Ленты и колодки
Первые тормозные системы появились на гужевом транспорте. Если лошадь не удавалось остановить натяжением поводьев, приходилось использовать ручной тормоз, который прижимал обитую кожей колодку к ободу колеса (по такому же принципу сделан передний тормоз самых простых велосипедов, только вместо кожи используется фрикционный материал). Но в сырую погоду эффективность была мала, к тому же кожа быстро истиралась, накладки приходилось часто менять.От гужевого транспорта такая система досталась в наследство и первым автомобилям. Конструкция тормозов, унаследованная от конных экипажей, устраивала инженеров на протяжении двух десятков лет! Это было время, когда сам автомобиль еще только завоевывал право на существование…
Тормоза автомобиля прошли большой путь от колодок, прижимавшихся к ободу колеса...
...до многопоршневых гидравлических систем со сменными карбон-керамическими дисками
Отказаться от анахронизма вынудил рост скорости – в начале ХХ века некоторые автомобили уже уверенно преодолевали рубеж в 100 км/ч. Поэтому первыми «настоящими» тормозами стали барабанные, в которых колодки дугообразной формы с накладками из износостойкого материала на основе асбеста прижимались к внутренней поверхности чугунного барабана. Удивительно, но такие тормоза широко используются в транспортных средствах до сих пор, только вместо токсичного асбеста основу накладок составляют самые разные материалы – от различных органических и неорганических волокон до гранул мягких металлов и искусственного графита, кевлара и карбона.
В первой четверти ХХ века автомобили, как правило, оборудовали тормозами лишь на задней оси – считалось, что машина с передними тормозами будет «клевать носом», а то и вовсе перевернется. Опровергнуть это сумели лишь в 20-е, но даже тогда тормоза на передних колесах изначально подавались как дорогая опция, которую могли себе позволить лишь состоятельные автовладельцы. Таким же подарком от некоторых компаний в те годы стал и гидравлический привод тормозов вместо привычного механического. Например, в 1921 году на автомобиле Duesenberg Model A впервые применили гидравлическую систему тормозов на всех колесах, но неотъемлемой реалией такая схема стала только в послевоенные годы. С годами совершенствовался и ручник. Поначалу его функции выполнял трансмиссионный тормоз, представлявший собой барабан с колодками, установленный на выходном валу коробки передач – его порой использовали и как основной.
Появлялись и иные варианты тормозов: например, ленточные, в которых фрикционная лента охватывала тормозной барабан.
Внимание, воздух!
Еще более эффективными тормоза стали с появлением усилителей, ведь без них единственным средством добиться резкого торможения являлась физическая сила водителя, а подчас и масса его тела. Естественно, что справиться, например, с экстренным торможением мог далеко не каждый. Первый механический усилитель тормозов запатентовал Луи Рено еще в 1923 году, но распространением этого устройства занялась другая европейская фирма – бельгийская Dewandre. В 1927 году Альбер Девандр создал наиболее удачную конструкцию усилителя, которую у него тут же перекупила немецкая фирма Bosch и начала серийное производство.В первых усилителях Bosch-Dewandre использовался вакуум, возникающий во впускном тракте двигателя. При нажатии педали тормоза разрежение воздействовало на тормозной цилиндр, повышая эффективность торможения. К усилию, развиваемому водителем, добавлялось еще порядка 30 килограммов, в результате чего тормозной путь сокращался на 30%. «Пожалей ноги!» – гласил рекламный слоган компании Bosch того времени. Такими вакуумными усилителями в 20–30-е годы оснащались, как правило, тяжелые грузовики и автобусы, а также 12-цилиндровые модели Maybach и Horch, весившие по три тонны.
Существовал даже электрический привод тормозов, в котором колодка прижималась к диску с помощью электромагнита, но такое решение не нашло широкого применения.
Барабан был плох
Сперва отказывались и от более удачных конструкций. Так, довольно долгий путь прошли дисковые тормоза. Еще в 1902 году в Великобритании доктор Уильям Ланчестер запатентовал конструкцию, которая стала применяться на одноименных автомобилях марки Lanchester с 1906 по 1914 год. Но из-за низкой эффективности от них пришлось на время отказаться. Зато идея прижилась в авиации – такие тормоза применялись в посадочном шасси. Вернулись дисковые тормоза на автомобиль благодаря гонкам, лишь в 50-е годы. Первой же серийной легковой машиной с дисковыми тормозами на всех колесах стал британский Austin-Healey 100S в 1954 году, а в массовом порядке они появились на автомобилях в 70-е. Длительное время тормоза легковых автомобилей на передней оси были дисковыми, а на задней – барабанными. Это объяснялось тем, что подобрать к дисковым тормозам подходящий привод стояночного тормоза получилось не сразу из-за большого усилия, требуемого для прижатия колодок к диску. Другим недостатком оказалась уязвимость дисков, которые в сложных дорожных условиях страдали от перегрева и загрязнения. Именно это стало причиной появления комбинированной тормозной системы на ВАЗ-2101, в то время как его итальянский прообраз Fiat-124 располагал дисковыми тормозами на всех колесах.
Барабанные тормоза на передней оси раньше стояли не только на грузовиках, но даже на гоночных автомобилях
И все же дисковые тормоза оказались намного проще, компактнее, легче и дешевле – все это обусловило их распространение. К тому же благодаря свободной циркуляции воздуха дисковые тормоза лучше охлаждаются. Другими плюсами таких тормозов являются более простая операция замены колодок и самоочищение от воды, масла и пыли.
Польза электричества
Следующим этапом эволюции стало внедрение ABS – антиблокировочной системы. ABS в ее современном виде разработали в США еще в конце 60-х годов инженеры фирмы Bendix. Впервые система появилась на автомобилях марки Imperial корпорации Chrysler в 1971 модельном году, но всего лишь как опция. Новая технология оказалась еще недостаточно отработанной и имела ограниченную область применения: она не решала проблемы блокировки передних ведущих колес, которая представляла особую опасность, поскольку приводила к потере управляемости автомобиля.С 1964 года над созданием автомобильной антиблокировочной системы работала и небольшая немецкая фирма Teldix GmbH из Гейдельберга. Ее инженер Гейнц Либер разработал фундаментальные основы будущей ABS, а вскоре возглавил отдел электрики и электроники концерна Daimler-Benz. А в 1970 году Daimler-Benz торжественно объявил о создании первых работоспособных образцов антиблокировочной системы.
Комплексные зимние испытания первого образца, названного ABS 1, подтвердили его эффективность, но выявили один существенный недостаток – ненадежность электронных компонентов. Вскоре по предложению Daimler-Benz к проекту были привлечены инженеры Bosch, которые тоже работали над аналогичной задачей и обладали значительным опытом. Таким образом, для создания серийной антиблокировочной системы объединились удачные идеи Либера и опыт Bosch в сфере разработки и производства цифровых электронных компонентов. Именно такие компоненты позволили заметно увеличить производительность центрального блока управления ABS и значительно уменьшить число деталей благодаря применению высокоинтегральных микросхем.
Новая версия антиблокировочной системы, получившая название ABS 2, первое время устанавливалась только по отдельному заказу на моделях Mercedes-Benz W114 и W116, но начиная с 1978 года она стала использоваться в массовом порядке. Первыми серийными моделями со стандартным оснащением ABS стали Mercedes-Benz W126 и BMW 7-й серии. Сегодня антиблокировочная система уже стала обязательной принадлежностью современного транспортного средства: с июля 2004 года каждый новый автомобиль, продаваемый в Европе, оборудован ABS в стандартной комплектации.
Человеческий фактор
В 1986 году, когда выпустили миллионную ABS, компания Bosch представила еще один новый продукт – систему управления тягой Traction Control System (TCS). Эта система, разработка которой велась с 1980 года, действует при ускорении по тому же принципу, что ABS при торможении, и предотвращает пробуксовку колес. А в 1995 году появилась ESP – система стабилизации, также основанная на технологии ABS. Блок управления ESP анализирует данные, поступающие с различных датчиков, и в случае возникновения опасной ситуации, например, заноса, вмешивается в управление. По команде электроники притормаживается нужное колесо, за счет чего создается поворачивающий момент, препятствующий развитию заноса и помогающий водителю сохранить контроль над автомобилем.Еще одна система носит аббревиатуру EBD – от английского Electronic Brakeforce Distribution или «система распределения тормозных усилий». Это производная от ABS, дополняющая ее. Разработкой EBD занялись для решения проблемы разности нагрузок на колеса при торможении – на передние приходит дополнительная масса, в то время как задние разгружаются и могут заблокироваться. Похожая картина наблюдается при движении в повороте, только в этом случае перераспределение массы происходит не по осям, а по бортам. Электроника, учитывая изменение нагрузки на каждое из колес и условия его сцепления с покрытием, регулирует силы давления колодок на диски. По разности скоростей вращения система поймет, что автомобиль попал на участок с неоднородным покрытием, и уменьшит тормозные усилия на колесах, которые находятся в лучшем контакте с дорогой. Такая мера позволяет избежать опасных уводов при торможении в поворотах и на смешанном покрытии.
Появление все более продвинутых электронных систем, безусловно, обеспечивает постоянное повышение уровня активной безопасности автомобилей. Однако самым главным, как и сто лет назад, все же остается человеческий фактор – поведение водителя на дороге.