Šiuolaikinės stabdžių sistemos ir stiprintuvų sistemos kelia nuostabą. Gamintojai vieni kitus lenkia idėjomis, kaip ne tik pagerinti stabdymo efektyvumą, bet ir padidinti stabdymo patogumą. Tačiau kelias iki šiuolaikinių inžinerijos pasiekimų buvo gana ilgas.
Stabdžių sistemų pradžia
Šiuolaikiniuose automobiliuose stabdžių vaidmuo yra neginčijamas. Tai viena svarbiausių sistemų. Bet ne visada stabdžiai turėjo tokią didelę reikšmę. Automobilių gamybos pradžioje išradėjai labiau rūpinosi, kaip išjudinti automobilį, o kaip jį sustabdyti. Dėl to stabdžių vaidmenį perimdavo dideli vidiniai mechanizmų pasipriešinimai ir paprasti įrankiai. Pirmieji automobiliai buvo stabdomi svirtimis, kurios prispausdavo medinę trinkelę prie ratlankio arba kitomis sistemomis, kurios buvo naudojamos vežimuose. Iš esmes, pirmosios mechaninės transporto priemonės anuomet buvo panašios į karietas, todėl jose buvo naudojami panašūs konstrukciniai sprendimai.
Gana greitai buvo pastebėta, kad netobuli stabdžiai nėra pakankamai efektyvūs. Medinės trinkelės greitai susidėvėdavo dėl kontakto su metalini ratu ir neužtikrindavo pakankamos stabdymo jėgos ant stačių nuokalnių. O žmonės norėjo važinėti vis greičiau. Buvo eksperimentuojama su įvairiomis medžiagomis, kurios paverstų kinetinę energiją šilumine efektyvesniu būdu. Buvo kuriami vis efektyvesni antdėklai, pvz., variniai, kurie padidino trinties jėgą, tačiau turėjo didelį trūkumą – jie kėlė didelį triukšmą kontaktuodami su metaliniu ratu. Dėl to ant jų buvo klijuojamos minkštos abrazyvinės medžiagos, pvz., asbestas, medvilnė arba guma. Tokių sprendimų pakakdavo, nes automobiliai dar neišvystydavo itin didelių greičių.
Padangos – naujas iššūkis automobilių stabdžiams
Stabdžių raidai didelės įtakos turėjo pneumatinės padangos. Jos užtikrino didesnį komfortą važiuojant per nelygumus ir suteikė galimybę išvystyti didesnį greitį, bet nelabai gerai sąveikavo su primityviais stabdžiais. Stabdžių trinkelės prispaudimas tiesiogiai prie padangos pasiteisindavo dviratyje, bet ne gerokai sunkesniame automobilyje. Dėl to pradėti konstruoti naujo tipo stabdžiai, „paslėpti“ rato viduje. Priešingai nei yra manoma, modernaus būgninio ir diskinio stabdžio sukūrimas laiko atžvilgiu beveik sutapo.
Pirmasis diskinis stabdis buvo sukurtas 1902 metais ir jį pasiūlė anglų inžinierius Frederikas Williamas Lanchesteris. O štai būgninį stabdį tais pačiais metais užpatentavo Louisas Renault. Anksčiau su būgniniais stabdžiais eksperimentavo, pvz., Gottelieb Daimler bei Wilhelm Maybach, tačiau prancūzų inžinieriaus konstrukcija buvo tobulesnė. Vietoj ketaus būgno, apvynioto lynais, jis pritaikė gerokai efektyvesnį sprendimą – stabdžių kaladėles, išplečiančias būgną iš vidaus. Tokia stabdžio rūšis, žinoma modifikuota jos versija, išliko iki šių dienų.
Hidraulika stabdžių sistemose
Pirmieji automobilių stabdžiai buvo pilnai mechaniniai, varomi tik vairuotojo raumenų jėga. Iš pradžių buvo stabdomi tik galiniai ratai, o automobilis su visais keturiais stabdomais ratais atsirado tik 1909 metais. Tai buvo susiję su inžineriniais trūkumais, kurie apsunkindavo automobilio stabilumo palaikymą. Būgnai, valdomi plieniniais lynais, veikė skirtingomis jėgomis ir keturių porų stabdžių kaladėlių sinchronizavimas kėlė pakankamai rimtų problemų.
Proveržiu stabdžių raidoje tapo 1917 metais užpatentuoti hidrauliniai stabdžiai. Tai padarė Malcolm Loughead, vėliau išgarsėjęs Lockhead pavarde. Hidrauliniai stabdžiai buvo žinomi jau nuo 1895 metų, tačiau vokiečio Hugo Meyer išradimas tuo metu neprigijo. Tik įmonės „Lockhead“ hidrauliniai stabdžiai buvo gaminami serijiniu būdu. Hidraulinio skysčio naudojimas pakeitė labai daug: padidino stabdymo jėgą, panaikino trūkinėjančių ir atsipalaiduojančių lynų problemą bei palengvino stabdžių aptarnavimą. Didžiausia pirmųjų konstrukcijų problema buvo skysčio prasisunkimai, tačiau hidraulinių stabdžių avaringumas buvo kur kas mažesnis, palyginti su mechaninėmis konstrukcijomis.
Ne daug vėliau, jau 1928 metais, rinkoje atsirado dar viena naujovė – stabdžių stiprintuvas. Stabdžių stiprintuvas naudojo vakuumą, generuojamą įsiurbimo sistemoje, kad sustiprintų stabdymo jėgą. Nuspaudus stabdžių pedalą, buvo aktyvuojamas stabdžių cilindras ir tuo pačiu metu atidaromas vožtuvas, pro kurį iš kolektoriaus patenka vakuumas. Slėgių skirtumas tarp vienos ir kitos membranos pusės sukuria jėgą, kuri papildomai veikia stabdžių cilindro stūmoklį. Jėga yra tiesiogiai proporcinga stabdžių pedalo nuspaudimui, todėl vairuotojas paprastu būdu gali reguliuoti stabdymo jėgą. O kadangi stabdžiai darėsi vis efektyvesni, automobiliai galėjo važinėti vis greičiau.
Lėtas būgninių stabdžių nykimas
Būgniniai stabdžiai ištisus dešimtmečius dominavo automobilių pramonėje. Iki šiol jie yra naudojami ant galinės ašies mažuose ir nelabai galinguose automobiliuose, pvz., miesto automobiliuose. Gerai paslėpti būgnai yra atsparūs eismo sąlygoms ir priešingai, nei atrodo, nėra tokie neveiksmingi, kaip galima būtų pagalvoti. Pagrindinė jų problema yra ta, kad jie prastai susidoroja su aukštomis temperatūromis.
Uždaras stabdžių būgnas jau pats savaime apsunkina šilumos išsklaidymą. Kaladėlių praplėtimas reikalavo didelės jėgos, o tinkamo efektyvumo užtikrinimui būtina naudoti didelį ir sunkų būgną. Taip pat didelę problemą kėlė būgninių stabdžių avaringumas. Nepaisant gan paprastos konstrukcijos ir uždaro korpuso, gana dažnai kaladėlės „prikepdavo“ ir dėl to stabdžiai perkaisdavo. Perkaitę stabdžiai praranda savo efektyvumą, o staigus stabdymo jėgos praradimas gali būti labai pavojingas. Laimei, atsirado geresnė alternatyva – diskiniai stabdžiai.
Suspaudimas, arba kaip veikia diskiniai stabdžiai
Panašiai, kaip ir dauguma kitų išradimų automobilių pramonėje, šiuolaikiniai diskiniai stabdžiai atsirado automobilių sporte. 1953 metais Jaguar XK su sumontuotais keturiais „Dunlop“ diskais dalyvavo 24 valandų „Le Mans“ lenktynėse. Automobilis su nauja stabdžių sistemos rūšimi laimėjo lenktynes. Tai atvėrė kelią stabdžių sistemų revoliucijai.
Priešingai nei 1902 metų variniai stabdžių antdėklai, šiuolaikinės trinkelės necypia ir taip greitai nesusidėvi. Artimiausia ateitis taip pat atneš tobulesnes frikcinių antdėklų medžiagas, pvz., keramiką, pusiau keraminį mišinį arba kevlarą. O štai asbestas jau grimzta užmarštin, nes jo kancerogeninės savybės kėlė nemažai problemų. Vis dėlto visos stabdžių trinkelės išnaudoja pagrindinį diskinių stabdžių privalumą – aukštesnį efektyvumą, kuris išlieka net dinamiško vairavimo metu.
Šilumos nuvedimas iš diskinių stabdžių čia yra svarus argumentas. Jie yra aušinami vėjo, atiduoda šilumą ratlankiams, o papildomai gali turėti specialias ventiliacines angas. Jie puikiai pasirodo važiuojant nuokalne, tinka dinamiškam vairavimui ir yra patikimesni avarinio stabdymo metu. Stūmokliai, kurie spaudžia stabdžių trinkeles, o tuo pačiu ir stabdžių diską, gali geriau sąveikauti su pagalbinėmis sistemomis ABS ir ESP. Pasirodo, suspaudimas yra geresnis būdas automobilio sustabdymui nei praplėtimas. Apkabos pralenkia kaladėles.
Automobilių stabdžių ateitis
Tyrimų ir plėtros centrai nuolat kuria dar efektyvesnius stabdžius. Keičiasi stabdžių sistemų medžiagos, sistemos ir konstrukcijos. Vis daugiau gamintojų naudoja vadinamąją „schorching“ technologiją, t. y. trumpalaikį trinkelių paviršiaus įkaitinimą iki 600-800 °C. Taip siekiama padidinti atsparumą „fading“ reiškiniui, kai antdėklų efektyvumas krenta dėl stabdžių temperatūros poveikio. Taip pat vis daugiau dėmesio yra skiriama stabdžių cypimo ir virpesių mažinimui. Geros kokybės trinkelėse naudojamas tarpinis sluoksnis, izoliuojantis garsą ir slopinantis vibracijas.
Tačiau yra daug požymių, kad jau netrukus stabdžių sistema turės gerokai mažiau darbo nei dabar. Dėl hibridinių ir elektrinių automobilių plėtros vis dažniau vietoje įprastų stabdžių sistemų naudojamos energijos atgavimo sistemos. Regeneracinės sistemos dar neseniai naudotos tik „Formulės 1“ automobiliuose, kasmet populiarėja. Energija, generuojama stabdymo metu, jau nebe keičiama į šilumą ir negrįžtamai prarandama, o paverčiama elektros energija. Žinoma, energijos atgavimas neatstos klasikinių diskinių stabdžių ir jo nepakaks staigaus stabdymo atveju, tačiau jis gali paprastu būdu sumažinti stabdžių diskų ir trinkelių susidėvėjimą kasdienio, ramaus vairavimo metu. Apie specialistų prognozių tikslumą sužinosime netrukus.