การออกแบบโครงสร้างน้ำหนักเบาสำหรับรถโดยสารไมโครบัสไฟฟ้าในประเทศไทยด้วยวัสดุคอมโพสิท ระยะที่ 1

          ปัญหาภาวะโลกร้อนและมลพิษทางอากาศส่งผลให้หลายประเทศให้ความสำคัญและส่งเสริมการใช้พลังงานทางเลือก เพื่อทดแทนและลดการใช้พลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งหลายประเทศได้กำหนดนโยบายส่งเสริมการใช้ยานยนต์ไฟฟ้าในภาคการขนส่งเพื่อลดการปลดปล่อยมลพิษ สำหรับประเทศไทยนั้นรัฐบาลให้ความสำคัญกับการลดการใช้พลังงาน ซึ่งส่งผลต่อการลดการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยนายกรัฐมนตรีได้กล่าวต่อที่ประชุมรัฐภาคีกรอบอนุสัญญาสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ สมัยที่ 21 (COP-21) ถึงจุดยืนของประเทศไทยในการลดโลกร้อน ซึ่งมีเป้าหมายในการลดก๊าซเรือนกระจกลงร้อยละ 20-25 ภายในปี ค.ศ.2030 นอกจากนี้ในการประชุมคณะกรรมการนวัตกรรมแห่งชาติได้มีมติเห็นชอบโดยหลักการต่อ “แผนที่นำทางการส่งเสริมยานยนต์ไฟฟ้าในประเทศไทย” หรือ EV Promotion Roadmap และมีข้อสั่งการส่งเสริมให้ประเทศไทยเป็นศูนย์กลางการผลิตยานยนต์ไฟฟ้าในภูมิภาคอาเซียน รวมถึงให้ความสำคัญกับการสนับสนุนการใช้รถโดยสารไฟฟ้าในระบบขนส่งสาธารณะ และการส่งเสริมให้ผู้ประกอบการไทยมีศักยภาพในการผลิตรถโดยสารไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ภายในปี พ.ศ.2562

          อย่างไรก็ตาม จากสถิติของกรมการขนส่งทางบกพบว่ายอดจดทะเบียนสะสมรถโดยสารไฟฟ้า ณ พฤศจิกายน 2559 มีเพียง 61 คัน เนื่องจากข้อจำกัดของประสิทธิภาพรถโดยสารไฟฟ้า ระยะทางการวิ่ง รวมถึงจำนวนสถานีประจุไฟฟ้า เป็นผลให้การใช้รถโดยสารไฟฟ้ายังไม่เป็นที่นิยมในประเทศไทย นอกจากนี้ผู้ประกอบการในประเทศส่วนใหญ่ไม่มีประสาบการณ์ในการผลิตรถโดยสารไฟฟ้าตามแผนที่ระบุไว้ข้างต้น ดังนั้นการเตรียมความพร้อมให้กับภาคอุตสาหกรรม และการพัฒนาผู้ประกอบการไทยให้มีศักยภาพในการออกแบบและผลิตรถโดยสารไฟฟาต้นแบบเป็นไปตามมาตรฐานสากลภายในระยะเวลา 5 ปี จึงเป็นสิ่งจำเป็น เพื่อให้สอดคล้องกับมาตรการส่งเสริมยานยนต์ไฟฟ้าของภาครัฐ ซึ่งมีแนวทางในการดำเนินงาน 3 ระยะ ระยะแรกเป็นการทดสอบเพื่อเป็นข้อมูลพื้นฐานและศึกษาโอกาสของผู้ผลิตชิ้นส่วนไทยสำหรับรถโดยสาร ซึ่งมีความยาว 12 เมตร และออกแบบโครงสร้างของรถโดยสารไมโครบัสไฟฟ้าซึ่งตรงกับมาตรฐาน 2 (ค), (ง) ในพระราชบัญญัติการขนส่งทางบก และผ่านมาตรฐานความปลอดภัยตาม UN-ECE โดยคำนึงถึงความต้องการของผู้โดยสารและผู้ให้บริการ รวมถึงชนิดวัสดุและความสามารถในการผลิตในประเทศ เงื่อนไขในการออกแบบอ้างอิงจากรูปแบบและลักษณะการใช้งานจริงบนท้องถนน เช่น สภาวะการขับขี่ ความแข็งเกร็งในการรับภาระดัดและการรับภาระบิด รวมทั้งการจำลองการทดสอบการพลิกคว่ำตามมาตรฐานสากล UN ECE-R66 ด้วยระเบียนวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ ส่วนระยะที่สองเป็นการออกแบบรายละเอียดและสร้างต้นแบบโครงสร้างน้ำหนักเบา ระยะที่สามเป็นการเลือกอุปกรณ์ขับเคลื่อนและการสร้างต้นแบบรถโดยสารไมโครบัสไฟฟ้า

          โครงการวิจัยมุ่งสร้างองค์ความรู้ในการออกแบบโครงสร้าง และการสร้างต้นแบบรถโดยสารไมโครบัสไฟฟ้า โดยปัจจุบันโครงสร้างรถโดยสารเครื่องยนต์ทำจากเหล็กที่มีน้ำหนักมากถึง 11 ตัน รถโดยสารไฟฟ้าต้องมีโครงสร้างน้ำหนักเบาแบบ Semi-monocoque ที่ผลิตจากวัสดุคอมโพสิทและใช้โครงสร้างแบบแซนวิช เพื่อชดเชยกับน้ำหนักที่มากของแบตเตอรี่แต่ยังต้องคงความแข็งแรงไว้ โดยสามารถลดขนาของแบตเตอรี่ให้เล็กลง นอกจากนี้โครงสร้างน้ำหนักเบายังช่วยเพิ่มสมรรถนะและประสิทธิภาพของรถโดยสารไฟฟ้าด้วย ซึ่งการออกแบบที่ดีด้วยวัสดุที่เหมาะสมสามารถลดน้ำหนักโครงสร้างได้มากถึงร้อยละ 50 โดยมีการเปรียบเทียบระหว่างน้ำหนักของชิ้นส่วนยานยนต์ที่ทำจากวัสดุต่าง ๆ

          นักวิจัยได้ศึกษาและวิจัยออกแบบโครงสร้างรถโดยสารไมโครบัสไฟฟ้าที่สามารถวิ่งในระยะทางระหว่าง 250-300 กิโลเมตรต่อการอัดประจุหนึ่งครั้ง เพื่อทดแทนการใช้รถตู้เป็นรถสาธารณะ ดังนั้นผลลัพธ์ที่ได้จากโครงการนี้จะเป็นปัจจัยส่งเสริมให้เกิดทางเลือกในการผลิตรถโดยสารรูปแบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพทางพลังงานสูง มีอัตราการปลดปล่อยมลพิษต่ำ นอกจากนี้ยังเป็นการประชาสัมพันธ์ข้อมูลและสร้างความเข้าใจในการใช้รถโดยสารไฟฟ้าน้ำหนักเบาอย่างแพร่หลาย ตลอดจนส่งเสริมให้เกิดความร่วมมือระหว่างผู้ประกอบการไทย และเป็นแนวทางให้หน่วยงานภาครัฐใช้ในการกำหนดนโยบายในการประกอบและใช้งานรถโดยสารไฟฟ้าในประเทศไทยอย่างเหมาะสม

          โครงการวิจัยได้เชิญหน่วยงานจากภาคอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องในประเทศไทยร่วมกันศึกษาและพัฒนา ตั้งแต่ผู้ผลิตวัตถุดิบ ได้แก่ บริษัท คอบร้า อินเตอร์เนชั่นแนล จำกัด ผู้ประกอบโครงสร้างรถโดยสาร ได้แก่ บริษัท เอกวัตร (1994) จำกัด บริษัท บัสแอนด์ทรัค จำกัด และบริษัท พีแอลทีกรีน จำกัด ซึ่งมีแผนจะดำเนินธุรกิจเดินรถโดยสารในอนาคต รวมถึงได้รับความร่วมมือและสนับสนุนเทคโนโลยีจากหน่วยงานต่าง ๆ ในประเทศเกาหลีใต้ ได้แก่ มหาวิทยาลัยอุลซาน Korean Automotive Technology Institute (KATECH) และบริษัท เอดิสัน มอเตอร์ส จำกัด เพื่อให้เกิดการถ่ายทอดเทคโนโลยีจากการให้ข้อมูลมาตรฐานการออกแบบโครงสร้างรถโดยสารไฟฟ้าในระดับสากล การเยี่ยมชมการผลิตต้นแบบรถโดยสารไฟฟ้า และการให้รถโดยสารไฟฟ้าต้นแบบที่ผลิตโดยบริษัท เอดิสัน มอเตอร์ส จำกัด มาสาธิตการใช้งานและทดสอบสมรรถนะและประสิทธิภาพการใช้พลังงานของรถโดยสารไฟฟ้าในสภาวะการใช้งานจริงบนถนนในประเทศไทย

          การทดสอบสมรรถนะใช้เกณฑ์การเลือกเส้นทางการเดินรถที่คำนึงถึงระยะทางการขับขี่และสภาพการจราจรที่แตกต่างกัน เพื่อให้การประเมินประสิทธิภาพสอดคล้องกับการใช้งานจริง ภายใต้ความร่วมมือกับองค์การขนส่งมวลชนกรุงเทพ (ขสมก.) นำรถโดยสารไฟฟ้าให้บริการประชาชนบนเส้นทางรถประจำทาง ผลการทดสอบในเชิงประสิทธิภาพการใช้พลังงานพบว่าเมื่อความเร็วเฉลี่ยต่ำหรือสภาพการจราจรแออัดจะมีการหยุดรถและเพิ่มความเร็วของรถบ่อยครั้ง มีค่าอัตราการสิ้นเปลืองพลังงานสูง ขณะที่การใช้งานที่ความเร็วเฉลี่ยสูงจะมีค่าอัตราการสิ้นเปลืองพลังงานเข้าใกล้ 1 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อกิโลเมตร

          ทั้งนี้ คณะวิจัยได้นำผลการศึกษาไปปรับปรุงความแข็งแรงโครงสร้างให้ผ่านเกณฑ์การออกแบบที่ตั้งไว้ โดยความหนาของแกนกลางโครงสร้างส่วนที่รองรับแบตเตอรี่และเครื่องปรับอากาศมีอิทธิผลต่อความแข็งแรงสูง ซึ่งโครงสร้างรถทั้งหมดจะใช้ไฟเบอร์กลาส และบริเวณรอบรับแบตเตอรี่ได้เลือกใช้ไฟเบอร์คาร์บอนเพื่อเสริมความแข็งแรงโครงสร้าง เมื่อปรับปรุงโครงสร้างให้มีความแข็งแรงสอดคล้องกับเงื่อนไขออกแบบบแล้วพบว่าน้ำหนักโครงสร้างรถมีค่า 1,782 กิโลกรัม น้ำหนักเบากว่าที่ประเมินไว้ร้อยละ 19 โดยบริษัท คอบร้า อินเตอร์เนชั่นแนล จำกัด เป็นหนึ่งในบริษัทในประเทศไทยที่มีศักยภาพและมีความต้องการในการผลิตตัวถังรถโดยสารไมโครบัสด้วยวัสดุคอมโพสิทในอนาคต นอกจากนี้ยังมีผู้ประกอบการในไทยที่มีความสามารถประกอบรถโดยสารและสนใจที่จะพัฒนารถโดยสารให้มีความต่อเนื่อง โดยการผลิตรถโดยสารไมโครบัสไฟฟ้าสำหรับใช้งานจริงกำลังอยู่ในแผนงานต่อไป