Mūsdienu bremžu un bremžu palīgsistēmas ir ļoti iespaidīgas. To ražotāji sacenšas savā starpā, lai nodrošinātu visefektīvākos un ērtākos bremzēšanas risinājumus. Tomēr ceļš līdz mūsdienu inženiertehnisko risinājumu sasniegšanai bija garš.
Bremžu sistēmu pirmsākumi
Bremžu nozīme mūsdienu automašīnās ir neapstrīdama. Bremžu sistēma mūsdienās ir viena no svarīgākajām automašīnu sistēmām. Bet bremzes ne vienmēr ir bijušas tik svarīgas. Autobūves nozares sākumā izgudrotāji koncentrējās uz to, kā iedarbināt automašīnu, nevis uz to, kā to apturēt. Mašīnu iekšējā pretestība apvienojumā ar citiem vienkāršiem līdzekļiem bija tā laika bremžu sistēmas. Pirmie automobiļi tika apturēti ar svirām, piespiežot koka paliktni pie riteņa loka, vai ar citiem vagonos izmantotajiem bremzēšanas līdzekļiem. Patiesībā automašīnas atgādināja karietes, un tāpēc tām bija daudz dizaina iezīmju.
Tomēr nepagāja ilgs laiks, līdz tika pamanīts, ka šādas improvizētas bremzes nav pārāk efektīvas. Saskaroties ar riteņiem, koka kluči ātri nodilst un nenodrošināja pietiekamu bremzēšanas jaudu uz stāviem ceļiem. Un cilvēki gribēja braukt arvien ātrāk. Tika pārbaudīti dažādi risinājumi, lai ar efektīvāku metodi pārvērstu kinētisko enerģiju siltumenerģijā. Arvien efektīvākas berzes uzlikas tika izmantotas, piem. izgatavotas no vara, kas palielināja berzes spēku. Tomēr tām bija viens būtisks trūkums – tās bija ļoti skaļas saskarē ar metāla riteņiem. Lai to novērstu, tās pārklāja ar mīkstiem berzes materiāliem, piem. azbestu, kokvilnu vai gumiju. Šie risinājumi uz brīdi bija pietiekami, jo ātrums ko automašīnas spēja sasniegt nebija liels.
Riepas – jauns izaicinājums auto bremzēm
Bremžu attīstību lielā mērā ir ietekmējušas pneimatiskās riepas. Tās nodrošināja labāku komfortu nelīdzenā reljefā un ļāva braukt ar lielāku ātrumu, bet nedarbojās efektīvi kopā ar primitīvajām bremzēm. Berzes uzlikas, kas piespiestas tieši pie riepas, iespējams nostrādātu uz velosipēda, bet ne uz daudz smagāku automašīnu. Līdz ar to tika izstrādātas jauna veida bremzes, kuras ir paslēptas riteņa iekšpusē. Pretēji tam, ko varētu gaidīt, trumuļa bremzes un disku bremzes tika iecerētas aptuveni vienā laikā.
Pirmās disku bremzes 1902. gadā izgudroja angļu inženieris Frederiks Vilhelms Lančesters (Wilhelm Lanchester), savukārt trumuļa bremzes tajā pašā gadā patentēja Luiss Renault (Louis Renault). Arī citi inženieri, tostarp Gotlijs Deimlers (Gottlieb Daimler) un Vilhelms Meibahs (Wilhelm Maybach), bija eksperimentējuši ar trumuļa bremzēm, taču dominēja Renault dizains. Tā vietā, lai čuguna trumulis būtu ietīts virvēs, viņš izmantoja daudz efektīvāku risinājumu, t.i., bremžu lokus, kas spiežas pret trumuli. Šis bremžu veids ir saglabājies līdz mūsdienām. Protams, ne bez izmaiņām.
Hidraulika bremžu sistēmās
Pirmās automašīnas bremzes bija pilnībā mehāniskas un darbojās tikai ar vadītāja spēku. Sākotnēji ar bremzēm bija aprīkoti tikai aizmugurējie riteņi. Automašīna ar bremzēm uz visiem četriem riteņiem netika izlaista līdz 1909 gadam, galvenokārt nepietiekamu inženierzinātņu dēļ, kas traucēja izgudrot bremzes, kas nodrošina automašīnas stabilitāti. Trumuļu bremzes, kuras kontrolēja ar tērauda stieņiem, darbojās ar dažādu spēku, un četru bremžu loku pāru sinhronizēšana bija problēma.
Izrāviens notika 1917. gadā, kad Malcolm Loughead, kurš vēlāk kļuva pazīstams kā Lockhead, patentēja hidrauliskās bremzes. Pirmo reizi šāda veida bremzes 1895. gadā izgudroja vācietis Hugo Meiers, taču tās tolaik nebija aktuālas. Lockead bremzes bija pirmās masveidā ražotās hidrauliskās bremzes. Hidrauliskā šķidruma pielietošana automašīnās ļoti daudz ko mainīja. Pirmkārt, tika palielināts bremzēšanas spēks. Otrkārt, tika novērsta trošu plaisāšanas un atslābšanas problēma, kā rezultātā bremzes kļuva ērtāk lietojamas. Pirmās hidrauliskās bremzes bija bēdīgi slavenas ar noplūdēm, taču tās bija daudz uzticamākas nekā mehāniskās bremzes.
Dažus gadus vēlāk, 1928. gadā, tika pievienota papildu funkcija – bremžu palīgsistēma ko dēvē par bremžu pastiprinātāju. Bremžu pastiprinātājs izmantoja ieplūdes sistēmā radīto negatīvo spiedienu, lai palielinātu bremzēšanas spēku. Pēc bremžu pedāļa nospiešanas tika aktivizēts galvenais bremžu cilindrs un vārsts atbrīvoja negatīvo spiedienu no ieplūdes kolektora. Spiediena starpība starp abām membrānas daļām radīja spēku, kas papildus atbalstīja galvenā cilindra virzuli. Spēks bija tieši proporcionāls tam, cik tālu tika nospiests bremžu pedālis. Tādā veidā vadītājs varēja viegli kontrolēt bremzēšanas spēku. Tā kā bremzes kļuva arvien efektīvākas, automašīnās varēja attīstīt lielāku pārvietošanās ātrumu.
Pakāpeniska trumuļa tipa bremžu samazināšanās
Automobiļu rūpniecībā daudzus gadus dominēja trumuļa bremzes.Tās joprojām uzstāda uz dažu mazu un ne pārāk jaudīgu auto aizmugurējās ass, piem. pilsētas automašīnas. Lai arī cik izturīgas tās nebūtu tomēr trumuļa tipa bremzēm ir problēmas ar augstu temperatūru, toties tās ir izturīgas pret dažādiem ceļa apstākļiem un nav tik neefektīvas, kā daudzi varētu domāt.
Cieši noslēgtais bremžu trumulis apgrūtināja siltuma izkliedi. Bremžu loku paplašināšanai bija nepieciešams liels spēks un pats trumulis bija liels un smags. Lai gan tām bija vienkāršs dizains un slēgts korpuss, to loki bieži iestrēga, izraisot bremžu pārkaršanu. Tas izraisītu pēkšņu bremzēšanas spēka zudumu un attiecīgi arī bīstamas situācijas uz ceļa. Par laimi tika izgudrotas disku bremzes.
Saspiežot, jeb kā darbojas disku bremzes
Tāpat kā daudzi citi jauni izgudrojumi, arī pirmās modernās disku bremzes piedzīvoja savu debiju autosportā. 1953. gadā Jaguar XK, kas aprīkots ar četrām Dunlop disku bremzēm, uzvarēja 24 stundu Lemānas sacīkstēs. Bija sākusies bremžu sistēmu revolūcija.
Atšķirībā no 1902. gada vara bremžu uzlikām, tā laika bremžu kluči izdalīja mazāk trokšņu un nenolietojās tik ātri. Ar laiku tika izstrādāti uzlaboti berzes maisījumi, piemēram, keramika, daļēji metāliski maisījumi vai kevlars. No otras puses, azbests, kura kancerogēnās īpašības kļūs par lielu problēmu, tiks izņemts no berzes maisījumu sastāva. Visi bremžu kluči izmanto vienu un to pašu disku bremžu pamata priekšrocību – augstāku efektivitāti pat dinamiskas braukšanas laikā.
Galvenais ir siltuma izkliedēšana no disku bremzēm. Tās dzesē gaisa plūsma, kā arī siltums tiek novadīts uz riteņa rumbu un riteņa disku, bremžu diskiem var papildus būt īpašas ventilācijas atveres efektīvaikai siltuma atdevei. Disku bremzes ir ideāli piemērotas braukšanai kalnos, dinamiskai braukšanai un avārijas bremzēšanai. Suporta virzuļi izdara spiedienu uz bremžu kluci un līdz ar to arī uz bremžu disku. Tās ir arī vairāk saderīgas ar vadītāja palīgsistēmām, piemēram, ABS vai ESP. Saspiešana izrādās labāka bremzēšanas metode nekā stumšana. Disku bremzes ņem virsroku pār trumuļu bremzēm.
Auto bremžu nākotne
Pētniecības un attīstības centri turpina strādāt, lai izstrādātu vēl efektīvākas bremzes. Bremžu sistēmas turpina mainīties materiālu un dizaina ziņā. Arvien vairāk ražotāju pielieto tā saukto piededzināšanas metodi, t.i. bremžu kluču virsmas īslaicīga sildīšana līdz 600-800 ° C, lai palielinātu to izturību pret izbalēšanu, t.i. uzlikas efektivitātes samazināšanās, ko izraisa temperatūra. Ražotāji lielāku uzmanību pievērš arī vibrāciju un čīkstošo trokšņu mazināšanai. Labas kvalitātes bremžu klučiem ir starpslānis, kas samazina trokšņus un vibrācijas.
Izskatās, ka bremžu sistēmām drīzumā būs daudz mazāk darba nekā šodien. Hibrīdauto un elektrisko automašīnu attīstība padara enerģijas atgūšanas sistēmas par arvien nopietnāku alternatīvu bremzēm. Reģeneratīvās sistēmas, kas vēl nesen bija pazīstamas no Formula 1 automašīnām, kļūst arvien populārākas. Bremzēšanas laikā radītā enerģija vairs netiek pārveidota siltumā kura neatgriezeniski tiek zaudēta, bet gan tiek pārveidota par elektroenerģiju. Protams, enerģijas atgūšana neaizstās parastās disku bremzes, jo ar to nepietiks spēcīgas bremzēšanas laikā. Tomēr tā var samazināt bremžu disku un kluču nodilumu vieglas ikdienas braukšanas laikā. Drīzumā uzzināsim, vai ekspertiem bija taisnība savās prognozēs.