Moderni kočioni sustavi i sustavi pomoći pri kočenju vrlo su impresivni. Njihovi se proizvođači međusobno natječu u pružanju najučinkovitijih i najpovoljnijih rješenja kočnica. Međutim, put do današnjih inženjerskih rješenja bio je dug.
Počeci kočionih sustava
Važnost kočnica u modernim automobilima je nesumnjiva. Kočioni sustav jedan je od najvažnijih automobilskih sustava današnjice. Međutim, kočnice nisu uvijek bile toliko važne. U ranim danima automobilske industrije, izumitelji su se usredotočili na pronalaženje kako pokrenuti automobil, a ne na to kako ga zaustaviti. Sustavi kočenja tog vremena bili su unutarnji otpor strojeva u kombinaciji s drugim jednostavnim sredstvima. Prvi su se automobili zaustavljali polugama koje su pritiskale drvenu ploču na obruč kotača ili drugim sredstvima za kočenje koja su se koristila u kočijama. Budući da su automobili zapravo bili slični karavanima, s njima su dijelili mnoge značajke dizajna.
No, ubrzo se primijetilo da takve improvizirane kočnice nisu baš učinkovite. Drvene pločice su se u dodiru s kotačima brzo trošile i nisu davale dovoljnu snagu kočenja na strmim cestama, a ljudi su htjeli voziti sve brže. Ispitana su različita rješenja, i to s ciljem učinkovitijeg pretvaranja kinetičke energije u toplinsku. Korišteni su sve učinkovitiji premazi, npr. bakra, što je povećalo silu trenja. Međutim, imali su važan nedostatak – bili su vrlo glasni u kontaktu s metalnim kotačima. Kako bi se prevladao ovaj problem, morali su biti prekriveni mekim tarnim materijalima, npr. azbest, pamuk ili guma. Takva rješenja su bila dovoljna, jer automobili nisu mogli voziti brzo.
Gume – novi izazov za automobilske kočnice
Na razvoj kočnica uvelike su utjecale gume. Pružale su veću udobnost na neravnom terenu i dopuštale vožnju većim brzinama, ali nisu dobro funkcionirale s primitivnim kočnicama tog vremena. Podloga pritisnuta izravno na gumu mogla bi funkcionirati na biciklu, ali ne i na mnogo težem automobilu. Tako je razvijena nova vrsta kočnice, ona koja je skrivena unutar kotača. Suprotno očekivanjima, kočioni bubanj i disk kočnica dizajnirane su otprilike u isto vrijeme.
Prvu disk kočnicu izumio je engleski inženjer Frederic Wilhelm Lanchester 1902. godine, a kočioni bubanj patentirao je Louis Renault iste godine. Drugi inženjeri, uključujući Gottlieba Daimlera i Wilhelma Maybacha, također su eksperimentirali s bubanj kočnicama, ali je Renaultov dizajn dominirao. Umjesto bubnja od lijevanog željeza omotanog užadima, upotrijebio je mnogo učinkovitije rješenje, tj. kočione papuče koje pritiskaju bubanj. Ova vrsta kočnica preživjela je do danas, ali naravno ne bez promjena.
Hidraulika u kočionim sustavima
Kočnice prvih automobila bile su potpuno mehaničke i njima su upravljali samo mišići vozača. Isprva su samo stražnji kotači bili opremljeni kočnicama. Automobil s kočnicama na sva četiri kotača nije dizajniran sve do 1909. godine, uglavnom zbog nedovoljnog inženjerskog znanja, što je kočilo izum kočnica koje bi osigurale stabilnost automobila. Bubnjevi kojima se upravljalo čeličnim sajlama radili su različitom snagom, a sinkronizacija četiri para kočionih papuča bila je donekle otežana.
Proboj je nastao 1917. kada je Malcolm Loughead, kasnije poznat kao Lockhead, patentirao hidrauličke kočnice. Ovu vrstu kočnice prvi je izumio Hugo Meyer iz Njemačke 1895., ali nije zaživjela. Lockheadove kočnice bile su prve masovno proizvedene hidrauličke kočnice. Upotreba hidrauličke tekućine promijenila je mnoge stvari; najprije je povećana sila kočenja, zatim je riješen problem pucanja i labavljenja sajli, što je korištenje kočnica učinilo ugodnijim. Prve hidrauličke kočnice bile su poznate po propuštanju, ali su bile puno pouzdanije od mehaničkih kočnica.
Nekoliko godina kasnije, 1928., dodana je dodatna funkcija – pomoć pri kočenju. Servo mehanizam kočnica koristio je vakum stvoren u usisnom sustavu za povećanje sile kočenja. Nakon pritiska na papučicu kočnice aktivirao se glavni cilindar i ventil je ispustio podtlak iz usisne grane. Razlika tlaka između dva dijela dijafragme stvorila je silu koja je dodatno poduprla klip glavnog cilindra. Sila je bila izravno proporcionalna količini pritiska na papučicu kočnice, pa je na taj način vozač mogao lako kontrolirati silu kočenja. Kako su kočnice postajale učinkovitije, automobili su mogli ići sve brže i brže.
Postupno opadanje kočionih bubnjeva
Kočioni bubnjevi dominirali su automobilskom industrijom dugi niz godina i još uvijek se mogu naći na stražnjoj osovini nekih malih i ne baš snažnih automobila, npr. gradski automobili. Njihov uspjeh bio je rezultat čiste slučajnosti; iako robusni, bubnjevi su otporni na različite uvjete na cesti i nisu tako neučinkoviti kao što mnogi misle. No, imaju problema s visokom temperaturom.
Čvrsto zatvoreni kočioni bubanj otežavao je odvođenje topline. Proširenje kočionih obloga zahtijevalo je veliku snagu i korištenje velikog i teškog bubnja. Nedostajao je i kočioni bubanj. Iako su bili jednostavni i imali zatvoreno kućište, čeljusti su im često zapinjale, uzrokujući pregrijavanje kočnica, što je moglo dovesti do naglog gubitka zaustavne moći i opasnih situacija. Srećom, izumili su kočioni disk.
Kompresija ili kako radi kočioni disk
Prvi moderni kočioni diskovi, kao i mnogi drugi automobilski izumi, pojavili su se najprije u sportu. Godine 1993. Jaguar XK opremljen s četiri Dunlop kočiona diska pobijedio je na utrci 24 sata Le Mansa. Revolucija kočionog sustava je započela.
Za razliku od bakrenih kočionih obloga iz 1902. godine, moderne pločice nisu tako brzo škripile niti se istrošile. Ubrzo su se počele koristiti naprednije tarne obloge poput keramike, polumetalnih spojeva ili kevlara. Azbest, za koji je utvrđeno da uzrokuje rak, ubrzo je napušten. Sve kočione pločice koriste istu, osnovnu prednost disk kočnica – veću učinkovitost čak i tijekom dinamične vožnje.
Rasipanje topline s disk kočnica je ključno. Hlade ih vjetar, prenose toplinu na felge i mogu imati posebne ventilacijske otvore. Idealne su za vožnju po planinama, dinamičnu vožnju i kočenje u nuždi. Klipovi pritišću tarnu oblogu, a time i kočni disk. Također su kompatibilniji sa sustavima pomoći vozaču kao što su ABS ili ESP. Kompresija se pokazala boljom metodom kočenja od guranja i čeljusti su poželjnije od čeljusti.
Budućnost automobilskih kočnica
Centri za istraživanje i razvoj i dalje nastoje dizajnirati još učinkovitije kočnice, a kočioni sustavi se i dalje mijenjaju u pogledu materijala i konstrukcije. Sve više proizvođača koristi takozvani “scorching”, tj. kratkotrajno zagrijavanje površine kočionih pločica na 600-800 C kako bi se povećala njihova otpornost na labavljenje, tj. smanjenje učinkovitosti premaza zbog temperature. Proizvođači više pažnje posvećuju i smanjenju vibracija, tako da kvalitetne pločice imaju međusloj koji ih smanjuje.
Čini se da će kočioni sustavi uskoro imati mnogo manje posla nego danas. Zbog razvoja hibridnih i električnih automobila, sustavi za povrat energije postaju sve ozbiljnija alternativa kočnicama. Ovi sustavi, donedavno poznati iz bolida Formule 1, postaju sve popularniji. Energija nastala tijekom kočenja više se ne pretvara u toplinu i nepovratno se gubi, već se pretvara u električnu energiju. Naravno, povrat energije neće zamijeniti konvencionalne disk kočnice i neće biti dovoljan za snažno kočenje, ali može lako smanjiti trošenje kočionih diskova i pločica tijekom lagane i svakodnevne vožnje. Jesu li stručnjaci bili u pravu u svojim predviđanjima saznat ćemo uskoro.