Как устроены тормозные колодки: ездим быстро и безопасно

Слово «среднее» в приведенных выше калькуляциях имеет большое значение: разгон и торможение в реальной жизни неравномерны, поэтому пиковые ускорения могут значительно превышать расчетные. Однако даже простейшие вычисления весьма красноречиво свидетельствуют: табун в 250 — 300 «лошадей» под капотом — это ерунда по сравнению со способностью тормозов в мгновение ока превращать кинетическую энергию почти двухтонного автомобиля в тепло раскаленных докрасна колодок и дисков (разумеется, не без некоторой помощи сопротивления воздуха, трения качения и торможения двигателем).

О влиянии тормозов на скорость, управляемость, безопасность и даже сохранность окружающей среды нам рассказали специалисты Ferodo — производителя компонентов тормозной системы с более чем столетним опытом. Ferodo — знаток двух миров, спортивного и дорожного. С тормозами Ferodo побеждал легендарный Хуан Мануэль Фанхио, с ними покорялись рекорды скорости на суше в 1926 и 1963 годах (между прочим, 649 км/ч!). Сегодня колодки Ferodo — это не только непременный тюнинговый аксессуар для автогонщиков, профессионалов и любителей, но и стандартное заводское оснащение таких автомобилей, как Audi A4 или Mercedes-Benz C-Klasse. Такие колодки стоят на 8 из 10 европейских автомобилей.

Хорошие тормоза делают автомобиль не только безопаснее, но и динамичнее, и это справедливо как для гоночной трассы, так и для обычных дорог. Для наглядности удобнее приводить примеры из мира автоспорта. Предположим, соперники приближаются со скоростью 200 км/ч к медленному повороту. Один из них (тот, у кого тормоза лучше) начинает тормозить на секунду позже другого. На скорости 200 км/ч за эту секунду автомобиль проходит 56 м. При замедлении в 1g соперник за это время пройдет лишь 50 м, то есть проиграет почти полтора корпуса! Отыграть такое преимущество на выходе из поворота при сопоставимых мощностях двигателей практически невозможно. Фанаты автоспорта хорошо знают, что именно позднее торможение зачастую определяет и класс гонщика, и исход отдельного поединка, и судьбу всей гонки.

Тактика позднего торможения не приветствуется на обычных дорогах, хотя иногда она помогает безопасно завершить обгон или не помешать соседям по потоку при съезде со скоростной магистрали. Но, разумеется, многолетний опыт в автоспорте помогает Ferodo создавать тормозные колодки, которые делают ежедневную езду безопаснее.

К примеру, сравнительные испытания нового поколения колодок Ferodo по инновационной технологии Eco-Friction (низкое или нулевое содержание меди во фрикционной смеси) продемонстрировали десятипроцентное сокращение тормозного пути по сравнению с лучшим конкурентом со скорости 100 км/ч. Однако при замедлении со скорости 115 км/ч преимущество возрастает до 15 — 17%. Чем выше скорость, тем лучше работают колодки Ferodo Eco-Friction, и это свойство оказывается как нельзя кстати именно при повседневной езде. При продолжительном движении по автомагистрали водители склонны недооценивать скорость, которая практически не ощущается в отсутствии перекрестков и поворотов. Съезжая со скоростного шоссе, автомобилисты нередко ошибаются с торможением, но повышенный «запас прочности» колодок помогает вовремя исправить ошибку.

Все тормозные колодки, поступающие в продажу в Европе, проходят испытания по стандарту R90 и способны обеспечить соответствующий коэффициент трения при торможении. Однако правила предусматривают тесты лишь на сухой дороге, и этого явно недостаточно. В дождливую погоду вода попадает непосредственно на тормозные диски и колодки, значительно меняя их поведение. Мало того, что эффективность влажных колодок в целом может снижаться, она может изменяться во времени: к примеру, холодные колодки могут работать намного хуже, чем прогретые.

Специалисты Ferodo провели масштабное тестирование с целью выяснить, как меняется поведение тормозных колодок (собственных и конкурентов) во влажную погоду. Замедление измерялось в серии из шести торможений на каждом комплекте колодок в сухих и влажных условиях. Перед тестом колодки прирабатывались в цикле из 60 торможений. В качестве подопытного автомобиля выступал Ford C-Max массой 1990 кг. На сухом покрытии лишь один из конкурентов превзошел колодки Ferodo, однако снижение эффективности на мокрой дороге у него оказалось максимальным — 60%. Такие колодки можно считать специализированными «сухими». Колодки Ferodo продемонстрировали минимальную разницу в эффективности сухих и мокрых колодок — 26%.

Следует понимать, что на дороге зачастую не столь важна максимальная эффективность тормозов, сколько их предсказуемость для водителя. Если поведение колодок разительно отличается в разных условиях, водитель может ошибиться с усилием на педали и заблокировать колеса. В таких случаях вероятность потери управления возрастает, а интенсивность замедления скачкообразно уменьшается.

На гоночных автомобилях тормозные диски и колодки могут раскаляться до температур свыше 1000 градусов Цельсия, да и на обычных авто им приходится не сладко. Раскаленные интенсивным торможением колодки мы можем окатить ледяной водой из лужи, а они в ответ даже не пискнут. Что за материал способен выдержать такое?

Нетрудно догадаться, что колодки делаются из железа. Однако стопроцентно железные колодки вряд ли понравились бы водителям: они жестко схватывают, не позволяют точно дозировать тормозное усилие, да еще чудовищно скрипят.

До недавнего времени справиться с недостатками железа помогала медь. Мягкий металл не только нивелировал жесткость и неприятный звук, но и помогал твердому, но хрупкому железу справиться с работой в холодную погоду при сильных перепадах температур. Однако власти обратили внимание на токсичность меди: металлическая пыль, которая неизбежно образуется в процессе истирания колодок, смывается в реки и портит жизнь живым организмам. Пожалев рыб, Калифорния и Вашингтон ввели нормы, ограничивающие содержание меди в тормозных колодках. Поначалу нормативы оказались довольно мягкими, окончательно ужесточить их пообещали лишь к 2025 году. Однако в Ferodo решили полностью отказаться от использования меди.

Можно ли разработать новый материал с нуля, полагаясь лишь на расчеты и компьютерные модели? Ответ на этот вопрос отрицательный. В течение 5 лет 150 инженеров Ferodo методично испытывали 1500 материалов. Получившиеся в итоге колодки Eco-Friction в зависимости от модели содержат медь в минимальных количествах или не содержат ее вовсе. Кроме того, колодки стали эффективнее, тише, легче и с меньшей степенью износа в паре трения колодка/диск.

Кстати, зачем тормозным колодкам становиться легче? Напомним, что речь идет о неподрессоренных массах. Здесь буквально каждый грамм оказывает влияние на управляемость автомобиля и комфорт пассажиров. Поэтому в настоящее время инженеры при проектировании тормозной системы работают над облегчением и уменьшением тормозных суппортов. Суппорты меньшего размера помогут разместить тормозные диски большего диаметра в небольших колесах.

Великий Марио Андретти как-то сказал: «Удивительно, как много пилотов, даже уровня Формулы-1, считают, что тормоза нужны для того, чтобы замедлять машину!» Тормоза — это самая мощная часть вашего автомобиля. Улучшайте их, чтобы сделать машину быстрее и безопаснее.