По мере развития автомобилей, колесные тормоза (барабанные, которые будут описываться в следующей Главе) приводились в действие тягой или тросиком, или их комбинацией. Этого обычно было достаточно для веса автомобиля и относительно низкой скорости, которую он был способен развить. Это работало, но тросики и тяги быстро изнашивались и были слабыми звеньями в цепи тормозной системы.
В конце 20-х и начале 30-х годов большинство автомобилей было оборудовано гидравлическим приводом тормозов. Это сильно увеличило надежность торможения и безопасность. Внедрение механических усилителей в тормозную систему сделало вождение намного менее утомительным.
Почему в тормозной системе используется жидкость?
По трем причинам:
- Жидкости не сжимаются
- Жидкости могут передавать движение
- Жидкости могут передавать, а также увеличивать или уменьшать силу
Это свойство было обнаружено намного раньше появления первого автомобиля (в 1647 году) французским философом и математиком по имени Паскаль (1623-1662). Он определил, что в заключенной в некоторый объем жидкости приложенное извне давление передается одинаково во всех направлениях. В неподвижной жидкости сила передается со скоростью звука по всей жидкости, и действует равномерно на все поверхности (см. иллюстрацию). Конечно все это является следствием того, что жидкости не могут быть сжаты.
1.1. Закон Паскаля гласит, что «давление, приложенное к заключенной в некоторый объем жидкости, передается не измененным». В этом примере, сила 20 кг была приложена к поршню, площадь сечения которого равна одному квадратному сантиметру; Заметьте, что каждый манометр регистрирует давление 20 кт/см², независимо от размера, формы или местоположения его камеры.
Благодаря этому закону физики жидкости также могут передавать движение. Если в гидравлическом цилиндре поршень передвинуть на некоторое расстояние, поршень в другом гидравлическом цилиндре равного размера, соединенный трубкой с первым, передвинется на такое же расстояние (см. иллюстрацию).
1.2. Поршень в гидравлической камере слева был перемещен на два сантиметра - поршень в цилиндре справа переместился на такое же расстояние. Поршни имеют одинаковую площадь сечения, и переданная сила также будет одинаковой.
При помощи поршней различного размера в тормозной гидросистеме, жидкости могут увеличивать или уменьшать силу. Если к гидравлическому цилиндру с сечением в 1 см² прилагается сила в 100 кг, будет создано давление в 100 кг/см². Это давление будет присутствовать во всей системе. Если этот цилиндр связан трубкой с другим цилиндром с поршнем, имеющим площадь поверхности 20 см², давление в 100 кг/см² будет приложено на каждый квадратный сантиметр большего поршня. Усиление в данном случае будет равно двадцати, и к поршню будет приложена сила в 2000 кг (см. иллюстрацию). Поэтому, сила в 100 т фактически может поднимать или перемещать 2000 кг! Если эту гидросистему использовать наоборот, механическое усилие будет соответственно уменьшено.
1.3. Пример гидравлического усиления: приложенное к поршню слева (площадь сечения 1 см²) усилие в 100 кг увеличится до 2000 кг в поршне справа (площадь сечения 20 см²)
Работа гидравлического тормоза во всех автомашинах основана на этих принципах. Когда водитель автомобиля давит на тормозную педаль, сила, приложенная к главному цилиндру, преобразуется в давление в системе и распространяется через тормозные трубки к рабочим тормозным цилиндрам и-или тормозным суппортам. Тормозные колодки прижимаются к барабанам или дискам, создавая трение, которое преобразует кинетическую энергию перемещающегося автомобиля в тепло и замедляет автомобиль.
Составляющие современную тормозную гидросистему компоненты лишь незначительно отличаются от показанных на иллюстрациях.