Con người đã phanh như thế nào cách đây một ngàn năm? Sự tiến hóa của hệ thống phanh
Người ta nói rằng một ngàn năm trước, khi người xưa lái xe ngựa, về cơ bản họ dựa vào sức lực của đôi chân để làm mọi việc: họ bơm xăng, kéo xe để rẽ, bóp còi bằng miệng và phanh bằng chân của họ, tức là chân của con ngựa. Cuối cùng, sau vô số bài học rút ra từ máu và nước mắt, mọi người nhận ra rằng khi xuống dốc, chỉ dựa vào chân ngựa không chỉ làm ngựa kiệt sức mà còn gây nguy hiểm cho người lái.
Như vậy, hệ thống phanh sớm nhất đã ra đời. Người ta dùng một miếng gỗ làm má phanh để tạo ma sát với bánh xe, tạo lực phanh. Mặc dù gỗ đôi khi bốc khói khi phanh, nhưng nó đủ cho những cỗ xe chậm. Trên thực tế, hệ thống phanh có cấu trúc tương tự vẫn có thể được nhìn thấy ngày nay. Ví dụ, phanh vành xe đạp đã phát triển từ việc mài bề mặt lốp xe thành mài vành bánh xe, nhưng nguyên lý vẫn tương tự.
Kể từ khi động cơ hơi nước xuất hiện vào thế kỷ 18, sức mạnh của phương tiện đã chuyển từ con người và động vật sang máy móc, và tốc độ tăng lên, nhưng hệ thống phanh thì không có nhiều thay đổi. Vào đầu thế kỷ 20, dù là xe ngựa, tàu hỏa hay ô tô đời đầu, hệ thống phanh đều hoạt động tương tự như hệ thống phanh được sử dụng trên các toa xe trước đó. Kết quả là gì? Ngay cả trên mặt đất bằng phẳng, tai nạn vẫn xảy ra. Rất may, vào năm 1900, một thiên tài tên là Wilhelm Maybach đã thiết kế ra phanh tang trống đầu tiên cho ô tô. Bạn có thấy quen không? Ngay cả ngày nay, một số xe tải và xe chở khách hạng thấp vẫn sử dụng phanh tang trống.
Thật trùng hợp, chỉ hai năm sau vào năm 1902, một thiên tài khác, Frederick William Lanchester, đã thiết kế ra phanh đĩa đầu tiên, đây là hệ thống phanh được sử dụng trong hơn 80% ô tô ngày nay, bao gồm cả Xiaomi SU7. Bạn có thể nghĩ rằng phanh đĩa ra đời muộn hơn nhiều so với phanh tang trống, nhưng không phải vậy. Phanh đĩa có yêu cầu cao hơn về vật liệu má phanh. Đĩa phanh ban đầu được làm bằng sắt và má phanh làm bằng đồng, bị mòn nhanh. Hãy tưởng tượng bạn đi dã ngoại cùng gia đình với đồ ăn nhẹ, bia, bài và ba bộ má phanh - thật đáng thất vọng phải không? Vì vậy, do hạn chế về công nghệ vật liệu, phanh đĩa đã không trở nên phổ biến.
Tuy nhiên, phanh tang trống cũng có những vấn đề của chúng. Thiết kế của chúng vốn hạn chế khả năng tản nhiệt, khiến chúng dễ bị phân hủy do nhiệt. Điều này vẫn đúng ngay cả với phanh tang trống hiện đại. Nhưng khi công nghệ vật liệu được cải thiện, phanh đĩa bắt đầu được chú ý trở lại. Các má phanh ban đầu được làm bằng amiăng, nhưng amiăng có một nhược điểm chết người: nó không thân thiện với môi trường. Sợi amiăng từ việc mài mòn có thể bị hít vào và gây tổn thương phổi không thể phục hồi, đó là lý do tại sao ngói lợp amiăng, từng phổ biến trong thời thơ ấu của tôi, giờ không còn được sử dụng nữa. Ngoài ra, amiăng là chất dẫn nhiệt kém, vì vậy rất khó để làm mát sau ma sát khi phanh.
Sau đó, má phanh bán kim loại được phát triển, thay thế amiăng bằng len thép để tăng độ cứng. Nhưng giờ đây khả năng dẫn nhiệt quá tốt. Nhiệt độ tăng nhanh và hệ thống phanh vẫn nóng, khiến các bộ phận cao su, như phớt và ống, bị lão hóa nhanh hơn. Nhiệt độ cao cũng làm bốc hơi nước trong dầu phanh, khiến phanh có cảm giác mềm. Trên hết, ma sát kim loại trên kim loại gây ra tiếng ồn ở tốc độ thấp và phanh dễ bị rỉ sét khi trời mưa.
Do những nhược điểm này, một thế hệ má phanh mới đã được phát triển: vật liệu ít kim loại. Như tên gọi của nó, những má phanh này có hàm lượng kim loại ít hơn. Mặc dù chúng không bền bằng, nhưng hiệu suất phanh của chúng tốt hơn má phanh bán kim loại và chúng êm hơn, thường được sử dụng trong những chiếc xe ưu tiên sự thoải mái. Cuối cùng, má phanh gốc gốm đã xuất hiện, sử dụng sợi gốm để gia cố. Những má phanh cao cấp này có khả năng chịu nhiệt, tạo ra ma sát ổn định và giảm tiếng ồn. Thêm vào đó, vì chúng không có kim loại nên chúng không để lại bụi phanh khó làm sạch trên bánh xe. Nhược điểm? Chúng đắt tiền.
Nhưng phanh gốm thậm chí không phải là loại đắt nhất. Có một lựa chọn thậm chí còn cao cấp hơn: phanh gốc carbon. Chúng có hai loại: carbon-gốm và carbon-carbon. Một loại là hỗn hợp sợi carbon và sợi gốm, trong khi loại còn lại được làm hoàn toàn bằng carbon. Cả hai đều có khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời, khả năng chịu nhiệt độ cao, lực phanh mạnh và trọng lượng nhẹ, giúp chúng bền hơn. Đó là lý do tại sao phanh gốc carbon thường được tìm thấy trên xe đua, xe thể thao cao cấp và máy bay. Tuy nhiên, đối với những người lái xe hàng ngày, chúng không thực sự liên quan do chi phí.
Sau tất cả những cuộc thảo luận về phanh đĩa, bạn có thể tự hỏi liệu phanh tang trống có còn cơ hội quay trở lại không. Câu trả lời là không - chúng đơn giản là bị đánh bại. Phanh tang trống nặng, tản nhiệt kém và kém hiệu quả hơn trong việc cung cấp lực phanh nhanh và liên tục. Chúng cũng không tương thích với công nghệ hiện đại như ABS. Tuy nhiên, phanh tang trống vẫn có những điểm mạnh của chúng. Một lợi thế là lực phanh mạnh. Trong hai má phanh, một má phanh theo chuyển động quay của tang phanh trong khi má phanh còn lại đi ngược lại. Khi phanh, má phanh di chuyển ngược lại chuyển động quay tạo ra hiệu ứng tự phanh, siết chặt phanh khi bạn nhấn mạnh hơn. Đây là một lợi thế về mặt cấu trúc. Phanh tang trống cũng tiết kiệm chi phí vì thiết kế của chúng không đòi hỏi phải thay đổi đáng kể trong những năm gần đây. Ngoại trừ việc cập nhật vật liệu ma sát, giá sản xuất của chúng vẫn tương đối rẻ.
