100 лет чистого стекла: как компания Bosch превратила стеклоочиститель в высокотехнологичную систему

Стеклоочиститель – вроде бы простая, но на самом деле довольно интересная автомобильная деталь. Внешне он почти не изменился за многие десятилетия: рычаг, щетка, резиновая кромка, скользящая по стеклу. Водителю не нужно знать, как он работает, – достаточно включить стеклоочистители и видеть дорогу.

Но как только начинается ливень, становится понятно, насколько многое зависит от этой простой конструкции. Щетка должна одинаково хорошо работать у края стекла и в центре, не терять контакт на скорости, не оставлять воду перед глазами, не скрипеть и выдерживать самые разные температуры. В современном автомобиле к этому списку добавилось еще одно требование: не закрывать грязью поле обзора камер и датчиков.

За сто лет Bosch пришлось решать эти проблемы одну за другой, и многие вещи, которые сегодня воспринимаются как само собой разумеющиеся, когда-то были отдельными техническими новинками.

Все началось с небольшого электродвигателя

На ранних автомобилях стеклоочистители были совсем не такими удобными, как сегодня. Водителю приходилось приводить механизм в действие вручную, что во время дождя было не самым удачным сочетанием с управлением автомобилем.

Специальная ручка (красного цвета) приводила в движение механизм стеклоочистителя / Иллюстрация Bosch

В 1926 году Bosch предложил электрический вариант. Небольшой мотор получал питание от автомобиля и приводил щетку в движение по лобовому стеклу.

Водителю оставалось управлять системой, а не постоянно махать рукой перед собой, стараясь при этом не терять дорогу из поля зрения. Поэтому Bosch не без оснований считает появление электрического стеклоочистителя важным этапом развития безопасности дорожного движения.

Сам электродвигатель, однако, был лишь частью проблемы. Щетку нужно было правильно прижать к стеклу, причем усилие должно было быть достаточным для очистки, но не настолько большим, чтобы двигатель работал с излишней нагрузкой. Добавьте сюда резину, которая должна оставаться эластичной и нормально контактировать со стеклом, и получаем уже не такую простую конструкцию, как может показаться на первый взгляд.

К тому же автомобиль не стоит на месте, а его лобовое стекло не всегда идеально плоское. Щетка постоянно меняет угол, проходя по разным участкам стекла, поэтому инженерам нужно было обеспечить равномерную очистку по всей длине. Для 1926 года это была вполне серьезная техническая задача.

На плоском стекле щетки работали неплохо. Но затем началась эра изогнутых стекол… / Фото Bosch

Чем быстрее становились автомобили, тем сложнее становились щетки

После появления электрического привода автомобили продолжали меняться, и стеклоочистителю пришлось меняться вместе с ними. Лобовые стекла стали шире, кузова – более обтекаемыми, а скорость движения возросла настолько, что воздушный поток начал заметно влиять на работу самой щетки.

На высокой скорости длинная щетка стремится оторваться от стекла, особенно ближе к середине. Если прижимного усилия недостаточно, часть воды просто остается на поверхности. Для водителя это означает, что перед глазами появляется полоса, из-за которой очень неудобно смотреть на дорогу.

Bosch начал использовать аэродинамику как часть конструкции стеклоочистителя. В 1986 году компания внедрила интегрированные спойлеры, которые увеличивали прижимную силу во время движения, а впоследствии этот принцип стал неотъемлемой частью современных плоских щеток.

Двойные щетки прижимались воздухом с помощью аэродинамических "крылышек" / Фото Bosch

Интересно, что в данном случае автомобильная инженерия пошла примерно тем же путем, что и кузов автомобиля: воздух сначала воспринимался как препятствие, а затем конструкторы научились использовать его свойства в своих интересах.

Результат работы инженеров измерялся тем, насколько хорошо щетка держится на стекле при высоких скоростях и интенсивном ливне.

Aerotwin изменил привычный облик стеклоочистителя

Если вспомнить старые автомобили, классическая щетка имела довольно сложную на вид конструкцию. Металлический каркас, несколько коромысел, шарниры, резиновая вставка, и каждый из этих элементов должен был правильно передавать усилие дальше по щетке.

Так механизм работал десятилетиями, однако с увеличением размеров лобовых стекол и требований к аэродинамике он стал выглядеть все менее логичным. Деталей много, а подвижные соединения должны оставаться исправными в течение всего срока службы.

В конце 1990-х Bosch начал разрабатывать другую конструкцию, которая впоследствии получила название Aerotwin. В 2001 году компания представила это решение как новое поколение плоских щеток: вместо отдельных коромысел здесь используются упругие стальные направляющие, проходящие вдоль щетки и помогающие равномерно распределять прижимное усилие. Для них Bosch использует сталь собственной разработки Evodium.

Современные модели Aerotwin лишены подвижных коромысел – здесь только гибкая основа и резинка / Фото Bosch

Внешне такая щетка выглядит гораздо проще, чем старый каркасный вариант, хотя за этой простотой стоит немало инженерной работы. Плоский профиль помогает щетке лучше взаимодействовать с воздушным потоком, а упругие направляющие позволяют поддерживать необходимый контакт со стеклом по всей длине.

Bosch отмечает, что Aerotwin стал одним из ключевых этапов развития плоских щеток, и сегодня такая конструкция широко используется в качестве оригинального оборудования на новых автомобилях. Подобрать Aerotwin для своего автомобиля можно на сайте Bosch.

Все это, однако, не умаляет важности главного элемента системы, с которым непосредственно соприкасается стекло, – резины.

Несколько миллиметров резины работают в самых тяжелых условиях

Резиновая кромка постоянно трется о поверхность, нагревается на солнце, замерзает зимой и контактирует не только с чистой водой, но и с песком, дорожной пылью, солью и другими загрязнениями. При этом она должна оставаться достаточно мягкой, чтобы нормально прилегать к стеклу, и в то же время быть достаточно износостойкой.

Поэтому современные стеклоочистители уже давно стали историей не только о механике, но и о материаловедении. Для стеклоочистителей Aerotwin компания Bosch использует технологию Power Protection Plus. Здесь сочетаются основа из мягкой резины, твердая рабочая кромка и полимерное защитное покрытие. Такя конструкция призвана уменьшать трение и шум, а также помогать защищать рабочую поверхность от износа.

Для водителя все это проявляется не в названии технологии, а в поведении щетки во время дождя. Она должна плавно скользить по стеклу, не оставлять после себя тонких полос и не начинать прыгать по поверхности, когда резинка уже утратила свои свойства.

Именно поэтому хорошую щетку оценивают не в момент установки, когда практически любая новая резина работает неплохо, а спустя месяцы использования, когда на нее уже повлияли мороз, солнце, пыль и десятки тысяч движений по стеклу.

Вместе со щеткой изменилось производство

Производство стеклоочистителей за десятилетия прошло путь от большого количества ручных операций до высокого уровня автоматизации. Современные производственные линии нужны не только для того, чтобы производить больше деталей за единицу времени, но и для того, чтобы получать максимально стабильный результат.

Для стеклоочистителя стабильность имеет особое значение, поскольку даже небольшие отклонения могут изменить характер его работы. Если один участок щетки прижимается сильнее, а другой – слабее, вода будет удаляться неравномерно. Если резиновый край имеет нестабильную геометрию, это тоже очень быстро проявится на мокром стекле.

В сухом состоянии такую разницу почти невозможно оценить. Но достаточно выехать на трассу под ливнем, и любой недостаток становится очевидным.

Автопроизводители подбирают для своих моделей стеклоочистители в ходе испытаний / Фото Mercedes-Benz

Электромобили добавили что-то еще – звук

С появлением электромобилей инженерам Bosch пришлось уделять больше внимания акустике. Ведь электрический силовой агрегат работает тише, чем двигатель внутреннего сгорания, поэтому звуки, которые раньше терялись где-то на заднем плане, теперь становятся более заметными. К ним относится и работа стеклоочистителя.

Владельцы современных электромобилей также предъявляют повышенные требования к плавности хода и уровню шума системы. Для щетки это означает меньше вибраций, более равномерное движение и отсутствие лишнего фонового шума во время работы.

Причем речь идет не только о приятных ощущениях в салоне. Если резина работает нестабильно или щетка начинает вибрировать на стекле, это одновременно ухудшает качество очистки. Так развитие электромобилей повлияло даже на такую, казалось бы, второстепенную деталь, как стеклоочиститель.

У стеклоочистителя появился собственный "мозг"

Механического привода со временем тоже стало недостаточно. В Bosch отмечают, что с 2001 года система получила микропроцессор, благодаря которому стало возможным не просто двигать щетки с определенной скоростью, а управлять их работой в соответствии с условиями движения. Одним из примеров производитель называет изменение скорости очистки в зависимости от скорости автомобиля.

Для водителя это выглядит почти незаметно. Щетки просто переходят в нужный режим, и мало кто задумывается, что за этим стоит программное управление.

Но именно на этом этапе стеклоочиститель начинает повторять общую историю автомобиля. Механические системы постепенно оснащаются электронными блоками, датчиками и программным обеспечением, а их работа все больше зависит от того, что происходит в других системах машины. Стеклоочиститель оказался в этом процессе вместе со всеми другими компонентами.

Теперь щетка очищает стекло для камер

В современном автомобиле за лобовым стеклом могут располагаться камеры, которые используют системы помощи водителю. Они следят за дорожной обстановкой, помогают распознавать разметку, знаки, автомобили и другие объекты. Но камера, в отличие от человека, не может просто протереть себе "глаза".

Если на участке стекла перед датчиком появляется вода, грязь или дорожная пленка, качество получаемого изображения может ухудшиться. Современные системы помощи водителю полагаются на чистое лобовое стекло, а загрязнение может влиять на их эффективность и работоспособность.

То есть сто лет назад стеклоочиститель создали для того, чтобы водитель лучше видел дорогу, а теперь он помогает поддерживать поле зрения еще и для электроники автомобиля.

Стеклоочиститель должен очищать стекло перед камерой или радаром / Фото Mercedes-Benz

Это хорошо вписывается в общую картину развития современных автомобилей, где все больше функций передается камерам, радарам и другой электронике. Например, 24 Канал уже рассказывал, как камеры, радары и ультразвуковые датчики работают в системах автоматической парковки.

Именно поэтому становится понятно, почему производители продолжают вкладывать средства в развитие такой, на первый взгляд, обычной детали.

Кстати, Bosch одновременно развивает и другие автомобильные системы, в которых программное обеспечение и датчики играют все более важную роль. Недавно "24 Канал" писал об AI-кокпите Bosch, который должен объединить работу электроники, данных с датчиков и голосового управления.

Для стеклоочистителей Aerotwin компания Bosch использует технологию Power Protection Plus / Фото Bosch

Bosch встраивает форсунки прямо в щетку

Еще одна разработка компании показывает, как далеко зашла эта эволюция. В системе Aerotwin J.E.T.-Blade для легковых и коммерческих автомобилей форсунки омывателя встроены непосредственно в щетку, поэтому жидкость подается на стекло перед резиновой кромкой именно в момент ее распыления. Bosch отмечает, что это уменьшает разбрызгивание и позволяет быстрее восстановить нормальную видимость.

На обычном автомобиле мы привыкли к другой схеме: форсунка расположена отдельно, распыляет жидкость на стекло, а щетка затем распределяет жидкость по поверхности. В J.E.T.-Blade эти два процесса фактически объединены в одном узле.

Для большого коммерческого транспорта это особенно имеет практический смысл, ведь грузовики работают долго и часто в условиях, когда лобовое стекло очень быстро загрязняется. К тому же Bosch поставляет систему с предустановленными адаптерами, что упрощает монтаж при обслуживании.

Изменится ли что-то в ближайшие годы

Вряд ли в следующие сто лет автомобили будут выглядеть так же, как сейчас. Это касается и стеклоочистителей. Резиновая часть вряд ли исчезнет завтра, но хорошая видимость будет нужна всегда. Автомобили продолжают переходить на электрические силовые установки, получают больше камер и систем автоматизации, а требования к комфорту и точности работы растут.

Другими словами, исчезновение двигателя внутреннего сгорания не означает отказ от старых автомобильных технологий. К части из них просто предъявляются новые требования. Стеклоочиститель должен работать тише, потреблять энергию эффективнее, лучше контактировать со стеклом и не мешать работе камер. А еще он должен нормально работать тогда, когда водителю или ассистирующим системам больше всего нужна хорошая видимость.

Прошло сто лет, а задача осталась

В 1926 году Bosch установил электродвигатель на стеклоочиститель и тем самым избавил водителя от необходимости приводить механизм в действие вручную. Затем появились новые резиновые составы, двухкомпонентная резина, аэродинамические спойлеры, плоские щетки Aerotwin, специальные стальные направляющие и электронное управление. В 1994 году появилась двухкомпонентная резина, а в начале 2000-х – плоские щетки Aerotwin, что вывело уровень развития стеклоочистителей на совершенно новую прогрессивную ступень.

Сто лет назад задача заключалась в том, чтобы механизм сам очищал стекло. Затем пришлось научить его нормально работать на скорости, лучше контактировать с поверхностью, тише двигаться и дольше сохранять свои свойства. Сегодня к этому добавилась задача не мешать камерам и датчикам автомобиля, которые все активнее участвуют в управлении.

Поэтому современный стеклоочиститель уже сложно назвать просто резиновой полоской на рычаге. За ней стоят материалы, производственные технологии, электроника и довольно серьезная работа инженеров. И все это нужно для того, чтобы во время непогоды водитель или его электронный заместитель хорошо видели дорогу.