Freno de estacionamiento eléctrico y automático

Desde sus inicios el automóvil contaba con sistemas de freno; de servicio para reducir la velocidad y detener el vehículo en marcha y de estacionamiento para mantener el automóvil parado cuando está aparcado. Este freno se conoce también como freno de aparcamiento y se identifica con la letra “P” de “Parking”.

Del freno de estacionamiento directamente sobre las ruedas, como muchos carruajes, se pasó a incluirlo en algún elemento de la  transmisión del movimiento desde el motor a las ruedas. Con el paso del tiempo la solución más habitual es que el freno de estacionamiento se aplique en los mismos sistemas de actuación de los frenos de servicio en las ruedas, pero solamente en dos, las delanteras o, más frecuentemente, en las traseras.

El automóvil con motor térmico se desplaza por la energía generada por su motor, que precisa de la caja de cambios para adaptar el par variable a las condiciones de la marcha. Si con el automóvil y motor parado se inserta una relación de cambio se mantiene el coche detenido, pero si está en pendiente puede llegar a desplazarse al superar su peso la resistencia al giro del motor (relación de compresión). Esta es la razón de incorporar un freno de estacionamiento que mantiene el automóvil parado incluso en fuertes pendientes.

Seguidamente se va a explicar de forma sencilla la evolución del freno de estacionamiento (P) hasta llegar al sistema eléctrico y automático, comentando al final el freno de P en la transmisión, que se ha seguido utilizando en algunos todoterreno.

Frenos de tambor o disco para freno de estacionamiento (P)

En el automóvil se utilizan dos sistemas de freno; el tambor con zapatas y el disco con pastillas. En la imagen se ve sobre un Lada Niva la aplicación de discos delanteros y tambores traseros. También aparece el pedal de freno, servofreno, bomba de frenos con depósito de líquido y el circuito hidráulico desde la bomba a los bombines de rueda. Estas son las particularidades de los dos sistemas para deducir cuál es el más adecuado como freno de estacionamiento P:

      • Frenos de disco
        • Buena refrigeración; el aire de la marcha incide sobre las dos superficies de fricción de las pastillas sobre los discos.
        • Más resistencia en uso intensivo; es derivada de la buena refrigeración, pues la fatiga de los frenos se produce por el sobre calentamiento de las superficies de contacto, directamente (“fading” de pastillas por cristalización) o por transmisión del calor al líquido (“fading” por ebullición del líquido).
        • Precisa mucha presión; para lograr suficiente fuerza de fricción entre las pastillas y el disco hace falta mucha presión, que deberá ser aplicada por el conductor en el pedal o contar con un sistema de amplificación de esta fuerza, de lo que se encarga el “servofreno” habitual desde que los automóviles utilizan discos.
        • Desgaste uniforme de las pastillas; el contacto entre las pastillas y los discos se hace por superficies planas y paralelas, lo que ofrece un buen aprovechamiento de la presión y desgaste equilibrado y uniforme.
      • Frenos de tambor
        • Mala refrigeración; el contacto zapatas – tambor se hace por el interior de este, lo que implica menos capacidad de evacuación del calor hacia el exterior.
        • Menos resistencia en uso intensivo; la dificultad de refrigeración supone que en uso intensivo se llega bastante antes al “fading” que con discos, ya sea por cristalización de las zapatas o ebullición del líquido de frenos.
        • Precisa menos presión; el sistema en forma de arco de acoplamiento de las zapatas contra la superficie interior del tambor ofrece muy buena capacidad de retención, de hecho es fácil llegar al bloqueo de las ruedas, por esta razón el servofreno no es tan necesario excepto en automóviles prestacionales.
        • Desgaste desigual de las zapatas; el arco de la superficie de las zapatas no coincide exactamente con la forma circular del tambor pues la presión se suele ejercer sobre uno de los lados de la zapata, que pivota sobre el otro aumentando la asimetría de contacto. Hay sistemas que empujan simultáneamente los dos lados de la zapata pero son más complejos.

 

Con estos datos vamos a comparar los discos y tambores:

      • Discos
        • Mejores frenos de servicio; su resistencia y desgaste equilibrado los hacen más idóneos para los automóviles actuales. De hecho delante es equipo en todos los automóviles y detrás solamente montan tambores modelos para uso urbano y poco más.
        • Mucha presión como freno de estacionamiento P; para mantener el automóvil inmóvil en fuertes pendientes exigen mucha presión, lo que precisa sistemas de acoplamiento que aseguren el bloqueo.
      • Tambores
        • Peores frenos de servicio; su reducida resistencia los ha ido desestimando al incrementarse las prestaciones de los automóviles, ya no se montan delante y detrás en coches de pocas prestaciones.
        • Buenos para freno de estacionamiento P; su excelente efecto de bloqueo sin demasiada presión los hace muy adecuados para mantener el coche parado incluso en pendientes.

Como se deduce hay que tomar decisiones de compromiso entre calidad como frenos de servicio y de estacionamiento. El coche de la imagen con discos delante y tambores detrás ha sido una solución utilizada durante años, el freno de estacionamiento se aplica detrás en los tambores con buena eficacia pues frenan menos. El hecho de que al frenar se cargue más el eje delantero y se descargue el trasero ha hecho necesario incorporar un sistema para que las ruedas traseras no se bloqueen, el regulador trasero de frenada, lo que implica que las ruedas traseras frenan sensiblemente menos que las delanteras por lo que atrás los tambores como freno de servicio son suficientes. Esto se mantuvo hasta la llegada del antibloqueo de frenos ABS y su derivado el regulador electrónico de frenada trasera, que al adaptar la fuerza de frenada a la adherencia de cada rueda exige más a los frenos traseros. Al final se incluyen enlaces a temas del blog relacionados con este artículo que pueden ser de interés como complemento de información.

Los sistemas que se van a exponer a continuación del freno de estacionamiento no siguen el orden cronológico de su evolución, se han elegido los automóviles con los frenos de estacionamiento P que utilizan y que permiten dar un repaso a los más habituales.

Freno de estacionamiento (P) mecánico

Vamos a comenzar por un sistema de freno de estacionamiento P en las ruedas delanteras con la imagen de un Citroën 2 CV:

      • La implantación técnica es de motor delantero longitudinal, por delante del eje, y tracción (delantera).
      • Tiene tambores para los frenos de servicio en las cuatro ruedas, los delanteros están en las transmisiones o palieres a la salida del diferencial.
      • El freno de estacionamiento se aplica mediante una palanca accionada por el conductor en el salpicadero que, mediante unos cables flexibles de acero, comprime las zapatas sobre los tambores de los frenos de servicio delanteros.

En otra imagen vemos un Mercedes clase E con estas particularidades:

      • El motor es delantero longitudinal y las ruedas traseras son las motrices, propulsión (tracción trasera).
      • Dispone de discos en las cuatro ruedas como frenos de servicio, los traseros están en los extremos de los palieres junto a las ruedas.
      • Se acciona el freno de estacionamiento P por un pedal en la parte inferior y exterior del salpicadero, que presiona las pastillas sobre los discos traseros de los frenos de servicio a través de cables flexibles de acero. Hace falta bastante presión.

 

Los frenos de estacionamiento por cables flexibles de acero pueden requerir, según el sistema utilizado, ajustes periódicos para reducir el recorrido de actuación de la palanca o pedal de mando.

Freno de estacionamiento (P) mecánico; tambores específicos y discos

Otro sistema del freno de estacionamiento lo vemos sobre un Volvo 144:

      • Esta es la implantación; motor delantero longitudinal y propulsión (tracción trasera).
      • Frenos de servicio de disco en las cuatro ruedas.
      • Tambores (y sus zapatas) con la función exclusiva de freno de estacionamiento, junto a los discos de servicio traseros.
      • El freno de estacionamiento es por cables flexibles de acero accionados por una palanca situada, en este modelo, en el lado exterior del asiento del conductor y que comprime las zapatas de los tambores específicos del freno de estacionamiento Como veremos en otros modelos es más frecuente que la palanca del freno de P se ubique entre los asientos delanteros. El hecho de llevar tambores para la función exclusiva de freno de P es por la mejor capacidad de bloqueo que los discos, que el coche monta detrás como frenos de servicio.
      • Hace años se incluyó un testigo en el cuadro de instrumentos como información de que el freno de estacionamiento P está aplicado. Este testigo a veces hace también la función de control de nivel mínimo de líquido de frenos.

 

Seguimos con otra imagen de un nuevo automóvil, Subaru Forester, con otro sistema de freno de estacionamiento P:

      • La implantación de este modelo es motor delantero longitudinal, por delante del eje, y transmisión integral, 4×4.
      • Cuatro discos como frenos de servicio.
      • El freno de estacionamiento P se acciona por una palanca entre los asientos delanteros, y lleva el movimiento hasta las pinzas de frenos de los discos de servicio traseros mediante cables flexibles de acero. La presión que ha de hacer el sistema es bastante superior a los tambores.

Freno de estacionamiento (P) eléctrico y automático con cables flexibles de acero

El automóvil va incorporando sistemas de control electrónico  para simplificar el trabajo del conductor y también ha llegado al freno de estacionamiento, lo vemos primero sobre la imagen de un Renault Mégane Scénic de hace unos años:

      • Lleva el motor delantero transversal y tracción (delantera).
      • Los frenos de servicio son discos en las cuatro ruedas.
      • El freno de estacionamiento P actúa sobre los discos traseros de servicio.
      • Cuenta con un calculador electrónico para el control del freno de P.
      • Con un botón “P” el conductor da la orden de conectar o desconectar el freno de estacionamiento P.
      • Un motor eléctrico accionado por el calculador tensa o destensa los cables flexibles de acero que actúan sobre las pinzas de freno. El motor eléctrico aplica a los cables flexibles de acero la presión necesaria para mantener el coche inmóvil sin requerir esfuerzos al conducto incluso en pendiente.
      • Al contar con un calculador electrónico se incluye la función de acoplamiento y desacoplamiento automático del freno de estacionamiento P, así funciona:
        • Acoplamiento automático; cuando está parado el motor y el automóvil, velocidad y RPM = 0.
        • Desacoplamiento automático, cuando se cumplen estas condiciones:
          • Motor en marcha.
          • Posición de la palanca de cambios en posición de movimiento.
          • Soltando el pedal de embrague con caja de cambios manual.
          • Aceleración

 

También puede utilizarse en paradas en rampa, se acciona el botón de mando “P” y el freno de estacionamiento se acopla, al insertar una velocidad e iniciar la marcha se desacopla automáticamente el freno de estacionamiento, sin que el coche retroceda.

Freno de estacionamiento (P) eléctrico y automático con motores en los discos

La evolución lógica del anterior sistema la vemos sobre un Volkswagen Touareg:

      • Motor longitudinal delantero y 4×4.
      • Discos en las cuatro ruedas como frenos de servicio.
      • Freno de estacionamiento P eléctrico y automático:
        • No hay cables flexibles de acero para accionar las pinzas.
        • Unos motores eléctricos situados en las pinzas presionan las pastillas sobre los discos.
        • El sistema de freno de estacionamiento puede funcionar de forma automática, en acoplamiento o desacoplamiento con las condiciones indicadas en el cuadro, y también accionando el conductor el botón de mando “P”.
        • Para la sustitución de las pastillas traseras se han de separar de los discos, lo que requiere dar la orden con el PC de diagnóstico, pues al estar el automóvil parado está el freno de estacionamiento P acoplado. Puede haber un sistema accesible al conductor para poder desacoplar el freno de estacionamiento automático en caso de quedarse el automóvil sin batería.

 

Freno de estacionamiento (P) mecánico en la transmisión

Algunos automóviles incorporaban un tambor de freno en el árbol de transmisión como freno de estacionamiento, lo vemos sobre la imagen de un Jeep Willys:

      • Motor delantero longitudinal y transmisión a las cuatro ruedas, 4×4.
      • Frenos de servicio de tambor en las cuatro ruedas situados en los extremos de los palieres.
      • En el árbol de transmisión trasero se intercala el freno de estacionamiento, es un tambor para esta función exclusivamente. Este automóvil es de propulsión (tracción trasera) permanente y delantera conectable manualmente.
      • El accionamiento del freno de estacionamiento es mediante cable flexible de acero y palanca en el salpicadero.

 

Con la aplicación masiva de la electrónica en el automóvil y la ampliación de actuaciones del ABS, no tardarán en equiparse frenos de servicio eléctricos, primero manteniendo el sistema hidráulico por seguridad activa primaria. Entonces el freno de estacionamiento será una función más del sistema de frenos eléctricos del automóvil.

 

Artículos relacionados con los frenos en el blog:

En la sección “Nuevas tecnologías”:

  • “ABS y sus derivados I, II y II” (el I es el más relacionado)
  • “De los frenos hidráulicos a los eléctricos I y II”
  • “Tipos de automóviles 4×4”

En la sección “Evolución de órganos y elementos”

  • “Pinzas fijas y deslizantes”
  • “Regulador de frenada trasera”

En la sección “Actualidad”

  • “Fatiga `fading´ de frenos”
  • “El servofreno”
  • “Tambor y disco de frenos”

En la sección “Historia del automóvil”

  • “Saab 92 y 96” (vídeos 4 y 5)
  • “Renault 4CV (4/4)” (vídeo 2)
  • “Lada Niva” (vídeo 4)

 

Otros enlaces relacionados

Información

https://es.wikipedia.org/wiki/Freno_de_estacionamiento

http://www.aficionadosalamecanica.net/frenos-4.htm

http://www.euskalnet.net/jinfante/fpa.html

Imágenes

http://assets.hemmings.com/story_image/564321-739-0.jpg?rev=2

https://frenosol.files.wordpress.com/2013/01/slide-12-728.jpg

https://frenosol.files.wordpress.com/2013/01/slide-4-7281.jpg

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http://imagenes.km77.com/fotos/bbtcontent/clipping/KM7KPH20090724_0082/3.jpg

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Un comentario

  1. Buen aporte informacional. Gracias, muy interesante para los que nos gusta el mundo del motor.

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