از زمان اختراع اولین خودرو تاکنون، نحوه‌ی کنترل و متوقف کردن خودرو یکی از دغدغه‌های اصلی سازندگان بوده است. ترمز به عنوان حیاتی‌ترین سیستم ایمنی در خودروها وظیفه‌ی مهمی برعهده دارد. هنگامی که از اتوره بوگاتی، بنیان‌گذار شرکت خودروسازی بوگاتی، درباره‌ی عدم وجود سیستم ترمز در خودروهای مسابقه‌ای گرندپری این شرکت سوال شد پاسخ داد، خودروهای من برای حرکت ساخته شده‌اند نه توقف. با این حال، خیلی زود مشخص شد که نقش ترمز در خودروها فراتر از آن است که بتوان حتی در نمونه‌های مسابقه‌ای از آن چشم‌پوشی کرد.  به همین علت، از گذشته تا حال، همواره شاهد پیشرفت، تکامل و ظهور نوآوری‌های متنوع در سیستم‌های ترمز خودرو بوده‌ایم. امروزه بر خلاف گذشته، ترمزها تنها وظیفه‌ی کاهش سرعت و متوقف کردن خودرو را برعهده ندارند، بلکه در فرمان‌پذیری و شارژ باتری خودروهای هیبرید نیز اثر گذارند . همه‌ی ما می‌دانیم که با فشردن پدال ترمز سرعت خودرو کاهش می‌یابد و در نهایت متوقف می‌شود، اما چگونه نیروی اندک پا سبب توقف خودرو می‌شود؟ این نیرو چگونه به چرخ‌های خودرو انتقال می‌یابد؟ برای پاسخ‌گویی به این سوالات باید با فرآیند کلی ترمزگیری از ابتدا تا انتها آشنا شویم. هنگامی که پا روی پدال ترمز می‌فشارید، نیروی پای شما از طریق یک سیال به ترمزهای تعبیه شده در چرخ‌ها منتقل می‌شود. بدیهی است که نیروی پای شما بسیار کم‌تر از آن است که بتواند خودرویی با وزن و سرعت بالا را متوقف کند، بنابراین نیاز است این نیرو به طریقی افزایش یابد. مهندسان با به‌کارگیری اصول فیزیکی، نیروی پای راننده را چند برابر می‌کنند. این کار از طریق دو اصل مزیت مکانیکی (اهرم) و افزایش نیروی هیدرولیکی انجام می‌شود. نیروی افزایش یافته‌ی پای راننده به ترمزهای تعبیه شده در چرخ‌ها می‌رسد، سپس ترمزها این نیرو را به شکل نیروی اصطکاک به چرخ منتقل می‌کنند و در آخرین مرحله از این فرآیند، این نیرو به شکل نیروی اصطکاک به سطح جاده وارد می‌شود و سبب کاهش سرعت و در نهایت توقف می‌شود. قبل از پرداختن به اجزای سیستم ترمز، ابتدا به بررسی اصول فیزیکی مزیت مکانیکی، هیدرولیک و اصطکاک در فرآیند ترمزگیری می‌پردازیم.

مزیت مکانیکی (اهرم)

مزیت مکانیکی یک کمیت بی‌بعد است که نشان می‌دهد نیروی مقاوم (نیرویی که ماشین بر جسم وارد می‌کند) چند برابر نیروی محرک (نیرویی که ما بر ماشین وارد می‌کنیم) در یک ماشین است. در اهرم‌ها به دلیل چشم‌پوشی از اصطکاک، مزیت مکانیکی برابر است با نسبت طول بازوی محرک به طول بازوی مقاوم. همان‌طور که در تصویر زیر مشخص است، نیروی F به سمت چپ اهرم وارد می‌شود، بنابراین طول بازوی محرک دو برابر طول بازوی مقاوم (سمت راست) است. به همین دلیل، با تقسیم طول بازوی محرک بر طول بازوی مقاوم، مزیت مکانیکی این اهرم برابر ۲ به دست می‌آید که به معنی اعمال نیروی ۲F در سمت راست اهرم است. با تغییر فاصله‌ها در اهرم‌ها می‌توان ضریب چند برابری نیروها را تغییر داد.

هیدرولیک

اساس فیزیکی پشت سیستم‌های هیدرولیک بسیار ساده است. در سیستم‌های هیدرولیک می‌توان نیرو را از طریق یک سیال تراکم‌ناپذیر انتقال داد. به دلیل خواص فیزیکی مناسب روغن‌ها، در اغلب سیستم‌های هیدرولیکی، سیال مورد استفاده روغن است و به همین جهت در ترمز خودروها نیز از روغن ترمز به عنوان سیال استفاده می‌شود. در سیستم‌های هیدرولیک با استفاده از قانون پاسکال می‌توان به راحتی نیروی خروجی را به مضربی از نیروی ورودی تبدیل کرد. قانون پاسکال یک قانون پایه‌ای در هیدرودینامیک است که بیان می‌کند تغییر فشار در هر نقطه از سیال تراکم‌ناپذیر به همه‌ی نقاط و سطح سیال منتقل می‌شود. این فشار از رابطه‌ی به دست می‌آید که در آن P فشار، F نیرو و A مساحت سطحی است که نیرو به آن وارد می‌شود. شکل فوق یک سیستم ساده هیدرولیکی با دو سیلندر سیال را نشان می دهد که توسط پیستونی محصور شده‌اند و از یک مسیر هیدرولیکی به یکدیگر متصل‌اند. یک نیروی رو به پایین F1 در پیستون سمت چپ فشاری را به تمام سطح مایع منتقل می‌کند. نتیجه این‌که نیروی رو به بالای F2 در پیستون سمت راست تولید می‌شود که بزرگ‌تر از F1 است، زیرا بر اساس قانون پاسکال نیروی F1 به‌طور یکسان به سطح مایع تراکم‌ناپذیر منتقل می‌شود و بنابراین P1=P2 خواد بود و با توجه به مساحت بزرگ‌تر A2، F2 بزرگ‌تر از F1 است. نکته‌ی قابل توجه دیگر در سیستم‌های هیدرولیک این است که لوله‌ی واسط میان دو پیستون می‌تواند هر طول و شکلی داشته باشد و همچنین می‌توان از این لوله برای پیستون‌های دیگر نیز انشعاب گرفت.