fuerza de frenado

La fuerza de frenado es la fuerza mecánica transmitida a través del sistema de frenos de un vehículo para reducir la velocidad o detener las ruedas. Se genera cuando un conductor pisa el pedal del freno, lo que presuriza el fluido hidráulico (o en los sistemas de frenos de aire, presuriza el aire comprimido) que actúa sobre las pinzas de freno o los cilindros de rueda. La pinza o el cilindro luego sujetan el material de fricción, generalmente pastillas o zapatas de freno, contra un rotor o tambor, creando la fricción que desacelera el vehículo. La fuerza de frenado se expresa típicamente en newtons o kilonewtons y varía con la presión aplicada y el área efectiva de los componentes del freno.

La relación entre el esfuerzo del pedal y la fuerza de frenado real se rige por el servofreno y la relación de multiplicación hidráulica. Un servofreno de vacío o eléctrico amplifica la presión del pie del conductor por un factor de 5 a 9, dependiendo del diseño del sistema. El sistema hidráulico luego multiplica esto nuevamente a través de diferentes áreas de pistón en el cilindro maestro y los cilindros de rueda. Un pequeño desplazamiento en el cilindro maestro produce mayores desplazamientos en las ruedas, intercambiando distancia por fuerza. Esta ventaja mecánica permite a un conductor generar fuerzas de frenado de decenas de kilonewtons con una presión de pedal razonable.

La fuerza de frenado debe estar cuidadosamente equilibrada de adelante hacia atrás y de lado a lado. Una fuerza de frenado desigual hace que el vehículo se desvíe hacia un lado durante el frenado y puede provocar el bloqueo de las ruedas y el derrape. Los sistemas de frenos antibloqueo (ABS) modernos modulan la fuerza de frenado en cada rueda de forma independiente, pulsando la presión hidráulica para evitar el bloqueo mientras mantienen la máxima desaceleración. La distribución electrónica de la fuerza de frenado (EBD) ajusta la división de la presión entre los ejes delantero y trasero en función de la carga, la dinámica del vehículo y los sensores de deslizamiento de las ruedas. En vehículos con frenado regenerativo, los frenos de fricción se combinan con el par de frenado del motor, por lo que la fuerza de frenado total proviene de múltiples fuentes.

Factores que degradan la fuerza de frenado

El desvanecimiento de los frenos ocurre cuando el frenado fuerte repetido genera calor que reduce el coeficiente de fricción del material de la pastilla, disminuyendo la fuerza de frenado disponible a una presión hidráulica dada. La contaminación del líquido de frenos por humedad reduce su punto de ebullición, permitiendo que se formen bolsas de vapor en las líneas a alta temperatura; un vapor no puede transmitir presión, por lo que la fuerza de frenado disminuye repentinamente. Las pastillas de freno desgastadas reducen el área de contacto y el grosor, y el aire en el sistema hidráulico crea compresibilidad que absorbe energía. El daño al servofreno o la pérdida de presión hidráulica también reducen drásticamente la fuerza de frenado. En los sistemas de frenos de aire utilizados en camiones pesados, la humedad y los contaminantes en el aire comprimido reducen la fuerza de frenado y ralentizan el tiempo de respuesta del freno.

La fuerza de frenado es un factor clave en las clasificaciones de seguridad de los vehículos y los protocolos de prueba comerciales. Estándares como ISO 3164 y la Norma Federal de Seguridad de Vehículos Motorizados (FMVSS) 135 especifican una desaceleración de frenado mínima (generalmente de 6 a 8 m/s²) que un vehículo debe lograr en una superficie seca. Los dinamómetros de freno miden la salida real de la fuerza de frenado en los bancos de prueba. Los ingenieros utilizan cálculos de fuerza de frenado para dimensionar los componentes del freno, seleccionar los materiales de fricción y validar el rendimiento del sistema de frenos en todos los estados térmicos y de carga. Una fuerza de frenado insuficiente para la masa del vehículo es una falla de diseño estructural; una fuerza de frenado excesiva que bloquea las ruedas en condiciones de conducción normales reduce la distancia de frenado y aumenta el riesgo de accidentes.