Еволюцията на автомобилните спирачни системи: от дървени блокчета до основа на всички технологии за активна безопасност

15 Aug 2025

 

2450 киловата! Това е приблизителната спирачна мощност, която спирачната система на автомобил от Формула 1 упражнява при спиране преди завой 14, след дългата права на Гран при на Китай. При това отрицателното ускорение на автомобила е 4,7 g. В екстремния спорт за ускоряване на болидите от Top Fuel, спирането е с отрицателно ускорение от 6 g, но за целта те използват парашути. Само че нито във Формула 1, нито в нормалните автомобили това е възможно.

Представете си каква е ефективността на спирачната система на болид във Формула 1, при условие че той няма усилвател и пилотът трябва да приложи около 175 килограма сила върху спирачния педал. В това отношение тези състезателни автомобили изглеждат изостанали спрямо обикновените – Bosch започва производството на усилватели преди почти 100 години, през 70-те внедрява ABS, 20 години по-късно и ESP. Никоя от тези системи не е достояние на автомобилите от Формула 1. Макар и да съществува технологията Brake-by-wire, при тях има друга интерпретация – тя служи за регулиране на баланса между рекуперативното спиране и това генерирано от силата на триене, произхождаща от суровата сила на крака на пилота. В случай като споменатия по-горе, обаче, класическата спирачната система поема главната роля, а рекуперативната остава на заден план в миманса.

Може би всичко това ви звучи прекалено екстремно, но дори в реалния живот максималната спирачна мощност е в пъти по-голяма от максималната мощност на двигателя (Един VW Golf например с мощност от 200 к.с. има спирачна мощност от 1000 к.с.). Разбира се, мощността свързана с извършване на механична работа и тази при създаване на спирачна сила чрез триене са два доста различни като характер и възприятие процеса, но ясно демонстрират важността на спирачната система. В английския език се използва термина “Break Horsepower” защото мощността на динамометъра се измерва на базата на спирачната сила или товара, който се прилага към машината. Това, обаче, може и да онагледи връзката между генерираната и спирачната мощност. 

За да слезе от автомобила човек трябва да спре

Всеки шофьор знае какво е усещането при шофиране на автомобил оборудван с качествени, надеждни и с голям капацитет спирачки при шофиране, но разликата е най-съществена при екстремно спиране. Обикновено данните за спирачния път включват индикатор като спиране от 100 км/ч до нула. Диапазонът около тази скорост е типичен за средностатистическите автомобили при движение по междуградски пътища, независимо от разликите в мощността и е добра основа да се открие разликата в спирачните системи. Ако, когато доближите превозното средство пред вас, вашият автомобил има дори и малка остатъчна стойност на скоростта, това вече означава сблъсък. На практика, спирачната дистанция се увеличава експоненциално със скоростта (двойно по-висока скорост означава четири пъти по-голяма спирачна дистанция). През 1962 година спирачната дистанция на VW Костенурка от 100 км/ч до нула е 57,9 м, на Opel Kadett 57,2 м, а на Ford 12M 58,2 метра. Разбира се това става с много по-тесни гуми, но пък и теглото на тези автомобили е доста по-ниско. Освен това, във времената без системи, като ABS, начинът на спиране зависи също и от способностите на водача. Досущ като в наши дни във Формула 1. Автомобилите през 90-те години са спирали средно за 40 м при скорост от 100 км/ч, докато в наши дни средната дистанция е 35 м. Дори и тогава, през 90-те на пазара има автомобили „постигащи“ спирачна дистанция от 56 метра, но вече съществуват спортни, на които са им необходими 37 метра. Първото BMW X5 се нуждае от 41 метра спирачен път, а в наши дни един мощен SUV спира в рамките на 33 метра. Спортни автомобили с карбон керамични спирачки като Porsche 911 GT3 RS свалиха тази дистанция на 30 метра.     

Спирачните системи са натоварени с огромното бреме да трансформират за кратко време огромно количество кинетична енергия в триене и да намалят скоростта или спрат автомобила. Модерните спирачни системи може да изгледат далеч по-малко сложни от един двигател с вътрешно горене, и дори от един електромотор, но технологиите и материалите които използват са плод на дълго развитие. А в наши дни спирачните системи са поели и множество функции, свързани с технологиите за активна безопасност като ABS и ESP, с поведението на автомобила като Torque Vectoring или с проходимостта, създавайки съпротивителна сила в буксуващото колело в името на предаване на повече въртящ момент към другото.     

Видимата част на спирачните системи може и да индикатор за техните възможности, но далеч от погледа остават множество метални и полимерни тръбопроводи, мехатронни и комбинирани с хидравлични системи електронни компоненти.  

Историята на спирачните системи

Още преди да съществува автомобилът, каляските и каруците движени от коне имат нужда от някаква форма на спирачна система. Това обикновено става с механично притискане на дървени блокчета към металните обръчи на колелата с помощта на лостова система. С появата на първите плътни гуми, този метод отпада като възможност и трябва да се изобрети нещо ново. С този въпрос се заемат множество конструктори, но сред имената много ярко се открояват Готлиб Даймлер, Вилхелм Майбах и Луи Рено. Идеята на Даймлер и Майбах е да се монтира допълнителен барабан към колелата и той да се спира с някакъв вид метално жило.

Тази първоначална реализация на спирачна система може и да е революционна, но има и съществени недостатъци – при наклони жилото често приплъзва, а специално този вид триене на метал в метал бързо износва компонентите. Макар че първите разработки на Renault също са с външно задействани барабанни спирачки, Луи Рено има главната заслуга за създаването на барабанните спирачки с накладки от вътрешната страна, които постепенно ще се превърнат в норма в началото на века. Постепенно металните жила и ленти отстъпват място на компоненти с покрития от тъкан азбест или медни накладки. Дълго време прилагането на спирачната сила става само с барабанните спирачки на колелата на задния мост или с барабани върху карданния вал или и с двете, задействани с отделни лостове или педали. Водачите често спират само със системата въздействаща на трансмисията, а това я натоварва изключително много.

През 20-те години, благодарение на Винсент Бендикс се появяват първите спирачни системи с механично задействани с жила спирачки на четирите колела. Еволюцията на спирачките включва усъвършенстването на спирачните челюсти, а вече утвърденото позициониране от вътрешната страна на барабаните гарантира значително по-добра защита срещу замърсявания. Това решение осигурява по-консистентно спиране и по-дълъг живот на спирачните накладки, освен това при този вид компановка силите, които се прилагат при активиране на спирачките (при сцеплението на накладките с барабаните) водят до допълнително „самозатягане“ или заклинване, факт благодарение на който този вид спирачки са по-удобни за използване като стационарни, известни в ежедневието като „ръчна“ спирачка. Дори и в модерни автомобили има решения на задните спирачки в които се комбинират дискови спирачки с малки барабани служещи за ръчна спирачка.   

От механично задействани към хидравлични спирачки

С установяването на предимствата на вътрешно задействаните барабанни спирачки конструкторите се фокусират върху решаването на друг важен проблем – начинът на задействането. До 1918 година това става по механичен път и това решение ще остане факт за дълъг период при по-евтините автомобили – по-ранните версии на костенурката на VW са именно такива. Най-лесният начин да сравните еволюцията на спирачките е усещането при каране на велосипед – преминаването от челюстни спирачки към дискови и замяната на жилата с хидравлични системи. И до ден продължава да ме изумява лекотата и ефективността с която се прилага усилието върху накладките, създадено от пръстите върху лостовете със значително по-малки размери.

През 1918 година Малкълм Лоугхед, който сменя по-късно името си на Локхийд в името на по-лесното произнасяне, разработва проекти за създаване на хидравлични системи за задвижване на накладките. Както повечето такива конструкции той използва и предишни разработки, в случая например проектите на германеца Хюго Майер. Практическите решения на Локхийд се превръщат в един от най-големите технологични скокове в еволюцията на спирачките. Още при първоначалните системи на Локхийд, силата приложена върху педала се предава към главен спирачен цилиндър и оттам се разпределя към всеки от спирачните барабани със серия от тръби и маркучи. Този тип спирачни системи са приложени за първи път серийно през 1921 година в Duesenberg Model A, но тези ранни технологии за хидравлично предаване на силата са все още рудиментарни и имат проблеми с течовете.

От барабанни към дискови спирачки

През следващите десетилетия произвежданите автомобили се предлагат и с двата вида спирачни системи, като естествено и от двете страни на Океана скъпите автомобили са с хидравлични системи, а обикновените си остават с механични. Въпреки авангардното си мислене по отношение на ефективните производствени системи Ford остава „лоялен“ към системите с механично задействане чак до 1938 година, когато изоставя решението с механична барабанна спирачка интегрирана в трансмисията. 

Барабанните спирачки могат да се похвалят със сериозно дълголетие и просъществуват чак до 70-те години, когато на сцената се появяват дисковите спирачни системи, но днес имат своя ренесанс при електрическите автомобили, превръщайки се в част от комбинирана с рекуперативно спиране технология. Това обаче се отнася за случаи в които задният мост (където се използват тези спирачки) е задвижван, респективно към неговите колела може да се приложи голяма рекуперативна мощност. Пример за това са моделите базирани на MEB платформата на VW, но има и интересни решения като новия Citroen C3 при който бензиновата версия е с барабанни задни спирачки, а електрическата с дискови, тъй като репуперацията се случва на предния мост, а теглото на електрическия автомобил е високо. Интересен е и примерът с Fiat 124, който е с четири дискови спирачки и лицензната Жигули, при която задните спирачки са барабанни заради по-лошите пътни и метеорологични условия в СССР.

И все пак истинската революция в областта на спирачките си оставя внедряването на дисковите спирачки. Оригиналната концепция на комбинация от спирачни апарати, спирачни дискове и накладки е разработена от британския инженер Уилиям Ланчестър и е създадена още през 1902 година. Ще мине обаче много време преди тя да бъде внедрена в серийни автомобили – първите компании, които започват да използват дискови спирачки в серийни автомобили са Mercedes-Benz, Renault и Lancia около 1960 година, в средата на 60-те към тях се присъединяват Nissan, Volvo и Fiat, а днес подобни системи вече са норма. Естествено, те изискват и ефективно задействане, което също е плод на дългогодишна еволюция. Важни крайъгълни камъни в развитието на технологиите са системите за самонастройка на спирачките и усилвателите на спирачното усилие. Преди да бъдат създадени подобни конструкции (за първи път от Wagner Electric през 40-те години), спирачните системи е трябвало да бъдат често настройвани поради факта че с износването на накладките отстоянието да барабана се увеличава, а това намалява ефективността на спирачките. Сега това става автоматично с помощта на винтови и клиновидни механизми. Другото важно решение е изобретяването от белгийския инженер Албер Девандре и Bosch на вакуумния усилвател на спирачките, първоначално за камиони през 1927 година, а след това и за автомобили през 1928 година. Логиката на това е просто гениална – когато спира автомобил с бензинов двигател, водачът отпуска газта и натиска педала на спирачките. Това води до затваряне на дроселовата клапа и създаване на силен вакуум в колекторните тръби. Специален тръбопровод свързва тази част с големия „мех“ на вакуумния усилвател, който е разделен на две части от мембрана. От другата страна той е свързан с околната атмосфера, респективно е с атмосферно налягане. Разликата в налягането води до извиване на мембраната, която с помощта на специален механизъм е свързана с главния спирачен цилиндър. По тази причина при дизеловите двигатели трябва да се монтира допълнителна вакуумна помпа. В историята на технологиите в спирачните системи съществуват и частни случаи като системите на Citroen при които педалът (или по-скоро гуменият маншон) контролира потока течност, нагнетена от хидравлична помпа, а при камионите спирачната система е пневматична, с осигурено от компресор налягане. Citroen е и сред първите европейски производители внедрили дискови спирачки.

       

Съществува простата истина, че за да се увеличи средната скорост на движение, необходим е не само по-мощен двигател, но също и спирачна система с голям капацитет и в моторните спортове добре знаят това. Тъй като предстои обширен материал за спирачните системи и специално тези за спортни автомобили в секцията „Анатомията на автомобила“, тук ще споменем че през 1953 година Тони Ролт и Дънкън Хамилтън грабват наградата в 24-те часа на Льо Ман с Jaguar C-Type в голяма степен благодарение на дисковите му спирачки, които имат по-голям капацитет и се охлаждат по-добре, а това му позволява да спира по-късно и да печели време. Принципно първата компания която използва дискови спирачки за сериен автомобил е Chrysler с неговия Imperial от 1949 година, но конструкцията им не е типичната за дисковите спирачки със фиксирани или плаващи спирачни апарати. Ако трябва да сме още по-прецизни, първото транспортно средство въобще с дискови спирачки е германският танк Tiger I.

Еволюцията на дисковите спирачки ще доведе до създаването на различни видове дискове, включително керамични, нови типове накладки, използващи технологии с керамични, органични, метални и полуметални материали, намаляващи замърсяването, както и карбон-керамични дискове и накладки. За тях също ще ви разкажем подробно.

Bosch в ролята на един от лидерите в областта

Един от лидерите в производството на спирачни системи и компоненти, както за първично вграждане така и за следпродажбено обслужване е компанията Bosch. Историята и в тази област може да бъде проследена над 100 години назад и този сегмент неизменно присъства в развойните и производствени дейности на компанията до ден днешен. Компанията започва производството на спирачни сервоусилватели още през 1927 година. Дело на инженерите на Bosch са неизменни в съвременното автомобилно битие технологии като ABS или системата за стабилност ESP. Следващата голяма стъпка в тази област са спирачните системи без пряка връзка на педала със спирачките “Brake-by-wire”.

Спирачни системи за първоначално вграждане на Bosch се използват от производители като BMW, Mercedes-Benz, Audi, Volvo, Porsche и Land Rover, но компанията предлага и огромна гама от продукти за следпродажбено обслужване. А експертният опит на Bosch в областта на електрическите и електронните системи му помага да създаде технологии за усилване на спирачното усилие за автомобили с хибридно или електрическо задвижване iBooster, в който въртящият момент на електромотора се използва за създаване на допълнителна сила и увеличаване на налягането в спирачната система, както и електрически активираната ръчна спирачка. Базирани на вакуум и безваккумни, с предаване на спирачната сила или изцяло by-wire, интегрирани решения за контрол на динамиката, контрол на сцеплението, спирачни системи адаптирани към хибридно задвижване – продуктовото портфолио на Bosch е наистина неизброимо. 

На практика гамата на компанията включва над 10 000 (!) различни продукта. Независимо дали става въпрос за износващи се части, продукти за хидравличната система и течности или за компоненти за електронни спирачни системи – компанията Bosch има грижата да осигурява на сервизите широка гама продукти. С повече от 1700 комплекта спирачни накладки и 1600 спирачни диска, Bosch покрива нуждите на повече от 95% от превозните средства в Европа. Това осигурява на сервизите възможност да извършват ефективна и конкурентна дейност по спирачните системи на най-различни автомобили. Инженерите на Bosch разработват нови смеси за спирачни накладки, специално пригодени за съответните модели автомобили в лабораториите си за развойна дейност в Карлсруе (Германия) и Чикаго (САЩ).

Освен производството на компоненти и интегрирани решения части Bosch има грижата за цялата верига на следпроизводствена дейност с договорни отношения със сервизите, обучения, осигуряване на технологични платформи за развитие, машини и гаранция за качеството на работа със сервизите. Така компанията е сигурен и стабилен техен партньор в грижата си за създаване удовлетвореност на клиентите.    

Някои от продуктите на от гамата на Bosch

Високовъглеродните дискове резсейват топлината и намаляват вероятността от пукнатините при нагряване. Спирачните дискове на Bosch са изработени с много висока степен на прецизност, защото компанията притежава изключителни експертни познания и богат опит по отношение на технологиите за леене.

Спирачните апарати на Bosch преобразуват хидравличното налягане и се предлагат за широка гама автомобили, с разнообразие от технологични решения, съобразени с изискванията на различните типове автомобили. Високата надеждност, дългият експлоатационен живот и високата ефективност се дължат на висококачествените материали и последователно тестване на накладките. Изследванията, разработките и производството в най-модерните заводи гарантират отговор на високите изисквания за качество. Към това се добавят спирачни маркучи и жила на Bosch, които се произвеждат на същите производствени принципи за качество. Челюстите за барабани спирачки на Bosch също преминават през строги тестове за качество и функционалност за безопасност, включително и при екстремни условия.    

В момента изключително търсени са ремонтите, базирани на стойността и това е валидно нe само за по-стари автомобили. Част от решенията включват и програмата Bosch eXchange. Със своята широка гама от висококачествени продукти за смяна ремонтът на превозни средства вече се превърна във фактор за успех на автомобилните сервизи.

Текст: Георги Колев

• Tweet
• Pin it
• Share