100 років чистого скла: як Bosch перетворив склоочисник на високотехнологічну систему

Склоочисник – ніби проста, але насправді досить цікава автомобільна деталь. Зовні він майже не змінився за багато десятиліть: важіль, щітка, гумова кромка, яка ковзає по склу. Водієві не потрібно знати, як він працює, – достатньо увімкнути двірники й бачити дорогу.

Але як тільки починається злива, стає зрозуміло, наскільки багато залежить від цієї простої конструкції. Щітка повинна однаково добре працювати біля краю скла і в центрі, не втрачати контакт на швидкості, не залишати воду перед очима, не скрипіти та витримувати дуже різні температури. У сучасному автомобілі до цього списку додалася ще одна вимога: не закривати брудом поле огляду камер та сенсорів.

За сто років Bosch довелося розв'язувати ці проблеми одну за одною, і багато речей, які сьогодні сприймаються як належне, колись були окремими технічними новинками.

Все почалося з невеликого електромотора

На ранніх автомобілях склоочисники були зовсім не такими зручними, як сьогодні. Водієві доводилося приводити механізм у дію вручну, що під час дощу було не найкращим поєднанням із керуванням автомобілем.

Спеціальна ручка (червоного кольору) приводила у рух механізм двірника / Ілюстрація Bosch

У 1926 році Bosch запропонував електричний варіант. Невеликий мотор отримував живлення від автомобіля і рухав щітку по лобовому склу.

Водієві залишалося керувати системою, а не постійно махати рукою перед собою, намагаючись одночасно не втратити дорогу з поля зору. Тож Bosch небезпідставно вважає появу електричного склоочисника важливим етапом розвитку безпеки руху.

Сам електромотор, однак, був лише частиною проблеми. Щітку потрібно було правильно притиснути до скла, причому зусилля мало бути достатнім для очищення, але не настільки великим, щоб мотор працював із зайвим навантаженням. Додайте сюди гуму, яка повинна залишатися еластичною і нормально контактувати зі склом, і отримуємо вже не таку просту конструкцію, як може здатися з першого погляду.

До того ж автомобіль не стоїть на місці, а його лобове скло не завжди ідеально пласке. Щітка постійно змінює кут, проходячи по різних ділянках скла, тому інженерам потрібно було забезпечити рівномірне очищення по всій довжині. Для 1926 року це було цілком серйозне технічне завдання.

На пласкому склі щітки працювали непогано. Але потім розпочалась ера гнутих вікон… / Фото Bosch

Чим швидшими ставали автомобілі, тим складніші щітки

Після появи електричного привода автомобілі продовжили змінюватися, і склоочиснику довелося змінюватись разом із ними. Лобові вікна стали ширшими, кузови – більш обтічними, а швидкість руху зросла настільки, що повітряний потік почав помітно впливати на роботу самої щітки.

На високій швидкості довга щітка прагне відірватися від скла, особливо ближче до середини. Якщо притискного зусилля недостатньо, частина води просто залишається на поверхні. Для водія це означає, що перед очима з'являється смуга, через яку дуже незручно дивитися на дорогу.

Bosch почав використовувати аеродинаміку як частину конструкції склоочисника. У 1986 році компанія ввела інтегровані спойлери, які збільшували притискну силу під час руху, а згодом цей принцип став невід'ємною частиною сучасних пласких щіток. 

Подвійні щітки притискались повітрям за допомогою аеродинамічних "крилець" / Фото Bosch

Цікаво, що тут автомобільна інженерія пішла приблизно тим самим шляхом, що й кузов автомобіля: повітря спочатку сприймалося як перешкода, а потім конструктори навчилися використовувати його властивості на свою користь.

Результат роботи інженерів вимірювався тим, наскільки добре щітка тримається на склі під час високих швидкостей та інтенсивної зливи.

Aerotwin змінив звичний вигляд двірника

Якщо згадати старі автомобілі, класична щітка мала досить складну на вигляд конструкцію. Металевий каркас, кілька коромисел, шарніри, гумова вставка, а кожен із цих елементів повинен був правильно передавати зусилля далі по щітці.

Такий механізм працював десятиліттями, однак зі збільшенням лобових вікон і вимог до аеродинаміки він почав виглядати дедалі менш логічним. Деталей багато, а рухомі з'єднання мають залишатися справними протягом усього терміну служби.

Наприкінці 1990-х Bosch почав розвивати іншу конструкцію, яка згодом отримала назву Aerotwin. У 2001 році компанія представила це рішення як нове покоління пласких щіток: замість окремих коромисел тут працюють пружні сталеві напрямні, що проходять уздовж щітки та допомагають рівномірно розподіляти притискне зусилля. Для них Bosch використовує сталь власної розробки Evodium. 

Сучасні моделі Aerotwin позбавлені рухомих коромисел – тут лише гнучка основа та гумка / Фото Bosch

Зовні така щітка виглядає набагато простіше за старий каркасний варіант, хоча за цією простотою стоїть чимало інженерної роботи. Плаский профіль допомагає щітці краще взаємодіяти з потоком повітря, а пружні напрямні дають змогу підтримувати потрібний контакт зі склом по всій довжині.

Bosch зазначає, що Aerotwin став одним із ключових етапів розвитку пласких щіток і сьогодні така конструкція широко використовується як оригінальне обладнання на нових автомобілях. Підібрати Aerotwin для свого авто можна на сайті Bosch.

Усе це, однак, не зменшує важливості головного елемента системи, з яким безпосередньо контактує скло - гуми.

Кілька міліметрів гуми працюють у найважчих умовах

Гумова крайка постійно треться об поверхню, нагрівається на сонці, замерзає взимку і контактує не лише з чистою водою, а й з піском, дорожнім пилом, сіллю та іншими забрудненнями. Причому вона повинна залишатися достатньо м'якою, щоб нормально прилягати до скла, і водночас бути достатньо зносостійкою.

Тому сучасні склоочисники вже давно стали історією не тільки про механіку, а й про матеріалознавство. Для двірників Aerotwin компанія Bosch використовує технологію Power Protection Plus. Тут поєднуються основа з м'якої гуми, тверда робоча кромка і полімерне захисне покриття. Така конструкція має зменшувати тертя та шум, а також допомагати захищати робочу поверхню від зношування. 

Для водія все це проявляється не в назві технології, а в поведінці щітки під час дощу. Вона повинна плавно проходити по склу, не залишати за собою тонких смуг і не починати стрибати по поверхні, коли гумка вже втратила свої властивості.

Саме тому хорошу щітку оцінюють не в момент встановлення, коли практично будь-яка нова гума працює непогано, а через місяці використання, коли на неї вже вплинули мороз, сонце, пил і десятки тисяч рухів по склу.

Разом зі щіткою змінилося виробництво

Виробництво склоочисників за десятиліття пройшло шлях від великої кількості ручних операцій до високого рівня автоматизації. Сучасні виробничі лінії потрібні не лише для того, щоб робити більше деталей за одиницю часу, а й для того, щоб отримувати максимально стабільний результат. 

Для склоочисника стабільність має особливе значення, оскільки навіть невеликі відмінності можуть змінити характер його роботи. Якщо одна ділянка щітки притискається сильніше, а інша слабше, вода буде прибиратися нерівномірно. Якщо гумовий край має нестабільну геометрію, це теж дуже швидко проявиться на мокрому склі.

У сухому стані таку різницю майже неможливо оцінити. Але достатньо виїхати на трасу під зливою, і будь-який недолік стає очевидним.

Автовиробники підбирають для своїх моделей слоочисники під час випробувань / Фото Mercedes-Benz

Електромобілі додали ще одну проблему – звук

З появою електромобілів інженерам Bosch довелося більше уваги приділяти акустиці. Адже електричний силовий агрегат працює тихіше, ніж двигун внутрішнього згоряння, тому звуки, які раніше губилися десь на задньому плані, тепер стають помітнішими. До них належить і робота склоочисника.

Власники сучасних електромобілів також висувають підвищені вимоги до плавності ходу і рівня шуму системи. Для щітки це означає менше вібрацій, рівномірніший рух і відсутність зайвого фонового шуму під час роботи. 

Причому мова не лише про приємні відчуття в салоні. Якщо гума працює нестабільно або щітка починає вібрувати на склі, це одночасно погіршує якість очищення. Так розвиток електромобілів вплинув навіть на таку, здавалося б, другорядну деталь, як склоочисник.

У склоочисника з'явився власний "мозок"

Механічного привода з часом теж стало недостатньо. У Bosch зазначають, що з 2001 року система отримала мікропроцесор, завдяки якому стало можливим не просто рухати щітки з певною швидкістю, а керувати їхньою роботою відповідно до умов руху. Одним із прикладів виробник називає зміну швидкості очищення залежно від швидкості автомобіля. 

Для водія це виглядає майже непомітно. Щітки просто переходять у потрібний режим, і мало хто замислюється, що за цим стоїть програмне керування.

Але саме на цьому етапі склоочисник починає повторювати загальну історію автомобіля. Механічні системи поступово отримують електронні блоки, сенсори та програмне забезпечення, а їхня робота дедалі більше залежить від того, що відбувається в інших системах машини. Склоочисник опинився в цьому процесі разом з усіма іншими компонентами.

Тепер щітка очищає скло для камер

У сучасному автомобілі за лобовим склом можуть розташовуватися камери, які використовують системи допомоги водієві. Вони стежать за дорожньою ситуацією, допомагають розпізнавати розмітку, знаки, автомобілі та інші об'єкти. Але камера, на відміну від людини, не може просто протерти собі "очі".

Якщо на ділянці скла перед сенсором з'являється вода, бруд або дорожня плівка, якість отриманого зображення може погіршитися. Сучасні системи допомоги водієві покладаються на чисте лобове скло, а забруднення може впливати на їхню ефективність та доступність. 

Тобто сто років тому склоочисник створили для того, щоб водій краще бачив дорогу, а тепер він допомагає підтримувати поле зору ще й для електроніки автомобіля. 

Склоочисник повивен очищати скло перед камерою чи радаром / Фото Mercedes-Benz

Це добре вписується в загальну картину розвитку сучасних машин, де дедалі більше функцій передаються камерам, радарам та іншій електроніці. Наприклад, 24 Канал уже розповідав, як камери, радари та ультразвукові датчики працюють у системах автоматичного паркування.

Саме тому стає зрозумілим, чому виробники продовжують вкладатися в розвиток такої, на перший погляд, звичайної деталі.

До речі, Bosch розвиває одночасно й інші автомобільні системи, де програмне забезпечення та сенсори стають дедалі важливішими. Нещодавно 24 канал писав про AI-кокпіт Bosch, який має об'єднати роботу електроніки, даних від сенсорів та голосового управління.

Для двірників Aerotwin компанія Bosch використовує технологію Power Protection Plus / Фото Bosch

Bosch вбудовує форсунки прямо у щітку

Ще одна розробка компанії показує, наскільки далеко зайшла ця еволюція. У системі Aerotwin J.E.T.-Blade для легкових та комерційних автомобілів форсунки омивача вбудовані безпосередньо у щітку, тому рідина подається на скло перед гумовою кромкою саме в момент її розпилення. Bosch зазначає, що це зменшує розбризкування і дає змогу швидше відновити нормальну видимість. 

На звичайному автомобілі ми звикли до іншої схеми: форсунка стоїть окремо, бризкає на скло, а щітка потім розподіляє рідину по поверхні. В J.E.T.-Blade ці два процеси фактично з'єднали в одному вузлі.

Для великого комерційного транспорту це особливо має практичний сенс, адже вантажівки працюють довго і часто в умовах, коли лобове скло дуже швидко забруднюється. До того ж Bosch постачає систему з попередньо встановленими адаптерами, що спрощує монтаж під час обслуговування. 

Чи зміниться щось у найближчі роки

Навряд чи в наступні сто років автомобілі виглядатимуть так само як зараз. Це стосується і склоочисників. Гумова частина навряд чи зникне завтра, але гарна видимість потрібна буде завжди. Автомобілі продовжують переходити на електричні силові установки, отримують більше камер та систем автоматизації, а вимоги до комфорту і точності роботи зростають.

Іншими словами, зникнення двигуна внутрішнього згоряння не означає відмову від старих автомобільних технологій. Частина з них просто отримує нові вимоги. Склоочисник має працювати тихіше, споживати енергію ефективніше, краще контактувати зі склом і не заважати роботі камер. А ще він має нормально працювати тоді, коли водієві чи асистуючим системам найбільше потрібна хороша видимість.

Сто років пройшли, а завдання залишилося

У 1926 році Bosch поставив електричний мотор на склоочисник і тим самим позбавив водія необхідності приводити механізм у дію вручну. Потім з'явилися нові гумові склади, двокомпонентна гума, аеродинамічні спойлери, пласкі щітки Aerotwin, спеціальні сталеві напрямні та електронне керування. У 1994 зʼявилась двокомпонентна гума, а на початку двотисячних Aerotwin що вивело рівень розвитку склоочисників на зовсім новий прогресивний щабель пласких щіток.

Сто років тому завдання полягало в тому, щоб механізм сам очищав скло. Потім довелося навчити його нормально працювати на швидкості, краще контактувати з поверхнею, тихіше рухатися і довше зберігати свої властивості. Сьогодні до цього додалося завдання не заважати камерам та сенсорам автомобіля, які дедалі активніше беруть участь у керуванні.

Тому сучасний склоочисник уже складно назвати просто гумовою смужкою на важелі. За нею стоять матеріали, виробничі технології, електроніка та досить серйозна робота інженерів. І все це потрібно для того, щоб під час непогоди водій чи його електронний замінник добре бачили дорогу.