 Современные системы торможения действительно впечатляют. Различные производители конкурируют друг с другом за предоставление наиболее эффективных и комфортных тормозных решений. Однако путь к сегодняшним инженерным решениям был долгим.
Первые тормозные системы
Важность тормозов в современных автомобилях неоспорима. Тормозная система сегодня является одной из важнейших систем автомобиля. Но тормоза не всегда были так важны. На заре автомобильной промышленности изобретатели сосредоточились на том, как заставить автомобиль работать, а не на том, как его остановить. Внутреннее сопротивление автомобилей в сочетании с другими простыми средствами было тормозной системой того времени. Первые автомобили останавливались с помощью рычагов, прижимавших деревянную накладку на обод колеса, или других тормозных средств, применявшихся в экипажах. Фактически автомобили напоминали кареты и имели много общих конструктивных особенностей.
Однако вскоре было замечено, что такие импровизированные тормоза не очень эффективны. Деревянные колодки быстро изнашивались при контакте с колесами и не обеспечивали устойчивости благодаря более эффективному методу. Используются все более и более эффективные покрытия, например, изготовленые из меди, что увеличило силу трения. Однако у них был один существенный недостаток: они очень шумели при контакте с металлическими колесами. Чтобы исправить это, их покрыли мягкими фрикционными материалами, например асбест, хлопок или резина. Однако эти решения не позволяли машинам развивать высокие скорости.
Шины: новый вызов автомобильным тормозам
На развитие тормозов во многом повлияли шины. Они обеспечивали лучший комфорт на пересеченной местности и позволяли двигаться на более высоких скоростях, но плохо работали с тормозами ранних типов. Подушка, прижатая непосредственно к шине, может подойти для велосипеда, но не для гораздо более тяжелого автомобиля. Так был разработан новый тип тормоза, спрятанного внутри колеса. Вопреки ожиданиям, барабанные и дисковые тормоза были изобретены примерно в одно и то же время.
Первый дисковый тормоз был изобретен в 1902 году английским инженером Фредериком Вильгельмом Ланчестером, а барабанный тормоз был запатентован Луи Рено в том же году. Другие инженеры, в том числе Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах, также экспериментировали с барабанными тормозами, но преобладала конструкция Renault. Вместо чугунного барабана, обмотанного веревками, автопроизводитель применил гораздо более эффективное решение, а именно: тормозные колодки прижимались к барабану. Этот тип тормоза сохранился и по сей день. Очевидно, не обошлось и без новых изменений.
Гидравлика в тормозных системах
Тормоза первых автомобилей были полностью механическими и приводились в действие исключительно за счет мышечной силы водителя. Изначально тормозами оснащались только задние колеса. Автомобиль с тормозами на всех четырех колесах был изобретен только в 1909 году. Это произошло главным образом из-за недостаточных инженерных знаний, которые задержали изобретение тормозов, обеспечивавших устойчивость автомобиля. Барабаны, благодаря стальным тросам, работали с разной степенью силы, поэтому синхронизация четырех пар представляла проблему.
Поворотный момент наступил в 1917 году, когда Малкольм Лугхед, который позже стал известен как Локхед, запатентовал гидравлические тормоза. Этот тип тормозов впервые изобрел немец Хуго Мейер в 1895 году, но он не прижился. Тормоза Lockead были первыми гидравлическими тормозами массового производства. Применение гидравлической жидкости сильно изменилось. Во-первых, увеличивается тормозная сила. Во-вторых, была устранена проблема обрыва и ослабления тросов, в результате чего пользоваться тормозами стало удобнее. Ранние гидравлические тормоза славились утечками, но были гораздо более надежными, чем механические тормоза.
Несколько лет спустя, в 1928 году, была добавлена дополнительная функция: помощь при торможении. Усилитель тормозов использовал отрицательное давление, создаваемое во впускной системе, для увеличения тормозной силы. После нажатия педали тормоза приводился в действие главный цилиндр и клапан стравливал вакуум из впускного коллектора. Разница давлений между двумя частями диафрагмы создавала силу, которая дополнительно поддерживала поршень основного насоса. Сила была прямо пропорциональна тому, насколько сильно была нажата педаль тормоза. Таким образом, водитель мог легко контролировать тормозное усилие. Поскольку тормоза становились все более эффективными, автомобили могли двигаться все быстрее и быстрее.
Постепенный упадок барабанных тормозов
Барабанные тормоза уже много лет доминируют в автомобильной промышленности. Их еще можно встретить на задней оси некоторых небольших и не очень мощных автомобилей, например, городской автомобиль. Своим успехом они были обязаны чистой случайности. Несмотря на свою прочность, барабаны устойчивы к различным дорожным условиям и не так неэффективны, как многие могут подумать. Однако у них есть проблемы с высокими температурами.
Плотно закрытый тормозной барабан затруднял отвод тепла. Для расширения тормозных колодок потребовалось большое усилие и применение большого и тяжелого барабана. Барабанные тормоза также были неисправны. Хотя они были просты по конструкции и имели закрытый корпус, их часто заклинивало, что приводило к перегреву тормозов. Это приводило к внезапной потере тормозного усилия и, как следствие, к возникновению опасных ситуаций для водителей. К счастью, тогда были изобретены дисковые тормоза.
Компрессия, работа дисковых тормозов
Как и многие другие новые изобретения, первые современные дисковые тормоза дебютировали в спорте. В 1993 году Jaguar XK, оснащенный четырьмя дисковыми тормозами Dunlop, выиграл гонку «24 часа Ле-Мана». Революция в тормозной системе началась.
В отличие от медных тормозных накладок 1902 года, современные колодки не скрипят и не так быстро изнашиваются. Вскоре будут применяться более совершенные фрикционные покрытия, такие как керамика, полуметаллические смеси или кевлар. После того, как выяснилось, что асбест является опасным для здоровья материалом, от него быстро отказались. Все тормозные колодки используют одно и то же фундаментальное преимущество дискового тормоза: большую эффективность даже при динамичном вождении.
Ключевым моментом является отвод тепла от дисковых тормозов. Они охлаждаются ветром, передают тепло ободам, а также могут быть оснащены специальными вентиляционными отверстиями. Они идеально подходят для езды в горах, динамичного вождения и экстренного торможения. Поршни оказывают давление на фрикционную накладку и, следовательно, на тормозной диск. Они также более совместимы с системами помощи водителю, такими как ABS или ESP. Сжатие оказывается лучшим способом замедлить автомобиль, чем диффузия. Зажимы поднимаются над челюстями.
Сегодня можно встретить на машинах современные колодки туарег.
Будущее автомобильных тормозов
Центры исследований и разработок продолжают работать над созданием еще более эффективных тормозов. Тормозные системы продолжают меняться с точки зрения материалов и конструкции. Все больше производителей применяют так называемое опаливание, т.е. кратковременный нагрев поверхности тормозных колодок до 600-800°С. Это делается для повышения устойчивости к т.н. выцветание, т.е. снижение эффективности покрытия из-за температуры тормозов. Все больше внимания также уделяется уменьшению вибраций и визга тормозов. Подшипники хорошего качества имеют промежуточный слой, снижающий шум и вибрацию.
Похоже, что тормозным системам скоро придется выполнять гораздо меньше работы, чем сегодня. Развитие гибридных и электромобилей делает системы рекуперации энергии все более серьезной альтернативой тормозам. Системы рекуперации, известные до недавнего времени по автомобилям Формулы-1, становятся все более популярными. Энергия, вырабатываемая при торможении, больше не преобразуется в тепло и безвозвратно тратится впустую, а преобразуется в электрическую энергию. Конечно, рекуперация энергии не заменит обычные дисковые тормоза, и ее будет недостаточно при резком торможении. Однако подход может легко уменьшить износ тормозных дисков и колодок во время ежедневной езды. Вскоре мы узнаем, были ли эксперты правы в своих прогнозах.
|
