ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ [four wheel drive system]

4WD (Four Wheel Drive)

ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อมีลักษณะแตกต่างจากระบบขับเคลื่อน 2 ล้อดังนี้

• มีสมรรถนะในการขับเคลื่อนบนถนนที่ขรุขระได้ดี ทั้งนี้เป็นเพราะล้อทั้ง 4 จะช่วยกันสร้างแรงขับไปข้างหน้า ทำให้รถยกตัวขึ้นในแนวดิ่ง ซึ่งก็จะช่วยให้สามารถแล่นไปบนพื้นที่ที่มีระดับต่างกันได้ เมื่อล้อหน้าทั้งสองพบสิ่งกีดขวาง ล้อด้านหลังจะทำหน้าที่ช่วยผลักดันให้ล้อด้านหน้าข้ามสิ่งกีดขวางนั้นได้ หรือถ้าล้อด้านหลังตกหลุมโคลน ล้อด้านหน้าจะช่วยดึงให้ล้อด้านหลังขึ้นได้เช่นกัน แต่รถที่ขับเคลื่อน 4 ล้อบางรุ่นก็ได้ออกแบบเพื่อนำมาใช้ในสภาพพื้นถนนที่ขรุขระ ดังนั้น ในการใช้รถจึงต้องคำนึงถึงสภาพของรถที่ออกแบบไว้ด้วย
• มีสมรรถนะในการขับเคลื่อนขณะออกตัวและเร่ง ในรถยนต์ที่ขับเคลื่อน 2 ล้อ แรงขับเคลื่อนจะถูกส่งมายังล้อคู่หน้าหรือล้อคู่หลังเท่านั้น กำลังเครื่องยนต์จะถูกถ่ายทอดมายังพื้นถนน ทำให้การยึดเกาะของยางมีเพียง 2 เส้นเท่านั้น แต่ในทางตรงกันข้าม รถที่ขับเคลื่อน 4 ล้อ กำลังจากเครื่องยนต์จะถูกถ่ายทอดไปยังล้อทั้ง 4 เท่ากัน ทำให้ความสามารถในการยึดเกาะถนนของยางทั้ง 4 เส้นมีมาก เพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ให้มากขึ้นด้วย และในการออกตัวหรือเร่งเครื่องยนต์ให้มากขึ้นด้วย และในการออกตัวหรือเร่งเครื่องยนต์ให้มากขึ้นด้วย นอกจากนี้ในการออกตัวหรือเร่งเครื่องยนต์ ล้อทั้ง 4 ก็จะไม่หมุนฟรี
• มีสมรรถนะในการไต่เขาได้ดี เป็นผลมาจากแรงขับเคลื่อนที่ล้อทั้ง 4 กระทำกับยางทั้ง 4 เส้นกับค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานในการไต่เขามีมากกว่ารถที่ขับเคลื่อน 2 ล้อ
• มีเสถียรภาพในการเลี้ยว เมื่อกำลังที่จ่ายให้กับล้อทั้ง 4 เท่ากัน ยางทุกเส้นจึงมีแรงยึดเกาะมาก แต่น้ำหนักที่กดลงบนยางแต่ละเส้นจะลดลง ดังนั้นเมื่อรถเลี้ยว แรงที่กระทำกับยางในขณะเลี้ยวจะลดลง เป็นเหตุผลให้รถที่ขับเคลื่อน 4 ล้อสามารถเลี้ยวเข้าโค้งได้อย่างมีประสิทธิภาพ การควบคุมกระทำได้อย่างดี
• มีสมรรถนะในการขับเคลื่อนบนถนนที่เป็นโคลนตม ถนนที่เป็นโคลนตม ยางของรถแต่ละล้อจะเกิดการลื่นไถลได้ง่าย ยิ่งรถที่มีกำลังมากๆ การออกรถจะกระทำได้ยาก ทั้งนี้เป็นผลมาจากสัมประสิทธิ์ความต้านทานระหว่างยางกับพื้นถนนมีน้อย แต่อย่างไรก็ตาม รถที่ขับเคลื่อน 4 ล้อจะสามารถส่งถ่ายกำลังขับเคลื่อนได้เป็น 2 เท่า มากกว่ารถที่ขับเคลื่อน 2 ล้อ จึงทำให้มีสมรรถนะในการขับเคลื่อนบนถนนที่มีค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานที่น้อยได้ดี

รถยนต์ประเภทขับเคลื่อน 4 ล้อ หรือ 4WD (Four Wheel Drive) ที่มีจำหน่ายอยู่ในบ้านเรา มีระบบขับเคลื่อนให้เลือกอยู่ 3 แบบ คือ

1. แบบพาร์ทไทม์ (Part Time)
2. แบบฟูลไทม์ (Full Time)
3. แบบเรียลไทม์ (Real Time)

1. ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อแบบพาร์ทไทม์ (Part Time)
ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อแบพาร์ทไทม์ ในปัจจุบันที่นิยมใช้มีอยู่ 3 แบบ คือ แบบกลไก, แบบอัตโนมัติ และแบบไฟฟ้า

• ระบบพาร์ทไทม์แบบกลไก เป็นชุดควบคุมการตัดและต่อกำลังงานของเครื่องยนต์ไปยังชุด Free Wheel Hub ที่ถูกนำมาใช้กับรถยนต์ที่ใช้ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อแบบพาร์ทไทม์ ซึ่งลักษณะการทำงานของชุดควบคุมแบบกลไกนี้ เมื่อผู้ขับขี่ต้องการเปลี่ยนระบบขับเคลื่อนเป็นแบบ 2 ล้อ ผู้ขับขี่ต้องหยุดรถและลงไปปิดชุดควบคุมการตัดและต่อกำลังงานของเครื่องยนต์ไปยังชุด Free Wheel Hub ให้อยู่ในตำแหน่ง Free กำลังงานของเครื่องยนต์ก็จะถูกตัด ทำให้เกิดการส่งกำลังไปขับเคลื่อนที่ล้อด้านหลังและเมื่อต้องการเปลี่ยนระบบขับเคลื่อนเป็นแบบ 4 ล้ออีกก็ต้องกระทำเช่นเดียวกันคือ ต้องหยุดรถและลงไปิดชุดควบคุมการตัดและต่อกำลังงานของเครื่องยนต์ไปยังชุด Free Wheel Hub ให้อยู่ในตำแหน่ง Lock กำลังงานของเครื่องยนต์จึงจะถูกต่อไปยังเพลากลางที่ล้อหน้า ซึ่งต่ออยู่กับชุดเฟืองท้ายด้านหน้า เพื่อขับเคลื่อนให้ล้อด้านหน้าหมุนไปพร้อมๆ กับล้อด้านหลัง ชุดควบคุมการตัดและต่อกำลังงานของเครื่องยนต์ไปยังชุด Free Wheel Hub แบบกลไกมีข้อดี คือ
  • แข็งแรงทนทาน
  • ราคาต้นทุนไม่สูงมากนัก

แต่ก็มีข้อจำกัดอยู่บ้างก็คือ ไม่สามารถเลือกใช้ระบบขับเคลื่อนเป็นแบบ 2 ล้อ หรือ 4 ล้อได้ทันที เพราะต้องเสียเวลาหยุดรถเพื่อลงไปปิดชุดควบคุมแบบไกลไกที่ล้อหน้าก่อน จึงจะสามารถเลือกระบบขับเคลื่อนได้

• ระบบพาร์ทไทม์แบบอัตโนมัติ ชุดควบคุมการตัดและต่อกำลังงานของเครื่องยนต์ไปยังชุด Free Wheel Hub จะทำงานเองโดยอัตโนมัติ เมื่อผู้ขับขี่เลือกใช้ระบบขับเคลื่อนเป็นแบบ 2 ล้อ หรือ 4 ล้อ ชุดควบคุมการตัดและต่อกำลังงานของเครื่องยนต์ไปยังชุด Free Wheel Hub จะทำงานทันทีเมื่อผู้ขับขี่เลื่อนตำแหน่งคันเกียร์ที่ใช้สำหรับเลือกระบบขับเคลื่อน โดยกำลังงานของเครื่องยนต์จะถูกส่งต่อไปยังชุด Free Wheel Hub ให้ทำงานทันที แต่เมื่อผู้ขับขี่เลื่อนตำแหน่งคันล้อมาเป็น 2 ล้อตามเดิม ต้องหยุดรถและเข้าตำแหน่งเกียร์ปกติไปที่ตำแหน่งถอยหลัง (Reverse) และถอยหลังเป็นระยะทาง 1.5 – 2 เมตรโดยประมาณ เพื่อให้ชุดควบคุมเกิดการตัดกำลังงานของเครื่องยนต์ไปยังชุด Free Wheel Hub พร้อมทั้งเลื่อนคันเกียร์ที่เลือกใช้ระบบขับเคลื่อนไปที่ตำแหน่ง 2H หากเลื่อนคันเกียร์โดยไม่ถอยหลังก่อน ล้อจะไม่ถูกตัดการส่งกำลังงาน ซึ่งจะทำให้เกิดการสึกหรอและการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง ชุดควบคุมการตัดและต่อกำลังงานของเครื่องยนต์ไปยังชุด Free Wheel Hub แบบอัตโนมัติมีข้อดี คือ
  • แข็งแรงทนทาน
  • เลือกใช้ระบบขับเคลื่อนเป็นแบบ 2 ล้อ หรือ 4 ล้อได้ทันที

ชุดควบคุมแบบอัตโนมัติมีข้อจำกัดอยู่บ้างก็คือ เมื่อเปลี่ยนระบบขับเคลื่อนจาก 2 ล้อเป็น 4 ล้อ ต้องจำกัดความเร็วไม่ควรเกิน 30-40 กม./ชม. และในกรณีที่ต้องการเปลี่ยนระบบขับเคลื่อนจาก 4 ล้อ เป็น 2 ล้อ ต้องหยุดรถเพื่อถอยหลังเป็นระยะ 1.5-2 เมตรโดยประมาณ ซึ่งรถที่ใช้ชุดควบคุมแบบอัตโนมัติ ได้แก่ NISSAN FRONTIER 4WD, TOYOTA TIGER 4WD, LAND ROVER, JEEP GRAND CHEROKEE

• ระบบพาร์ทไทม์แบบไฟฟ้า ชุดควบคุมการตัดและต่อกำลังงานของเครื่องยนต์ไปยังชุด Free Wheel Hub แบบไฟฟ้าจะใช้ วงจรไฟฟ้าช่วยในการเปลี่ยนระบบขับเคลื่อนจาก 2 ล้อ เป็น 4 ล้อ หรือจากระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ เป็น 2 ล้อ ชุดควบคุมการตัดและต่อกำลังงานของเครื่องยนต์ไปยังชุด Free Wheel Hub แบบนี้จะทำงานทันทีเมื่อผู้ขับขี่เลื่อนตำแหน่งคันเกียร์ที่ใช้สำหรับเลือกระบบขับเคลื่อน วงจรไฟฟ้าก็จะทำหน้าที่ตัดและต่อกำลังงานของเครื่องยนต์ไปยังชุด Free Wheel Hub ที่ล้อหน้าทันที ชุดควบคุมแบบไฟฟ้ามีข้อดี คือ
  • เลือกใช้ระบบขับเคลื่อนเป็นแบบ 2 ล้อ หรือ 4 ล้อได้ทันที
  • ให้ความนุ่มนวลในขณะเปลี่ยนตำแหน่งเกียร์ขับเคลื่อน

ชุดควบคุมแบบไฟฟ้ามีข้อจำกัดอยู่บ้างคือ เมื่อเปลี่ยนระบบขับเคลื่อนจาก 2 ล้อ เป็น 4 ล้อ ต้องจำกัดความเร็วไม่เกิน 80-100 กม./ชม. และนอกจากนั้นชุดควบคุมแบบไฟฟ้ายังอาจเกิดความเสียหายได้ง่าย ถ้าหากเพลาขับที่ล้อหน้ามีรอยรั่ว น้ำอาจจะเข้าไปและทำให้ขัดข้องได้ รถที่ใช้ชุดควบคุมแบบนี้ได้แก่ MITSUBISHI MEGA CAB 4WD, ISUZU RODEO 4WD

2. แบบฟลูไทม์ (Full Time)
เป็นระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ แบบตลอดเวลา มีข้อดีคือ เกาะถนนดีมาก โดยเฉพาะเวลาเข้าโค้งแรงๆ หรือเวลาฝนตกถนนลื่น การออกตัวเวลาแข่งก็ไม่ต้องกลัวว่าล้อจะฟรีทิ้งมาก ทำให้ออกตัวได้ดีกว่ารถระบบขับเคลื่อน 2 ล้อที่นํ้าหนักและความแรงของเครื่องเท่ากัน แต่ก็มีข้อเสียคือ ยางสึกหรอเร็ว กินนํ้ามันมากกว่ารถระบบขับเคลื่อน 2 ล้อที่นํ้าหนักและความแรงของเครื่องเท่ากัน เพราะต้องถ่ายทอดกำลังของเครื่องยนต์ทั้ง 4 ล้อ โดยแบ่งเป็นล้อละ 25 เปอร์เซนต์ ซึ่งไม่เหมือนกับระะบบขับเคลื่อน 2 ล้อ ที่ต้องถ่ายทอดกำลังเครื่องยนต์แค่ 2 ล้อ โดยแบ่งเป็นล้อละ 50 เปอร์เซนต์

3. แบบเรียลไทม์ (Real Time)
เป็นระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ แบบอัตโนมัติ หรือ มีการถ่ายทอดแรงบิดของล้อหน้ากับล้อหลังให้สัมพันธ์กัน โดยจะมีเซนเซอร์คอยตรวจจับความเร็วของล้อคู่หน้ากับคู่หลังเมื่อมีล้อใดล้อหนึ่งมีการลื่นไถลหรือฟรีทิ้งเวลาออกตัวแรงๆ มีข้อดีคือ ประหยัดนํ้ามันกว่าแบบฟลูไทม์ เกาะถนนได้ดีเหมือนกับฟลูไทม์ โดยเฉพาะเวลารถวิ่ง ระบบถ่ายทอดแรงบิดทั้ง 4 ล้อ จะแบ่งแรงบิดของกำลังเครื่องยนต์ให้กับล้อคู่หน้ากับคู่หลังดังนี้ ระบบขับเคลื่อนจะแบ่งกำลังส่วนใหญ่ไปที่ล้อหลังเสมอ แต่ถ้าเวลาออกตัวแรงๆ ล้อหลังจะมีการฟรี ระบบก็จะถ่ายทอดแรงบิดที่ล้อหน้าด้วย เริ่มตั้งแต่ 50 เปอร์เซนต์หรือตํ่ากว่านั้นขึ้นอยู่กับความเร็วและกำลังของเครื่องยนต์ แต่เมื่อรถวิ่งได้ความเร็วซักระยะหนึ่งระบบก็จะลดกำลังขับเคลื่อนของล้อหน้าลงมาจนเกือบ 0 เปอร์เซนต์ หรือล้อหน้าไม่ฟรีแล้ว สาเหตุที่ต้องถ่ายทอดกำลังส่วนใหญ่ไปที่ล้อหลังก็เพราะว่านํ้าหนักของรถเวลาวิ่งจะตกลงที่ล้อหลังเป็นส่วนใหญ่ การควมคุมการทำงานของระบบขับเคลื่อนแบบนี้ ก็จะมีการใช้กล่องสมองกลควบคุมและแบบใช้ระบบเกียร์ที่ควบคุมแรงบิดได้ด้วยตัวเอง

ข้อแตกต่างของระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ แต่ละแบบ

1. ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ แบบพาร์ทไทม์ นั้นเราสามารถเลือกใช้ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ เมื่อขับรถบนสภาพทางที่รถขับเคลื่อน 2 ล้อไม่สามารผ่านไปได้ เช่น ทางโคลนลื่น ๆ หล่มโคลน ผิวทางเป็นทราย การปีนไต่ทางสูงชัน เป็นต้น และสามารถเลือกใช้ระบบขับเคลื่อน 2 ล้อ บนเส้นทางปกติได้
2. ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ แบบฟูลไทม์ เป็นระบบขับเคลื่อนทั้ง 4 ล้อ แบบตลอดสภาพทางไม่สามารถเลือกได้เหมือนแบบพาร์ทไทม์
3. ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ แบบเรียลไทม์ หรือระบบขับเคลื่อน 4 ล้ออัตโนมัติ คือ ในสภาพถนนปกติรถจะขับเคลื่อนแบบ 2 ล้อ และจะเปลี่ยนเป็นระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ โดยอัตโนมัติเมื่อล้อขับเคลื่อนมีการลื่นไถล

ข้อแตกดีข้อเสียของระบบขับเคลื่อน 4 ล้อแต่ละแบบ

1. ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อแบพาร์ทไทม์ มีข้อดีตรงที่ผู้ขับขี่สามารถเลือกใช้ระบบขับเคลื่อน 2 หรือ 4 ล้อได้เองตามสภาพถนน แต่ข้อเสียคือ ผู้ขับขี่ต้องมีทักษะในการขับรถประเภทนี้
2. ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อแบบฟูลไทม์มีข้อดีคือ รถมีการทรงตัวที่ดี เกาะถนน ลดการลื่นไถล แต่จะสิ้นเปลืองน้ำมันและยางรถมากขึ้น รวมทั้งผู้ขับขี่ต้องใช้แรงงานในการควบคุมรถมากขึ้นด้วย
3. ระบบขับเคลื่อน 4 ล้อ แบบเรียลไทม์ มีข้อดีตรงที่ระบบนี้ทำให้รถมีการทรงตัวดีเหมือนกับแบบฟลูไทม์ ในขณะที่ประหยัดน้ำมันและยางรถกว่า

Part-time 4WD Vehicle

Full-time 4WD Vehicle