Как люди тормозили тысячу лет назад? Эволюция тормозной системы
Говорят, что тысячу лет назад, когда древние ездили на повозках, они фактически полагались на физическую силу для всего: заправлялись вручную, тянули, чтобы повернуть, сигналили ртом и тормозили ногами - точнее, ногами лошади. Со временем, после множества уроков, усвоенных через кровь и слёзы, люди поняли, что при спуске с горы полагаться только на ноги лошади не только изнашивает её, но и подвергает опасности водителя.
Так появилась самая ранняя тормозная система. Люди использовали кусок дерева в качестве тормозной колодки, чтобы создать трение о колесо, обеспечивая тормозное усилие. Хотя дерево иногда дымилось при торможении, этого было достаточно для медленно движущихся экипажей. На самом деле тормозные системы с подобной конструкцией можно увидеть и сегодня. Например, ободные тормоза для велосипедов эволюционировали от шлифовки поверхности шин к шлифовке обода колеса, но принцип их работы остается прежним.
С тех пор как в 18 веке появился паровой двигатель, мощность транспортного средства перешла от человека и животных к машинам, а скорости возросли, но тормозные системы практически не изменились. К началу 20-го века, будь то конный экипаж, поезд или ранний автомобиль, тормозная система работала аналогично тем, которые использовались в более ранних вагонах. Результат? Даже на ровной местности все равно случались несчастные случаи. К счастью, в 1900 году гений по имени Вильгельм Майбах сконструировал первый автомобильный барабанный тормоз. Звучит знакомо? Даже сегодня некоторые грузовики и недорогие легковые автомобили все еще используют барабанные тормоза.
Так совпало, что всего два года спустя, в 1902 году, другой гений, Фредерик Уильям Ланчестер, разработал первый дисковый тормоз, который сегодня используется более чем в 80% автомобилей, включая Xiaomi SU7. Вы можете подумать, что дисковые тормоза появились намного позже барабанных, но это не так. К дисковым тормозам предъявляются более высокие требования к материалам тормозных колодок. Ранние диски изготавливались из железа, а колодки - из меди, которые быстро изнашивались. Представьте, что вы отправляетесь в семейное путешествие с закусками, пивом, игральными картами и тремя комплектами тормозных колодок - разочаровывающе, не так ли? Таким образом, из-за ограничений в технологии изготовления материалов дисковые тормоза не стали популярными.
Однако у барабанных тормозов также есть свои недостатки. Их конструкция ограничивает рассеивание тепла, что делает их подверженными термическому распаду. Это справедливо даже для современных барабанных тормозов. Но по мере совершенствования технологии изготовления материалов внимание к дисковым тормозам вновь стало привлекаться. Первые тормозные колодки изготавливались из асбеста, но у асбеста был фатальный недостаток: он не был безвреден для окружающей среды. Волокна асбеста, образующиеся при износе, могли вдыхаться и вызывать необратимые повреждения легких, поэтому асбестовая черепица, которая была распространена в моем детстве, больше не используется. Кроме того, асбест плохо проводит тепло, поэтому его было трудно охладить после трения при торможении.
Позже были разработаны тормозные колодки из полуметаллического материала, заменившие асбест стальной ватой для повышения твердости. Но теперь теплопроводность была слишком высокой. Температура быстро повышалась, и тормозная система оставалась горячей, что приводило к более быстрому износу резиновых деталей, таких как уплотнения и шланги. Кроме того, из-за высоких температур вода, содержащаяся в тормозной жидкости, испаряется, что делает тормоза мягкими на ощупь. Кроме того, трение металла о металл вызывает шум на низких скоростях, а во время дождя тормоза легко ржавеют.
Из-за этих недостатков было разработано новое поколение тормозных колодок из материалов с низким содержанием металла. Как следует из названия, в этих колодках было меньше металла. Несмотря на то, что они не были такими прочными, их тормозные характеристики были лучше, чем у полуметаллических накладок, и они были более тихими, что часто использовалось в автомобилях, где приоритет отдается комфорту. Со временем появились тормозные накладки на основе керамики, в которых для усиления использовались керамические волокна. Эти высококачественные тормозные колодки термостойкие, обеспечивают стабильное трение и снижают уровень шума. Кроме того, из-за отсутствия металла они не оставляют на колесах трудноочищаемой тормозной пыли. В чем недостаток? Они дорогие.
Но керамические тормоза - даже не самые дорогие. Есть вариант еще более высокого уровня: тормоза на основе карбона. Они бывают двух видов: карбон-керамические и карбон-углеродные. Один из них представляет собой композит из углеродных и керамических волокон, в то время как другой полностью изготовлен из углерода. Обе модели обладают отличной теплопроводностью, устойчивостью к высоким температурам, большим тормозным усилием и малым весом, что делает их более долговечными. Вот почему тормоза на основе карбона обычно используются на гоночных автомобилях, спортивных автомобилях высокого класса и самолетах. Однако для обычных водителей они не совсем актуальны из-за высокой стоимости.
После всего этого обсуждения дисковых тормозов вы можете задаться вопросом, есть ли у барабанных тормозов еще шанс на возвращение. Ответ отрицательный - они просто уступают по качеству. Барабанные тормоза тяжелые, плохо отводят тепло и менее эффективны при быстром и непрерывном торможении. Они также несовместимы с современными технологиями, такими как ABS. Тем не менее, барабанные тормоза имеют свои преимущества. Одним из преимуществ является их сильное тормозное усилие. Из двух тормозных колодок одна следует за вращением тормозного барабана, в то время как другая движется против него. При торможении колодка, которая движется против хода вращения, создает эффект самоторможения, натягивая тормоз при более сильном нажатии. Это конструктивное преимущество. Барабанные тормоза также экономичны, поскольку в последние годы их конструкция не требовала существенных изменений. За исключением усовершенствования фрикционных материалов, их производство остается относительно недорогим.
