Заводить автомобили с помощью рукоятки никогда не было легко, и их остановка тоже не была легкой прогулкой. Во многих ранних автомобилях использовались простые «ложковые» тормоза, как в каретах: водитель полагался на рычажную систему, которая перемещала деревянный брусок против колес. Они работали относительно хорошо на скорости 10-20 миль в час в условиях редкого движения. Однако к концу 1890-х годов, когда братья Мишлен выпустили резиновые пневматические шины, идея деревянных блоков была довольно бесполезной, потому что древесина довольно сильно перемалывала резину.
В 1898 году предприимчивый изобретатель из Кливленда Элмер Амброуз Сперри сконструировал электромобиль с дисковыми тормозами передних колес, построенный компанией Cleveland Machine Screw Co. При дисковых тормозах суппорт с тормозными колодками зажимает ротор или диск, как велосипедные тормоза. . Однако изобретение дискового тормоза приписывают английскому инженеру Фредерику Уильяму Ланчестеру, который запатентовал эту идею в 1902 году. Однако самой большой проблемой с его тормозами, поскольку медные накладки тормозных колодок прижимались к металлическому диску, был ужасный визг. шум, который они произвели. Потребовалось еще пять лет, чтобы кто-то еще решил проблему шума: Герберт Фруд, такой же британец, покрыл колодки долговечным асбестом. Фактически, асбест продолжал использоваться в автомобильных тормозах до 1980-х годов, когда его исключили из соображений охраны здоровья и безопасности. Тем не менее, дисковый тормоз не т пользуются большой популярностью. Только в 50-х годах европейские автомобили начали широко использовать дисковые тормоза. В 1967 году Федеральный стандарт безопасности транспортных средств 105 установил специальные тесты производительности, которые привели к широкому внедрению дисковых тормозов на американских автомобилях в начале семидесятых годов. Но мы пока оставим дисковые тормоза и сосредоточимся на представленных позже, но изначально более популярных барабанных тормозах.
Механические барабанные тормоза
Первым или одним из первых, кто обернул трос вокруг барабана, прикрепленного к шасси автомобиля (основная идея барабанных тормозов), был Готлиб Даймлер в 1899 году. Вильгельм Майбах, конструктор первого Mercedes, использовал элементарные механические барабанные тормоза. в 1901 году. Это были стальные тросы, обмотанные вокруг барабанов задних колес и приводившиеся в действие ручным рычагом. Луи Рено, однако, является человеком, которому приписывают изобретение в 1902 году барабанного тормоза, который станет стандартом для автомобилей. В барабанных тормозах тормозные колодки создают трение за счет трения о внутреннюю поверхность тормозного барабана, прикрепленного к колесу. Существуют тормоза с внешним сжатием, в которых тормозная лента окружает барабан, и барабанные тормоза с внутренним расширением, в которых колодки, поддерживаемые опорной пластиной, прижимаются к барабану наружу.
В США одной из первых, кто производил барабанные тормоза, была компания AH Raymond Co. из Бриджпорта, штат Коннектикут, открытая в 1902 году как мастерская из четырех человек, которая производила тормоза, тормозные колодки и накладки сцепления. Переименованная в Royal Equipment Co. к 1904 году, компания продолжала совершенствовать тормоза, особенно с помощью тормозных накладок из асбеста и медной проволоки, известных как Raybestos. Компания Raymond Co. могла заявить, что у нее есть тормоза «двойного действия» - останавливающие движение как вперед, так и назад, и что теперь водитель может выбрать остановку внезапно или постепенно.
В 1902 году Рэнсом Э. Олдс из Oldsmobile испытал раннюю конструкцию тормозов с внешним сокращением во время гонки на Риверсайд-драйв в Нью-Йорке. Конструкция предусматривала обертывание гибкой ленты из нержавеющей стали вокруг барабана задней оси. Водитель нажимал на педаль, установленную на полу, чтобы привести в действие тормозную ленту, которая зажимала барабан. Олдс сравнивал тормозную способность своей машины с тормозной силой шины (колодка, прикладываемая к шине с помощью длинного рычага) для четырехконного экипажа и внутреннего барабана, конструкции с расширяющимися башмаками для безлошадной повозки Victoria. Остановившись со скорости 14 миль в час, запряженная лошадьми повозка (которая на самом деле могла двигаться не так быстро, как автомобили) остановилась через 77,5 футов, Виктория - через 37 футов, а Олдс - через 21,5 фута.
Однако у внешних тормозов были некоторые заметные недостатки. Иногда на холмах тормоз мог развернуться и поддаться, заставляя машину катиться назад. Водители могли решить эту проблему, заставив пассажира выпрыгнуть и подставить деревянный клин под заднее колесо. Кроме того, из-за того, что тормоза подвергались воздействию погодных условий, они прослужили недолго и требовали частой замены. Тормоза проскальзывали в сырую погоду, а ежедневная грязь и грязь изнашивали их. Подумайте, как вам может понравиться замена тормозов каждые пару сотен миль. Производителям не потребовалось много времени, чтобы вернуться к барабанным тормозам с внутренним расширением. Внутренние тормозные колодки под давлением упирались в барабаны, не давая автомобилям на вершинах холмов катиться назад. А поскольку детали были внутренними, тормоза могли прослужить 1000 миль и более.
4-колесные тормоза
По мере роста скорости и трафика производители начали искать улучшения. Один из них возник в 1915 году, когда Duesenberg участвовал в гонках Elgin Road Race (спонсируемых Elgin Watch Company). Благодаря инновациям в применении внутренних тормозов как к передним, так и к задним колесам его водитель мог развивать скорость до 80 миль в час на прямой, а затем тормозить до гораздо более низкой скорости, чтобы проходить крутые повороты. В 1919 году в автомобиле Hispano-Suiza H6B французского производства использовалась одна ножная педаль для управления спаренными четырехколесными тормозами, что является отступлением от общего требования, согласно которому водитель должен одновременно применять отдельные ручной и ножной тормоз. На Нью-Йоркском автосалоне 1924 года только Duesenberg и Rickenbacker предлагали четырехколесные тормоза. В конце 1923 года Чалмерс предложил их в качестве опции по цене 75 долларов, и вскоре после этого Buick, Cadillac, Chrysler и другие стали использовать четырехколесные тормоза. В то время как конкуренты, которые не предлагали их, утверждали, что эти тормоза небезопасны, они определенно были здесь, чтобы остаться. К 1980-м годам большинство автомобилей поставлялось с полноприводными дисковыми тормозами.
Гидравлические тормоза
Еще одно усовершенствование произошло в 1918 году, когда Малкольм Лугид (позже сменивший имя на Локхид, прославившийся в авиации) изобрел гидравлическую тормозную систему. Механические тормоза, помимо того, что требовали от водителей значительного усилия на педаль тормоза, тормозили все колеса неравномерно, что иногда приводило к потере управления. Используя цилиндры и трубки, Lockheed направила давление жидкости на тормозные колодки, прижимая их к барабанам. Водителю требовалось гораздо меньше усилий, чтобы задействовать эти тормоза. Гидравлическая система была определенно улучшена, и авангардная модель A Duesenberg 1921 года стала первым серийным автомобилем, в котором использовались четырехколесные гидравлические тормоза. За ним последовали автомобили Chalmers в конце 1923 года. Уолтер Крайслер был приглашен на борт Chalmers, чтобы улучшить его финансовое положение, но, тем не менее, вскоре после этого компания развалилась. В 1924 г. он возглавлял Chrysler в первый год его существования и использовал четырехколесные гидравлические тормоза, основанные на принципе Lockheed, но полностью переработанные. Оригинальные тормоза Lockheed сильно протекали, в значительной степени из-за использования уплотнений из сыромятной кожи для удерживания гидравлической жидкости. Поскольку сыромятная кожа со временем высыхала и сжималась, Chrysler заменил их резиновыми манжетными уплотнениями. Lockheed оценил это усовершенствование и разрешил Крайслеру использовать его конструкцию без лицензионных отчислений — при условии, что он также сможет внести усовершенствование в первоначальную запатентованную конструкцию Lockheed. Новый тип тормозов, известный как гидравлические тормоза Chrysler-Lockheed, использовался Chrysler с 1924 по 1962 год. в значительной степени из-за использования манжетных уплотнений из сыромятной кожи для удерживания гидравлической жидкости. Поскольку сыромятная кожа со временем высыхала и сжималась, Chrysler заменил их резиновыми манжетными уплотнениями. Lockheed оценил это усовершенствование и разрешил Крайслеру использовать его конструкцию без лицензионных отчислений — при условии, что он также сможет внести усовершенствование в первоначальную запатентованную конструкцию Lockheed. Новый тип тормозов, известный как гидравлические тормоза Chrysler-Lockheed, использовался Chrysler с 1924 по 1962 год. в значительной степени из-за использования манжетных уплотнений из сыромятной кожи для удерживания гидравлической жидкости. Поскольку сыромятная кожа со временем высыхала и сжималась, Chrysler заменил их резиновыми манжетными уплотнениями. Lockheed оценил это усовершенствование и разрешил Крайслеру использовать его конструкцию без лицензионных отчислений — при условии, что он также сможет внести усовершенствование в первоначальную запатентованную конструкцию Lockheed. Новый тип тормозов, известный как гидравлические тормоза Chrysler-Lockheed, использовался Chrysler с 1924 по 1962 год.
Другие производители автомобилей последовали их примеру. В 1924 году Hupmobile Straight-8 поставлялся с четырехколесными гидравлическими тормозами, в то время как у Six все еще были механические тормоза. В 1926 году Штутц использовал гидростатические тормоза с шестью камерами вместо тормозных колодок, и эта система просуществовала всего год, прежде чем Штутц лицензировал гидравлические тормоза Lockheed. Гидростатические тормоза работали нормально, но в холодные зимы вода в системе замерзала. У гидравлических тормозов были определенные преимущества, но лишь немногие производители, среди которых Dodge, Desoto, Auburn, Graham и Plymouth, использовали их к 1931 году.
Но GM и Ford по-прежнему использовали механические тормоза. Фактически, только в середине 30-х годов GM перешла на гидравлические тормоза Bendix. Винсент Бендикс после встречи с французским инженером Анри Перро на европейском автосалоне в 1924 году приобрел лицензию на производство механических колодочных тормозов и взял на себя контракт Перро на поставку тормозов для GM. С улучшениями конструкции Bendix предложила механическую тормозную систему для полного привода, но споры о том, какие тормоза лучше — механические или гидравлические, были острыми. Бендикс, решив, что жидкости, вытекающие на пол гаража, никому не нужны, отдал предпочтение надежным механическим тормозам. Однако Lockheed утверждала, что гидравлика означает меньшее заносы и в целом намного безопаснее, чем механические тормоза. По мере того, как все больше производителей предпочитали гидравлические тормоза механическим, Bendix в конце концов купила Lockheed. s Гидравлический тормоз co. в 1930 г., а в середине 30-х годов GM перешла на гидравлические тормоза для всех своих автомобилей.
Никакой гидравлики для Ford в 30-х годах.
Когда проектировался Ford Model A, Эдсел Форд оснастил их гидравликой. Однако когда его отец Генри Форд провел тест-драйв на одном из них, ему повезло. Он получил машину, которая была ранее протестирована, и у нее была треснутая линия — поэтому тормоза не держались. В Ford не было гидравлических тормозов — по крайней мере, до начала 1940-х годов.
Хотя Форд признал, что тормоза нужны, он не думал, что нужно что-то необычное. Модель Т, появившаяся в 1908 году, имела рабочие тормоза, приложенные к барабану внутри трансмиссии, и Форд использовал эти механические тормоза до 1938 года. Фактически Форд был последним автопроизводителем, перешедшим на гидравлику.
Система помощи при торможении (усилитель тормозов)
Некоторые ранние инновации в области тормозов теперь кажутся намного опережающими свое время. Например, система помощи при торможении впервые стала доступна в 1903 году в компании Tincher из Чикаго. Небольшой насос сжатого воздуха, чтобы остановить машину, или, если хотите, этот же насос мог накачивать шины или гудеть в свисток. Однако Pierce-Arrow 1928 года был первым серийным автомобилем с вакуумным усилителем тормозов Bragg-Kliesrath. Калеб Брэгг и Виктор Клисрат в середине 20-х годов изобрели вакуумный усилитель тормозов для авиационной промышленности. Впускной коллектор обеспечивал разрежение, необходимое для уменьшения усилия, необходимого для торможения. Автомобили Chandler с 1927 по 29 год поставлялись с вакуумным усилителем Westinghouse, а к началу 30-х годов Lincoln, Cadillac, Duesenberg, Stutz и Mercedes также оснащались барабанными тормозами с вакуумным усилителем.
Начиная с 40-х годов стали появляться другие системы усилителей, а к 50-м усилители тормозов стали обычным явлением. Такие системы, как Hydrovac, Hydroboost и Treadle-Vac (известные как Easamatic на Packard 52–56 годов), устанавливались на заводе. В системе Hydrovac, когда водитель нажимал на педаль тормоза, давление жидкости увеличивалось в рабочем цилиндре и колесных цилиндрах. Большее давление активировало клапан, который, в свою очередь, активировал треугольный рычаг. Рука вращала клапаны, чтобы закрыть атмосферный клапан и открыть вакуумный клапан, втягивая вакуумный воздух в большую камеру и прижимая сильфон к клапану в рабочем цилиндре, чтобы увеличить давление жидкости на колеса. Это была настоящая система Руба Голдберга, но она работала.
Система Hydroboost вместо использования вакуума полагалась на мощность, вырабатываемую насосом гидроусилителя руля. Усилителем мощности Bendix был Treadle-Vac, установленный на половице прямо под педалью тормоза и доступный на всех автомобилях GM в 50-х годах, а также на моделях Edsel, Lincoln, Mercury, Hudson, Nash и Mercedes. Однако Treadle-Vac был однолинейной системой, а это означало, что выход из строя любого шланга или соединения мог повредить всю систему. В 1959 году предпочтительной системой стал усилитель мощности Delco-Moraine, установленный высоко на брандмауэре. Все эти системы означали, что водителю больше не нужно стоять на тормозах, чтобы остановить машину. При гораздо меньшем давлении автомобиль можно было бы остановить.
Саморегулирующиеся тормоза
Были также ранние саморегулирующиеся тормоза. Они были у Cole 1925 года выпуска последнего года выпуска. Они не появлялись снова до 1946 года, когда Studebaker использовал механизм Wagner Electric Co. По мере износа накладок штифт и рычаг двигались против натяжной пружины, зацепляя регулировочный клин, который слегка перемещал накладки и удерживал их на одинаковом расстоянии от барабанов. Саморегулирующиеся тормоза появились на Mercury 57 года и Edsel 58 года и были рекомендованы покупателям, стремящимся избежать частых и дорогостоящих регулировок тормозов. К середине 60-х AMC также предлагала саморегулирующиеся тормоза.
Антиблокировочная система тормозов
Антиблокировочная (противоюзовая) система тормозов (ABS) тоже не совсем нова. Это функция безопасности, которая предотвращает блокировку колес при торможении. Если датчики скорости обнаруживают, что колесо вот-вот заблокируется, серия гидравлических клапанов уменьшает торможение этого колеса, предотвращая занос автомобиля. Габриэль Вуазен, французский пионер в области авиационной и автомобильной техники, представил их в 1929 году для самолетов. К 1936 году у Bosch и Mercedes-Benz была электронная АБС для Mercedes. Однако практическая ABS для автомобилей была разработана только в 1958 году: Maxaret был разработан в Великобритании и использовался в спортивном седане Jensen FF в 1966 году. Ford Zodiac в 60-х экспериментировал с ABS для полного привода, но производство АБС было очень дорогим. Затем, в 1969 г. Ford выпустил Lincoln Continental Mark III и Thunderbird с «Sure-Track», антиблокировочным устройством Kelsey-Hayes Auto-Linear, в котором датчики колес передавали данные на транзисторный компьютер, установленный за перчаточным ящиком. Система управляла только задними колесами, с системой были некоторые технические проблемы и, опять же, производственные затраты были очень высокими.
В 1971 году Chrysler представила первую надежную АБС с системой Bendix «Sure Brake» на Chrysler Imperial. В том же году GM предложила ABS «Trackmaster» в качестве опции для своих заднеприводных Cadillac. Ford придерживался курса и в 1975 году включил свой «Sure Trak» в Lincoln Continental Mark II и универсал LTD. В 80-х годах Ford также использовал электронную 4-канальную АБС на Lincoln Continental Mark VII (1984 г.) и использовал АБС заднего колеса Kelsey-Hayes на своих грузовиках серии F (1987 г.).
Однако настоящий шаг вперед для ABS был сделан, когда Bosch и Mercedes-Benz разработали обновленную систему для Mercedes S-класса в 1978 году. Значительное усовершенствование их оригинальной системы 1936 года, это была полностью электронная, четырехколесная, многофункциональная система. канальная система. Другие компании вскоре построили эту модель, и сегодня большинство автомобилей, независимо от их ценового класса, оснащены ABS. В 2006 году Mercedes представила еще одно обновление своей системы Brake Distronic Plus. Используя радар дальнего и ближнего действия, он может остановить автомобиль, даже если водитель не коснется педали тормоза — больше никаких наездов сзади.
Дисковые тормоза
Теперь вернемся к дисковым тормозам. Проблемы с барабанными тормозами были с самого начала. Вместе с ними накапливается тепло, и со временем тормоз может деформироваться, вызывая вибрации. Дисковые тормоза, с другой стороны, изнашиваются дольше, саморегулируются и самоочищаются, менее склонны к захватыванию или натяжению, а также лучше останавливаются.
В 1949 году Crosley использовал дисковые тормоза на своем Hotshot (хотя их приходилось заменять примерно раз в год), а Chrysler установил дисковые тормоза на свои модели Town & Country и Imperial, и эта инновация продолжалась до 1954 года. Компания Specialists Manufacturing Company (Ausco) по проекту Х. Л. Ламберта использовала двойные диски, которые раздвигались и терлись о внутреннюю часть чугунного барабана. Эти тормоза требовали меньшего давления на педаль, чем диски суппорта, и обеспечивали большую поверхность трения, чем барабанные тормоза, но их производство было дорогим. Вы могли заказать их, добавленные к другим автомобилям Chrysler, по цене 400 долларов, но это была большая сумма денег, и мало кто из покупателей просил их. Даже когда они это сделали, они обнаружили, что им приходилось сильно давить на педаль тормоза, чтобы остановить машину.
Компания Bendix совершила прорыв в области тормозов в 1962 году, когда поставила дисковые тормоза на четыре колеса для высокопроизводительного Studebaker Avanti. Введение было успешным — отчасти потому, что эта система помогала поршню в главном цилиндре двигаться, а это означало, что водителю приходилось меньше нажимать на педаль. До этого водители видели лучшее тормозное действие барабанных тормозов, поскольку они обладали способностью к самоподзарядке, т. е. движение автомобиля вперед помогало прижимать тормозные колодки к барабану. В 1964 году Studebaker представил дисковые тормоза для всех своих моделей, и всего через несколько лет эти усовершенствованные дисковые тормоза появились во многих других новых автомобилях. Это тоже было хорошо, так как размер и мощность автомобилей увеличились, а барабанные тормоза уже не соответствовали возросшим требованиям.
Двойные главные цилиндры
В первые годы существовал единственный резервуар главного цилиндра, который перекачивался через соединительный блок к магистралям и шлангам, распределяя жидкость по каждому колесу. Единственная реальная проблема возникает, если какая-либо часть системы выходит из строя или дает утечку. Тогда нигде в системе не будет создаваться давление — и тормоза перестанут работать.
В 1960 году компания Wagner Electric (позже приобретенная Studebaker) разработала и подала патент на двухцилиндровую тормозную систему. Два года спустя Cadillac представила новую тормозную систему с двойным главным цилиндром и отдельными передними и задними гидравлическими линиями, так что, если в одном контуре была утечка, другой все еще мог остановить автомобиль, и AMC также предложила тандемные цилиндры в качестве стандартного оборудования. Студебеккер присоединился к ним в 1963 году.
Вмешалось и федеральное правительство; в 1967 году он потребовал использования двойных главных тормозных цилиндров. В отчете NHTSA за 1983 год подсчитано, что эта функция ежегодно предотвращала 40 000 несчастных случаев.
Скоро появится в ближайшем к вам автосалоне
Автомобильные компании экспериментируют с дисковыми тормозами полного контакта, которые увеличивают контакт между поверхностью роторов и тормозными колодками с 15% до 75%. У Siemens есть «зеленый» электронный клиновой тормоз, который потребляет меньше энергии, чем простая 12-вольтовая система питания автомобиля, и обеспечивает значительное сокращение тормозного пути, что немаловажно в аварийных условиях. Какие бы дополнительные усовершенствования торможения ни были в ближайшее время, вы можете поспорить, что тормозные системы будут более компактными и более эффективными с более быстрым временем отклика.
