กว่าจะมาถึงวันนี้ที่เราใช้ “ระบบเกียร์อัตโนมัติ”
ส่วนประกอบของรถยนต์ที่ไม่อาจขาดไปได้เลยก็คือ “เกียร์” เพราะหากปราศจากระบบส่งกำลังก็จะทำให้รถไม่สามารถส่งกำลังจากเครื่องยนต์ไปยังล้อได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปัจจุบันเรามักจะคุ้นชินกับระบบเกียร์อัตโนมัติ มากกว่าเกียร์ธรรมดา หรือที่เรียกกันว่าเกียร์กระปุก แล้วที่มาของ “เกียร์อัตโนมัติ” เริ่มขึ้นจากอะไร วันนี้เราจะมาหาคำตอบไปด้วยกัน
ดูเพิ่มเติม
เกียร์อัตโนมัติในปัจจุบัน เริ่มต้นพัฒนามาตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20
ความเป็นมาของระบบเกียร์อัตโนมัติเริ่มต้นจากอะไร
เกียร์อัตโนมัติในยุคปัจจุบันมีจุดเริ่มต้นมาตั้งแต่ปี 1904 โดยพี่น้อง Sturtevant ในบอสตัน รัฐแมสซาชูเซต สหรัฐอเมริกา โดยเริ่มต้นจากระบบเกียร์ 2 สปีด ในเครื่องยนต์ขนาดเล็ก แม้ว่าจะไม่ประสบความสำเร็จเมื่อความเร็วรอบของเครื่องยนต์สูงขึ้น ปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดการพัฒนาของระบบเกียร์อัตโนมัติก็คือการเคลื่อนที่ของระบบส่งกำลังภายใน ในการใช้งานครั้งแรกของ Wilson Pilcher เกิดขึ้นในระหว่างปี 1900 – 1907 Wilson ได้ใช้เกียร์ชนิดที่มีเฟืองขนาดเล็กหมุนรอบเฟืองใหญ่ 2 ชิ้น และสามารถเปลี่ยนเกียร์ได้ 4 ระดับด้วยคันเกียร์เดียว กลไกภายในของเกียร์มีการทำงานร่วมกันอย่างต่อเนื่อง โดยใช้การหมุน และคลายวงแหวนของเกียร์ด้านนอก ทำหน้าที่เสมือนเป็นเบรก และคลัตช์ในรถเกียร์ธรรมดา รวมถึงยังมีกรวยคลัตช์แยกต่างหากที่เพียงแค่เหยียบคันเร่งเพื่อให้เครื่องยนต์เริ่มต้นทำงานได้เช่นเดียวกับการใช้งานรถระบบเกียร์อัตโนมัติในปัจจุบันโดยจะมีการใช้ขดลวด พร้อมกับการเติมน้ำมันเกียร์เพื่อลดเสียงรบกวน โดยรถที่ใช้เกียร์รูปแบบนี้ก็คือ Ford รุ่น T ในปี 1908 ซึ่ง Ford Model T ไม่เพียงแต่ราคาไม่แพงเท่านั้น แต่ยังมีความน่าเชื่อถือในเรื่องของมาตรฐานอีกด้วย ติดตั้งระบบเกียร์ 2 สปีด ควบคู่ไปกับการเกียร์ตัดตรงแบบย้อนกลับ คนขับสามารถควบคุมได้โดยการใช้เท้าเหยียบคันเร่งเท่านั้น
รถยนต์ในยุคเริ่มต้นของการพัฒนารถเกียร์จากระบบเกียร์ธรรมดา มาเป็นระบบเกียร์อัตโนมัติ
ในปี 1932 วิศวกรชาวบราซิล 2 คน ชื่อ José Braz Araripe และ Fernando Lehly Lemos ได้คิดค้นเกียร์อัตโนมัติแบบใช้น้ำมันไฮดรอลิกเป็นครั้งแรก ต่อมาได้ขายต้นแบบ และโครงการดังกล่าวให้กับ General Motors ซึ่งเป็นผู้แนะนำเทคโนโลยีในโมเดล Oldsmobile ในปี 1940 ในฐานะเกียร์ "Hydra-Matic" และได้มีการตีพิมพ์ในหนังสือพิมพ์วอลล์สตรีทเจอร์นัลโดยให้เครดิตแก่ บริษัท ZF Friedrichshafen ผู้ผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ของเยอรมัน สำหรับการประดิษฐ์ซึ่งจะเกิดขึ้นหลังจากสงครามโลกครั้งที่ 1 ไม่นานนัก
ในปี 1934 ทั้ง REO และเจเนอรัลมอเตอร์ได้พัฒนาระบบส่งสัญญาณแบบกึ่งอัตโนมัติซึ่งยังคงใช้คลัตช์เพื่อเชื่อมต่อเครื่องยนต์กับระบบส่งกำลัง โดย General Motors ตั้งชื่อว่า "Automatic Safety Transmission" เป็นที่น่าสังเกตว่าระบบนี้จะใช้การหมุนของกลไกร่วมกับการควบคุมด้วยระบบไฮดรอลิกส์ ซึ่งส่งผลต่อความไวของรถ และการพัฒนาในอนาคต
Oldsmobiles 1940 คือรถยนต์คันแรกของโลกที่ใช้เกียร์อัตโนมัติแบบ Hydra-Matic แม้จะไม่สมบูรณ์แบบ แต่ก็ถือว่าเป็นจุดเริ่มต้นที่ดีของวงการรถยนต์
ในขณะที่การพัฒนาในช่วงทศวรรษที่ 1930 ของของระบบขับเคลื่อนเครื่องยนต์ดำเนินไป งานของไครสเลอร์ก็คือการปรับข้อต่อของเหลวแต่ละส่วนให้สามารถทำงานได้ เพราะตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20 เราได้เรียนรู้ว่าของเหลวจะช่วยชะลอการหยุดกะทันหันของเครื่องยนต์ แม้ว่าไครสเลอร์ไม่เคยใช้การเชื่อมต่อของไหลกับระบบส่งสัญญาณอัตโนมัติใด ๆ แต่ใช้ร่วมกับระบบส่งกำลังแบบแมนนวลที่เรียกว่า "Fluid Drive" ซึ่งคล้ายกับ Hy-Drive ที่เป็นเกียร์อัตโนมัติแบบ Torque Converter การพัฒนาเหล่านี้ทำให้เกิดเกียร์อัตโนมัติ และเทคโนโลยีการเชื่อมต่อของไหลจนนำไปสู่การเปิดตัวระบบเกียร์อัตโนมัติที่ผลิตครั้งแรกของโลกที่มีชื่อว่า General Motors Hydra-Matic ในปี 1939
Hydra-Matic ถือเป็นทางเลือกหนึ่งสำหรับระบบขับเคลื่อนในรถโบราณอย่าง Oldsmobiles 1940 และ Cadillacs โดยรุ่นต่อไปได้มีการเชื่อมต่อชุดของไหลกับชุดเกียร์ที่ควบคุมด้วยระบบไฮดรอลิก 3 ชุด ทำให้มีการส่งต่อกำลังได้รวดเร็วมากขึ้นต่อตำแหน่งปีกผีเสื้อเครื่องยนต์และความเร็วของถนนทำให้เกิดการเลื่อนขึ้นและลงอัตโนมัติซึ่งขึ้นอยู่กับสภาพการใช้งาน ต่อมาได้ถูกขายให้กับผู้ผลิตรถยนต์รายอื่นๆ อีกมากมายทั้ง Bentley, Hudson, Keizer และ Rolls-Royce นอกจากนี้ยังใช้งานรวมกับยานพาหนะของทหารบางประเภทในสงครามโลกครั้งที่ 2 อีกด้วย ต่อมาในปี 1954 Mercedes-Benz ได้คิดค้นระบบส่งกำลังแบบคลัปปลิ้งความเร็วสี่ระดับซึ่งคล้ายกับหลักการของ Hydra-Matic แต่มีรูปแบบที่แตกต่างออกไป
ในปี 1956 GM ได้เปิดตัว "Jetaway" Hydra-Matic ซึ่งมีความแตกต่างในการออกแบบมากกว่ารุ่นเก่า ที่ออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาคุณภาพการเปลี่ยนซึ่งเป็นปัญหาต่อเนื่องของเดิม โดย Hydra-Matic แบบใหม่ใช้การส่งกำลังผ่านการเชื่อมของไหล 2 ชุด โดยชุดแรกที่เชื่อมโยงการส่งไปยังเครื่องยนต์ และชุดที่สองที่แทนที่ชุดคลัตช์ที่ควบคุม ชุดเกียร์เดินหน้าในสภาพเดิม ผลลัพธ์ที่ได้คือการเปลี่ยนเกียร์ที่นุ่มนวลขึ้นมากโดยเฉพาะตั้งแต่เกียร์แรกไปจนถึงเกียร์สอง โดยรุ่นนี้ได้มีเกียร์ P เพิ่มขึ้นมาอีกด้วย สำหรับ Hydra-Matic รุ่นดั้งเดิมได้ผลิตอย่างต่อเนื่องจนถึงกลางทศวรรษ 1960 และยกเลิกไป
รถยนต์คันแรกของโลกที่ใช้ระบบเกียร์อัตโนมัติแบบเต็มรูปแบบ
นี่คือจุดเริ่มต้นของระบบเกียร์อัตโนมัติที่ไม่ได้เพิ่งเริ่มคิดค้นหลังจากการใช้เกียร์ธรรมดา แต่เกิดขึ้นไปพร้อมๆ กัน พัฒนาร่วมกับการใช้เกียร์ธรรมดา และเกียร์กึ่งอัตโนมัติ ซึ่งกว่าจะมาเป็นระบบเกียร์อัตโนมัติในปัจจุบันก็ได้รับการพัฒนามาหลากหลายรูปแบบ ซึ่งตั้งแต่ช่วงหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 ในช่วงทศวรรษ 1950s ก็ถือว่าเริ่มมีการติดตั้งระบบเกียร์อัตโนมัติในรถยนต์แล้ว
ในปัจจุบันเกียร์ธรรมดาได้รับความนิยมน้อยลงเรื่อยๆ ยังคงเหลือแต่ในยุโรปเท่านั้นที่ยังเชื่อมั่นในระบบนี้อยู่ ส่วนในบ้านเรารถยนต์ส่วนใหญ่หันมาใช้เกียร์แบบเปลี่ยนอัตราทดได้เอง หรือที่เราเรียกกันว่า “เกียร์อัตโนมัติ” มากขึ้น เนื่องจากความสะดวกสบาย และการจราจรที่ติดขัด เพราะไม่จำเป็นต้องใช้เท้าซ้ายคอยเหยียบคลัตช์เหมือนเกียร์ธรรมดา เกียร์อัตโนมัติยุคใหม่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อการทดกำลังจากเครื่องยนต์ในรูปของแรงบิดถ่ายไปยังเพลาขับ เป็นการถ่ายเทแรงบิดจากเครื่องยนต์ในแต่ละรอบการทำงานผ่านอัตราทดในแต่ละเกียร์ที่คำนวณมาเพื่อความเหมาะสมทั้งการให้กำลังอย่างต่อเนื่องเมื่อเร่งความเร็ว ความประหยัดเชื้อเพลิงเมื่อวิ่งด้วยความเร็วคงที่ การขับรถยนต์ที่มีระบบส่งกำลังแบบอัตโนมัตินั้นใช้เพียงแค่เท้าขวาข้างเดียวในการเหยียบคันเร่งสลับกับเบรกทำให้เกิดความสะดวกสบาย นอกจากนี้เกียร์ออโตยุคใหม่ยังเพิ่มความฉลาดด้วยการช่วยลด หรือเพิ่มเกียร์ให้ในระหว่างการขับใช้งาน อย่างเช่น เกียร์โอเวอร์ไดร์ฟที่เข้ามาช่วยลดรอบเครื่องยนต์ในย่านความเร็วเดินทางซึ่งทำให้ประหยัดเชื้อเพลิงได้มากยิ่งขึ้น
แบบจำลองระบบเกียร์อัตโนมัติแบบ Torque Converter
สำหรับระบบเกียร์อัตโนมัติ ประกอบด้วย 3 ระบบหลักๆ ได้แก่
1. ระบบเกียร์อัตโนมัติแบบ ทอร์คคอนเวอร์เตอร์ (TORQUE CONVERTER)
เป็นระบบที่ใช้กันมาตั้งแต่สมัยสงครามโลกครั้งที่ 2 ระบบเกียร์รูปแบบนี้จะใช้ของเหลวในการถ่ายทอดกำลังจากการหมุนของเครื่องยนต์ และเพิ่มแรงให้กับระบบส่งกำลัง รวมถึงทำหน้าที่แทนระบบคลัตช์ของเกียร์ธรรมดาในการเชื่อมต่อ และแยกระบบเกียร์ออกจากเครื่องยนต์ ทำให้การเร่งเครื่องเป็นเรื่องง่าย
ระบบ TORQUE CONVERTER ใช้กังหันในการส่งแรงผลักดันผ่านของเหลว โดยมีรูปร่างของกลไกที่ดูจากภายนอกแล้วเหมือนกับฟักทอง แต่เมื่อเปิดออกดูจะพบครีบเล็กๆ เรียงรายกัน ทำหน้าที่เป็นกังหัน ซึ่งทำหน้าที่ส่งกำลังผ่านทางน้ำมันเกียร์อัตโนมัติ โดยกังหันด้านหนึ่งของเกียร์จะติดอยู่กับฝั่งเครื่องยนต์โดยต่อกับเพลาข้อเหวี่ยง เรียกกังหันชุดนั้น PUMP IMPELLER มีกังหันอีกด้านติดอยู่ฝั่งห้องเกียร์ เรียกว่า TURBINE ทั้ง 2 ครีบนี้จะยู่ตรงข้ามกันโดยมีกังหันตัวเล็กคั่นตรงกลาง เรียกว่า STATOR ด้านท้ายของ TURBINE คือ อุปกรณ์ LOCK UP CLUTCH ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่มีในรถรุ่นใหม่ทุกคัน ทำหน้าที่เพื่อให้การถ่ายแรงมีประสิทธิภาพมากที่สุด จะทำการจับให้ส่วนของ PUMP IMPELLER และส่วนของTUEBINE หมุนด้วยความเร็วเท่ากันโดยไม่มีการเสียกำลังในระบบ โดยจะทำงานเมื่อใช้เกียร์สูงสุด และด้วยความเร็วคงที่เท่านั้น เป็นการช่วยลดการสูญเสียกำลัง และทำให้ประหยัดเชื้อเพลิงได้เพิ่มขึ้น
กระปุกเกียร์อัตโนมัติ
ระบบนี้ให้ความเงียบ และนุ่มนวลในการใช้งานในระดับที่ค่อนข้างดีพอควร แต่ในความนุ่มนวลนั้นยังสามารถรู้สึกถึงรอยต่อของเกียร์ในแต่ละจังหวะได้ ทำให้รู้สึกเหมือนขาดการทำงานแบบเฉียบพลัน ให้ความรู้สึกเหมือนระบบเกียร์ธรรมดาที่ใช้การขบกันของเฟืองเกียร์โดยตรง
แบบจำลองระบบเกียร์อัตโนมัติแบบ Dual Clutch
นิยมใช้ในกลุ่มรถสปอร์ต และรถแข่ง
2. ระบบเกียร์แบบคลัตช์คู่ (DUAL CLUTCH TRANSMISSION) หรือ DCG (Dual-Clutch Gearbox)
รู้จักกันในชื่อ DCT หรือ เกียร์ทวินคลัตช์ที่มีจุดเด่นอยู่ที่การตอบสนองที่กระฉับกระเฉง โดยเป็นเกียร์ระบบคลัตช์คู่ที่เป็นเกียร์อัตโนมัติซึ่งเป็นเกียร์ที่นิยมใช้ในรถที่มีสมรรถนะสูง เพื่อแก้ไขปัญหาในระบบเกียร์ SMG (SEQUENTIAL MANUAL GEARBOX) ที่มมีช่วงรอยต่อในการเปลี่ยนเกียร์ช้ากว่าแบบ DCT โครงสร้างหลักของเกียร์ชนิดนี้ถูกออกแบบให้มีห้องเกียร์แบบเกียร์ธรรมดาโดยใช้ใช้เฟืองเกียร์ที่มีอัตราทดตายตัวในแต่ละตำแหน่ง ซึ่งจะมีเกียร์เดินหน้า 6-7 จังหวะ และเกียร์ถอยหลังอีกหนึ่งจังหวะ ในชุดคลัตช์ก็จะมีอีกหนึ่งชุด ดังนั้น ระบบเกียร์ DCT จึงคล้ายกับมีเกียร์สองชุด ชุดหนึ่งมีเกียร์ 1 เกียร์ 3 เกียร์ 5 เกียร์ 7 และเกียร์ถอยหลังโดยมีชุดคลัตช์ชุดที่ 1 คอยควบคุมไว้ ส่วนอีกชุดหนึ่งก็จะเป็นชุดสำหรับทำงานของเกียร์ 2 เกียร์ 4 และเกียร์ 6 โดยมีชุดคลัตช์อีกชุดหนึ่งควบคุมไว้ ทั้งหมดจะถูกควบคุมด้วยสมองกลอิเล็กทรอนิกส์ การมีระบบการทำงานด้วยคลัตช์ทั้งสองตำแหน่ง ทำให้จังหวะการเปลี่ยนเกียร์ของแต่ละเกียร์ใช้เวลาน้อยมาก เมื่อเทียบกับการเปลี่ยนเกียร์แบบออโตเมตริก และเกียร์แบบเซมิออโตเมตริก โดยจะเห็นได้ในรถแข่ง และรถสปอร์ต อาทิ McLaren, Ferrari, Porsche, Lamborghini , Mercedes Benz AMG และ Audi
ระบบเกียร์อัตโนมัติอัตราทดต่อเนื่อง หรือ CVT ต้องใช้สายพานเป็นตัวเชื่อมชุดพูลเลย์ทรงกรวยทั้ง 2 ด้าน
3. ระบบเกียร์อัตราทดต่อเนื่อง หรือ CVT (Continuously Variable Transmissions)
มีมาตั้งแต่สมัยลีโอนาร์โด ดาวินชี ในสมัยศตวรรษที่ 15 แต่เพิ่งจะมีการจดสิทธิบัตรเพื่อใช้กับรถยนต์เมื่อปลายศตวรรษที่ 19 ระบบนี้มีแพร่หลายในรถแทรคเตอร์ สโนว์โมบิล เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในเครื่องบิน หรือแม้กระทั่งในรถแข่ง F1 ในอดีต ด้วยประสิทธิภาพของระบบ และความเรียบง่าย ทำให้ได้รับความนิยมในรถหลายต่อหลายรุ่นในปัจจุบันซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นรถยนต์จากค่ายญี่ปุ่น แต่ในการใช้งานพบว่า ระบบเกียร์อัตโนมัติแบบ CVT ไม่ได้ให้การตอบสนองที่ดีนัก แต่เหมาะกับการขับด้วยความเร็วต่อเนื่อง ไม่ใช่กับการขับแบบสปอร์ตเหมือนเกียร์ธรรมดา สิ่งสำคัญของเกียร์อัตโนมัติรูปแบบนี้ก็คือ ตัวของสายพานที่ต้องมีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ เนื่องจากต้องรับกับการเสียดสี และแรงกดอย่างต่อเนื่องตลอดเวลา ซึ่งจะเป็นจุดที่เสียหายได้ง่าย แต่ก็ได้รับการพัฒนาให้มีความทนทานเชื่อถือได้มากขึ้นในปัจจุบัน
ระบบเกียร์แบบ CVT นิยมใช้ในรุ่นรถญี่ปุ่น อย่างเช่น Honda Toyota เป็นต้น
หลักการทำงานของระบบเกียร์อัตโนมัติ CVT มีการใช้ชุดพูลเลย์ทรงกรวย (CONICAL PULLEY) หันหน้าสวนทางกัน และบีบเข้าหากันได้ 2 ชุด พูลเลย์คู่แรกส่งกำลังจากเครื่องยนต์ ส่วนพูลเลย์คู่ที่ 2 ส่งกำลังไปยังล้อ โดยกรวยทั้งสองเชื่อมต่อกันด้วยสายพานหรือโซ่ ซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนอัตราทดได้อย่างต่อเนื่องไร้รอยต่อ ระบบเกียร์แบบนี้มีข้อดีก็คือ ความประหยัด ระบบมีความซับซ้อนน้อย ห้องเกียร์มีขนาดเล็ก และมีน้ำหนักเบา เครื่องยนต์สามารถอยู่ในรอบที่ให้แรงบิดเหมาะสมกับความเร็วได้เป็นอย่างดี เมื่อมีการเร่งเครื่องเต็มที่ความเร็วจะค่อยๆ ไต่ขึ้นไปเรื่อยๆ โดยไม่มีการกระตุกเมื่อเปลี่ยนจังหวะเหมือนเกียร์อัตโนมัติแบบทอร์คคอนเวอร์เตอร์ที่คุ้นเคย ระบบเกียร์อัตโนมัติ CVT ไม่เพียงแต่มีระบบพูลเลย์ และสายพานเท่านั้น แต่มีอีกหลายรูปแบบ ภายใต้แนวคิดการถ่ายทอดกำลังผ่านระบบที่เปลี่ยนอัตราทดได้อย่างต่อเนื่อง
นี่เป็นเรื่องราวของเกียร์อัตโนมัติตั้งแต่อดีต ที่ส่งผลให้วงการรถยนต์ก้าวหน้าเพิ่มขึ้นได้อย่างก้าวกระโดด โดยระบบเกียร์อัตโนมัติแต่ละรูปแบบก็มีข้อดี - ข้อเสียแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการใช้งานรถแต่ละคัน และสำหรับเรื่องราวเกี่ยวกับเรื่องรถดีๆ เรื่องต่อไปจะเป็นอะไร สามารถติดตามได้ที่ Chobrod.com นะคะ
ติดตามข่าวสารรถยนต์ เชิญที่นี่
ต้องการซื้อรถมือสองสภาพดี เชิญเข้าดูที่ตลาดรถตรงนี้
