Trí.H - Theo Driver61

Tại sao phanh xe đua F1 đắt gấp 100 lần với phanh thông thường?

(News.oto-hui.com) – Hệ thống phanh xe đua F1 có giá rất đắt đỏ. Giá của đĩa phanh có thể lên đến 5.000 Euro (160 triệu VNĐ). Chúng phải chịu được nhiệt độ hơn 1000 độ C và phải giảm tốc độ xe ở tốc độ 320 km/h về 65 km/h chỉ trong 4 giây. Vậy tại sao phanh xe đua F1 lại có giá đắt đỏ như thế? Tại sao không thể dùng loại phanh xe thông thường cho xe đua F1?

Bên trái là phanh xe thông thường (giá 1,59 triệu VNĐ), bên phải là phanh xe đua F1 (giá 159 triệu VNĐ).
Bên trái là phanh xe thông thường (giá 1,59 triệu VNĐ), bên phải là phanh xe đua F1 (giá 159 triệu VNĐ).

Tại sao phanh xe đua F1 lại đắt hơn 100 lần so với những chiếc phanh thông thường?

Trung bình một chiếc đĩa phanh xe đua F1 bình thường có giá khoảng 6.900 USD (~159 triệu VNĐ). Còn với xe hơi thông thường, con số này rơi vào khoảng 69 USD (~1,59 triệu VNĐ).

Đĩa phanh xe đua F1 loại đặc biệt có giá rất cao, thế nhưng nó chỉ có thể sử dụng được khoảng 400 km. Nghĩa là cần phải thay toàn bộ các đĩa phanh và má phanh khi kết thúc một chặng đua (gồm cả quãng thời gian chạy thử, phân hạng và chặng đua thực sự). Sau đó, nó sẽ biến thành phế phẩm, một loại phế phẩm “cao cấp” của F1.

Trước khi phân tích những vật liệu kỳ lạ và lý do tại sao những chiếc phanh F1 này lại có giá đắt đỏ như vậy, chúng ta cần hiểu những lực G (G-Force) có liên quan như thế nào và độ bền tối đa mà loại phanh này có thể đạt được.

Đối với các xe đua F1, yếu tố chính hạn chế đối khi sử dụng phanh trong thời gian dài, chính là độ bám của lốp xe. Hệ thống phanh xe đua F1 khá giống với hệ thống phanh của một chiếc xe ô tô thương mại thông thường. 

  • Ví dụ: Vào những năm 1960, họ (nhà sản xuất) chỉ sử dụng đĩa thép – loại vật liệu không quá khác biệt so với loại phanh xe ô tô khi ấy dành cho xe đua F1.

Tuy nhiên, lốp xe hiện nay đã rất tân tiến và những chiếc xe F1 hiện đại ngày này cũng đã được tối ưu hơn rất nhiều, sinh ra nhiều lực khác nhau trong quá trình chuyển động (lực phanh, lực cản lăn, lực quán tính, trọng lực,…). Do đó độ bám lốp xe chính là thứ khiến phanh phải chịu nhiều tải trọng và nhiệt độ cao hơn. Trong bài viết này không đề cập nhiều đến sự ảnh hưởng của lốp phanh.

Thời điểm phanh

Pha phanh” – Thời điểm phanh rất quan trọng đối với tay đua, đặc biệt là lấy lợi thế về thời gian của vòng đua. Nếu bạn phanh chậm hơn đối thủ mỗi khi vào cua, hắn sẽ có lợi thế lớn hơn. Và do đó, các đội sẽ phải chi khoảng nửa triệu bảng mỗi năm cho những đĩa và má phanh có chất lượng tốt nhất chỉ để đáp ứng thời gian phanh.

Đĩa phanh và má phanh của xe đua F1
Đĩa phanh và má phanh của xe đua F1

Hầu hết xe F1 tạo ra lực G ở mức 6G khi phanh. Khi ấy, phanh xe đua F1 tạo ra lực phanh gấp ba lần lực phanh của một siêu xe như McLaren Senna dừng đột ngột ở tốc độ 200 km/h.

Để làm chậm chiếc xe, phanh lấy động năng (động lượng của xe) và biến nó thành nhiệt năng, thông qua ma sát giữa má phanh và đĩa phanh.

Nói một cách dễ hiểu, nếu bạn đạp phanh trong một chiếc xe ô tô bình thường, di chuyển với tốc độ hơn 100 km/h trên đường cao tốc, nó sẽ tương đương với 750 MJ (năng lượng động năng). Khi va chạm, động năng đó chuyển thành công – tức năng lượng – do đó sức phá hủy do xe gây ra rất lớn, rất nghiêm trọng.

Động năng giữa xe thông thường (Volkswagen Golf) và xe đua F1
Động năng giữa xe thông thường (Volkswagen Golf) và xe đua F1

Tuy nhiên, nếu sử dụng một chiếc xe đua F1 tại Monza, nơi những chiếc xe có thể chạy với tốc độ hơn 350 km/h và phải giảm tốc ở một đoạn đường rất chậm để đến lượt 1.

Hệ thống phanh xe đua F1 khi ấy phải hấp thụ năng lượng gấp 6 lần năng lượng của ô tô chạy trên đường thông thường, và chúng làm điều đó chỉ trong một nửa thời gian.

Vật liệu làm phanh xe đua F1

Đây là vấn đề lớn đầu tiên mà những chiếc phanh xe đua F1 này phải đối mặt. Nếu quan sát kỹ hơn ở hầu hết các xe đua F1, phanh sẽ mòn dần rất nhanh, thậm chí có thể cháy phanh chỉ sau một vài vòng đua nếu sử dụng một chiếc xe thương mại trên đường đua.

Nhưng tại sao phanh xe đua F1 có thể làm điều đó nhiều lần trong một vòng đua cho toàn bộ quãng đường Grand Prix với xe đua F1 mà không bị cháy hay giảm đi mức hiệu năng của nó? Câu trả lời chính là vật liệu làm phanh.

Phanh sẽ bắt đầu quá nóng nếu bạn phanh gấp ở tốc độ cao, nhất là trên đường đua, loại đường được thiết kế đặc biệt với nhiều khúc cua gấp ở tốc độ cao.

Những chiếc phanh xe đua F1 thường có nhiều lỗ rất lớn để cho phép chúng làm mát nhanh hơn, nhưng thường thì điều này là “không đủ” nếu phải di chuyển với quãng đường lớn. Đối với một tay đua, khi phanh quá nóng, họ có thể cảm nhận rõ điều này khi phanh, phanh sẽ không ăn, quá trình đạp bàn đạp phanh tốn nhiều thời gian hơn để hệ thống phanh phản hồi.

Khi phanh đạt đến nhiệt độ cao nhất, chúng trở nên kém hiệu quả hơn và bắt đầu mòn dần, hoặc tệ hơn là mất khả năng hoạt động. Nếu nhiệt độ quá cao, chúng có thể bị cong vênh và gây ra những rung động đáng kể. Hoặc tệ hơn, đĩa phanh sẽ bị nổ tung.

Phần lớn phanh xe F1 đều được thiết kế ở dạng phanh đĩa, sử dụng tấm lót sợi carbon. Thiết kế này làm giảm bớt thương tổn đến xe, đồng thời tăng hiệu suất phanh. Đĩa phanh Carbon dành cho xe đua F1 có trọng lượng chỉ bằng một phần ba trọng lượng của đĩa phanh thông thường, cho phép chịu nhiệt độ tốt hơn. Do đó, khi phanh sẽ không xảy ra hiện tượng cong vênh, hoặc trượt nếu quá nhiệt.

Vật liệu tổng hợp này gọi là sợi Carbon và có thể chịu nhiệt độ lên tới 1200 độ C – có nghĩa là lượng năng lượng mà chúng có thể hấp thụ cao hơn rất nhiều so với phanh ô tô thông thường.

Thiết kế lỗ xung quanh phanh cho phép nhiệt thoát ra nhanh chóng (khác với phanh xe thông thường có các rãnh). Ngoài ra còn có các cửa hút không khí được lắp ở bên ngoài bánh xe cũng góp phần làm hạ nhiệt cho phanh. Do đó, chúng cũng có thể tản nhiệt nhanh hơn phanh xe thông thường.

  • Hệ thống phanh đang được thử nghiệm và ta có thể thấy chúng nóng lên như thế nào và sau đó hạ nhiệt nhanh ra sao (Hình bên dưới).

Khả năng này rất quan trọng đối với hiệu suất của chúng, nếu chúng quá nóng, nó có thể gây ra nhiều vấn đề lớn. Nguyên nhân chính là do mòn quá mức, điều này xảy ra rõ ràng hơn với tay đua Hamilton ở Hungary năm 2020, ta có thể thấy lượng bụi phanh phát ra từ phanh trước.

Đó là nhiệt độ quá cao làm phân hủy, về cơ bản là các lớp keo giữa các lớp carbon và gây ra sự mài mòn lớn. Nhiệt cũng có thể dẫn qua các miếng má phanh, vào các piston và làm sôi dầu phanh trong đường ống phanh.

Đây là một vấn đề thực tế vì khí được tạo ra trong đường phanh nén nhiều hơn dầu phanh, do đó sẽ giảm lực phanh đáng kể – chưa kể đến việc giảm cảm giác của các tay đua khi phanh. Đồng nghĩa với việc tạo ra độ trễ pha phanh. Đây cũng là lý do tại sao có những lỗ làm mát này trong đĩa phanh xe đua F1.

Nhược điểm của lỗ làm mát trên đĩa phanh xe đua F1

Tuy nhiên, không phải bất cứ đĩa phanh nào có thiết kế lỗ làm mát như thế này đều tốt cả. Những lỗ này đi kèm với nhược điểm là độ bền đĩa phanh giảm, vì vậy các nhà sản xuất luôn đi theo hướng làm mát tối đa nhưng vẫn phải đảm bảo đủ độ bền. 

Trong ảnh, đĩa phanh này có 30 lỗ và nó được sản xuất từ năm 1998. Tuy nhiên những chiếc xe F1 hiện đại có tới 1500 lỗ ở đĩa phanh, mặc dù vật liệu không thay đổi nhiều.

Tuy nhiên, những chiếc đĩa phanh thép bắt buộc phải có thời gian làm nóng để có thể hoạt động tối ưu nhất. Và ngưỡng nhiệt độ hoàn hảo của chúng lên đến khoảng 300 độ C. Đây cũng là lý do tại sao đĩa phanh xe đua F1 sẽ trở nên vô dụng nếu được trang bị cho một chiếc xe ô tô chạy đường trường thông thường. Bởi vì ta sẽ không có thời gian làm chúng đủ nóng để hoạt động chính xác (quy định về tốc độ).

Vật liệu làm má phanh xe đua F1

Ô tô thương mại thông thường có một hợp chất đặc biệt chỉ có tác dụng trong một biên độ nhiệt độ giới hạn, bắt đầu -20 độ C đến hơn 150 độ C.

Trên mức này, nhiệt độ quá cao có thể làm nhựa phân hủy và giải phóng khí. Các khí này không có nơi nào để đi và chèn ép giữa má phanh và đĩa phanh. Điều này làm giảm đáng kể khả năng phanh.

Để giải quyết vấn đề này, má phanh sẽ được làm từ vật liệu tương tự như đĩa phanh xe đua F1, và do đó sẽ không tạo ra những dòng không khí “phá bĩnh” này. 

Hệ thống phanh xe đua F1 yêu cầu lực ép các má phanh vào đĩa nhiều hơn. Thông thường Caliper có 6 piston, nhưng hệ thống này nó chỉ có một.

Người lái xe thường dồn gần gấp đôi trọng lượng cơ thể của họ lên bàn đạp phanh ở những đoạn đường cần phanh gấp. Đó cũng là lúc họ tận dụng khả năng giảm tốc của ô tô để cho phép quá trình tăng tốc nhanh hơn. Điều này ta thường thấy trong Drift xe.

Nếu chúng ta nhìn vào hai má phanh ở đây – má phanh xe đua F1 được làm bằng carbon nguyên chất. Nó cũng dài và dày hơn rất nhiều so với má phanh thông thường. Trong khi đó, tấm lót đường cho cảm giác trơn hơn nhiều và có một má phanh bằng thép.

Quá trình sản xuất ra một chiếc đĩa phanh xe đua F1

Đầu tiên phải kể đến là chất liệu Carbon-Carbon. Nó rất đắt tiền để sản xuất. Các sợi carbon có giá 10$ nếu không muốn nói là gấp 100 lần so với thép được sử dụng trong đĩa phanh xe ô tô thương mại.

Đúc thép cũng là một quá trình tương đối rẻ, nhất là ở quy mô lớn và một nhà sản xuất sẽ có thể dễ dàng sản xuất tất cả các kích cỡ và biến thể cho tất cả các xe ô tô.

Tuy nhiên, quá trình sản xuất đĩa phanh xe đua F1 hoàn toàn khác. Vật liệu carbon là một loại vải mềm, được cắt thành hình và đặt thủ công vào khuôn. Sau đó nó phải được nén thành hình đĩa.

Vật liệu Carbon
Vật liệu Carbon

Các sợi carbon được nén, được đưa vào lò nung ở nhiệt độ hơn 1000 độ C và được giữ ở đó lên đến một tháng! Nghe có vẻ điên rồ nhưng đó là sự thât. Một số biến thể đặc biệt được giữ ở nhiệt độ đó lên đến vài tháng! 

Bạn có thể tưởng tượng chi phí duy trì quá trình sản xuất này sẽ tiêu tốn ra sao chỉ trong vòng 1 tháng. Tương tự như máy bay, phanh xe đua F1 loại carbon được sản xuất giống hệt.

Quy mô sản xuất đĩa phanh xe thương mại là hàng triệu chiếc, trong khi đó đĩa phanh xe đua F1 được sản xuất hàng nghìn chiếc. Điều đó cũng lí giải vì sao phanh xe đua F1 lại có giá đắt như thế!


Bài viết liên quan:

Advertisement

Advertisement

Chia sẻ ý kiến của bạn

Thông Tin Cá Nhân

NamNữ

Trình Độ Học Vấn

Thông tin chung

Kỹ thuật viên sửa chữa chungKỹ thuật viên sơnKỹ thuật viên đồngKỹ thuật viên điệnChăm sóc, làm đẹp, Detailing ô tôCố vấn dịch vụBán hàng (Sales)Nhân viên phụ tùngThiết kếMarketingKiểm soát chất lượng (PDI)Quản đốc xưởngTrưởng/phó phòng dịch vụTrưởng/phó phòng kinh doanhTrưởng/phó phòng kỹ thuậtGiám đốc điều hànhChưa có kinh nghiệmKhác