Тормозные системы: инновации безопасности

Для удовлетворения перспективных потребностей автоматизированного вождения и электрификации, а также безусловной безопасности дорожного движения тормозные системы современных транспортных средств становятся все более интеллектуальными. О самых свежих новациях в этой области и состоянии рынка читайте в нашей публикации.

В настоящее время происходит переосмысление концепции мобильности. Оно стимулируется глобальными мегатенденциями: из-за электрификации трансмиссии и растущих возможностей автоматизированного вождения сильно меняется конструкция автомобиля. Цифровизация и функции подключения коренным образом трансформируют архитектуру (особенно ее электрическую и электронную составляющую) транспортных средств, которая все чаще основывается на программном обеспечении – потому что именно программное обеспечение в будущем будет определять характер автомобилей и впечатления от вождения! По сути, биты заменяют лошадиные силы. Приложения и сервисы превращают автомобиль в увлекательный девайс, который неуклонно становится безопаснее и комфортнее.

Что все это значит для тормозов? Изменения – и, частично, радикальные изменения в долгосрочной перспективе! Оглядываясь назад, мы понимаем, что тормозные системы всю их историю в основном представляли собой механические системы с вакуумными усилителями и гидравлической передачей мощности от педали тормоза к колесному тормозу (включая создание давления, клапаны, магистрали, тормозные суппорты и барабанные системы). При этом электронные системы безопасности, такие как ABS и ESР, гарантируют, что тормоза активно способствуют безопасности вождения в пограничных ситуациях даже без вмешательства водителя. 

На сегодняшний день этого уже мало. Время требует, чтобы тормоза не просто хорошо тормозили, но и повышали эффективность автомобиля – другими словами, предотвращали выбросы CO2 – и, в будущем, снижали выбросы твердых частиц при фрикционном торможении. Разрабатываемые в этой связи решения мы и хотим представить вашему вниманию. А после перейдем к рыночной ситуации в мире и России.

Торможение должно стать чище

Компания Trumpf разработала лазерный процесс, который уменьшает истирание тормозных дисков и выбросы мелкой пыли. Высокоскоростное лазерное напыление металла – это технология аддитивного производства, использующая лазеры для ремонта и нанесения покрытий. Примечательно, что компания уже сотрудничает с известными автомобильными производителями и поставщиками, чтобы протестировать его внедрение в массовом производстве.

Как известно, около 50% выбросов твердых частиц в результате дорожного движения происходит из-за износа тормозов, шин, сцеплений и дорожного покрытия, причем тормозная пыль составляет почти половину этого количества. Тормозные диски с покрытием, созданным высокоскоростным лазерным напылением металла, выделяют значительно меньше твердых частиц по сравнению с традиционными тормозными дисками.

Помимо снижения выбросов мелкодисперсной пыли, лазерный процесс также минимизирует износ. Благодаря этой новой технологии замена тормозных дисков, которая обычно требуется после 50–70 тыс. км пробега, может стать менее частой.

Принцип лазерной наплавки позволяет формировать слои без пор и трещин за счет сложного взаимодействия между лазером и металлическим порошком. Эффективность процесса заключается в расходе порошка и энергии, что позволяет производителям тормозов наносить покрытие быстрее и более продуктивно использовать энергию для формирования слоя. Новаторский процесс уже получил несколько наград, в том числе премию Бертольда Лейбингера за инновации.

Гибридное решение

Ferodo внедрила инновационный гибридный фрикционный материал без содержания меди, который удовлетворяет требования к эффективности торможения транспортных средств, оснащенных как двигателями внутреннего сгорания, так и электроприводом. Он сочетает в себе преимущества низкоуглеродистых (LS) и неасбестоорганических (NAO) композитов в единой концепции тормозных колодок. Его производство налажено на заводе компании в Чунцине (Китай), откуда он будет поставляться по всему миру. Первоначально для использования в тормозных системах автомобилей премиум-класса. Несколько проектов сейчас находятся на стадии тестирования и оценки в Европе.

Материалы LS обеспечивают эффективность торможения при высоких температурах и обладают уникальной способностью сокращать коррозию дисков. Материалы NAO обеспечивают хорошие показатели NVH (Noise, Vibration, Harshness) и низкое загрязнение тормозной пылью.

Ожидается, что гибридный композитный материал Ferodo, разработанный с учетом различных требований рынка, особенно хорошо подходит для растущей линейки электромобилей. Ведь в то время, как тормозная система транспортных средств с ДВС для обеспечения надлежащего замедления и сокращения тормозного пути работает по классической схеме, аккумуляторные электромобили, гибридные автомобили и подключаемые гибриды в основном тормозят за счет рекуперации с использованием электродвигателя.

Это значит, что тормозная система часто бездействует, а недостаточное использование тормозов приводит к коррозии тормозного диска. Образующуюся ржавчину надо постоянно удалять, в противном случае тормозная система потеряет полагающуюся эффективность. Что чревато самыми неприятными, вплоть до трагических, последствиями в экстренных ситуациях. С другой стороны, тормоза должны обеспечивать достаточную силу трения для достижения наиболее короткого тормозного пути. Новый фрикционный материал от Ferodo призван реализовать обе эти функции.

Космические технологии

20 лет с момента появления карбон-керамических тормозных систем они выпускались без существенных изменений, пока в 2022 г. компания Orbis Brakes в партнерстве с NASA не создала линейку дисковых тормозов Periodic Wave. Эти тормоза используют усовершенствованную аэродинамику для обеспечения лучшего охлаждения поверхности, увеличения пробега автомобиля и топливной экономичности, а также снижения негативных последствий опасного/экстренного торможения.

Легкие, более «холодные» и более эффективные тормоза Orbis призваны дать то, чего не смогли добиться на рынке карбон-керамические тормоза: производительность системы гоночного болида по потребительским ценам. Первый продукт линейки NextWave представляет собой инновационный сверхлегкий тормозной диск и тормозные колодки по среднерыночным ценам. EcoWave – это высокопроизводительный тормозной диск и колодки в экологическом контексте по ценам начального уровня. LightWave – более легкий, «холодный» и высокопроизводительный тормозной диск, моноблочный суппорт и вентилируемая колодка. Еще планируется CarbonWave – первое в мире цельное колесо и тормоз, обеспечивающие, по утверждению разработчиков, самую низкую неподрессоренную массу в отрасли.

Новаторские тормоза Orbis Brakes весят в среднем на 50% меньше, чем обычные чугунные тормоза, что вдвое сокращает затраты энергии на их изготовление и снижает потребление углерода по всей цепочке поставок. Изготовленные из 100% перерабатываемого железа, уникальные Periodic Wave также значительно сокращают выбросы твердых частиц от тормозов, шин и дорожного покрытия, которые считаются экспоненциально более токсичными, чем выбросы из выхлопных труб, и, как ожидается, станут серьезной экологической проблемой в ближайшие годы.

Отраслевые аналитики ожидают, что основной аудиторией новой линейки станут владельцы высокопроизводительных и коммерческих автомобилей, а также быстро растущее число владельцев электромобилей, которые ищут продукты вторичного рынка, обладающие высокой эффективностью и низким уровнем выбросов.

Новый тип

Мы привыкли к тому, что тормоза на современных автомобилях могут быть либо дисковыми, либо барабанными. Не так давно появился новый тип – сферические. Их изобрела компания SBD (Sphere Brake Defense) для тяжелой и специальной техники, а весной этого года представила свое детище на GM 2500: в партнерстве с Penn State Erie – студентами старших курсов инженерного факультета колледжа Беренд – при минимальных инвестициях запатентованные сферические тормоза были успешно применены к пассажирскому автомобилю и продемонстрированы на ежегодной конференции.

В течение учебного года команда учащихся при поддержке FARO Technologies выполнила чертежи для изготовления полномасштабных 3D-печатных прототипов, позволяющих перейти к производству жизнеспособных продуктов. Первый в мире прототип MVP SB Kit, устанавливаемый на пикап GM 2500 с креплением на болтах, является единственным тормозом, который не требует снятия колеса или инструментов для замены тормозных колодок, при этом весит на 18% меньше и обеспечивает вдвое большую эффективность, чем требуется для ТС этой конкретной весовой категории. 

Сферический тормоз использует механическое, гидравлическое или пневматическое давление для прижатия полусферических тормозных колодок к сферической тормозной поверхности. Это обеспечивает большую мощность при меньшем диаметре по сравнению с дисковыми и барабанными тормозными системами. В настоящее время для обслуживания тормозов на наземных и воздушных транспортных средствах требуется комплект инструментов и достаточно продолжительное время. По утверждению создателей, применение сферического тормоза сокращает этот процесс всего до 20 минут и одного инструмента – руки мастера. 

Мировой рынок

От инноваций давайте перейдем к экономической ситуации. По оценке Reportlinker, основными игроками на рынке компонентов автомобильных тормозных систем сегодня являются Advics, Aisin Seiki, Akebono Brake Industry, Bosch, Brembo, Continental, Delphi Technologies, Denso, Disc Brakes Australia (DBA), Haldex, Halla Mando, Hitachi Automotive Systems, Knorr-Bremse, Nissin Kogyo, TVS Brake Linings и ZF (в алфавитном порядке).

Future Market Insights ожидает, что этот рынок продемонстрирует рост в течение предстоящих десяти лет, с 2022 г. по 2032 г., обеспечив стабильный совокупный годовой темп роста (CAGR) в 4,7%. Тем самым его объем увеличится с 66 млрд долл. в 2022 г. до 105 млрд долл. к 2032 г.

Данная тенденция объясняется увеличением числа правительственных инициатив в различных странах, направленных на привлечение внимания автовладельцев к безопасности транспортных средств. Властные структуры либо повышают осведомленность в вопросах безопасности, либо обеспечивают соблюдение строгого законодательства.

Широкое распространение гибридных автомобилей класса люкс наряду с растущим использованием дисковых тормозов в коммерческих автомобилях способствует расширению рынка автомобильных тормозных систем и комплектующих. На его долю приходится примерно от 12 до 15% мирового рынка автомобильных запчастей и комплектующих.

Market.us выделяет несколько факторов, оказывающих влияние на рынок автомобильных тормозных систем и комплектующих. Ключевыми являются:

• растущий спрос на автомобильные системы безопасности: в связи с увеличением дорожно-транспортных происшествий во всем мире растет спрос на такие средства безопасности, как антиблокировочная тормозная система (ABS), электронный контроль устойчивости, контроль тяги, электронное стабилизирующее устройство, датчики давления в шинах и подушки безопасности. Люди все больше беспокоятся (не без причины) о том, на каких автомобилях они ездят: насколько они уязвимы и какими системами безопасности оснащены;
• совершенствование технологий для обеспечения безопасности: производители автомобилей постоянно разрабатывают и совершенствуют продукты, гарантирующие безопасное и комфортное вождение. Игроки стремятся создавать более безопасные автомобили, модернизируя такие технологии, как электронный контроль устойчивости и антиблокировочная тормозная система. Развитие автомобильных тормозных систем потенциально обусловлено технологическими улучшениями в функциях безопасности транспортных средств;
• высокие затраты на установку и обслуживание: рынок антиблокировочных тормозных систем потенциально ограничен из-за дороговизны производства и обслуживания их компонентов. В среднем установка ABS обходится примерно в 2000 долларов. Электронный модуль управления ABS стоит от 1000 до 5000 долларов; 
•  правительственные правила, требующие использования сложных устройств экстренного торможения: более 40 стран подписали Постановление Организации Объединенных Наций, требующее применения усовершенствованных систем экстренного торможения (AEBS) в автомобилях. Правило 131 ЕЭК ООН требует наличия системы, которая может автоматически обнаруживать потенциальное лобовое столкновение и активировать тормозную систему транспортного средства для его замедления с целью предотвращения или смягчения столкновения. По правилу 152 ЕЭК ООН замедление может составлять 5 метров в секунду. Согласно Регламенту №152-00, в ЕС все новые модели должны включать эту функцию безопасности и проходить испытания производителями на установленных документом скоростях с мая 2022 г., а все новые транспортные средства – с 2024 г. 

А что у нас…

Сегмент компонентов тормозной системы российского вторичного рынка автозапчастей испытал на себе то же, что и рынок в целом. Официальные поставки всех производителей из стран ЕС, США, Канады и отчасти Японии прекращены. Еще держатся корейские бренды (хотя в свете последних решений южнокорейского правительства неизвестно, надолго ли их хватит). Конечно же, пышным цветом благоухают (в прямом и переносном смысле) поставки китайской продукции, и в том числе разнообразных СТМ (собственные торговые марки) российских оптовиков и трейдинговых объединений.

Однозначно их характеризовать и тем более рекомендовать довольно сложно, поскольку вендеры в силу изменений конъюнктуры, ценовой политики, логистических связей и огромной массы других причин регулярно меняют производителей. Отчасти это, безусловно, способствует повышению качества продукции, но может иметь и неприятные последствия, связанные не только с повышением стоимости, но и с ухудшением того самого качества.  

В некотором смысле это по-прежнему лотерея, поскольку четкий контроль производственных процессов и выходящей продукции, насколько известно, ведут лишь несколько компаний. Все же остальные просто размещают заказ на востребованную номенклатуру, исходя из собственных представлений о сбалансированности предложения и финальной цены.

Впрочем, поклонники традиционных брендов, не желающие идти на компромиссы, по-прежнему могут приобретать запчасти любимых ими марок – поток неофициального/частного импорта, непонятно почему именуемого сейчас «параллельным», обеспечивает присутствие на рынке этой продукции. И даже «оригинала». Правда, ее стоимость возросла. Хотя четко назвать порядок удорожания невозможно ввиду его чрезвычайно сильной дискретности. Так, например, колодки Mintex на KIA Rio/Hyundai Solaris, которые в 2021 г. стоили в среднем 1300 руб., теперь обойдутся автовладельцу в 2900 руб. То есть в 2,2 раза дороже. А вот стоимость тормозного диска Textar для тех же моделей автомобилей возросла с 3800 руб. лишь до 4300 руб. – только на 13%. Подобная рассогласованность наблюдается по сотням, если не тысячам ассортиментных позиций.

Поэтому установить единое медианное значение в принципе невозможно. А значит, в каждом конкретном случае придется отталкиваться от конкретного рыночного предложения, существующего в данный, опять же конкретный момент времени. Естественно, это чрезвычайно усложняет работу закупочных подразделений и заставляет их с удвоенным вниманием относиться к планированию и наполнению складов. Клиентской службе также головная боль прибавилась, ведь это им приходится объяснять автовладельцам, по давней русской традиции – особенно недоверчивым в отношении СТО, подобные перекосы в подорожании и ценообразовании.

Однако с этим придется смириться и настроиться на непростые диалоги, потому что в ближайшей перспективе ситуация вряд ли изменится. Более того, наметившееся весной ослабление курса рубля только усугубит ее развитие по совершенно непредсказуемым сценариям.