Trucks
เครื่องเขย่ารถของวอลโว่ ทรัคส์ ซึ่งมีขนาดใหญ่ที่สุดในโลก ช่วยจำลองสภาพแวดล้อมการใช้งานบนสนามทดสอบ
อุตสาหกรรมรถบรรทุกมักไม่เปิดรับเทคโนโลยีใหม่ๆ ด้วยเหตุนี้ วอลโว่ ทรัคส์ จึงได้สร้างความตกตะลึงให้กับวงการ ด้วยการนำเสนอระบบควบคุมล้อหน้าแบบอิสระ (IFS) ชุดแรกสำหรับรถบรรทุก
วิศวกรอาวุโส แจน ซาคริสสันอธิบายว่าเหตุใด IFS จึงเรียกเสียงฮือฮาได้มากเมื่อเปิดตัวในช่วงฤดูใบไม้ร่วงในปี 2012 “ชิ้นส่วนที่ใช้ในระบบช่วงล่างทุกวันนี้ยังคงใช้หลักการเดียวกับเทคโนโลยีที่ใช้กับรถม้าสมัยศตวรรษที่ 18 อยู่เลย การแยกล้อในแชสซีด้านหน้าออกเพื่อให้ทำงานได้อย่างอิสระ ถือเป็นการปฏิวัติครั้งใหญ่ของวงการรถบรรทุกหนักเลยทีเดียว”
ก่อนที่ แจน ซาคริสสันจะมาทำระบบ IFS เขาเคยมีส่วนร่วมในการอัพเกรดแชสซีด้านหน้าที่มีอยู่ด้วยการใช้ระบบช่วงล่างแบบถุงลมสำหรับรถบรรทุกวอลโว่ FH ใหม่ จากการที่เคยทำงานกับวอลโว่ บัสมาก่อน เขาจึงมีประสบการณ์ในการทำงานกับระบบช่วงล่างแบบแยกส่วน เพราะเทคโนโลยีนี้ได้นำมาใช้ในอุตสาหกรรมรถบัสมาเกือบ 30 ปีแล้ว
“ทุกวันนี้ แชสซีด้านหน้าที่ใช้แหนบกับระบบช่วงล่างแบบถุงลมก็ดีมากอยู่แล้ว เทคนิคพวกนี้จึงไม่มีอะไรให้พัฒนาต่อยอดมากนัก แต่ด้วยการนำ IFS มาใช้ เหมือนเราได้เริ่มปฐมบทใหม่และเปลี่ยนความรู้สึกในการขับรถบรรทุกไปโดยสิ้นเชิง”
ด้วยการนำ IFS มาใช้ เหมือนเราได้เริ่มปฐมบทใหม่และเปลี่ยนความเข้าใจในการขับรถบรรทุกไปโดยสิ้นเชิง
อันที่จริง วอลโว่ ทรัคส์ ได้มีความคิดริเริ่มที่จะนำระบบ IFS มาใช้กว่า 10 ปีมาแล้ว ในตอนนั้น ได้มีการถอยรถต้นแบบรุ่นแรกของระบบออกมา แต่ต้องรอจนถึงปี 2008 จึงจะเริ่มเห็นการพัฒนาอย่างจริงจัง ในช่วงห้าปีที่ผ่านมา บรอร์ รันด์เกรนได้เป็นผู้นำทีมโปรเจ็กต์ที่ประกอบด้วยสมาชิก 15 คนเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีใหม่นี้ร่วมกัน
“เราได้รับมอบหมายให้ผลิตงานออกแบบที่จะทำให้รถบรรทุกวอลโว่กลายเป็นผู้นำระดับโลกสำหรับรถบรรทุกที่บังคับง่ายและนั่งสบาย เนื่องจากมีการทำงานบางส่วนมาแล้ว เราจึงมีแพลตฟอร์มที่ดีที่จะใช้เป็นฐานในงานของเรา แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดของการพัฒนาระบบ นั่นคือการเปลี่ยนแนวคิดให้เป็นโปรเจ็กต์อุตสาหกรรมนั้นยังคงรอเราอยู่ข้างหน้า” บรอร์ รันด์เกรนอธิบาย
เนื่องจากเทคโนโลยี IFS เป็นเรื่องใหม่มากในอุตสาหกรรมรถบรรทุก จึงต้องมีการทดสอบระบบนับครั้งไม่ถ้วนด้วยเครื่องเขย่าของ วอลโว่ ทรัคส์
ไม่ใช่เรื่องบังเอิญแต่อย่างใดที่ บรอร์ รันด์เกรน ผู้พกประสบการณ์ด้านระบบช่วงล่างแบบแยกส่วนมาเต็มกระเป๋า ได้รับเลือกให้นำทีมพัฒนาระบบ IFS ของ วอลโว่ ทรัคส์
หลักการพื้นฐานสำหรับระบบนี้ก็เหมือนกันทั้งรถยนต์และรถบรรทุก นั่นคือหากสามารถทำระบบช่วงล่างของล้อให้แยกกันได้ จะช่วยให้รถนิ่งและวางใจได้เมื่ออยู่บนท้องถนน
อย่างไรก็ตาม ระบบจะต่างกันเมื่อเป็นเรื่องของการออกแบบ ความท้าทายสาหัสที่วิศวกรของ วอลโว่ ทรัคส์ ประสบอยู่ก็คือเรื่องพื้นที่และความแข็งตึง
สำหรับรถยนต์ ความแข็งตึงในระบบเกิดขึ้นจากตัวโครงที่ยึดอยู่กับเพลา อย่างไรก็ตาม โซลูชันแบบนี้ใช้ไม่ได้กับรถบรรทุกด้วยเหตุผลสองข้อ ข้อแรก เพราะเครื่องยนต์อยู่ในบริเวณเดียวกับระบบช่วงล่าง ข้อสอง โครงสร้างของตัวโครงที่ยึดอยู่กับระบบช่วงล่างสูงกว่าผิวถนน ด้วยเหตุนี้ ความแข็งตึงแบบที่มีในรถยนต์จึงไม่สามารถนำมาใช้กับรถบรรทุกได้
ทางแก้ไขก็คือ การออกแบบให้ส่วนที่เคลื่อนได้ของระบบยึดติดอยู่ด้วยกันกับตัวโครงย่อยสองตัว ซึ่งอยู่ถัดจากส่วนล่างของเครื่องยนต์
ยานพาหนะจะถูกนำไปทดสอบอันเข้มข้นที่หลากหลายบนถนนที่ศูนย์ทดสอบภาคสนามของ วอลโว่ ทรัคส์ ที่ Hällered ประเทศสวีเดน
“เพราะจะต้องไม่มีการเคลื่อนในแนวข้างเลย เราจึงมุ่งเน้นการเพิ่มความแข็งตึงให้กับโครงสร้างของตัวโครงรถในระบบ IFS ให้ได้มากที่สุด” บรอร์ รันด์เกรนอธิบาย
“หลังจากที่ได้นำไปทดสอบบนเครื่องและพบว่าการออกแบบของเราทำงานได้อย่างที่ตั้งใจ ก็ถือว่าเราประสบความสำเร็จอย่างยิ่งใหญ่จริงๆ” เขากล่าวเสริม
การทดสอบด้วยเครื่องเป็นขั้นตอนสำคัญที่ดำเนินการโดยฝ่ายพัฒนาของ วอลโว่ ทรัคส์ ในกอเทนเบิร์ก ประเทศสวีเดน สถานที่ทดสอบคลุ้งไปด้วยกลิ่นน้ำมันจางๆ และได้ยินเสียงสัญญาณจากระบบไฮดรอลิกของเครื่องเขย่าขนาดยักษ์ดังอยู่ไม่ขาดสาย
“เราเรียกเจ้านี่ว่าทีเร็กซ์ เป็นเครื่องเขย่ารถที่ใหญ่ที่สุดในโลก มีน้ำหนักรวมกว่า 1,200 ตัน” อีมิล สคูจ วิศวกรทดสอบที่ทำงานอยู่ที่นี่เล่าให้เราฟัง
ระบบที่ประกอบด้วยลูกสูบและกระบอกสูบจะเขย่าเพลาเป็นช่วงๆ เพื่อทดสอบว่าระบบ IFS รองรับแรงมากๆ ของเครื่องเขย่าได้หรือไม่ สัญญาณที่ควบคุมการเขย่าจะถูกเก็บรวบรวมไว้ในรูปแบบของข้อมูลจากยานพาหนะทดสอบ โดยเก็บไว้ที่ศูนย์ทดสอบภาคสนามของ วอลโว่ ทรัคส์ ใน Hällered นอกเมืองโกเธนเบิร์ก
“ที่ศูนย์ทดสอบภาคสนาม ยานพาหนะจะถูกนำเข้าสู่หลากหลายการทดสอบอันเข้มข้นบนถนน เราได้ติดเซ็นเซอร์จำนวนหนึ่งไว้ที่เพลาเพื่อบันทึกแรงและการเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นระหว่างทดสอบ” บรอร์ รันด์เกรนอธิบาย
ในเครื่องเขย่า น้ำหนักบรรทุกที่กดทับโครงสร้างจะหนักกว่าที่ใช้งานจริงเป็นอย่างมาก เพื่อให้แน่ใจว่าระบบมีความแข็งแรงมากพอ
เมื่อถ่ายโอนข้อมูลที่ได้และนำไปใช้กับเครื่องเขย่า เราก็สามารถจำลองสภาพที่เหมือนกับการทดสอบที่ศูนย์ทดสอบภาคสนามนี้ได้อีกครั้ง ข้อมูลที่ได้จะนำไปใช้จำลองบางส่วนของการทดสอบภาคสนาม โดยที่ยานพาหนะทดสอบจะมีน้ำหนักบรรทุกเต็มกำลัง วิธีนี้ช่วยประหยัดเวลาในการทดสอบได้มาก เพราะสามารถลดการขับที่ไม่จำเป็นและอาการที่เครื่องไม่ทำงานอื่นๆ ได้
“ในเครื่องเขย่า น้ำหนักบรรทุกที่กดทับโครงสร้างจะมากกว่าน้ำหนักที่ใช้กันตามจริง เพื่อให้แน่ใจว่าระบบมีความแข็งแรงมากพอ” บรอร์ รันด์เกรนอธิบาย
มีการทดสอบเพลาเป็นร้อยๆ ครั้งในเครื่องเขย่าระหว่างช่วงเวลาการทดสอบ 10 สัปดาห์ บรอร์ รันด์เกรนมองไปยังเพลาทดสอบในเครื่องเขย่าและอธิบายถึงความสำคัญของการทดสอบทั้งหมด
มีการทดสอบเพลาเป็นร้อยๆ ครั้งในเครื่องเขย่าระหว่างช่วงเวลาการทดสอบ 10 สัปดาห์
“เราต้องรับผิดชอบต่อลูกค้า ซึ่งนั่นคือการทดสอบและทดสอบไปเรื่อยๆ จนกว่าจะมั่นใจว่าระบบพร้อมสำหรับการผลิตแล้ว และเนื่องจากเราจะใช้เทคโนโลยีใหม่นี้ในอนาคต เรายิ่งต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบทำงานได้อย่างถูกต้อง เราต้องจัดเก็บข้อมูลความรู้ที่ได้ลงในเอกสาร”
ผลที่ได้จากการพัฒนาร่วมห้าปี ก็คือระบบ IFS ที่ใช้ในการผลิตรถบรรทุกสำหรับงานหนักตัวแรกของโลก ว่าแต่ เทคโนโลยีใหม่นี้มีข้อได้เปรียบในด้านใดมากที่สุด
“คุณสมบัติในการบังคับรถเรียกได้ว่าเป็นการปฏิวัติวงการเลยทีเดียว เวลาที่ขับ คุณสามารถผ่อนคลายได้แบบที่ไม่เคยเป็นมาก่อน ซึ่งสร้างมิติใหม่ให้กับความปลอดภัยและความเสถียรเมื่อเทียบกับระบบช่วงล่างด้านหน้าแบบเดิม” แจน ซาคริสสันอธิบาย
บรอร์ รันด์เกรนเห็นด้วยและเปรียบเทียบให้เราฟังโดยใช้ลูกบอลชายหาดสองลูก
“เมื่อใช้เพลาที่มีแหนบกับระบบช่วงล่างแบบถุงลม ก็เหมือนคุณนั่งอยู่บนลูกบอล ซึ่งคุณต้องคอยประคองตัวตลอดเวลาเพื่อรักษาสมดุล แต่เมื่อใช้ IFS คุณจะเหมือนนั่งอยู่ในลูกบอล และควบคุมสถานการณ์ได้ดีกว่า ทำให้รู้สึกปลอดภัยมากขึ้น”
เวลาที่ขับ คุณสามารถผ่อนคลายได้แบบที่ไม่เคยเป็นมาก่อน ซึ่งสร้างมิติใหม่ให้กับความปลอดภัยและความเสถียรเมื่อเทียบกับระบบช่วงล่างด้านหน้าแบบเดิม
การปรับปรุงแรงตอบสนองจากพวงมาลัย ซึ่งเป็นผลจากการนำพวงมาลัยแบบ Rack and Pinion เข้ามาใช้กับระบบ เป็นเทคโนโลยีที่ไม่เหมือนใครในวงการรถบรรทุก และเป็นปัจจัยที่ตัดสินว่าการขับจะออกมาสมบูรณ์หรือไม่
ที่เครื่องเขย่า อีมิล สคูจได้เริ่มโปรแกรมทดสอบประจำวัน ลูกสูบจะเริ่มทำงานและเพลาทดสอบจะเขย่าขึ้นลง พื้นของเครื่องเขย่าที่ใช้ระบบช่วงล่างแบบถุงลมจะเคลื่อนที่ ทำให้เกิดความรู้สึกเคลื่อนไหวเหมือนคลื่น
“เมื่อเปรียบเทียบกับพวงมาลัยแบบเก่า พวงมาลัยแบบ Rack and Pinion มีระบบการหมุนที่แม่นยำกว่า ส่งผลให้ตอบสนองได้ตรงจุดมากขึ้น คนขับจะใช้เวลาคิดและตัดสินใจทำสั้นลง แถมยังช่วยให้รู้สึกถึงการควบคุมและความปลอดภัยยิ่งขึ้นด้วย” แจน ซาคริสสันกล่าวเสริม
เมื่อมีการนำ IFS มาใช้ บรอร์ รันด์เกรนเชื่อว่านี่คือการเริ่มต้นบทใหม่ของวิศวกรรมยานยนต์ในด้านของระบบช่วงล่างสำหรับอุตสาหกรรมรถบรรทุก
“เราประสบความสำเร็จในการให้นิยามความรู้สึกใหม่ของการขับรถบรรทุก แจน ซาคริสสันบอกว่าเราได้เขียนประวัติศาสตร์หน้าใหม่ในชื่อของ IFS สำเร็จแล้ว ผมเชื่อว่าประวัติศาสตร์เล่มนี้จะมีหลายบทต่อไปอีกเรื่อยๆ”
จะมีการทดสอบระบบ IFS เพื่อดูว่าสามารถรองรับแรงมากๆ ของเครื่องเขย่าที่ประกอบด้วยลูกสูบและกระบอกสูบได้หรือไม่ เพื่อรองรับแรงมหาศาล เครื่องเขย่าจึงต้องตั้งอยู่บนบล็อคซีเมนต์ที่มีระบบช่วงล่างแบบถุงลมน้ำหนัก 1,000 ตัน
สิ่งที่ท้าทายสำหรับนักออกแบบก็คือ การออกแบบให้ส่วนประกอบหลายอย่างที่ต้องเคลื่อนไหวทำงานเป็นหนึ่งเดียวกัน และนี่คือโซลูชันจากพวกเขา
1. พวงมาลัยพาวเวอร์แบบ Rack and Pinion
การเคลื่อนไหวในการหมุนพวงมาลัยจะถูกถ่ายทอดไปยังพวงมาลัยพาวเวอร์แบบ Rack and Pinion การเคลื่อนไหวจะถูกส่งต่อไปยังไทรอดและข้อต่อลูกกลมในแต่ละข้าง จากนั้นจึงส่งไปยังก้านพวงมาลัย จากก้านพวงมาลัย การเคลื่อนไหวจะส่งผ่านไปยังเพลาท้ายขณะที่ล้อของรถบรรทุกหมุนอยู่
2. ตัวดูดซับแรงกระแทก
แรงกระแทกจะถูกดูดซับด้วยตัวดูดซับแรงกระแทก ซึ่งยึดอยู่กับตัวยึดบนเสาหลักและโครงแชสซีด้านบน
3. เสาหลัก
ปีกนกคู่บนและล่าง ตัวดูดซับแรงกระแทก เพลาท้าย ถุงลมกันสะเทือน และระบบพวงมาลัย เชื่อมต่อกันหมดกับเสาหลัก เพื่อทนต่อแรงเค้นที่มาก เสาหลักจึงทำออกมาเป็นชิ้นเดียวด้วยวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง การออกแบบได้ปรับความเอียงของคาสเตอร์และแกนบังคับเลี้ยวให้เหมาะสม ช่วยมอบประสิทธิภาพในการบังคับรถที่โดดเด่น อีกทั้งยังช่วยลดการสึกหรอของล้อ
4. โครงสร้างของตัวโครงย่อย
ปีกนกคู่บนและล่างติดตั้งอยู่กับโครงสร้างตัวโครงย่อย ทำหน้าที่เป็นตัวยึดระบบทั้งหมดให้อยู่กับที่ ตัวโครงย่อยซึ่งทำจากเหล็กหล่อยึดอยู่กับโครงแชสซี
5. ปีกนกคู่
ล้อหน้าเชื่อมต่อกับเสาหลักในแต่ละด้าน โดยถูกยกเป็นอิสระจากโครงสร้างแชสซีด้วยปีกนกคู่บนและล่างอย่างละข้าง สปริงลมซึ่งอยู่ระหว่างเสาหลักและตัวโครง จะรองรับน้ำหนักบรรทุก และดูดซับการเคลื่อนไหวแบบไดนามิกที่เกิดขึ้นจากสิ่งกีดขวางบนท้องถนนระหว่างขับ
