История дисковых тормозов: от патента 1902 года до карбон-керамики

Автор: Андрей Пальчун, эксперт по тормозным системам ООО «Нироком»

От патента 1902 года и победы в Ле-Мане до карбон-керамики: как диск вытеснил барабан и почему за сто двадцать лет его материал почти не изменился

В 1902 году английский инженер Фредерик Ланчестер запатентовал дисковый тормоз. Изобретение оказалось таким шумным и недолговечным, что о нём забыли на полвека. А в 1953 году Jaguar C-Type с дисковыми тормозами выиграл 24 часа Ле-Мана: его гонщики тормозили позже соперников на барабанах — круг за кругом, сутки подряд. Через двадцать лет барабан спереди стал редкостью.

Кто изобрёл дисковые тормоза и почему диск чугунный? Дисковый тормоз придумал Фредерик Уильям Ланчестер в 1902 году, а массовым он стал только в 1950-х, когда машины стали слишком быстрыми для барабанов. Диск делают из серого чугуна, потому что графит в его структуре отводит тепло и гасит вибрации, а сам сплав дёшев и хорошо обрабатывается. Конструкцию за сто двадцать лет улучшали много раз, материал — почти нет.

Почему первый дисковый тормоз провалился? Что такого случилось в Ле-Мане? И чем современный диск отличается от диска пятидесятых, если он по-прежнему чугунный? История — дальше, с датами.

Кто и когда изобрёл дисковый тормоз?

Дисковый тормоз изобрёл английский инженер Фредерик Уильям Ланчестер: он запатентовал конструкцию в 1902 году и ставил её на автомобили своей марки. Принцип был тем же, что и сегодня: колодки с двух сторон сжимают диск, который вращается вместе с колесом.

Подвели материалы. Диск был тонким и железным, а накладки колодок — медными. Медь по железу визжала на всю улицу и быстро стиралась, тем более на тогдашних дорогах: тормоз был открыт, и в него летели пыль и грязь.

Идея опередила свои материалы на полвека. А пустое место занял механизм попроще.

Почему полвека автомобили ездили на барабанах?

Полвека автомобили ездили на барабанных тормозах, потому что барабан закрыт от грязи, дёшев и сам помогает себе тормозить: вращение затягивает колодку в барабан и усиливает нажатие. Для машин, которые ездили медленно, этого хватало.

У барабана один врождённый недостаток — тепло. Колодки трутся о его внутреннюю поверхность, и тепло остаётся внутри закрытого механизма. Нагретый барабан расширяется и уходит от колодок: педаль проваливается, машина тормозит всё хуже. Это тот самый фейдинг, который знаком и современным водителям; что это такое, рассказано в статье о фейдинге тормозов.

Пока автомобили ездили медленно, с этим мирились. Потом моторы стали мощнее.

Как дисковые тормоза вернулись на автомобили?

Дисковые тормоза вернулись на автомобили в начале 1950-х через автоспорт: в 1953 году Jaguar C-Type с дисками Dunlop выиграл 24 часа Ле-Мана, а в 1955-м Citroën DS стал первым массовым автомобилем с дисковыми тормозами спереди. К тому времени появились и накладки, которые не визжали, и дороги, на которых они не стирались за неделю.

Секрет победы в Ле-Мане прост. Диск открыт воздуху: тепло уходит с обеих его сторон, а при нагреве он расширяется навстречу колодкам, а не от них. Гонщики Jaguar могли тормозить позже и сильнее на каждом круге — и тормоза не сдавались.

С тех пор спор «диск или барабан» спереди решён. Сзади барабаны ещё встречаются — на недорогих машинах и, что любопытно, на некоторых электромобилях: Volkswagen ставит их на ID.3 и ID.4, потому что задние тормоза при рекуперации работают редко, а закрытый барабан меньше ржавеет.

Как чугун стал материалом тормозного диска

Тормозной диск делают из серого чугуна, потому что в его структуре есть пластинки графита: они проводят тепло от поверхности вглубь диска и гасят вибрации, а сам сплав дёшев и легко обрабатывается. Инженеры довольно быстро поняли, что диску нужен не самый прочный материал, а самый уравновешенный.

Диск работает в жёстких условиях: за секунды превращает энергию движения в тепло, разогревается на сотни градусов, остывает — и так тысячи раз. Сталь прочнее, но хуже гасит колебания и склонна коробиться. Алюминий легче, но не держит такие температуры.

У чугуна тоже есть классы. Отраслевой стандарт для дисков — класс G3000 по американскому стандарту SAE J431, и более прочный класс диску не нужен: в нём меньше графита, а значит, хуже отвод тепла и гашение колебаний.

Подробно о составе сплава и о том, что дают добавки, рассказано в статье о том, из чего делают тормозные диски. А история на материале не остановилась.

Что изменилось в тормозном диске за семьдесят лет?

За семьдесят лет диск получил вентиляционные каналы, перфорацию и насечки, антикоррозийное покрытие и чугун с повышенной долей углерода, а для самых дорогих машин — карбон-керамику. Каждое изменение отвечало на свою проблему.

• Вентиляция. Диск стал «бутербродом» из двух пластин с каналами между ними: воздух проходит сквозь него и уносит тепло. Сегодня такие диски стоят спереди почти на всех автомобилях.
• Перфорация и насечки. Отверстия и канавки отводят из зоны контакта газы, воду и пыль. Когда они нужны, а когда нет, разобрано в статье о том, какие диски лучше — перфорированные или обычные.
• Покрытия. Чугун ржавеет, и нерабочие поверхности диска стали защищать; почему это важно, объясняет статья о коррозии тормозных дисков.
• Больше углерода. Чугун с повышенной долей графита лучше отводит тепло и тише работает; прочность, которую отнимает графит, возвращают легированием.
• Карбон-керамика. Диск из углеродного волокна и карбида кремния, по данным Brembo, примерно вдвое легче чугунного и сохраняет свойства в серии тяжёлых торможений — но стоит как подержанный автомобиль. Что это за материал, рассказано в статье о карбон-керамических дисках.

Следующий шаг уже сделан: тормоза переходят на электрическое управление, а диски становятся ещё легче — об этом рассказано в статье о будущем тормозных систем. Но на девяти машинах из десяти диск по-прежнему чугунный.

Что предлагают PowerStop и HARDi Performance

Диски PowerStop Evolution и HARDi RS собрали в себе всю эту эволюцию: серый чугун G3000 High Carbon, вентиляция, перфорация и насечки, покрытие GEOMET. High Carbon — та самая повышенная доля графита: он лучше отводит тепло и гасит колебания, а прочность, которую графит отнимает, возвращает легирование.

У HARDi RS покрытие GEOMET нанесено на всю поверхность, включая вентиляционные каналы, а каждый вентилируемый диск балансируют. PowerStop — американский бренд тормозных систем, основан в 1995 году: его создавали для больших и быстрых автомобилей, которым обычных тормозов не хватало, — та же причина, по которой диск когда-то вытеснил барабан. HARDi Performance — бренд PowerStop для России и СНГ.

В России колодки и диски продаёт ООО «Нироком», официальный дистрибьютор PowerStop. На них действует гарантия 24 месяца с даты покупки или 20 000 км — что наступит раньше, включая скрип колодок и биение дисков; полные условия — на странице гарантии. Как выбрать диск под свою езду, рассказано в статье о том, как выбрать тормозные диски.

Что из этой истории полезно знать водителю

История диска — это история борьбы с теплом, и три её урока пригодятся при выборе тормозов сегодня.

1. Тормоза выбирают по теплу, а не по прочности. Диск, который лучше отводит тепло, тормозит стабильнее.
2. Материал колодки важен не меньше диска. Ланчестера подвели медные накладки; современную пару тоже подбирают вместе.
3. Открытый диск боится не грязи, а ржавчины. Поэтому у современного диска есть покрытие.

Ланчестеру в 1902 году не хватило двух вещей: подходящего материала для колодок и чистых дорог. Сегодня есть и то и другое — а его диск с двумя колодками по бокам стоит на каждой машине, которая проезжает под вашим окном.

Частые вопросы

Кто изобрёл дисковые тормоза?

Английский инженер Фредерик Уильям Ланчестер: он запатентовал дисковый тормоз в 1902 году. Его конструкция с медными накладками была шумной и недолговечной, поэтому массовыми дисковые тормоза стали только в 1950-х.

Когда дисковые тормоза появились на серийных автомобилях?

Первые серийные попытки относятся к 1949 году — американские Crosley и Chrysler Imperial. Перелом случился в 1953-м, когда Jaguar C-Type с дисковыми тормозами выиграл 24 часа Ле-Мана, а первым массовым автомобилем с дисками спереди в 1955 году стал Citroën DS.

Чем дисковые тормоза лучше барабанных?

Они лучше отводят тепло: диск открыт воздуху с обеих сторон и при нагреве расширяется навстречу колодкам. Барабан держит тепло внутри и, расширяясь, уходит от колодок, поэтому при интенсивной езде тормозит всё хуже.

Почему на задней оси до сих пор ставят барабанные тормоза?

На заднюю ось при торможении приходится меньшая часть работы, а барабан дешевле и закрыт от грязи. По этой же причине барабаны вернулись на некоторые электромобили: задние тормоза там работают редко, и закрытый механизм меньше ржавеет.

Из чего делают тормозные диски?

Большинство — из серого чугуна класса G3000 по стандарту SAE J431. Пластинки графита в его структуре отводят тепло и гасят вибрации. Для дорогих спортивных автомобилей делают карбон-керамические диски.

Почему тормозные диски не делают из стали?

Сталь прочнее чугуна, но хуже гасит колебания и сильнее коробится от перепадов температур. Тормозному диску важнее отводить тепло и не шуметь, чем быть самым прочным, поэтому выбирают серый чугун.

Когда появились карбон-керамические тормозные диски?

На дорожных автомобилях — в начале 2000-х: Porsche называет первым применением 911 GT2 2001 года, Brembo — Ferrari Enzo 2002 года. Подробно о них рассказано в статье о карбон-керамических дисках.

Когда дисковые тормоза появились в СССР?

На массовом советском автомобиле передние дисковые тормоза появились в 1970 году — на ВАЗ-2101. Сзади у него остались барабаны.

Андрей Пальчун

Эксперт по тормозным системам ООО «Нироком». С тормозными системами профессионально работает с 2021 года, в «Нирокоме» — с 2023 года. Страница автора — на сайте powerstop.com.ru.