Кто придумал тормоза и какие необычные конструкции у них были

«Тот, кто изобрёл колесо, был гениален, как Эйнштейн!» — говорит герой Иннокентия Смоктуновского в фильме «Девять дней одного года». Перефразируя Смоктуновского, можно сказать, что изобретатель тормозов был гениальнее. Хотя, наверняка, им двигал инстинкт самосохранения: разогнаться-то разгонишься, а дальше что? 

После публикации заметки о «Зелёном козлике» ГАЗ-69 неожиданно выяснилось, что многие не знают, что грузовики ГАЗ-51 с 1946 по 1955 год использовали в стояночной тормозной системе дисковый механизм. Звучит фантастично, если учесть, что большинство легковых автомобилей мира в ту пору даже и не мечтало о дисках. Возникла мысль рассказать об истории дисковых тормозов. Однако модератор предложил провести среди читателей ликбез по тормозам всех типов. Непростая задачка, если учесть, что тормоза появились сразу после изобретения колеса, а, может, даже и раньше.

Увы, на шумерских барельефах и фресках древних египтян повозки изображены без каких-либо приспособлений, что можно было принять за тормоз. Не видать тормозов и у римских биг, триг и квадриг. Хотя таким тормозом вполне мог служить гибкий шест, которым возница упирался в дорогу, как рычагом.

Вот и историки колёсного транспорта обходят тему тормозов, предпочитая воздавать хвалу колесу. Возможно, они и правы. Посмотрите на обычную деревенскую телегу: где тормоза? Нету! Правильно, тормозной системой выступают возница, вожжи и лошадь. Вполне работоспособная, надо сказать, система. Но если груз многократно превышает возможности лошади, возникают проблемы. За примером снова адресую читателя к хорошему кино: «Горячий снег» режиссёра Гавриила Егиазарова, «Мосфильм», 1972 год. В одном из эпизодов по команде «Сдерживай!» артиллеристы разбирают лямки и пытаются притормаживать конную упряжку с 76,2‑мм дивизионной пушкой ЗИС-3 и снарядным передком (общая масса 1850 кг) на крутом спуске. Ожидаемо всё заканчивается поломанными ногами лошадей.

А был ли тормоз?

Неблагодарная какая-то судьба складывается у тормозов. Может и впрямь, тормоза придумали трусы? В одной книге недавно всерьёз написали, будто первый в мире автомобиль — паровая телега Кюньо — попал в аварию из-за отсутствия тормозов! То есть, французский военный инженер Николя-Жозеф Кюньо, сконструировавший это техническое чудо, оказался настолько беспечен, что забыл про тормоза?!

Мне довелось фотографировать паровую телегу Кюньо в парижской Консерватории искусств и ремёсел, где она хранится с 1771 года. А на Парижском автосалоне 2010 года посчастливилось даже посидеть за рулём (штурвалом) точной копии этой chariot à feu, «огнедышащей колесницы», построенной студентами Arts et Métiers ParisTech в рамках курсовой работы. У телеги Кюньо, помимо штурвала и целого леса тяг, имеется внушительная педаль — привод колодочного тормоза. Он действовал на переднее, ведущее и управляемое колесо (телега Кюньо была не просто первым в мире самодвижущимся моторным экипажем, первым военным автомобилем, но и первым переднеприводным автомобилем!). Тормоз был несовершенен, поскольку давил на опорную поверхность колеса, и делать это мог только, когда колесо стояло прямо. Впрочем, телега развивала не более 9 км/ч, а на поворотах и того меньше.

Кроме того, в телеге Кюньо предусмотрена возможность торможения двигателем, то есть, без блокировки ведущего колеса. Из цилиндров выпускался пар, поршни превращались в замедлитель.

Так почему при всех тормозах телегу Кюньо угораздило стать ещё и виновницей первого в мире ДТП? Она проломила стену, а подвешенный спереди паровой котёл сорвался с ухвата и якобы взорвался «с грохотом на весь Париж». 

Историю про аварию пересказывал не только известный российский популяризатор автомобиля Юрий Аронович Долматовский, но даже и куратор парижской Консерватории искусств и ремёсел. Однако, в наши дни сей факт подвергают сомнению. Дело в том, что об аварии впервые заговорили только спустя многие годы, точнее — в 1867 году, благодаря историку Луи Фижье (Louis Figuer). А документов XVIII века — никаких. Есть подозрение, что вся история — выдумка и является результатом конфликта музеев. Один брал телегу Кюньо на время и вернул в Консерваторию повреждённой. Тогда и придумали байку о наезде на стену.

Нам — по барабану!

Итак, эволюцию автомобильных тормозных механизмов вкратце можно схематизировать следующим образом: колодочные, по типу конных экипажей — ленточные (бандажные) — барабанные с механическим приводом — барабанные с гидравлическим (или пневматическим) приводом — барабанные с гидравлическим приводом и усилителем — дисковые с гидравлическим приводом и усилителем — дисковые с электронными системами управления. Кажется, ничего не упущено. Однако, действительность всегда интереснее (и неожиданнее) самой продуманной схемы.

Так, самые известные патенты на барабанный и на дисковый автомобильные тормоза были выданы почти одновременно. Первый, за номером FR 321433A, с приоритетом от 27 мая 1902 года, получил Луи Рено. Второй, GB 190226407A, с приоритетом от 1 декабря 1902 года — Фредерик Ланчестер. Пройдёт ещё лет десять, прежде чем барабанные тормоза укоренятся на автомобилях. А дисковым пришлось ждать ещё полвека. А вот архаичные (на первый взгляд) ленточные тормоза использовались на американских легковых машинах вплоть до 1929 года. А у нас — до середины 1950‑х на задних колёсах ГАЗ-АА, ГАЗ-ММ и их производных. 

Строго говоря, барабаны (французcкая выдумка, они так их и называют, freins à tambour) являются частью и тормозных механизмов ленточного типа. Но больше всего путаницы с сапожным термином «колодка» (анатомический, «щёки», не прижился даже в России). Колодочные, барабанные, дисковые — во всех этих механизмах колодки присутствуют. Более того, в 1920‑е годы даже бандаж в ленточных тормозах называли «гибкой колодкой». На колодки наклёпывают (приклеивают) накладки из фрикционного материала. У конных экипажей деревянную колодку (она же — башмак) обтягивали кожей, автомобилям потребовались более стойкие материалы. Марка Raybestos, возможно, читателю ни о чём и не скажет, а вот слово «Феродо» автомобилисты с опытом наверняка помнят — равно как и многолетнюю кампанию против асбестосодержащих материалов. Опять же, в памяти автомобилистов постарше навсегда засел истошный визг «егорьевских» колодок — продукции Егорьевского завода автотехнических изделий ЕзАТИ, в недалёком прошлом основного поставщика «АвтоВАЗа». Интересно, что тормозные накладки на основе асбестовых волокон англичанин Герберт Фруд запатентовал тоже в 1902 году.

Если говорить о дисковых тормозных механизмах легковых автомобилей, следует загибать пальцы в следующем порядке. Crosley Hot Spot 1949 года — американский вариант инвалидки-«моргуновки», с тормозами системы Goodyear/Hawley на всех 4‑х колёсах. Как едко шутили, особой популярностью пользовалась услуга по замене их на барабанные. Далее, две модели Chrysler, Town & Country и Crown Imperial, начиная с 1950 модельного года, с 4‑мя устанавливаемыми на заказ дисковыми тормозами системы Ausco-Lambert. Гоночно-спортивный Jaguar C-Type с передними тормозами системы Dunlop, триумфатор «24 часов Ле Мана» в 1953 году. Ещё одна парочка, от Citroen, ID19 и DS19 — дебютировавшие осенью 1955 года первые массовые автомобили с передними дисковыми тормозами. Наконец, британский Austin-Healey 100S, и тоже 1955 года, изящный родстер с дисковыми тормозами Dunlop на всех колёсах.

Отечественный «шорт-лист» (правда, применительно к стояночным тормозам грузовиков) будет выглядеть следующим образом: ЗИС-6, ГАЗ-ААА, ГАЗ-51 и БТР-40, ЗИС-150, ЗИС-151, ЗИЛ-164, ЗИЛ-157, БТР-152. А вот на спортивном ЗИЛ-112С, вопреки расхожему мнению, изначально стояли не дисковые, а барабанные тормоза. А чтобы массово применять рабочие дисковые механизмы на отечественных легковых автомобилях, пришлось покупать лицензию у британской фирмы Girling https://5koleso.ru/articles/istoriya-avto-brendov/chyornyj-den-gaza-kogda-u-gaz-3102‑volga-sdali-tormoza/. Первым же отечественным (мелко) серийным легковым автомобилем с дисковыми тормозами всех колёс в 1992 году стал ГАЗ-3105 «Волга».

Многие удивятся, услышав, что вентилируемые дисковые тормоза (для девочек поясняю — это те, что с дырочками) впервые были запатентованы… в 1929 году!

О приоритете использования тех или иных конструкций трудно с ходу ответить однозначно. Взять тот же дисковый тормоз. В 1898 году американец Элмер Амброз Сперри установил дисковые рабочие механизмы на переднюю ось своего электромобиля (патент US 645903A, приоритет от 16 сентября 1899 года). Тормоза Сперри, к тому же, были с электромагнитным приводом — то, к чему только начинает двигаться автомобилестроение в XXI веке (электромеханический «ручник» не в счёт). В 1901 году Вильгельм Майбах применил барабанные рабочие тормоза на первом «Мерседесе». Применил и отказался, а лавры достались Рено.

А каких только схем не опробовали! Рабочий тормоз Ford Model T был ленточный и действовал на трансмиссию, а барабаны на задних колёсах использовались только как стояночный механизм. Старина-Генри был жутко консервативен: его компания последней в США перешла на гидравлический привод тормозов, в 1939 году. В Европе в это время доминировали гидравлические механизмы ATE-Lockheed, хотя тросовый механический привод тормозов ещё можно было встретить, например, на некоторых моделях DKW или Tatra. Rolls-Royce лишь в 1946 году, на модели Silver Wraith отважился на гидравлические тормоза (и то, только на передние).

Учебник физики, 7‑й класс

Эффективность — вот что всегда требовалось от тормозов. У многих тогдашних машин ножной (рабочий) тормоз действовал на барабан, установленный на хвостовике ведомого вала коробки передач (или барабаны, установленные позади дифференциала в случае с цепной главной передачей). Такая конструкция, с рычажным приводом от педали, работала наиболее надёжно. Главное же, она помогала избежать того, что французы называли dérapage — заноса из-за неравномерного прижатия в тормозных механизмах. На задних колёсах безо всякого риска устанавливали стояночные тормоза с ручным тросовым приводом. Под ногами у шофёра произрастала целая грибница из педалей: четыре, пять, а то и шесть! В январе 1909 года австро-венгерский журнал Allgemeine Automobil-Zeitung поместил сатирическую статью «Педалемания» как инструкцию по игре на «тормозном клавире».

По конструктивным соображениям передних тормозов не было вовсе. Как обеспечить привод тормозов (в особенности — ленточных) на управляемых колесах, ещё не придумали. И вот, в 1906 году в британской фирме Allen-Liversidge догадались. Фишка заключалась ещё и в том, что дооборудовать передними тормозами можно было практически любой автомобиль. Чем в ноябре 1909 года воспользовалась, например, манчестерская Crossley motors. В тот же год тормоза всех колёс начал устанавливать итальянский завод Societa Anonima Fabbrica di Automobili Isotta-Fraschini. 

Наиболее работоспособную тормозную систему всех четырёх колёс создали Анри Перро и Джон Мередит Рубьюри. Они представляли шотландский автомобильный завод Argylls, Ltd. Девятого февраля 1911 года изобретателям выдали патент GB 191006807A. 

В дальнейшем Перро придумал ещё одну хитрую штуку: инерционный усилитель барабанного тормоза. Увеличение тормозящего эффекта достигалось благодаря… инерции самого автомобиля. Перро связал шарнирно обе колодки, так что когда одна прижималась к поверхности барабана, возникающая сила трения передавалась на вторую и тем самым усиливала её нажатие. Помимо Перро, патентовали «самозатормаживающиеся» тормоза Эдвин Фленингэн, Льюис Хак, Альберт Генри Годфри Гирлинг и другие. Действующие по такому принципу сервотормозы получат, в частности, ЗИС-5, ЗИС-110 и ГАЗ-67. 

Патент на сервотормоз выкупил у Перро американец Винсент Бендикс. Тормоза «Бендикс-Перро» получили уже три колодки, захватывавшие поверхность барабана на 335 градусов — почти как в ленточных тормозах.

Хотя четыре колеса тормозили эффективнее двух, автомобильные заводы не спешили перенимать опыт. В 1919 году тормоза всех колёс внедрила Hispano-Suiza, в 1922‑м — Fiat (на ряд моделей передние тормоза можно было установить за дополнительную плату). Луи Рено (казалось бы!) последовал примеру только в 1923 году и то — на самой дорогой модели 40 CV. Почти одновременно Rolls-Royce предложил «six-brake system», включающую в себя не только тормоза на всех колёсах (4 рабочих с ножным приводом и 2 стояночных с ручным), но и первый усилитель или, как тогда говорили, серво-механизм.

Его создал Артур Джон Роулидж, переманенный из загибающейся британской фирмы роскошных авто Napier и получивший громкий титул первого заместителя Фредерика Генри Ройса (в будущем Роулидж станет одним из авторов легендарного авиамотора Rolls-Royce Merlin). Роулидж предложил простейшее двухдисковое сцепление, где ведущий диск приводился от коробки передач, а ведомый был связан рычагами с тормозными тягами. Как только шофёр нажимал на педаль тормоза, диски соприкасались. Чем сильнее шофёр давил на педаль, тем больше сжимались диски и через рычаги сообщали тормозным тягам дополнительное усилие. Идея Роулиджа заключалась в том, чтобы тормозное усилие было пропорционально оборотам трансмиссии (и, соответственно, скорости автомобиля).

Похожий принцип применялся в Renault 40 CV и в Hispano-Suiza H6B.

В 1924 году на Амстердамском автосалоне примерно 40 % автомобилей имели тормоза на всех колёсах. Среди них был и Chrysler Model 70. В Америке он произвёл сенсацию, став первой массовой моделью среднего класса, оснащённой тормозами с гидравлическим приводом. Хотя рабочие механизмы были всё ещё ленточными.

Сам гидропривод тормозов к тому времени не был откровением — его успели запатентовать (и применить) для велосипедов и для тягачей. Убедительнее других оказался американский авиаконструктор Малькольм Лохед в 1917 году. Идея оказалась настолько свежа, что Лохед получил чуть ли не семь десятков патентов на устройство в целом и отдельные его части.

Первым автомобилем с такими тормозами стал Duesenberg Model A, представленный на Нью-Йоркском автосалоне в октябре 1920 года. Лохед основал фирму Four Wheel Hydraulic Brake Co., а также переделал свою фамилию (Loughead) на более благозвучную Локхид. Заодно фамилию поменял и его младший брат Алан. Сегодня нам известна основанная братьями аэрокосмическая корпорация Lockheed, тогда как следы фирмы Lockheed Hydraulic Brake Co. старшего брата растворились в череде поглощений и преобразований.

Вакуумный усилитель гидравлических тормозов стал следующим шагом. В 1928‑м на автомобилях Pierce-Arrow появился усилитель системы Bragg-Kliesrath. Калеб Брэгг и Виктор Клайсрат работали на фирму Bendix Corporation Винсента Бендикса, разбогатевшего на лицензионном производстве тормозов Перро. На Cadillac, Duesenberg, Lincoln, устанавливали конкурирующую систему Westinghouse (под этой маркой были также широко распространены пневматические тормоза для поездов и грузовиков).

Спустя два года Бендикс завладел и активами Westinghouse. Могущественная империя Bendix-Westinghouse Automotive Air Brake Company захватила почти весь американский рынок гидравлических тормозов. В Европе самым опасным соперником изделий Bendix была система Bosch-Dewandre, сконструированная бельгийским инженером Альбером Девандром.

В СССР вакуумным усилителем такого типа начали оснащать механические тормоза типа Bendix грузовиков ЯГ-6, ЯГ-10, ЗИС-6, автобусов ЗИС-16 и лимузинов ЗИС-101. С началом ленд-лиза в лексиконе советских шофёров укоренилось слово «гидровак», хотя Hydrovac — всего лишь торговая марка Bendix Corporation, под которой предлагались вакуумные усилители гидравлического привода тормозов. Не путайте их с гидровакуумными усилителями — это отдельная конструкция, появившаяся уже после войны.