Время и технологии

В ход идут «черный пиар», манипулирование сознанием, плач по исчезающим видам животных и птиц и о вреде здоровью (как правило, полностью необоснованный). А организации, вроде ЕЭК ООН, заставляют всех причастных играть по постоянно меняющимся в пользу организаторов правилам. В общем, если снять шоры, на первый план сразу вылезает явная финансовая заинтересованность, а вовсе не забота об окружающей среде. 

Сегодня мы поговорим о тормозных системах: сначала о том, как ЕЭК ООН запретила самый перспективный материал, использующийся в тормозных колодках, и как компаниям, занимающимся соответствующими компонентами, пришлось выкручиваться, дабы попасть на довольно емкий европейский рынок. Всех тонкостей в данной статье мы, конечно, не раскроем – точный состав фрикционных материалов является строгой коммерческой тайной, но общие тенденции развития, безусловно, обрисуем. Не забудем, конечно, и об ответной части – тормозных дисках, которые со временем также претерпели некоторые изменения.

Итак, по мнению всех сопричастных: «Асбест как будто самой природой создан для фрикционных изделий – он служит отличной арматурой и обеспечивает требуемую эффективность торможения, при практически идеальном коэффициенте трения – 0,4». Самые богатые залежи асбеста находятся в России, Канаде и Южной Африке. По странному стечению обстоятельств страны, не имеющие собственных запасов асбеста, вдруг внезапно объявили тот канцерогеном и законодательно запретили использование оного на собственной территории. Пионером в этом волевом решении выступила самая мощная с экономической точки зрения страна Евросоюза – Германия. Если вспомнить историю, асбест в Германии уже запрещали – в конце 30-х годов прошлого века, поскольку тоталитарной стране, ведущей агрессивную внешнюю политику, он попросту не поставлялся. После Второй мировой войны асбест в ФРГ был снова разрешен и вот опять…

Если говорить о вреде здоровью, то он, мягко говоря, никем не доказан, более того, если и существует какая-то чисто теоретическая опасность, то это амфиболовый асбест, являющийся фибриллятором, который добывают в Канаде и на юге Африки. А в России асбест хризолитовый, но и его запретили до кучи, дабы жизнь не казалась медом, видимо, воспользовавшись рецептом от Шефа: «Когда видишь деньги – не теряй времени». Интересно, как на этот запрет отреагировали развитые страны, особенно те, у которых асбест имеется или везти его недалеко. Канада просто проигнорировала европейское «вето», продолжая выпускать соответствующие колодки. В США поначалу, на волне всеобщей истерии, асбестосодержащие фрикционные материалы также были запрещены, но ненадолго. Разобравшись с вопросом и не обнаружив никаких доказательств вреда для здоровья, асбест снова был разрешен к применению.

Но европейский рынок такой манящий и привлекательный… В общем, для производителей соответствующих автокомпонентов начался новый виток истории, но с рядом нюансов – ведь европейские компании в условиях «асбестового голода» уже давно разрабатывали заменители, так что остальные участники забега оказались догоняющими.

На смену асбесту поначалу пришли полуметаллические или Semi-Metallic колодки, где доля тончайших стружек стали составляет от 40 до 65%. По эффективности торможения претензий нет, зато есть нарекания по другим параметрам – теплопроводности и агрессивности к паре трения. С теплопроводностью у полуметаллических колодок ситуация такова, что после ряда экстремальных торможений может закипеть тормозная жидкость. А тормозные чугунные диски активно вырабатываются твердой стальной стружкой, что напрямую влияет на срок их службы. С излишней теплопроводностью еще можно как-то бороться, перенаправляя потоки воздуха, а с износом уже ничего не поделаешь.

Соответственно, позже появились уже другие тормозные смеси, которые получили название Low-Steel. Стали там осталось немного: 25–30%, но эффективность торможения никто не отменял, поэтому сталь пришлось заменять довольно хитрыми добавками, рецептуры которых каждая компания бережет как зеницу ока. Обычно это хитрая комбинация минеральных волокон. В результате потребительские качества колодок не снизились, зато оптимизировалась теплопроводность и уменьшился износ дисков. Естественно, все это в результате отразилось и на цене.

А из Азии пришло новое направление в разработках оптимального состава смеси: NAO – Non Asbestos Organic, стали там нет вообще, ее заменяют керамика и комбинации альтернативных волокон. С точки зрения ряда потребительских качеств NAO даже превосходит запрещенный волевым решением асбест, однако Европа такие колодки тоже не жалует. Впрочем, причина действительно есть – для очень агрессивной езды данные смеси не подходят: после серии экстремально резких торможений снижаются коэффициент трения и эффективность соответственно. Европейцы объясняют недоверие к NAO-технологиям, в частности, тем, что в Германии, например, на некоторых автобанах отсутствует ограничение скорости, поэтому колодки должны обладать максимальной эффективностью всегда. Впрочем, наука не стоит на месте и ряд NAO-смесей уже сертифицирован по самым строгим европейским нормам, посмотрим, что будет дальше. В любом случае именно NAO-составы на сегодняшний день являются самыми перспективными.

Перейдем от общих слов к конкретике. Современная фрикционная смесь – это сложный состав, содержащий несколько обязательных компонентов:

1. Абразив: очищает трущиеся поверхности от грязи и увеличивает коэффициент трения в начале торможения. Ингредиент полезный, но переборщить с ним нельзя – увеличится износ диска. Сейчас в качестве абразива применяют окись алюминия, оксиды железа, кварц, силикат циркония и т.д.
2. Модификатор трения также служит сразу двум целям: корректирует фрикционную пленку пары колодка-диск и регулирует коэффициент трения. В качестве модификатора используют графит, медь (ее тоже ныне пытаются запретить), оксиды и сульфиды металлов.
3. Усилители трения увеличивают износостойкость состава колодки и регулируют коэффициент трения, как и модификаторы. В зависимости от типа колодки могут использоваться кевлар, армидная ткань и их модификации, сталь, медь и бронза, а в NAO – хлопок и кремнезем. Хотя здесь каких-то четко регламентированных правил нет, у каждого – свои рецепты.
4. Арматура/наполнитель – основной регулятор трения. Ранее, да и сейчас, в странах, не подверженных пиар-истерии, – асбест, ну а остальные в качестве наполнителя используют его вроде как не вредные заменители: бариты, титанат калия, вермикулит, базальт, керамику и т.д. и т.п.
5. Нужен еще связующий элемент, дабы собрать полученную смесь воедино, причем он не должен быть статистом на общем празднике торможения, поэтому в качестве связки используются сплавы металлов – меди, железа и никеля, но лишь в полуметаллических и металлокерамических колодках. Для остальных применяются фенолоальдегидные полимеры, эпоксидная смола, бор и т.д.

Покупая колодки в магазине, возможно, имеет смысл обратить внимание на классификацию по SAE, если продавец не блещет знаниями по предлагаемой продукции. Итак, существуют семь кодов по соответствующим коэффициентам трения:

1. С – до 0,15. 2. D – с 0,15 до 0,25. 3. Е – с 0,25 до 0,35. 4. F – с 0,35 до 0,45. 5. G – c 0,45 до 0,55. 6. H – с 0,55 до 0,8. 7. G – больше 0,8.

 Колодки маркируются двумя буквами подряд, первая из которых – усредненный нормальный коэффициент трения, вторая – усредненный горячий коэффициент трения. По этим буквам можно примерно оценить область применяемости и определиться с покупкой.

Стоит заметить, что после запрета в Европе асбеста перед потребителем возникла еще одна дилемма, поскольку универсального асбеста больше нет, есть колодки, которые называют в народе «мягкие» и «жесткие». Первые, очевидно, органические, вторые – с содержанием металла, существует еще некоторый промежуточный, но довольно дорогой вариант – керамика/металлокерамика. Фирмы-производители для разных рынков или разных ценовых сегментов могут производить и те, и другие, и третьи.

NAO-колодки обычно черного цвета, поскольку в качестве наполнителя используется графит, это их отличительная особенность. Органические колодки не нуждаются в прогреве, обеспечивая сразу достойное торможение даже полностью холодными. Обычные, без изысков NAO-колодки используют в качестве усилителя структуры бронзу и отличаются весьма умеренной ценой. Торможение обеспечивают плавное и до 400 градусов Цельсия работают великолепно. Для городских условий – самое оно, тем паче такие смеси весьма дружелюбны к тормозному диску. Но кто сказал, что NAO-технологии нельзя использовать для кольцевых гонок? Если в качестве усилителя структуры использовать кевлар или карбон или и то и другое, по эффективности в горячем состоянии органика готова поспорить с металлом. Правда, получится довольно дорогой вариант NAO-колодок.

Semi-Metallic и Low-Metallic – колодки жесткие и работать эффективно начинают лишь после прогрева. Кроме того, они, как известно, довольно агрессивны к тормозному диску, как и их более дорогой универсальный заменитель – керамика. В общем, подобные изделия предназначены скорее городским гонщикам или тем, кто таковыми себя считает. Впрочем, компании-производители на премиальные и просто мощные авто устанавливают металл или керамику штатно. Мотор мощный – тормоза должны соответствовать.

Впрочем, куда стремиться, все знают или хотя бы догадываются. Еще в 1970-х годах на «Формуле-1» начали применять карбоновые тормоза. Недостаток у них был только один – без прогрева такие системы работали даже хуже обычных, зато в остальном сплошные плюсы: вес на порядок меньше традиционных тормозных механизмов, что чрезвычайно благоприятно отражается на управляемости – неподрессоренные массы несравнимо меньше. Эффективность торможения запредельная, причем не снижается даже при температуре свыше 1000 градусов. Все бы хорошо, но очень дорого – в серийной технике карбон пока не применяется, зато автопроизводители нашли некий компромисс – композитные керамические тормоза. Они, естественно, не столь эффективны, как чистый карбон, но оставляют далеко позади даже самые удачные классические конструкции и весят значительно меньше – пусть не в десять, но в два раза точно. Композит хорошо работает и в холодном состоянии, в общем, сплошь плюсы, кроме одного – цены. Стоимость опционального тормозного комплекта на какой-либо автомобиль, обычно из лакшери-сегмента, сопоставима с ценой малолитражки. Возможно, в будущем получится сделать подобные системы дешевле, но, пока этого не произошло, все неустанно доводят классические конструкции. У кого-то это получается хорошо, у кого-то не очень, но общее направление понятно. Снижение веса, очищение рабочей зоны от продуктов износа, хорошая вентиляция, дабы отводить тепло от трения и не перегреть тормозную жидкость, – все как всегда, но с применением новых материалов, конструкций и технологий.

Ковкий чугун как лучший по соотношению цена/качество материал для тормозных дисков ЕЭК ООН запрещать вроде пока не собирается, и на том спасибо. Естественно, состав чугуна со временем меняется, добавляются легирующие составы, которые, как и смеси для колодок, держатся в глубочайшей тайне. Для снижения веса сейчас в серию пошли наборные тормозные диски со ступицами из стали, а то и из алюминия, а дабы отвести излишки температуры из зоны контакта, вентилируемый тормозной диск теперь не просто состоит из двух половинок, а имеет соединительные перегородки определенной конфигурации, дабы при вращении захватить больше воздуха и направить его в необходимом направлении – самом проблемном. Для отвода продуктов износа и грязи из пятна контакта давно существуют перфорированные диски, сейчас это даже не роскошь, а примета времени – ведь мощности растут даже на бытовой технике. Огромный опыт в этом деле накопила компания Brembo, именно она поставляет штатно на конвейер тормозные системы для наиболее мощных моделей очень многим автопроизводителям. Проще воспользоваться чужим опытом, нежели заново изобретать велосипед – капиталистическая интеграция в действии.

Ну и напоследок вспомним о нетрадиционных методах торможения, применяемых на электромобилях-гибридах и машинах с установкой Plug-in-Hybrid. Роль тормозных механизмов там выполняют электромоторы, которые в момент торможения переходят в режим генератора, что возвращает какую-то часть энергии и позволяет подзарядить аккумулятор. Естественно, все эти схемы продублированы и обычными тормозами, а вот алгоритм переключения между ними получается идеально пока не у всех. В данном вопросе больше всех преуспела компания Lexus, у остальных пока получается хуже, часто намного. И это неудивительно, именно фирма Lexus первой начала эксперименты с гибридными силовыми агрегатами. Впрочем, парк подобных автомобилей в России пока невелик.