Moderni sistemi za kočenje i pomoć pri kočenju su veoma impresivni. Njihovi proizvođači se takmiče jedni s drugima u pružanju najefikasnijih i najudobnijih rješenja za kočenje. Međutim, put do ostvarenja današnjih inženjerskih rješenja bio je dug.
Počeci kočionih sistema
Važnost kočnica u modernim automobilima je neosporna. Kočioni sistem je jedan od najvažnijih sistema automobila današnjice. Ali kočnice nisu uvijek bile toliko važne. U ranim danima automobilske industrije pronalazači su se fokusirali na pronalaženje kako pokrenuti automobil, a ne na to kako ga zaustaviti. Ulogu kočnica su stoga preuzeli visoki unutrašnji otpori mašina i jednostavne mjere. Prvi automobili zaustavljani su pomoću poluga koje su pritiskale drvenu ploču na felgu točka ili drugim kočnim sredstvima koja su se koristila u kočijama. U stvari, automobili su ličili na kočije i stoga su s njima su dijelili mnoge značajke dizajna.
Međutim, nije prošlo mnogo vremena prije nego što se primijetilo da takve improvizirane kočnice nisu baš efikasne. Drvene pločice bi se brzo istrošile u dodiru sa točkovima i ne bi davale dovoljnu snagu kočenja na strmim putevima. A ljudi su željeli ići sve brže. Ispitana su različita rješenja sa ciljem da se kinetička energija pretvori u toplinsku energiju efikasnijom metodom. Korištene su sve efikasnije obloge, npr. od bakra, što je povećalo silu trenja. Međutim, imali su jedan važan nedostatak – bili su vrlo glasni u kontaktu sa metalnim točkovima. Da bi se to popravilo, premazivane su mekim abrazivnim materijalima, na primjer azbestom, pamukom ili gumom. Ova rješenja su bila dovoljna jer automobili tada nisu razvijali prevelike brzine.
Gume – novi izazov za kočnice automobila
Na razvoj kočnica uveliko su uticale pneumatske gume. Pružale su bolju udobnost na neravnom terenu i omogućavali vožnju pri većim brzinama, ali nisu dobro radili s tadašnjim primitivnim kočnicama. Pritisak kočione ploče direktno na gumu je dobro funkcionisao na biciklu, ali ne i na mnogo težem automobilu. Stoga je došlo do pojave novog tipa kočnice, skrivene unutar točka. Pojava i razvoj modernih doboša i disk kočnica se vremenski poklapa.
Prvu disk kočnicu je 1902. izumio Frederic Wilhelm Lanchester, engleski inženjer, dok je doboš kočnicu iste godine patentirao Louis Renault. Drugi inženjeri, uključujući Gottlieba Daimlera i Wilhelma Maybacha, također su eksperimentirali s doboš kočnicama, ali je Renaultov dizajn dominirao. Umjesto bubnja od livenog gvožđa umotanog u užad, primijenio je mnogo efikasnije rješenje, odnosno papuče kočnice koje pritiskaju doboš. Ova vrsta kočnica je opstala do danas, ali naravno ne bez modifikacija.
Hidraulika u kočionim sistemima
Prve kočnice automobila bile su potpuno mehaničke i pokretane isključivo snagom mišića vozača. U početku su samo zadnji točkovi bili opremljeni kočnicama. Automobil sa kočnicama na sva četiri točka dizajniran je tek 1909. godine, uglavnom zbog nedovoljnog inženjerskog znanja, što je ometalo pronalazak kočnica koje osiguravaju stabilnost automobila. Kontrolirani pomoću čeličnih užeta, doboši su radili različitom snagom, a sinhronizacija četiri para kočionih papuča predstavljala je priličan problem.
Proboj se dogodio 1917. godine, kada je Malcolm Loughead, koji je kasnije postao poznat kao Lockhead, patentirao hidraulične kočnice. Ovu vrstu kočnica prvi je izumio Hugo Meyer iz Njemačke 1895. godine, ali tada izum nije zaživio. Lockeadove kočnice bile su prve masovno proizvedene hidraulične kočnice. Primjena hidrauličnog fluida je donijela velike promjene. Prvo je povećana sila kočenja. Drugo, eliminiran je problem lomljenja i labavljenja sajli, zbog čega su kočnice postale praktičnije za korištenje. Prve hidraulične kočnice bile su poznate po curenju, ali su bile daleko pouzdanije od mehaničkih kočnica.
Nekoliko godina kasnije, 1928. godine, dodana je dodatna funkcija – pomoć pri kočenju. Servo kočnica je koristio vakuum koji se stvara u usisnom sistemu da poveća kočionu silu. Nakon pritiska na papučicu kočnice, glavni cilindar se aktivirao i ventil je ispustio podtlak iz usisne grane. Razlika u pritisku između jednog i drugog dijela dijafragme stvara silu koju dodatno podržava glavni kočioni cilindar. Sila koja nastaje je direktno proporcionalna stepenu do kojeg je pedala kočnice pritisnuta, tako da vozač može lako da kontroliše silu kočnice. Kako kočnice postaju efikasnije, automobili mogu ići sve brže i brže.
Postepeno smanjenje primjene doboš kočnica
Doboš kočnice su godinama dominirale automobilskom industrijom. Još uvijek se mogu naći na zadnjoj osovini malih i ne baš snažnih automobila, na primjer gradskih automobila. Njihov nesumnjiv uspjeh nije bio slučajan. Čvrsto izgrađeni doboši otporni su na uslove na putu i, suprotno izgledu, nisu tako neefikasni kao što se čini. No, imaju problema s visokom temperaturom.
Čvrsto zatvoren kočioni doboš otežavao je odvođenje toplote. Širenje kočionih papučica zahtijevalo je veliku silu i primjenu velikog i teškog doboša. Doboš kočnice su takođe bile neispravne. Iako su bile jednostavne konstrukcije i zatvorenog kućišta, papuče bi im se često zaglavile, što je rezultiralo pregrijavanjem kočnica. To bi rezultiralo iznenadnim gubitkom sile kočenja i dovelo do opasnih situacija. Srećom, izumljene su disk kočnice.
Kompresija ili kako rade disk kočnice
Kao i mnogi drugi automobilski izumi, prve moderne disk kočnice su se pojavile u sportu. 1993. godine, Jaguar XK opremljen sa četiri Dunlop disk kočnice pobijedio je na 24-satnoj trci u Le Manu. Ovim je pokrenuta revolucija u razvoju kočionih sistema.
Za razliku od bakrenih kočionih obloga iz 1902. godine, moderne pločice nisu škripale niti se istrošile tako brzo. Uskoro će se primjenjivati naprednije frikcione obloge, kao što su keramika, polumetalne mješavine ili kevlar. Azbest, za koji je utvrđeno da uzrokuje rak, uskoro će biti zaboravljen. Sve kočione pločice koriste istu, osnovnu prednost disk kočnice – veću efikasnost čak i tokom dinamične vožnje.
Odvođenje toplote od disk kočnica je ključan. Mogu da se hlade vjetrom, prenose toplotu na felge, a dodatno mogu imati i posebne ventilacione otvore. Savršeni su za planinske uslove, pogodni su za dinamičnu vožnju i u slučajevima naglog kočenja. Klipovi koji vrše pritisak na kočione pločice, a samim tim i na disk kočnice, su kompatibilni sa sistemima za pomoć vozaču kao što su ABS i ESP. Ispostavilo se da je kompresija bolji način da usporite automobil nego širenje. Kočiona kliješta pokazuju bolje performanse od kočionih čeljusti.
Budućnost automobilskih kočnica
Istraživački i razvojni centri nastavljaju sa svojim naporima da dizajniraju još efikasnije kočnice. Kočioni sistemi nastavljaju da se mijenjaju u pogledu materijala i dizajna. Sve više proizvođača primjenjuje tzv. “scorching”, odnosno kratkotrajno zagrijavanje površine kočionih pločica na 600-800 °C kako bi povećali njihovu otpornost na labavljenje, odnosno pad efikasnosti obloge uzrokovan temperaturom. Proizvođači također posvećuju više pažnje smanjenju vibracija i škripa kočnica. Pločice visokog kvaliteta imaju međusloj koji izoluje zvukove i smanjuje vibracije.
Čini se da će kočioni sistemi uskoro imati mnogo manje posla nego danas. Razvoj hibridnih i električnih automobila čini sisteme za povrat energije sve ozbiljnijom alternativom kočnicama. Donedavno poznati sistemi za oporavak iz bolida Formule 1 postaju sve popularniji. Energija koja se stvara prilikom kočenja više se ne pretvara u toplinu i nepovratno gubi, već se umjesto toga pretvara u električnu energiju. Naravno, povrat energije neće zamijeniti konvencionalne disk kočnice niti će biti dovoljan pri naglom kočenju. Međutim, lako može smanjiti trošenje kočionih diskova i pločica tokom lagane, svakodnevne vožnje. Uskoro ćemo saznati da li su stručnjaci bili u pravu u svojim predviđanjima.