“แอโรไดนามิกส์” จะส่งผลต่อรูปร่างและระยะทางของรถยนต์ไฟฟ้าในอนาคตได้อย่างไรบ้าง ?

รถยนต์ในทุกยุคทุกสมัยต่างมีการแข่งขันกันในด้านการออกแบบ ยิ่งในยุคที่น้ำมันแพง การออกแบบให้รถประหยัดน้ำมันก็เป็นสิ่งที่ค่ายรถแข่งขันกัน พอมาในยุคของรถยนต์ไฟฟ้า การออกแบบรถและระบบให้มีประสิทธิภาพมากที่สุดก็เป็นสิ่งที่ผู้ผลิตอีวีแข่งขันกันอีกเช่นกัน

หนึ่งในสิ่งที่ช่วยให้รถมีประสิทธิภาพก็คือ ค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านอากาศหรือค่า Cd หากค่านี้มีน้อยเท่าไหร่ ยานพาหนะของเราก็จะต้านลมน้อยลงเท่านั้น ซึ่งความต้านลมจะมีผลต่ออัตราสิ้นเปลืองของรถเช่นกัน

ซึ่งความต้านลมเหล่านี้เป็นผลมาจากการออกแบบตัวถังที่มีความลู่ลมไม่เท่ากันตามหลักอากาศพลศาสตร์หรือแอโรไดนามิกส์

• การแข่งขันด้านแอโรไดนามิกส์เป็นสิ่งที่ค่ายรถทำกันมานานแล้ว
• แอโรไดนามิกส์เป็นสิ่งจำเป็นในการออกแบบรถ
• การเข้ามาของ EV ทำให้แอโรไดนามิกส์จำเป็นขึ้น
• การดีไซน์ตามแอโรไดนามิกส์อย่างเดียวอาจทำให้รถมีรูปร่างแปลก
• เทคโนโลยีและวิธีการดีไซน์รถแบบใหม่เพื่อให้มีแอโรไดนามิกส์ที่ดี

ผู้มาก่อนกาล

การออกแบบรถยนต์ที่มีความต้านอากาศน้อยมาก ๆ มีมาหลายสิบปีแล้ว มนุษย์พยายามทำลายสถิติใหม่ทั้งด้านความเร็วสูงสุด โดยเฉพาะบนสนามแข่ง 

เพราะแรงต้านอากาศเป็นสิ่งที่มีผลมากที่สุดเมื่ออยู่ในความเร็วสูง(แม้อยู่บนทางด่วน กำลังเกินครึ่งหนึ่งถูกลงไปที่การแหวกอากาศออกไป) การลดสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจึงเป็นกุญแจสำคัญ  

ในปัจจุบันเรามี Bugatti Veyrons และ Chirons ที่มีกำลังกว่า 1,000 แรงม้า และสามารถทำความเร็วสูงสุดมากกว่า 400 กม./ชม. ได้อย่างง่ายดาย แต่มีผู้ที่มาก่อนกาลตั้งแต่ปี 1938 เพราะ Mercedes-Benz ได้ทำความเร็วสูงสุดที่ 432.7 กม./ชม. ด้วยรุ่น W125 บนถนนหลวงได้ตั้งแต่ตอนนั้น !

สิ่งที่ทำให้ Mercedes-Benz W125 เอาชนะ Veyron ได้ตั้งแต่หลายสิบปีก่อน นั่นเป็นเพราะหลักอากาศพลศาสตร์ พลังของอากาศพลศาสตร์มีไว้เพื่อดันอากาศออกไปโดยวัดจากความเร็วของอากาศที่ไหลผ่าน แรงที่ใช้ดันอากาศเหล่านั้น ทำให้แรงจากระบบขับเคลื่อนนั้นสูญเสียไป(รวมถึง ความต้านทานการหมุน) โดยวัดกับความเร็วลมที่ปะทะมาเป็นเส้นตรง 

ด้วยความเร็วนั้น พลังงานกว่า 90% จากระบบทั้งหมด จะใช้เพื่อเอาชนะอากาศพลศาสตร์หรือแอโร่ไดนามิกส์

Bugatti Chiron มีค่า Cd อยู่ที่ 0.36 ซึ่งอาจไม่ดีมากเท่าไหร่ แต่รถสปอร์ตส่วนใหญ่มีเป้าหมายที่แรงกดและการขับขี่ที่ดี ตัวอย่างเช่น รถ F1 มีค่า Cd อยู่ถึง 1.00 แต่พลังของมันก็มีมากเพียงพอที่จะเอาชนะแรงต้านอากาศเพื่อเพิ่มแรงกดของตัวรถ

แต่หากเป้าหมายคือการทำลายสถิติความเร็วสูงสุด มันจะต่างจากกรณีแรกทันที เพราะ W125 มีม้าเพียง 616 ตัวใต้ฝากระโปรง แต่ยังสามารถทำความเร็วสูงสุดกว่า 400 กม./ชม. ได้ ด้วยตัวถังที่เพรียวบางเป็นพิเศษซึ่งทำให้ค่า Cd ต่ำลงถึง 0.235 ซึ่งทำให้แรงต้านลมน้อยกว่า Chiron ถึงหนึ่งในสามเลยทีเดียว

แอโรไดนามิกส์ส่งผลต่ออัตราสิ้นเปลือง

รถยนต์ทั่วไปที่ใช้โดยสารคนเป็นหลัก ควรจะเป็นอะไรที่ใช้งานได้จริง ปลอดภัย และมีราคาที่สามารถเข้าถึงได้ ดังนั้น แอโร่ไดนามิกส์จึงไม่ใช่เรื่องสำคัญที่สุดสำหรับรถทั่วไป แต่ก็มีความจำเป็น เพราะแอโร่ไดนามิกส์ก็ยังเป็นส่วนที่ทำให้มีการสูญเสียพลังงานมากที่สุด

ประสิทธิภาพของแอโรไดนามิกส์ที่ดีมีผลโดยตรงต่อการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง ยกตัวอย่างเช่น Ford ได้ทดลองรูปทรงต่าง ๆ สำหรับซีรี่ส์ของรถต้นแบบ “Probe” ซึ่ง Probe V มีค่า Cd ถึง 0.137 เท่านั้น

จะลู่ลมอย่างเดียวไม่ได้ ต้องหน้าตาเหมือนรถปกติด้วย

แล้วเหตุใดทำไมรถทุกคันถึงไม่มีหน้าตาแบบนี้? นอกจากเรื่องของการใช้งานจริงแล้ว สิ่งที่เป็นปัญหาใหญ่ที่สุดก็คือรูปลักษณ์ แม้ทุกคนจะอยากได้รถที่มีแอโร่ไดนามิกส์ที่ดี แต่สำหรับรถทั่วไปแล้วก็ต้องสวยด้วย

ผู้ผลิตรถต่างก็พยายามทำรถที่มีแอโร่ไดนามิกส์ดีและยังมีรูปร่างที่สวยอยู่ เช่น Lightyear One ที่มีค่า Cd “ต่ำกว่า” 0.20 หรือ Mercedes-Benz EQXX ที่มีค่า Cd เพียง 0.17

แม้ในที่สุดแล้วจะออกมาดูดี และการออกแบบเป็นอะไรที่เจอกัน “ตรงกลาง” แล้ว เช่น การที่คนเจอรถที่ในด้านท้ายของรถที่ยาวเกินไป คนอาจจะไม่ได้ชอบตั้งแต่แรกเห็น

รถอีวีในปัจจุบันอย่าง Tesla Model S Plaid หรือ Lucid Air ก็ทำได้ดีในการออกแบบให้รถยังดูสวยแต่ยังคงค่า Cd ไว้ได้ดี(ที่ต่ำกว่า 0.20) แม้จะไม่ได้ดีเท่า Lightyear One หรือ EQXX แต่ก็ยังพอเหมือนรถทั่วไปบนท้องถนน

อ่านเพิ่มเติม : Lightyear One เป็นอีวีพลังแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในโลกได้อย่างไร

การผลักดัน EV 

ตั้งแต่การเข้ามาของรถยนต์ไฟฟ้า ผู้คนต่างคำนึงถึงระยะทางที่รถจะขับได้ต่อหนึ่งการชาร์จเป็นส่วนใหญ่ ยิ่งตัวเลขของ km./kWh มีมากเท่าไหร่ ยิ่งทำให้รถถูกลง (เพราะใช้เซลล์แบตเตอรี่น้อยกว่า) เบาลง(น้ำหนักแบตเตอรี่ลดลง) และมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ผู้ซื้อหลายคนอาจมีความกังวลเรื่องระยะทางขับขี่ แอโร่ไดนามิกส์จึงกลายเป็นตัวแปรสำคัญที่หากค่า Cd ของตัวถังยิ่งน้อยลงเท่าไหร่ ยิ่งทำให้มีระยะทางเพิ่มขึ้นหากเทียบด้วยแบตเตอรี่ขนาดเดียวกัน

นั่นทำให้ผู้ผลิตรถยนต์อย่าง Tesla ได้เน้นถึงเรื่องแอโร่ไดนามิกส์ที่มีผลต่อรถโดยเฉพาะ และรวมไปถึงรถบรรทุกของค่าย Tesla Semi truck และไม่ได้มีแค่เทสล่า แต่ Lucid และ Rivian ก็ทำงานอย่างหนักเพื่อทำให้รถมีประสิทธิภาพสูงสุดเท่าที่จะทำได้

ยานยนต์แห่งอนาคตจะเป็นอย่างไร

หากในอนาคตดีไซน์ของรถจะไม่มีการเจอกัน “ตรงกลาง” จะเป็นอย่างไร แต่นั่นก็ขึ้นอยู่ว่าใครเป็นคนนิยาม และอาจเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของยุคสมัยด้วย

สำหรับรถที่ต้องการแอโร่ไดนามิกส์ที่ดีจริง ๆ จะต้องมีอะไรปิดบริเวณล้อเอาไว้ด้วยเหตุผลต่าง ๆ แต่สำหรับ GAC ENO. 146 concept ที่เปิดตัวเมื่อปี 2019 ไม่มีอะไรแบบนี้ แต่มีค่า Cd เพียง 0.146 ซึ่งต่ำมาก และเมื่อเทียบกับ EQXX จะเห็นว่าเส้นสายบริเวณท้ายรถนั้นดูมีสัดส่วนที่ดีกว่าอีกด้วย

ลองเพิ่มความลู่ลมของรถที่ตัวเองมีด้วยซอฟท์แวร์

หากอยากทดลองดูว่ารถของเราจะมีแอโร่ไดนามิกส์ได้ดีกว่านี้ต้องทำอย่างไรบ้าง เราสามารถใช้โปรแกรมสามมิติ A2MAC1 โดย Vincent Keromnes 

เริ่มจากมีคนใช้ Tesla Model S Plaid ของตัวเองทำการแสกนสามมิติลงโปรแกรมดังกล่าว และลองใช้การปิดบริเวณล้อให้มันลู่ลมยิ่งขึ้นคล้าย Lightyear One

Vincent ได้ลองทำเช่นนี้ถึงสองครั้ง ผลออกมาว่า หลังจากการปิดล้อหลังแล้ว จะช่วยลดการใช้พลังงานได้มาก ซึ่งจะทำให้ค่า Cd ลดลงถึง 3.5% ซึ่งมีผลอย่างมากในแง่ของประสิทธิภาพของแอโร่ไดนามิกส์

Aptera ที่มีรูปร่างต่างจากรถทั่วไป

และหากต้องการไปไกลกว่ารถที่มีอยู่ในปัจจุบัน Aptera ก็เลยได้รูปร่างรถแบบใหม่ขึ้นมาซึ่งต่างจากรถทั่วไปเพราะมีเพียง 3 ล้อ ! 

ค่า Cd จากโรงงานอาจมีมาตรฐานต่างกัน

แม้ค่า Cd ที่ปรากฏในบทความนี้จะมาจากค่าอย่างเป็นทางการจากผู้ผลิตรถยนต์ ซึ่งอาจจะมีการทดสอบหาค่า Cd ที่ไม่เหมือนกัน เช่น การทดสอบในอุโมงค์ลมอาจใช้ยาง ขนาดล้อ ความสูงของรถ หรือการตั้งค่าต่าง ๆ ที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจทำให้การเปรียบเทียบกันนั้นยากขึ้น

อย่างไรก็ตาม วิวัฒนาการของแอโร่ไดนามิกส์นั้นแสดงถึงการพัฒนาของยานยนต์ได้เป็นอย่างดี

แอโร่ไดนามิกส์จะมีผลมากขึ้นในอนาคต

ประสิทธิภาพตามหลักแอโร่ไดนามิกส์นั้นลดลงเรื่อย ๆ โดยเฉพาะเมื่อถึงในยุคของรถยนต์ไฟฟ้า และเราก็จะยังเห็นรถรูปร่างแปลก ๆ มากขึ้นเรื่อย ๆ ในอนาคต

ทั้งรถที่รูปร่างที่ปกติแต่มีความลู่ลมที่เหนือชั้น หรือรถที่มีรูปร่างแปลกแต่สามารถดึงดูดคนได้มากกว่า แต่แอโร่ไดนามิกส์จะมีผลมากขึ้นแน่นอนสำหรับการออกแบบรถยนต์ในอนาคต

อ่านเพิ่มเติม : อะไรทำให้ Mercedes-Benz VISION EQXX วิ่งไกลได้ถึง 1,000 กิโลเมตร?