จึงช่วยเพิ่มขีดจำกัดการเข้าโค้งและความแม่นยำในการควบคุมรถ
ประสิทธิภาพการเข้าโค้งขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของระบบช่วงล่างในด้านต่างๆ ดังต่อไปนี้:
- การยึดเกาะของยางพื้นที่สัมผัสและมุมระหว่างยางกับพื้นผิวถนนส่งผลโดยตรงต่อเสถียรภาพในการเข้าโค้ง
- ระบบควบคุมการทรงตัวยิ่งมุมม้วนเล็กเท่าใด เสถียรภาพของรถเมื่อเข้าโค้งก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
- ความแข็งแกร่งของระบบกันสะเทือนระบบกันสะเทือนที่มีความแข็งแกร่งสูงช่วยลดการเสียรูปของตัวถังและปรับปรุงความแม่นยำในการจัดการ
- การควบคุมทางเรขาคณิตความสามารถของระบบช่วงล่างในการปรับพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น มุมแคมเบอร์และมุมโท ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของยาง
การวิเคราะห์เชิงเปรียบเทียบ
ต่อไปนี้เป็นการเปรียบเทียบทางเทคนิคโดยละเอียดเกี่ยวกับประสิทธิภาพการเข้าโค้งของระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่และระบบกันสะเทือนแบบแม็คเฟอร์สันสตรัท:
การควบคุมการยึดเกาะและมุมแคมเบอร์ของยาง-
- ระบบกันสะเทือนแขนโยกคู่ด้วยการออกแบบทางเรขาคณิตของแขนควบคุมด้านบนและด้านล่าง ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่สามารถปรับมุมแคมเบอร์ได้โดยอัตโนมัติเมื่อรถเอียง ช่วยให้ยางตั้งฉากกับพื้นถนนและเพิ่มการยึดเกาะถนนสูงสุด คุณสมบัตินี้เห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษในการเข้าโค้งด้วยความเร็วสูงหรือทางโค้งต่อเนื่อง เช่น ในการขับขี่บนสนามแข่ง ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ช่วยให้รถเข้าโค้งได้อย่างมั่นคงยิ่งขึ้น
- ระบบกันสะเทือนแบบแมคเฟอร์สันเนื่องจากมีแขนควบคุมด้านล่างเพียงอันเดียว ระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทจึงมีความยืดหยุ่นในการปรับมุมแคมเบอร์ที่จำกัด ขณะเข้าโค้งด้วยความเร็วสูง ยางอาจเบี่ยงออกจากมุมสัมผัสที่เหมาะสมเนื่องจากตัวถังโคลง ส่งผลให้การยึดเกาะถนนลดลง
ระบบควบคุมการทรงตัว-
- ระบบกันสะเทือนแขนโยกคู่ความแข็งแกร่งด้านข้างที่สูงของระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ (Double Wishbone) ช่วยต้านทานการโคลงของตัวถังได้อย่างมีประสิทธิภาพ และช่วยลดการเคลื่อนตัวของจุดศูนย์ถ่วง จึงช่วยเพิ่มเสถียรภาพในการเข้าโค้ง ยกตัวอย่างเช่น โตโยต้า โคโรลล่าที่ติดตั้งระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ (Double Wishbone) พบว่ามุมโคลงของตัวถังขณะเข้าโค้งด้วยความเร็วสูงน้อยกว่าอย่างเห็นได้ชัด เมื่อเทียบกับรุ่นอื่นๆ ที่ใช้ระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัท
- ระบบกันสะเทือนแบบแมคเฟอร์สันโครงสร้างสตรัทของระบบกันสะเทือนแบบแม็คเฟอร์สันสตรัทมีแนวโน้มที่จะเสียรูปเมื่อได้รับแรงด้านข้าง ส่งผลให้ตัวรถเอียงอย่างมากและส่งผลต่อเสถียรภาพในการเข้าโค้ง
ความแข็งแกร่งของช่วงล่างและความรู้สึกบนท้องถนน-
- ระบบกันสะเทือนแขนโยกคู่เนื่องจากแรงด้านข้างถูกดูดซับโดยแขนควบคุม โช้คอัพจึงสามารถมุ่งเน้นไปที่การดูดซับแรงสั่นสะเทือนในแนวตั้ง มอบความรู้สึกสัมผัสพื้นถนนที่ชัดเจนยิ่งขึ้น สิ่งนี้สำคัญอย่างยิ่งสำหรับรถยนต์สมรรถนะสูงหรือรถแข่ง เนื่องจากผู้ขับขี่จำเป็นต้องรับรู้การเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวถนนได้อย่างแม่นยำ
- ระบบกันสะเทือนแบบแมคเฟอร์สันโช้คอัพรับแรงจากหลายทิศทางพร้อมกัน ทำให้เกิดความรู้สึกสัมผัสพื้นถนนที่ค่อนข้างคลุมเครือ เมื่อเข้าโค้งด้วยความเร็วสูง ผู้ขับขี่อาจพบว่ายากที่จะเข้าใจพลวัตของรถได้อย่างแม่นยำ
ตารางต่อไปนี้เปรียบเทียบตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลักของระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่และระบบกันสะเทือนแบบแม็คเฟอร์สันสตรัท:
| ลักษณะเฉพาะ | ระบบกันสะเทือนแขนโยกคู่ | ระบบกันสะเทือนแบบแมคเฟอร์สัน |
|---|---|---|
| ความซับซ้อนของโครงสร้าง | สูง (หลายชิ้นส่วน, แขนควบคุมด้านบนและด้านล่าง) | ต่ำ (การออกแบบเสาเดี่ยว) |
| ต้นทุนการผลิต | สูง | ต่ำ |
| ความต้องการพื้นที่ | ใหญ่ | เล็ก |
| การยึดเกาะขณะเข้าโค้ง | ดีเยี่ยม (ปรับแคมเบอร์อัตโนมัติ) | โดยทั่วไป (การควบคุมมุมแคมเบอร์มีจำกัด) |
| ระบบควบคุมการทรงตัว | ยอดเยี่ยม (ความแข็งด้านข้างสูง) | โดยทั่วไป (เสารองรับมีแนวโน้มที่จะเกิดการเสียรูป) |
| การตอบรับข้อมูลถนน | เคลียร์ (โช๊คเน้นรับน้ำหนักแนวตั้ง) | วาเก (โช้คอัพภายใต้ภาระหลาย ๆ ครั้ง) |
| รุ่นที่ใช้งานได้ | รถยนต์สมรรถนะสูง, SUV, รถแข่ง | รถยนต์ประหยัด, รถยนต์ขนาดกะทัดรัด |
| ความยากในการปรับแต่ง | สูง (ต้องตั้งศูนย์ล้อทั้งสี่ให้แม่นยำ) | ต่ำ (การตั้งค่าแบบง่าย) |
การวิเคราะห์ข้อมูล
จากการวิจัยทางวิศวกรรมยานยนต์ พบว่าระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่มักจะมีมุมเอียงน้อยกว่าระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัท 20-30 องศา ขณะเข้าโค้งด้วยความเร็วสูง แต่ขณะเดียวกันก็ช่วยเพิ่มการยึดเกาะของยางได้ประมาณ 15 องศา ยกตัวอย่างเช่น ในการทดสอบเข้าโค้งที่ความเร็ว 100 กม./ชม. รถยนต์ที่ติดตั้งระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ (เช่น โตโยต้า โคโรลล่า) มีมุมเอียงเฉลี่ยประมาณ 3.5 องศา ขณะที่รถยนต์ที่ใช้ระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัท (เช่น ฮอนด้า ซีวิค) มีมุมเอียงเฉลี่ย 4.5-5 องศา นอกจากนี้ อัตราการสูญเสียพื้นที่สัมผัสยางของระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ยังน้อยกว่า 5 องศา ในขณะที่ระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทอาจสูงถึง 10-15 องศา
สถานการณ์การพัฒนาและการประยุกต์ใช้ทางประวัติศาสตร์
1. การพัฒนาและการประยุกต์ใช้ระบบกันสะเทือนแบบแม็คเฟอร์สัน
- ระยะเวลา-
- ทศวรรษที่ 1940Earle S. MacPherson พัฒนาระบบกันสะเทือนแบบ MacPherson strut ที่บริษัท Ford Motor Company ซึ่งนำมาใช้ครั้งแรกในรุ่น Ford Vedette ปี 1949
- ทศวรรษ 1960-1980เนื่องจากรถยนต์ขับเคลื่อนล้อหน้าได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้น ระบบกันสะเทือนแบบแม็คเฟอร์สันสตรัทจึงกลายมาเป็นการออกแบบกระแสหลักและถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์รุ่นต่างๆ เช่น Volkswagen Golf และ Honda Civic
- ทศวรรษ 1990 ถึงปัจจุบันระบบกันสะเทือนแบบแม็คเฟอร์สันสตรัทยังคงถูกนำมาใช้ในรถยนต์นั่งส่วนบุคคลระดับกลางถึงล่างส่วนใหญ่ เช่น Toyota Corolla และ Ford Focus เนื่องจากมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุน
- สถานการณ์การใช้งาน-
ระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทเหมาะสำหรับรถยนต์ประหยัดน้ำมันและรถยนต์ขับเคลื่อนล้อหน้า เนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและประหยัดพื้นที่ จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการขับขี่ในเมืองและรถยนต์ที่เน้นความสะดวกสบาย อย่างไรก็ตาม การใช้งานในรถยนต์สมรรถนะสูงยังมีข้อจำกัด เนื่องจากสมรรถนะการควบคุมรถไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการขับขี่บนสนามแข่งหรือการขับขี่แบบออฟโรดได้
2. การพัฒนาและการประยุกต์ใช้ระบบกันสะเทือนแขนปีกคู่
- ระยะเวลา-
- ทศวรรษที่ 1930ระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่มีต้นกำเนิดมาจากการออกแบบรถแข่ง และถูกนำมาใช้ครั้งแรกในรถแข่งกรังด์ปรีซ์
- ทศวรรษ 1950-1970ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการแข่งรถ ระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่จึงกลายมาเป็นอุปกรณ์มาตรฐานสำหรับรถ F1 และรถสปอร์ตระดับไฮเอนด์ เช่น Ferrari 250 GTO และ Lotus Elan
- ทศวรรษ 1980 ถึงปัจจุบันระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ (Double Wishbone) ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์สมรรถนะสูงและซูเปอร์คาร์ เช่น Porsche 911, Ferrari 488 และ McLaren 720S รถยนต์หรูบางรุ่น (เช่น BMW M series) ก็ใช้ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการควบคุมรถเช่นกัน
- สถานการณ์การใช้งาน-
ระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่ (Double Wishbone) เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในรถแข่ง รถสปอร์ตสมรรถนะสูง และรถยนต์หรูหรา ด้วยสมรรถนะการควบคุมที่เหนือกว่า การควบคุมที่แม่นยำและโครงสร้างที่แข็งแกร่ง ทำให้ระบบกันสะเทือนนี้เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการขับขี่ในสนามแข่งและการควบคุมรถแบบออฟโรด
การวิเคราะห์แผนภูมิ
เพื่อเปรียบเทียบความแตกต่างของประสิทธิภาพการเข้าโค้งระหว่างช่วงล่างแบบปีกนกคู่และช่วงล่างแบบแม็คเฟอร์สันสตรัทได้อย่างชัดเจนยิ่งขึ้น ด้านล่างนี้จะแสดงแผนภูมิสองแผนภูมิ ซึ่งแสดงประสิทธิภาพการเปลี่ยนมุมแคมเบอร์และมุมเอียงของตัวถังที่ความเร็วเข้าโค้งต่างกัน
แผนภูมิที่ 1: การเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงของมุมเอียงออกด้านนอก
วิเคราะห์ดังที่แสดงในแผนภูมิ เมื่อความเร็วเข้าโค้งเพิ่มขึ้น มุมแคมเบอร์ของระบบกันสะเทือนแบบแมคเฟอร์สันสตรัทจะเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้พื้นที่สัมผัสของยางลดลง ในทางตรงกันข้าม มุมแคมเบอร์ของระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่จะเปลี่ยนแปลงน้อยกว่า จึงรักษาการยึดเกาะถนนได้ดีขึ้น

แผนภูมิที่ 2: การเปรียบเทียบมุมเอียงของยานพาหนะ
วิเคราะห์ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่มีมุมเอียงของตัวถังที่ต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัดในทุกช่วงความเร็วเมื่อเปรียบเทียบกับระบบช่วงล่างแบบแม็คเฟอร์สันสตรัท ซึ่งแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบในการควบคุมเสถียรภาพของรถ

กรณีศึกษา
1. รุ่นที่ใช้ระบบกันสะเทือนแบบ MacPherson strut: Toyota Corolla
- โตโยต้า โคโรลล่า (E210, ปี 2018-ปัจจุบัน) ใช้ระบบช่วงล่างหน้าแบบแม็คเฟอร์สันสตรัท เหมาะสำหรับการขับขี่ในชีวิตประจำวันและการขับขี่ที่เน้นความประหยัด การควบคุมรถถือว่าเพียงพอเมื่อเข้าโค้งบนถนนปกติ แต่เมื่อใช้ความเร็วสูง (มากกว่า 80 กม./ชม.) มุมเอียงและมุมแคมเบอร์ของตัวถังจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก ส่งผลให้การยึดเกาะถนนไม่ดีพอและมีแนวโน้มที่จะเกิดอาการอันเดอร์สเตียร์
2. รถยนต์ที่มีระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่: Porsche 911
- Porsche 911 (992, 2019 ถึงปัจจุบัน) มาพร้อมระบบกันสะเทือนหน้าแบบปีกนกคู่ ออกแบบมาเพื่อการขับขี่สมรรถนะสูงโดยเฉพาะ ในการทดสอบบนสนามแข่ง Porsche 911 ยังคงรักษาเสถียรภาพของตัวถังและการยึดเกาะถนนขณะเข้าโค้งด้วยความเร็วสูง (มากกว่า 100 กม./ชม.) การควบคุมมุมแคมเบอร์และความแข็งแกร่งของช่วงล่างทำให้ Porsche 911 มีขีดจำกัดการเข้าโค้งที่เหนือกว่าระบบกันสะเทือนแบบแมคเฟอร์สันสตรัทอย่างมาก
3. กรณีศึกษาการใช้งานระบบช่วงล่างแบบปีกคู่ของโตโยต้า
ภายใต้ประธานคนใหม่ โตโยต้าได้นำระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่มาใช้กับรถยนต์รุ่นหลักๆ อย่างแข็งขัน เพื่อแสดงให้เห็นถึงการให้ความสำคัญกับความเพลิดเพลินในการขับขี่ ด้านล่างนี้คือสองตัวอย่างเฉพาะ:
โตโยต้า โคโรลล่า (หลังปี 2019)-
- การออกแบบระบบกันสะเทือนระบบกันสะเทือนด้านหลังใช้โครงสร้างปีกนกคู่ ผสานกับการออกแบบจุดศูนย์ถ่วงต่ำของแพลตฟอร์ม TNGA
- ผลงานจากการทดสอบขับจริง โคโรลล่าแสดงให้เห็นถึงเสถียรภาพของตัวถังและความแม่นยำในการบังคับเลี้ยวที่ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเข้าโค้งต่อเนื่อง เมื่อเทียบกับรุ่นก่อนหน้า (ซึ่งใช้ช่วงล่างแบบทอร์ชันบีม) ความเร็วในการเข้าโค้งสูงกว่าคู่แข่งในระดับเดียวกันประมาณ 5-10 เท่า
- การตอบรับจากตลาดโดยทั่วไปแล้ว ผู้บริโภคมักให้ความเห็นเชิงบวกต่อสมรรถนะการควบคุมของ Corolla โดยเชื่อว่ามีความสมดุลระหว่างความสะดวกสบายและความสปอร์ต
โตโยต้า ยาริส (รุ่นขับเคลื่อนสี่ล้อ ปี 2023)-
- การออกแบบระบบกันสะเทือนระบบกันสะเทือนด้านหลังใช้โครงสร้างปีกนกคู่แบบปรับแต่งให้เหมาะสมกับระบบขับเคลื่อนสี่ล้อ
- ผลงานรถยนต์รุ่น Yaris 4WD โดดเด่นด้วยการยึดเกาะและเสถียรภาพที่ดีเยี่ยมในทางโค้ง โดยเฉพาะบนพื้นผิวลื่น เหนือกว่ารุ่นอื่นๆ ในระดับเดียวกัน
- การวางตำแหน่งทางการตลาดการนำช่วงล่างแบบปีกนกคู่ของ Toyota มาใช้กับ Yaris แสดงให้เห็นถึงการเน้นย้ำถึงสมรรถนะการควบคุมในรถยนต์ขนาดเล็ก โดยมุ่งหวังที่จะดึงดูดผู้บริโภคที่อายุน้อยกว่า
สรุปแล้ว
ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ (Double Wishbone) ที่มีการควบคุมทางเรขาคณิตที่แม่นยำ ความแข็งแกร่งด้านข้างที่สูง และความสามารถในการปรับมุมแคมเบอร์ที่ยอดเยี่ยม มีประสิทธิภาพเหนือกว่าระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทอย่างเห็นได้ชัดในด้านสมรรถนะการเข้าโค้ง แม้ว่าโครงสร้างจะซับซ้อน ราคาแพง และใช้พื้นที่มาก แต่การประยุกต์ใช้ในรถยนต์สมรรถนะสูง รถแข่ง และรถ SUV ระดับไฮเอนด์ก็พิสูจน์คุณค่าของมัน การที่โตโยต้านำระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่มาใช้ในรถยนต์ราคาประหยัดอย่างโคโรลล่าและยาริส แสดงให้เห็นถึงการให้ความสำคัญกับความเพลิดเพลินในการขับขี่ และมอบประสบการณ์การขับขี่ที่สมดุลระหว่างการควบคุมรถและความสะดวกสบายให้กับผู้บริโภค ในทางกลับกัน แม้ว่าระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทจะมีข้อได้เปรียบในด้านต้นทุนและการใช้พื้นที่ แต่ข้อจำกัดด้านสมรรถนะการควบคุมรถทำให้ระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทเหมาะสมกับรถยนต์ประหยัดมากกว่า
สำหรับผู้บริโภคที่มองหาความเพลิดเพลินในการขับขี่ ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ (Double Wishbone) ถือเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมกว่าอย่างไม่ต้องสงสัย ยิ่งไปกว่านั้น ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอุตสาหกรรมยานยนต์ เราอาจได้เห็นระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ที่เบากว่าและประหยัดน้ำมันมากขึ้นในอนาคต ซึ่งจะแพร่หลายมากขึ้นในรถยนต์รุ่นหลักๆ
เหตุผลหลักที่ทำให้ระบบกันสะเทือนแบบปีกนกคู่มีประสิทธิภาพเหนือกว่าระบบกันสะเทือนแบบแม็คเฟอร์สันสตรัทในการขับขี่เข้าโค้ง ได้แก่:
- การควบคุมแคมเบอร์ที่ดีขึ้นระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ช่วยรักษาพื้นที่สัมผัสระหว่างยางและถนนให้เหมาะสม เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะถนน
- การกลิ้งตัวส่วนล่างโครงสร้างความแข็งแกร่งสูงช่วยลดการโคลงของตัวถังได้อย่างมีประสิทธิภาพและช่วยให้รถมีเสถียรภาพ
- ความยืดหยุ่นทางเรขาคณิตที่มากขึ้นช่วยให้ปรับพารามิเตอร์ช่วงล่างได้อย่างแม่นยำเพื่อตอบสนองความต้องการในการขับขี่สมรรถนะสูง
- การกระจายน้ำหนักของยางที่สม่ำเสมอปรับปรุงขีดจำกัดการเข้าโค้งและความแม่นยำในการควบคุม
แม้ว่าระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทจะมีข้อได้เปรียบในด้านต้นทุนและพื้นที่ แต่ข้อจำกัดในการขับขี่สมรรถนะสูงทำให้ไม่สามารถแข่งขันกับระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่ได้ ดังนั้น ระบบช่วงล่างแบบปีกนกคู่จึงเป็นตัวเลือกที่นิยมสำหรับรถแข่งและรถสมรรถนะสูง ในขณะที่ระบบช่วงล่างแบบแมคเฟอร์สันสตรัทเหมาะกับรถประหยัดน้ำมันมากกว่า
อ่านเพิ่มเติม: