Những nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh xe hơi (Phần 2)

Nguyên lý của sự ma sát

Hình trên là cả hai khối đều được ghép lại từ những viên gạch, nhưng khối bên phải nặng hơn bên trái bốn lần

Trên lý thuyết, ma sát là một loại lực cản xuất hiện giữa các bề mặt vật chất nhằm chống lại xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa hai bề mặt. Trong một thí dụ đơn giản ở hình trên, cả hai khối đều được ghép lại từ những viên gạch, nhưng khối bên phải nặng hơn bên trái bốn lần. Dĩ nhiên, bạn sẽ cần nhiều lực hơn để đẩy khối bên phải di chuyển. Tại sao vậy?

Mỗi loại vật liệu sẽ có một cấu trúc hiển vi khác nhau

Mặc dù bề mặt của những viên gạch rất trơn tru khi quan sát bằng mắt thường, nhưng khi phóng đại dưới kính hiển vi, các bạn sẽ thấy bề mặt những viên gạch không phẳng như bạn tưởng. Đồng thời, viên gạch cũng có trọng lượng và luôn được Trái Đất kéo xuống theo phương thẳng đứng. Do đó, viên gạch càng nặng, trọng lượng càng lớn cộng với bề mặt nhám sẽ giúp nó có thể bám chắc trên bề mặt.

Mỗi loại vật liệu sẽ có một cấu trúc hiển vi khác nhau. Điển hình như thép sẽ trượt trên thép dễ dàng hơn so với việc trượt cao su lên cao su. Do đó, ở đây chúng ta sẽ có khái niệm hệ số ma sát trượt, diễn tả tỷ lệ giữa độ lớn lực ma sát trượt của vật liệu và trọng lực tác động lên vật thể. Giả sử nếu hệ số ma sát trượt là một, bạn cần dùng một lực 100N để đẩy một vật có trọng lượng 100N. Nhưng nếu hệ số ma sát trượt là 0,1, thì bạn chỉ cần dùng một lực 10N để đẩy vật 100N.

Đến đây, chúng ta đã nắm được những nguyên tắc vật lý cơ bản trong hoạt động của hệ thống phanh. Tiếp theo, chúng ta sẽ dễ dàng khảo sát nguyên lý hoạt động của một hệ thống phanh cụ thể.

Hệ thống phanh cơ bản

Hình mô tả hệ thống phanh

Trong hình minh họa, các bạn có thể thấy khoảng cách từ cần phanh tới điểm tựa (x) dài gấp bốn lần so với khoảng cách từ điểm tựa đến xy lanh (4x). Do đó, lực đạp cần phanh sẽ được nhân lên gấp bốn lần khi được truyền tới xy lanh. Đồng thời, bạn cũng nhận thấy rằng đường kính của xy lanh cuối (3y) lớn hơn xy lanh đầu (y) gấp ba lần đồng nghĩa với tiết diện cũng lớn gấp chín lần. Kết hợp toàn bộ hệ thống trên, lực đạp phanh của người lái sẽ được nhân lên gấp 36 lần. Nếu bạn đạp một lực 10N lên cần phanh, một lực với độ lớn 360N sẽ ép lên má phanh.

Hệ thống phanh với xy lanh chủ và các tổ hợp van

Khi nghiên cứu tới đây, mình cũng có thắc mắc rằng nếu dầu bị rò rỉ ra ngoài thì sao? Nếu dầu bị rò rỉ, tất nhiên là sẽ đến lúc không còn đủ chất lỏng trong xy lanh và ống dầu dẫn đến hệ thống phanh sẽ không hoạt động. Để khắc phục điều này, các kỹ sư đã chế tạo một hệ thống phanh với xy lanh chủ và các tổ hợp van. Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu nhé.

Xy lanh dầu chủ được chia thành hai buồng thông với nhau và sẽ cung cấp áp suất cho cả hai hệ thống ống dẫn dầu

Như các bạn có thể thấy trong hình, xy lanh dầu chủ được chia thành hai buồng thông với nhau và sẽ cung cấp áp suất cho cả hai hệ thống ống dẫn dầu. Khi bạn đạp cần phanh đồng nghĩa với việc đẩy piston thứ nhất chuyển động lên phía trước và áp suất dầu bên trong sẽ tăng lên. Khi đó, áp lực giữa piston thứ nhất và piston thứ hai sẽ đẩy piston thứ hai tiến về phía trước. Khi đó, dầu sẽ được đẩy đi một cách bình thường đến phanh. Trong trường hợp dầu bị rò rỉ tại một trong hai ống, ống đó sẽ không thể duy trì áp suất như ban đầu tuy nhiên vẫn đảm bảo áp suất trong ống còn lại đủ để truyền tới cơ cấu phanh ở bánh xe. Khi đó, người điều khiển phải nhấn cần phanh mạnh hơn, tuy nhiên, xe vẫn có thể phanh một cách an toàn.