Різний діаметр гальмівних дисків на передній і задній осі автомобіля – це рішення, яке випливає не з економії матеріалів, а з точних інженерних розрахунків, що враховують динаміку руху, навантаження на шасі та характеристики роботи всієї гальмівної системи. Ця різниця є стандартною для автомобілів з традиційними двигунами внутрішнього згорання і залишається актуальною також у випадку гібридних та електричних автомобілів, хоча з дещо іншими пропорціями через рекуперацію.

Динамічна передача навантаження – основа вибору гальмівної сили

Під час гальмування відбувається динамічна передача маси на передню вісь. В результаті дії сили інерції притискна сила передніх коліс збільшується, і одночасно зменшуються навантаження на задні колеса. Відповідно до принципу рівноваги сил і формули сили гальмування – Fh = μ × Fz, де Fh – сила гальмування; μ – коефіцієнт тертя; Fz – притискна сила колеса до поверхні – передня вісь може ефективніше генерувати гальмівне зусилля. З цієї причини конструктори проектують гальмівну систему таким чином, щоб в умовах максимального уповільнення близько 70-80% гальмівного зусилля передавалось через передню вісь.

Отже, передні гальмівні системи розроблені для більшої ефективності: вони оснащені більшими дисками, багатопоршневими супортами (у спортивних або преміальних автомобілях) та більш досконалими рішеннями для вентиляції та відведення тепла.

Залежність гальмівного моменту від діаметра диска

Гальмівний момент, що генерується гальмівною системою, описується формулою: Mh = Fn × r, де Mh – гальмівний момент; Fn – сила тиску колодки на диск; r – робочий радіус гальмівного диска.

Збільшення діаметра диска при постійній силі тиску призводить до пропорційного збільшення гальмівного моменту. Це означає, що для отримання того ж гальмівного зусилля більший диск вимагає меншої гідравлічної сили, що генерується супортом, що призводить до меншого термічного та механічного навантаження на компоненти системи.

Крім того, більший діаметр диска забезпечує більш ефективне розсіювання тепла – ключовий фактор у протидії згасанню гальмівної сили (фейдинг - втрата ефективності гальмування через перегрів). Диски з більшою поверхнею також мають більшу теплову інерцію, що дозволяє їм довше зберігати температурну стабільність при інтенсивній експлуатації.

Характеристики задніх гальм – інші завдання, інші вимоги

З огляду на відносно менше навантаження на задню вісь під час гальмування, гальмівна система в задній частині автомобіля може бути менш ефективною, що на практиці означає диски меншого діаметра, тонші, часто суцільні замість вентильованих, та однопоршневі супорти.

У багатьох автомобілях заднє гальмо також має функцію стоянкового гальма, реалізовану за допомогою важеля в супорті або системи drum-in-disc, тобто барабана ручного гальма, розташованого всередині гальмівного диска. З точки зору розподілу непідресореної маси та виробничих витрат, така конструкція є оптимальною.

Задні гальма також стабілізують автомобіль під час гальмування – надмірне гальмівне зусилля на задній осі може призвести до передчасного блокування коліс, що спричиняє втрату стійкості та надмірну керованість. Сучасні системи ABS і ESP виправляють ці тенденції, але конструктори все ще проектують гальмівну систему з безпечним розподілом зусилля.

Винятки – автомобілі з центральним розташуванням двигуна або електричним приводом

У деяких випадках, наприклад, у спортивних автомобілях з центральним розташуванням двигуна або в електромобілях з осьовими двигунами, розподіл маси та спосіб дії системи рекуперації можуть вимагати використання більших гальмівних дисків на задній осі або збалансованого діаметра між осями. Однак це не є правилом, а лише винятком, що випливає з нетипової архітектури автомобіля.

Підсумовуючи, більші передні гальмівні диски – це рішення, що випливає з фундаментальних законів фізики та принципів автомобілебудування. Їх розмір, маса та конструкція безпосередньо пов'язані із силами, які вони повинні стримувати під час гальмування. Задні гальма, хоч і менші, також відіграють важливу роль, але їх розміри підпорядковані іншим вимогам, таким як контроль стійкості, непідресорена маса або функціональність стоянкового гальма.