История автомобильных тормозов началась с простейшего механизма — деревянной колодки, которую водитель прижимал к колесу с помощью рычага. Следующим шагом стал ленточный тормоз, где металлическая полоса охватывала барабан и при натяжении замедляла его вращение.
Подлинную революцию в 1902 году совершил Луи Рено, представив миру барабанный тормоз. Несмотря на прошедший век, его базовый принцип остался неизменен: при нажатии на педаль внутренние колодки раздвигаются и останавливают барабан, жёстко связанный с колесом.
Любопытно, что почти одновременно с барабанными появились и дисковые тормоза, патент на которые получил англичанин Фридрих Вильгельм Ланчестер. Однако из-за своей конструкции они долгое время применялись лишь в автогонках и авиации. Их ключевое преимущество — лучшее охлаждение — было невостребовано на неспешных гражданских автомобилях того времени.
Кроме того, открытые диски быстрее загрязнялись, что снижало эффективность и увеличивало износ колодок. Широкое распространение дисковые тормоза получили лишь во второй половине XX века, когда возросшие скорости автомобилей выявили проблему перегрева и износа барабанных механизмов.
Типы дисковых тормозов
Современные дисковые тормоза делятся на два основных типа по конструкции суппорта: плавающие и фиксированные.
Плавающий суппорт — это компактная и экономичная конструкция, где один или два поршня, расположенные с внутренней стороны, прижимают к диску сначала внутреннюю колодку. Затем суппорт, двигаясь по направляющим, подводит и внешнюю колодку. Такая система легка, дёшева и обеспечивает так называемое отрицательное плечо наката, что важно для стабильности переднеприводных автомобилей. Именно поэтому она стала самой распространённой.
Фиксированный суппорт, в котором поршни расположены с обеих сторон диска, отличается большей жёсткостью и способен охватить большую площадь диска. Это обеспечивает более чёткую и мгновенную реакцию на нажатие педали, за что его ценят и устанавливают на мощные спортивные автомобили.
Битва с нагревом: системы охлаждения
При торможении кинетическая энергия автомобиля превращается в тепло, создающее колоссальную нагрузку на все компоненты системы. Основное оружие в борьбе с перегревом — воздушный поток.
Современные автомобили оснащаются специальными воздуховодами в бамперах и элементах кузова, направляющими воздух к тормозам. В автоспорте идут ещё дальше: используют колёсные диски с турбинными лопатками, работающие как вентиляторы, и сложные системы принудительного охлаждения.
В серийных автомобилях применяются три основные технологии охлаждения дисков:
- Вентилируемые диски: состоят из двух рабочих поверхностей, между которыми находятся радиальные каналы для циркуляции воздуха.
- Диски с канавками (насечками): помогают не только отводить тепло, но и очищать рабочую поверхность от продуктов износа колодок и влаги.
- Перфорированные диски (с отверстиями): выполняют те же функции, что и насечки, но часто используются в высокопроизводительных автомобилях для максимального охлаждения и газоотвода.
Эволюция материалов: от чугуна к керамике
Традиционный материал для тормозных дисков — чугун. Он обладает хорошими фрикционными свойствами и износостойкостью, но имеет серьёзные недостатки: большой вес и склонность к деформации («ведению») при экстремальных температурах свыше 400°C.
Прорывом стали композитные материалы, в частности, углеродно-керамические тормоза. Несмотря на сложный и дорогой процесс производства, их преимущества неоспоримы: они в два раза легче чугунных, эффективнее поглощают энергию, снижают неподрессоренные массы, не боятся перегрева и обладают феноменальной износостойкостью. Единственный нюанс — для выхода на максимальную эффективность их нужно прогреть до рабочих температур (около 400°C), поэтому на холодную педаль может быть жёстче.
Важно отличать такие композитные диски от чисто карбоновых (углеродных), используемых в гонках «Формулы-1». Последние ещё эффективнее при температурах выше 700°C, но их ресурс крайне мал, а стоимость запредельна, что делает их непрактичными для дорожных автомобилей.
Футуристические разработки: тормоз Торричелли
Одной из самых необычных концепций стал тормоз Торричелли, предложенный компанией Autoliv. Система, названная в честь изобретателя барометра, использует вакуумный насос и металлическую пластину с электроприводом в днище автомобиля.
При экстренном торможении электроника с силой вбивает пластину в асфальт, а электрический разряд временно «приклеивает» её к поверхности. По заявлениям разработчиков, это может сократить тормозной путь на 40%, не нарушая устойчивости автомобиля.
Электронные помощники: больше, чем просто ABS
Современные тормоза — это сложный симбиоз механики и электроники, где антиблокировочная система (ABS) является лишь базой.
EBD (Electronic Brakeforce Distribution) — система электронного распределения тормозных усилий. Она в реальном времени анализирует загрузку осей и траекторию движения, чтобы индивидуально подобрать оптимальное давление для каждого колеса, обеспечивая максимально эффективное и безопасное торможение.
Brake Assist (Ассистент экстренного торможения) распознаёт паническое, но недостаточно сильное нажатие на педаль и самостоятельно повышает давление в системе до максимума, сокращая тормозной путь на 15-20%.
Системы автоматического торможения (в рамках комплексов активной безопасности) с помощью камер и радаров отслеживают дорожную обстановку. В случае угрозы столкновения они сначала предупреждают водителя, а если реакции нет — самостоятельно инициируют торможение или полную остановку. После аварии такие системы могут также заблокировать колёса, чтобы автомобиль не покатился дальше.
Электроника взяла на себя и рутинные задачи. Например, система просушки тормозов незаметно для водителя периодически прижимает колодки к дискам во время дождя, чтобы удалить с них водяную плёнку и сохранить эффективность.
На бездорожье электроника помогает создать «тормозной клин» из грунта перед колесом для сокращения тормозного пути, а системы помощи при спуске/подъёме и имитации блокировки дифференциала (EDS) повышают проходимость, подтормаживая буксующие колёса.
Будущее: тормоза «по проводам» (Brake-by-Wire)
Логическим развитием тренда является полный отказ от механической или гидравлической связи между педалью и колёсными механизмами. В системе Brake-by-Wire (BBW) команда водителя передаётся по проводу, а исполнительные электромеханические приводы сжимают колодки.
Преимущества такой технологии значительны:
- Мгновенный отклик и минимальный тормозной путь.
- Лёгкость, компактность и простота компоновки (нет гидравлических магистралей).
- Возможность программирования хода и усилия на педали.
- Отсутствие вибраций на педали.
- Идеальная интеграция с любыми электронными помощниками.
- Снижение затрат на обслуживание.
Пионерами в этой области стали болиды «Формулы-1», где BBW-системы уже несколько лет используются на задней оси. По правилам безопасности они обязательно дублируются аварийным гидравлическим контуром.
Несмотря на существующие рабочие прототипы, массовому внедрению тормозов «по проводам» мешают технические вызовы, такие как обеспечение абсолютной надёжности и бесперебойного электропитания, а также психологический барьер — недоверие водителей к полному электронному контролю над такой критически важной системой.
Больше интересных статей здесь: Новости.
Источник статьи: Автопроизводители удивляют нас инновационными материалами, гаджетами и умными подвесками.
