Супертест: почему горят тормоза?

Супертест: почему горят тормоза?
Супертест | АР №19 2017
Фото: Юрий Ветров | Роман Тарасенко | Степан Шумахер | Дмитрий Питерский
Экспертная группа: Иван Шадричев | Роман Черный | Андрей Мохов

Поводом стала во всех смыслах зажигательная история знакомства нашего главреда с седаном Genesis G80, когда в Италии сначала перегрелись и отказали передние тормоза, а затем вспыхнули задние. Интересно, а велик ли риск оказаться в такой незавидной ситуации на других машинах? И мы подвергли жестким испытаниям несколько автомобилей, от Лады Весты до BMW 340i. Помимо них, это два Kia Rio (один с задними барабанными тормозами, а другой — с дисковыми), Skoda Octavia тоже в двух версиях (неторопливая с мотором 1.6 и «горячая» RS), Toyota Camry, Geely Emgrand GT и Kia Optima GT.

Откуда тепло?

Что происходит при замедлении машины? Тормозные колодки с усилием прижимаются к диску или барабану — и в процессе трения энергия движения обращается в тепло. ­Да-да, фундаментальный закон сохранения энергии! В конечном итоге эта энергия пойдет, увы, на нагрев атмосферы, но сначала — и в контексте нашего разговора это главное! — произойдет нагрев, а то и перегрев тормозов.

Основной источник — энергия поступательного движения, которая определяется известной формулой: 

В таком виде формула применима, если речь идет о полной остановке автомобиля со скорости V, а иначе нужно умножать массу машины на разность квадратов скоростей до и после торможения. Самое главное — помнить про вторую степень, про квадрат! То есть если до полной остановки тормозить не с 50, а со 100 км/ч, в тепло обернется вчетверо больше энергии!

В тепло придется превратить и энергию вращающихся масс, а это колеса (включая сами тормозные диски или барабаны) плюс связанные с ними элементы привода, вращение которых тоже прекращается тормозами. Эта энергия определяется похожей формулой:

где I — момент инерции вокруг оси вращения, а ω — угловая скорость. Конечно, речь о сумме «вращающихся» энергий, но в целом эта добавка составляет примерно 5% от энергии поступательного движения, которыми в определенных случаях (о них ниже) пренебрегают.

А вот пренебрегать потенциальной энергией нельзя: ­недаром проблемы с тормозами чаще всего подстерегают при спусках, особенно на извилистых горных дорогах! Формула тоже проста:


где m — масса, g — ускорение свободного падения (9,81 м/с²), h — перепад высот между началом и окончанием торможения, и эту энергию тоже нужно погасить, то есть превратить в тепло. Например, если торможение полуторатонного автомобиля со скорости 100 км/ч (27,8 м/с) на горизонтальной дороге означает переход в тепло 580 килоджоулей энергии (а с учетом энергии вращающихся масс — примерно 610 кДж), то в случае, когда торможение сопровождалось спуском на десять метров, это еще 147 кДж, то есть тепловой удар по тормозам увеличивается на четверть! К слову, ­потому-то при движении под уклон и нужно тормозить двигателем, чтобы хотя бы часть потенциальной энергии ушла на работу мотора в режиме принудительного холостого хода.

Обычно инженеры делают два термодинамических расчета: для движения с постоянной скоростью на спуске и для торможения на горизонтальном участке. Во втором случае торможение двигателем исключается, а что до энергии вращающихся масс, то для упрощения допускается, что она «нейтрализуется» сопротивлением качению шин, аэродинамическим сопротивлением и потерями в трансмиссии.

Надо ли говорить, что, чем автомобиль мощней и динамичней, тем — даже при одинаковой массе! — мощней должны быть и его тормоза?

Для испытаний термостойкости тормозов, помимо стандартного набора измерительной аппаратуры, мы вживляли термопары в колодки (значение температуры выводится на прибор прямо перед Андреем Моховым), а также использовали аналоговый акселерометр (показан стрелкой), моментально реагирующий на уровень замедления: с его помощью водителю-испытателю проще, чем с цифровым измерителем, поддерживать требуемый уровень замедления — 0,6g

Теплоемкость

Первыми термоудар принимают диски или барабаны. Только затем нагревается суппорт, причем гораздо слабее, поскольку теплопроводность фрикционного материала колодок значительно ниже, чем у металла. А температура диска или барабана при однократном замедлении зависит в первую очередь от его массы: трехкилограммовый диск нагреется сильнее, чем пятикилограммовый. Поэтому хоть большие диски и увеличивают неподрессоренные массы, что не лучшим образом отражается на работе подвески, инженерам приходится с этим мириться: мощному автомобилю нужны мощные (а значит, тяжелые) тормоза! Либо легкие, но жаростойкие, как в случае с дорогущими углерод-углеродными дисками на Формуле-1 или углерод-керамическими (они потяжелее) на дорожных спортивных машинах.
Полная версия доступна только подписчикамПодпишитесь прямо сейчас
Подписка на месяц
229
Подписка на год
27481590
я уже подписан

Вы можете использовать деморежим подписки: просто зарегистрируйтесь на сайте — и вам будут доступны 3 просмотра платных статей

Рекомендованные статьи