Savremeni kočioni sistemi i sistemi za pomoć pri kočenju su neverovatni. Proizvođači nadmašuju jedni druge u idejama ne samo po pitanju poboljšanja performanse kočenja, već i poboljšanja udobnosti prilikom kočenja. Međutim, put do današnjih inženjerskih dostignuća bio je prilično dug.
Počeci kočionih sistema
U savremenim automobilima, uloga kočnica je nesporna. Danas to je jedan od najvažnijih sistema. Ali, kočnice nisu uvek bile toliko važne. U ranim danima automobilizma, pronalazači su razmišljali o tome kako da nateraju automobil da se kreće, a ne kako da ga zaustave. Ulogu kočnica su stoga preuzeli visoki unutrašnji otpori mašina i jednostavne mere. Prvi automobili zaustavljani su polugama koje su pritiskale drvene ploče uz felnu ili drugim sistemima kakvi su se koristili kod kočija. U stvari, vozila su tada bila slična kočijama, pa su stoga sa njima delila mnoga dizajnerska rešenja.
Međutim, brzo je primećeno da improvizovane kočnice nisu bile baš efikasne. Drveni blokovi su se brzo lomili u kontaktu sa točkom i nisu pružali dovoljnu silu kočenja na strmim spustovima. I ljudi su želeli da idu brže. Tako su eksperimentisali sa raznim rešenjima kako bi efikasnije pretvorili kinetičku energiju u toplotnu. Pojavljivale su se sve efikasnije obloge, na primer bakarne, koje su povećavale silu trenja, ali su imale značajan nedostatak – bile su veoma glasne u dodiru sa metalnim točkom. Da bi se ovo popravilo, premazivane su mekim abrazivnim materijalima, na primer azbestom, pamukom ili gumom. Ova rešenja su bila dovoljna jer automobili tada nisu razvijali prevelike brzine.
Gume – novi izazov za kočnice automobila
Na razvoj kočnica u velikoj meri je uticala pojava pneumatskih guma. One su pružale veću udobnost pri kretanju po neravninama i omogućavale veće brzine, ali nisu dobro radile sa 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.
Prva disk kočnica napravljena je 1902. godine i izumeo ju je engleski inženjer Frederik Vilijam Lančester. Doboš kočnicu je iste godine patentirao Louis Reno. Ranije su, između ostalih, eksperimentisali sa doboš kočnicama Gottlieb Daimler and Wilhelm Maybach, ali je dizajn francuskog inženjera bio savršeniji. Umesto doboša od livenog gvožđa umotanog u užad, reno je koristio mnogo efikasnije rešenje, odnosno kočione paknove koje rašire doboš. Ova vrsta kočnice, naravno u modifikovanoj verziji, opstala je do danas.
Hidraulika u kočionim sistemima
Prve kočnice automobila bile su potpuno mehaničke, pokretane samo snagom mišića vozača. U početku su se kočili samo zadnji točkovi, a automobil sa kočnicama na sva četiri točka pojavio se tek 1909. godine. To je bilo zbog inženjerskih nedostataka koji su otežavali stvaranje kočnica koje osiguravaju stabilnost automobila. Doboši od čelične sajle delovali su različitom snagom i sinhronizacija četiri para čeljusti bila je priličan problem.
Proboj u razvoju kočnica bio je patentiranje hidrauličnih kočnica 1917. godine od strane Malkolma Lockheada, kasnije poznatog kao Lockhead. Hidraulične kočnice su bile poznate još 1895. godine, ali izum Nemca Huga Majera tada nije zaživeo. Prve hidraulične kočnice u masovnoj proizvodnji su bile Lockhead kočnice. Upotreba hidraulične tečnosti je donela velike promene. Povećala je silu kočenja, eliminisala problem lomljenja i otpuštanja sajli i učinila kočnice udobnijim za korišćenje. Problem prvih dizajna je, naravno, bilo curenje, ali je stopa kvara hidrauličnih kočnica bila mnogo manja nego kod mehaničkih.
Ne mnogo kasnije, 1928. godine, uveden je dodatni objekat – pojačivač kočnica. Servo kočnica je koristio vakuum koji se stvara u usisnom sistemu za povećanje sile kočenja. Kada pritisnete papučicu kočnice, pumpa kočnice se aktivira i istovremeno otvara ventil koji omogućava da se upravlja vakuumom iz kolektora. Razlika u pritisku između jednog i drugog dela 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 primene doboš kočnica
Doboš kočnice su decenijama dominirale automobilskom industrijom. Do danas se mogu naći na zadnjoj osovini malih i ne baš jakih automobila, na primer gradskih automobila. Njihov nesumnjiv uspeh nije bio slučajan. Čvrsto izgrađeni doboši otporni su na uslove na putu i, suprotno izgledu, nisu tako neefikasni kao što se čini. Pravi problem je kako se nose sa visokim temperaturama.
Sam zatvoren kočioni doboš otežavao je odvođenje toplote. Za širenje čeljusti potrebna je velika sila, a da bi bio efikasan potreban je veliki i težak doboš. Stopa otkaza doboš kočnica je takođe veliki problem. Uprkos relativno jednostavnoj strukturi i zatvorenoj strukturi, čeljusti bi se često zapušile, što je dovodilo do pregrevanja kočnice. Pregrejana kočnica gubi svoju efikasnost i iznenadni gubitak sile kočenja može biti veoma opasan. Na sreću, pojavila se alternativa – disk kočnice.
Kompresija, način rada disk kočnice
Kao i mnogi drugi automobilski izumi, prve moderne disk kočnice pojavile su se u motosportu. 1993. godine, Jaguar XK, koji učestvuje u 24 sata Le Mana trci, bio je opremljen sa četiri Dunlop diska. Ovim je pokrenuta revolucija u razvoju kočionih sistema.
Za razliku od bakarnih kočionih obloga iz 1902, moderne pločice ne škripe i ne troše se tako brzo. Bliska budućnost će doneti i savršenije materijale za frikcione obloge, kao što su keramika, polumetalni spoj i kevlar. S druge strane, azbest, čija će kancerogena svojstva postati veliki problem, biće zaboravljen. Sve kočione pločice koriste osnovnu prednost disk kočnica, koja ima veću efikasnost, čak i tokom dinamične vožnje.
Odvođenje toplote od disk kočnica je ključan. Mogu da se hlade vetrom, prenose toplotu na felne, 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 klešta pokazuju bolje performanse od kočionih čeljusti.
Budućnost automobilskih kočnica
Istraživački i razvojni centri nastavljaju da razvijaju još efikasnije kočnice. Materijali, sistemi i dizajn kočionih sistema se menjaju. Sve više proizvođača koristi tzv. prženje, odnosno kratkotrajno zagrevanje površine kočione pločice na 600-800 °C. Ovo dovodi do povećanja otpora na trošenje, odnosno smanjenje efikasnosti obloge uslovljeno visokim temperaturama. Sve više pažnje se poklanja i smanjenju vibracija i škripa kočnica. pločice visokog kvaliteta imaju međusloj koji izoluje zvukove i smanjuje vibracije.
Ima mnogo naznaka da će uskoro kočioni sistem imati dosta manje posla nego sada. Razvoj hibridnih i električnih automobila čini sisteme za oporavak energije sve ozbiljnijom alternativom kočnicama. Regenerativni sistemi poznati donedavno iz bolida Formule 1 svake godine postaju sve popularniji. Energija koja se stvara tokom kočenja više se ne pretvara u toplotu i nepovratno gubi, već se pretvara u električnu energiju. Naravno, povrat energije neće zameniti klasične disk kočnice i neće biti dovoljan pri naglom kočenju. Međutim, može smanjiti habanje kočionih diskova i pločica tokom lagane, svakodnevne vožnje. Uskoro ćemo saznati tačnost predviđanja specijalista.