มนุษย์เบรกเมื่อพันปีที่แล้วได้อย่างไร? วิวัฒนาการของระบบเบรก
ว่ากันว่าเมื่อพันปีก่อน เมื่อคนโบราณขับรถม้า พวกเขาต้องอาศัยแรงคนเป็นหลักในการขับเคลื่อนทุกอย่าง พวกเขาต้องเติมน้ำมัน ดึงเพื่อเลี้ยว บีบแตรด้วยปาก และเบรกด้วยขา ซึ่งก็คือขาของม้านั่นเอง ในที่สุด หลังจากเรียนรู้บทเรียนมากมายผ่านเลือดและน้ำตา ผู้คนก็ตระหนักว่าเมื่อต้องลงเขา การพึ่งพาขาของม้าเพียงอย่างเดียวไม่เพียงทำให้ม้าเหนื่อยล้าเท่านั้น แต่ยังเป็นอันตรายต่อคนขับอีกด้วย
ระบบเบรกในยุคแรกจึงถือกำเนิดขึ้น ผู้คนใช้แผ่นไม้เป็นแผ่นเบรกเพื่อสร้างแรงเสียดทานกับล้อ เพื่อสร้างแรงเบรก แม้ว่าไม้บางครั้งจะไหม้เมื่อเบรก แต่ก็เพียงพอสำหรับรถที่เคลื่อนที่ช้าๆ ในความเป็นจริง ระบบเบรกที่มีโครงสร้างคล้ายกันนี้ยังคงพบเห็นได้ในปัจจุบัน ตัวอย่างเช่น เบรกขอบล้อจักรยานได้พัฒนามาจากการบดผิวยางเป็นบดขอบล้อ แต่หลักการยังคงคล้ายคลึงกัน
นับตั้งแต่มีเครื่องจักรไอน้ำเกิดขึ้นในศตวรรษที่ 18 พลังงานของยานพาหนะก็เปลี่ยนจากมนุษย์และสัตว์มาเป็นเครื่องจักร และความเร็วก็เพิ่มขึ้น แต่ระบบเบรกก็แทบไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ไม่ว่าจะเป็นรถม้า รถไฟ หรือรถยนต์ยุคแรกๆ ระบบเบรกก็ทำงานคล้ายกับระบบเบรกที่ใช้ในรถม้ายุคก่อนๆ ผลลัพธ์ก็คือ แม้จะอยู่บนพื้นดินที่ราบเรียบ อุบัติเหตุก็ยังคงเกิดขึ้นได้ โชคดีที่ในปี 1900 อัจฉริยะที่ชื่อวิลเฮล์ม มายบัคได้ออกแบบดรัมเบรกสำหรับรถยนต์คันแรก ฟังดูคุ้นๆ ไหมนะ แม้กระทั่งทุกวันนี้ รถบรรทุกและรถยนต์นั่งขนาดเล็กบางรุ่นก็ยังคงใช้ดรัมเบรกอยู่
บังเอิญว่าเพียงสองปีต่อมาในปี 1902 อัจฉริยะอีกคนหนึ่งคือ Frederick William Lanchester ได้ออกแบบดิสก์เบรกตัวแรก ซึ่งเป็นระบบเบรกที่ใช้ในรถยนต์มากกว่า 80% ในปัจจุบัน รวมถึง Xiaomi SU7 คุณอาจคิดว่าดิสก์เบรกเกิดขึ้นหลังจากดรัมเบรกมาก แต่นั่นไม่ใช่กรณี ดิสก์เบรกมีความต้องการวัสดุของผ้าเบรกที่สูงกว่า ดิสก์ในยุคแรกทำจากเหล็กและผ้าเบรกทำจากทองแดงซึ่งสึกหรอเร็ว ลองนึกภาพว่าคุณกำลังออกเดินทางท่องเที่ยวกับครอบครัวพร้อมกับของว่าง เบียร์ ไพ่ และผ้าเบรกสามชุด ดูน่าผิดหวังใช่ไหม ดังนั้น ด้วยข้อจำกัดของเทคโนโลยีวัสดุ ดิสก์เบรกจึงไม่เป็นที่นิยม
อย่างไรก็ตาม เบรกแบบดรัมก็มีปัญหาเช่นกัน การออกแบบของเบรกแบบดรัมจำกัดการระบายความร้อน ทำให้เบรกมีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพตามความร้อน ซึ่งยังคงเป็นจริงอยู่แม้กระทั่งเบรกแบบดรัมสมัยใหม่ แต่เมื่อเทคโนโลยีวัสดุพัฒนาขึ้น เบรกแบบดิสก์ก็เริ่มได้รับความสนใจอีกครั้ง ผ้าเบรกในยุคแรกๆ ทำจากแร่ใยหิน แต่แร่ใยหินมีข้อบกพร่องร้ายแรงประการหนึ่ง นั่นคือ ไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เส้นใยแร่ใยหินจากการสึกหรออาจถูกสูดดมเข้าไปและทำให้ปอดเสียหายอย่างถาวร ซึ่งเป็นสาเหตุที่กระเบื้องหลังคาแร่ใยหิน ซึ่งครั้งหนึ่งเคยพบเห็นได้ทั่วไปในวัยเด็กของฉัน จึงไม่ถูกนำมาใช้อีกต่อไป นอกจากนี้ แร่ใยหินยังเป็นตัวนำความร้อนได้ไม่ดี ดังนั้นจึงระบายความร้อนได้ยากหลังจากแรงเสียดทานจากการเบรก
ต่อมามีการพัฒนาผ้าเบรกแบบกึ่งโลหะขึ้นมา โดยแทนที่ใยหินด้วยใยเหล็กเพื่อเพิ่มความแข็ง แต่ในปัจจุบันการนำความร้อนนั้นดีเกินไป อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและระบบเบรกก็ยังคงร้อนอยู่ ทำให้ชิ้นส่วนยาง เช่น ซีลและท่อ เสื่อมสภาพเร็วขึ้น นอกจากนี้ อุณหภูมิสูงยังทำให้ไอน้ำในน้ำมันเบรกระเหย ทำให้เบรกรู้สึกนิ่ม นอกจากนี้ แรงเสียดทานระหว่างโลหะกับโลหะยังทำให้เกิดเสียงดังที่ความเร็วต่ำ และเบรกยังขึ้นสนิมได้ง่ายเมื่อฝนตก
เนื่องมาจากข้อเสียเหล่านี้ จึงได้มีการพัฒนาผ้าเบรกรุ่นใหม่ขึ้นโดยใช้วัสดุที่มีโลหะน้อย ตามชื่อ ผ้าเบรกประเภทนี้มีปริมาณโลหะน้อยกว่า แม้จะไม่ได้ทนทานเท่า แต่ประสิทธิภาพการเบรกก็ดีกว่าผ้าเบรกแบบกึ่งโลหะ และเงียบกว่า มักใช้ในรถยนต์ที่เน้นความสะดวกสบาย ในที่สุด ผ้าเบรกแบบเซรามิกก็ปรากฏขึ้น โดยใช้เส้นใยเซรามิกเป็นวัสดุเสริมแรง ผ้าเบรกคุณภาพสูงเหล่านี้ทนความร้อนได้ ให้แรงเสียดทานที่เสถียร และลดเสียงรบกวน นอกจากนี้ เนื่องจากไม่มีโลหะ จึงไม่ทิ้งฝุ่นเบรกที่ทำความสะอาดยากไว้บนล้อ ข้อเสียก็คือมีราคาแพง
แต่เบรกเซรามิกก็ไม่ได้แพงที่สุดด้วยซ้ำ ยังมีเบรกแบบคาร์บอนที่มีราคาแพงกว่าด้วย เบรกแบบนี้มี 2 แบบ คือ คาร์บอน-เซรามิกและคาร์บอน-คาร์บอน เบรกแบบหนึ่งทำจากคาร์บอนและเส้นใยเซรามิก ส่วนอีกแบบทำจากคาร์บอนล้วน ทั้งสองแบบมีคุณสมบัติในการนำความร้อนได้ดี ทนต่ออุณหภูมิสูง มีแรงเบรกที่ดี และมีน้ำหนักเบา ทำให้ทนทานกว่า นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมเบรกแบบคาร์บอนจึงมักพบในรถแข่ง รถสปอร์ตหรู และเครื่องบิน อย่างไรก็ตาม สำหรับผู้ขับรถทั่วไป เบรกแบบคาร์บอนอาจไม่สำคัญนักเนื่องจากมีราคาแพง
หลังจากการอภิปรายเกี่ยวกับดิสก์เบรกทั้งหมดนี้ คุณอาจสงสัยว่าดรัมเบรกยังมีโอกาสที่จะกลับมาเป็นที่นิยมอีกครั้งหรือไม่ คำตอบคือไม่ ดรัมเบรกนั้นถูกมองข้ามไป ดรัมเบรกนั้นมีน้ำหนักมาก ระบายความร้อนได้ไม่ดี และมีประสิทธิภาพในการเบรกอย่างรวดเร็วและต่อเนื่องน้อยกว่า นอกจากนี้ยังไม่เข้ากันได้กับเทคโนโลยีสมัยใหม่ เช่น ABS อย่างไรก็ตาม ดรัมเบรกก็มีจุดแข็งของตัวเอง ข้อดีประการหนึ่งคือแรงเบรกที่แข็งแกร่ง จากผ้าเบรกทั้งสองแบบ ผ้าเบรกหนึ่งจะหมุนตามการหมุนของดรัมเบรก ในขณะที่อีกผ้าเบรกหนึ่งจะหมุนสวนทางกับการหมุน เมื่อเบรก ผ้าเบรกที่เคลื่อนที่สวนทางกับการหมุนจะสร้างเอฟเฟกต์เบรกอัตโนมัติ ทำให้เบรกแน่นขึ้นเมื่อคุณกดแรงขึ้น นี่เป็นข้อดีในด้านโครงสร้าง นอกจากนี้ ดรัมเบรกยังคุ้มต้นทุน เนื่องจากการออกแบบไม่จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นอกเหนือจากการปรับปรุงวัสดุเสียดทานแล้ว ดรัมเบรกยังมีต้นทุนการผลิตที่ค่อนข้างถูก
