Кто такие изобретатели и зачем они что-то изобретают? Инженеры-самоучки, профессиональные ученые — современные алхимики, создающие, нет, не золото, а что-то новое, меняющее жизнь к лучшему. Чаще всего, это скрыто от глаз обывателя, в наше времена особенно. Бесчисленные пресс-релизы посвящены добавлению еще одной камеры в и без того паукоглазый смарфтон. Или, в приложении к автомобилям, революционным могут назвать появление в комплектации автомобиля очередной светодиодной полоски.
Вместе с тем, за каждым узлом автомобиля стоит насыщенная история инноваций, изобретений и доработок, каждая из которых достойна отдельного рассказа, равно как почтения к таланту инженера, чьего имени никогда не укажут в пресс-релизе. Сегодняшний рассказ — про них и автомобильные стеклоочистители.
Как и в случае с любой библейской историей, начало всем интересным событиям положила женщина. Звали ее Мэри Андерсон. Уроженка Бирмингема, что в Алабаме, была успешным агентом по продаже недвижимости, владельцем ранчо и виноделом.
Как-то холодным зимним днем на заре 20 века она ехала на стриткаре (трамвай) по заснеженной улице Нью-Йорка. На улице шел ледяной дождь. Периодически в салоне становилось очень холодно — водитель сдвигал окно, высовывал голову наружу, чтобы рассмотреть путь.
Именно тогда Андерсон пришла в голову идея — сконструировать устройство стеклоочистки, которое могло бы приводиться в действия изнутри кабины. Прототип, сделанный из дерева и резины, был готов уже через несколько месяцев. Используя рычаг, расположенный рядом с рулем, оператор-водитель активировал подпружиненный механизм, приводящий в действие щетку, очищающую плоское стекло. Конструкция была съемной — в ясную погоду ее можно было легко демонтировать, чтобы улучшить обзор.
Патент №743801 на эту конструкцию был выдан Мэри Андерсон 10 ноября 1903 года. Найти инвесторов на дальнейшее развитие и серийный выпуск Андерсон не удалось — производители транспорта не считали подобную систему перспективной. Вскоре автомобильная индустрия начала развиваться экспоненциально, и к 1916 году очень похожими устройствами стеклоочистки оснащалось большинство выпускаемых авто. Вот только самой Мэри Андерсен от этого проку не было — срок действия патента истек, и получить какие-то роялти с авто-брендов шансов у нее не было. На своем изобретении она не заработала ни доллара, хотя и вошла в историю.
Следующим шагом на пути к современной конструкции стеклоочистителей стала замена ручного привода на электрический. Вместо щеток в устройстве под названием “Electric Storm Windshield Cleaner” использовались ролики, приводимые в движение компактным электромотором. Разработанная в 1917 году Шарлоттой Бриджвуд (снова женщина!) система стала первым в истории автоматическим стеклоочистителем — так никогда не реализованным в серийном образце.
Для большинства производителей автомобилей к тому времени было очевидно преимущество разработанных Мэри Андерсон щеток-скребков. Несмотря на плоские стекла тогдашних автомобилей, по мере роста скорости и перемещения жесткого рычага стеклоочистителя давление щетки на стекло менялось. Решение этой проблемы нашел Джон Р. Оишеи из Нью-Йорка, основавший с этой целью в 1917 году компанию Tri-Continental Corporation (TriCo). Этому предшествовал не самый приятный эпизод — во время дождя Джон не увидел на дороге велосипедиста и сбил его. К счастью, тот выжил, но Оишеи решил усовершенствовать стеклоочистители, чтобы такие ситуации не повторялись. Опубликованный 14 декабря 1920 года патент US1362175A описывал конструкцию поводка дворника с подпружиненным шарнирным сочленением, обеспечивающим постоянный прижим щетки к стеклу.
Следующим этапом стали автоматические дворники с традиционными щетками — патент US1420538 был выдан братьям из Огайо, Фреду и Уильяму М. Фолбертам, 20 июня 1922 года. Привод работал без электродвигателя, по вакуумному принципу, с использованием воздуха из коллектора. Дворники махали замечательно, но побочным эффектом системы была прямая зависимость скорости взмахов от оборотов двигателя.
В 1926 году немецкая компания Robert Bosch представила первый в мире дворник для заднего стекла; но по большому счету, на протяжении нескольких десятков лет конструкция систем стеклоочистки не менялась — разве что, у них появлялся вакуумный или электрический привод. Включать и выключать дворники нужно было самостоятельно. Сейчас в это трудно поверить, но прерывистого режима у дворников не было аж до конца шестидесятых годов! Вместе с тем, инновации в этой области все же появлялись — в частности, еще в сороковых годах дворники научили "парковаться".
В 1945 году Джош У. Андерсон — основатель главного конкурента Trico, компании Anco — оформил патент US2596063A, описывающий конструкцию щетки стеклоочистителя с подпружиненными сочленениями, ставшую стандартом на многие десятилетия.
Электрический стеклоочиститель инженера Хортона, 1952 год.
Щетка стеклоочистителя середины 20 века.
К началу семидесятых годов, компании большой американской тройки (Ford, Chrysler и GM) разрабатывали конструкцию прерывистого режима для стеклоочистителей, но никто из них не преуспел. Устройства выходили громоздкими и ненадежными. Решение пришло откуда не ждали.
Преподающий в Детройтском университете прикладную электромеханику профессор Боб Кернс был примерным семьянином — шестеро детей. Жена — школьная учительница. Как и другие жители Детройта, Кернс вращался в автомобильных кругах; но именно плохая видимость во время дождя плюс полученная во время первой брачной ночи серьезная травма левого глаза (неудачно открыл шампанское) в 1965 сподвигли его вечером в гараже реализовать первое в мире "рабочее" устройство стеклоочистителя с прерывистым режимом и регулируемой скоростью взмахов, установленное им на семейный Ford Galaxie. Устройство называлось “мигающий глаз” — изобретатель хотел, чтобы дворники работали подобно веку, делая взмахи с перерывами в несколько секунд.
Друзья-автодилеры поначалу отнеслись к идее скептически, мол, зачем это вообще нужно? Потом они выяснили, что автогиганты давно и безуспешно бьются над этой задачей, и помогли Кернсу выйти на руководство компании Ford. Во время презентации глава отдела разработок Сертис был настолько поражен, что какому-то преподавателю удалось собрать работающее устройство, что он даже попросил того выйти из машины во время демонстрации — сомневался, что Кернс не переключает дворники вручную. Инженерам Ford сразу стало ясно — перед ними их будущее маркетинговое преимущество в конкурентной борьбе. А на войне все средства хороши.
Роберт был хорош в электромеханике, но но в бизнесе он был профаном. Его бизнес-идеей было самостоятельно производить блоки управления стеклоочистителя. Поэтому, когда топ-менеджеры Ford пообещали ему закупку огромной партии новых систем и попросили у него образец блока управления для демонстрации в Вашингтоне, он отдал им его под честное слово. Верить акулам капитализма — это добросовестно засовывать голову в пасть голодного тигра… но Кернс об этом не задумывался. Он был уверен, что наличие патента (точнее — патентов, всего их было пять, US3351836, US3602790, US4544870, US3582747, US3581178, первая заявка была зарегистрирована в 1964 году) и устные договоренности с руководством Ford обеспечат ему счастливое будущее и признание.
Кернс радовался и устраивал семейные праздники — наконец-то ему выпал шанс разбогатеть! Он даже получил у компании Motorola согласие на поставки необходимых транзисторов и электронных плат под обещанные Ford финансовые гарантии, и подыскал цех для серийного производства. Через несколько месяцев шокирующая новость обрушилась на изобретателя, как гром среди ясного неба. Автогигант более не заинтересован в сотрудничестве! Кернс был растоптан, но все еще полагал, что случилось недоразумение. В 1969 году все стало ясно. Компания Ford представила новую линейку премиальной марки Mercury, модели которой впервые в истории были оборудованы стеклоочистителями с прерывистым режимом.
Ознакомившись с устройством, Кернс понял — его изобретение было использовано без каких-либо существенных модификаций. Он знал заранее, какие там стоят транзисторы, какие резисторы, и какой емкости используются конденсаторы. Попытки призвать Ford к ответу и хотя бы признать его авторство привели его к конфликту, фактически, со всем человечеством — кроме членов своей семьи. Все попытки затащить Ford в суд оканчивались бумажной волокитой, юристы не хотели работать со странным человеком, который хотел не конкретной суммы, а не стоящей ничего правды.
Изучив свежие патентные заявки от Chrysler, GM и ряда других марок, Кернс пришел к выводу, что все они также основаны на его патенте, что повергло его в глубокую депрессию.
Чтобы как-то сменить обстановку, Кернсы переехали из Детройта в Мэриленд, где Боб устроился на работу в Национальное бюро стандартов, рассчитывая коэффициенты износа для дорожного покрытия. Когда в 1976 сын принес ему блок стеклоподъемников от Mercedes-Benz, Кернс был шокирован — его технологию скопировали даже немцы! В этот момент его рассудок помутнился, что на несколько месяцев привело его в психиатрическую больницу Мэриленда. Оттуда рыжеволосый Боб вышел совершенно седым.
После принудительного лечения, Кернс не оставил своей мечты — заставить Ford признать его авторства. В 1978 году ему удалось довести дело до суда. Адвокаты праздновали победу — Ford предлагал в досудебном порядке выплатить 250 тысяч долларов, которые юристы могли увеличить как минимум в полтора раза. Но Кернс наотрез отказался — правда была ему дороже денег. Юристы пожали плечами, и отказались от дальнейшего сотрудничества. Вскоре ушла и жена Филлис, прихватив с собой всех шестерых детей. Жизнь Роберта Кернса превратилась в сплошной ночной кошмар — он не видел ничего, кроме бесчисленных документов и зала суда).
Все семейные накопления были потрачены на судебные дела, образовались огромные долги, адвокаты отказывались с ним работать, в итоге через несколько лет Кернс уже собственноручно выступал в свою защиту. Впрочем, члены семьи, включая подросших сыновей и жену, изменили свое мнение и стали поддерживать бывшего главу семьи, помогая ему с документами и присутствуя на бесконечных заседаниях патентного суда присяжных, которые продолжались 12 лет. Перед последними заседаниями в Ford предлагали Кернсу сначала 10, а потом 30 миллионов долларов, за решение этого вопроса. Но принципиальный Боб выставил представителя Ford за дверь, ведь соглашение не предусматривало признание факта, что Ford нагло украл у изобретателя плод его трудов.
Параллельно Кернс подал аналогичные иски к другим нарушителям его патента — Chrysler, Porsche, Volkswagen, Ferrari, Volvo, Alfa Romeo, Lotus, Isuzu, Mitsubishi, Nissan, Peugeot, Renault, Rolls Royce Motors, Saab, Toyota, General Motors, Mercedes-Benz, United Technologies, Bosch.
Основной аргумент защиты автогигантов было таков: согласно прецедентному патентному праву США, с 1940 года изобретением может считаться лишь такое изделие, которое было создано во время случайного озарения, вспышки гениальности (англ — flash of genius). А поскольку Кернс использовал известные транзисторы, резисторы и конденсаторы, просто расположив их необычным образом, то он, фактически, ничего не изобрел и его так называемый патент должен быть аннулирован. Боб в ответ размахивал в суде томиком Чарльза Диккенса. Тоже просто взял уже имеющиеся слова из словаря, и расположил их по-своему, так почему его считают великим писателем?
В 1990 году, когда Кернсу было уже 63 года, суд присяжных признал компанию Ford виновной в непредумышленном нарушении авторских прав Роберта Кернса на конструкцию прерывистых стеклоочистителей. Изначальная сумма в 5.1 млн долларов после апелляции была увеличена вдвое. Тянущийся с 1982 года суд с Chrysler в 1995 году принес изобретателю еще 18 миллионов долларов (из них более 10 миллионов ушли на судебные издержки).
Ни в коем случае нельзя сказать, что Кернс делал все это ради денег — иначе принял бы одно из предложений по урегулированию спора до вердикта жюри, не разрушил бы семью, не подорвал бы здоровье. В 2007 году, в возрасте 80 лет он умер в своем доме от рака мозга, отягощенного Альцгеймером.
Сегодня как минимум полторы сотни миллионов автомобилей по всему миру используют стеклоочистители конструкции Кернса. Статья про это дело в издании New Yorker легла в основу художественного фильма режиссера Марка Абрахама "Проблеск гениальности".
Судебные процессы Боба Кернса стали, пожалуй, последними широко известными примерами столь отчаянной открытой борьбы изобретателя за патенты на рынке систем стеклоочистителей. Вместе с тем, не надо думать, что автомобильные стеклоочистители у различных производителей стали одинаковыми, лишились копирайта, и последним значимым изобретением был тот самый патент US2596063A Джоша Андерсона, срок действия которого закончился в 1969 году.
Если покопаться в патентных архивах (достаточно просто открыть Google Patents), то можно обнаружить, что гиганты рынка регулярно патентуют каждый новый узел системы стеклоочистителя — будь то электродвигатель, его привод, шарнир поводка, сам поводок, траектория его перемещения, и, конечно же, сама щетка, и отдельные ее элементы — спойлер, каркас, контактная часть, крепеж и так далее.
Патенты на этот счет есть у всех, кто разрабатывает эти системы самостоятельно, а не покупает право на размещение своего логотипа на знакомой продукции. Регулярно одни марки вступают на территорию других, и начинается новый патентный спор. Друг против друга выходят команды опытных высокооплачиваемых юристов, задача которых – договориться до завершения суда о приемлемой неназываемой компенсации (например, так получилось в 2016 году с делом Valeo North America против Trico, где оспаривалось нарушение принадлежащих Valeo патентов US7891044 и US7937798). А ни в коем случае не стоять до последнего, как несговорчивый Боб Кернс…
Вообще, исследуя базу Google Patents по ключевому словосочетанию “windshield wipers”, можно обнаружить, что больше всего патентов по всему миру у Bosch, Valeo и Denso. Чуть меньше — у Trico и Champion. При выборе щеток, разумно смысл выбирать продукцию этих производителей – хотя бы потому, что они сами их разрабатывают и выпускают.
Возможно, в будущем автомобили получат стеклоочистители без щеток и поводков. Да здравствует ультразвук! Заявка на первый патент (US3171683) на ультразвуковую систему очистки лобового стекла датируется тем самым 1963 годом, когда началась история с Кернсом. Конструкция инженера по имени Артур Людвиг — управляемый высокочастотным генератором массив ультразвуковых преобразователей, размещенных на верхней и нижней частях стекла.
Система предусматривает три режима работы: только верхние, только нижние или все преобразователи одновременно. В патенте оговаривалось, что разные режимы были предназначены для различных погодных условиях. Основная суть технологии — генераторы заставляют стекло вибрировать. Снег, грязь и вода не прилипают!
Следующий шаг в развитии ультразвуковых стеклоочистителей сделал японский инженер Кенро Мотода.
В патенте US4768256, выданном в 1986 году, описывается конструкция ветрового стекла с закрепленными на нем ультразвуковыми преобразователями, создающими поверхностные акустические волны. В отличие от стоячей волны, генерируемой в системе Артура Людвига, акустическая волна заставляет поверхность стекла двигаться по эллиптической траектории, лучше препятствуя прилипанию капель воды или грязи.
Справедливости ради отмечу, что хотя конструкция Мотоды с прогрессивными колебаниями оценивается экспертами как более перспективная, нежели конструкция Людвига с простой вибрацией, эта система также никогда не была реализована на практике.
В последующие годы было разработано несколько ультразвуковых очистителей, базирующиеся на конструкции Мотоды. В одной из систем применяется пьезоэлектрический полимерный поливинилиденфторид, помещаемый между прозрачными электродами для генерации поверхностных акустических волн (US5172024, 1990 год). Еще одна система предназначена для очистки полупроводниковых пластин (US6021789, 1998 год), другая — для стряхивания пыли с оптики камеры (US8063536, 2009).
Еще одно решение по ультразвуковой очистке стекла, изначально основанное на патенте Мотоды, было зарегистрировано в 2011 году (патент WO2012095643) небольшой британской инжиниринговой компанией Echovista Systems Ltd, возглавляемой братьями по фамилии Треветт. Их решение более гибкое – помимо акустических волн, описано ультразвуковое испарение осадков, а также использование нагрева стекла и омывателей высокого давления для улучшения эффекта очистки и устранения запотевания. Схожая система была анонсирована автомобильной маркой McLaren, и компанией Innovision.
Пока серийных реализаций так и нет, но специалисты отмечают высокий потенциал и перспективы развития ультразвуковых стеклоочистителей. Так, расположенные по периметру стекла ультразвуковые датчики помогут определять необходимую частоту, мощность и даже конкретную точку для ультразвукового «удара», чтобы эффективно удалять даже очень липкие загрязнения вроде птичьего помета или сильной грязи.
Это не единственная потенциально интересная технология — сравнительно недавно, в сентябре 2019 года, был зарегистрирован патент US20190270431, в котором компания Tesla описывает электромагнитный механизм стеклоочистителя — единственная щетка перемещается в магнитном поле над поверхностью стекла.
Вычисления, проводимые при помощи компьютера, направляют щетку в необходимую область. В описании патента инженеры Tesla подчеркивают, что данная система избавлена от таких недостатков традиционных конструкций, как коррозия и износ узлов.
Этот материал посвящается всем изобретателям и инженерам. Пусть мы не знаем их имен, как в случае с Бобом Кернсом, но мы знаем, что они делают наш мир лучше.
Буду рад вашим репостам, дополнениям и комментариям!
Читайте также: Как ABS и ESP спасают наши жизни, и причем тут невидимый лось и yaw-сенсор.
Источник: