Freno de estacionamiento

Sistema eléctrico

Freno de estacionamiento eléctrico

El accionamiento eléctrico del freno de estacionamiento es cada vez más común, ya que supone una mejora en el confort durante su manejo y un mayor espacio libre en el interior del vehículo al sustituir la palanca o el pedal por un interruptor de reducido volumen. Además, la aplicación de la gestión electrónica aumenta las posibilidades del sistema, por ejemplo: asistencia para el arranque en pendiente, activación automática al apagar el motor y retirar la llave del contacto o como frenada de emergencia en caso de avería del circuito hidráulico.

Se utilizan principalmente dos tipos:

  • Freno de estacionamiento eléctrico por cable
  • Freno de estacionamiento electromecánico
Freno de estacionamiento eléctrico por cable y electromecánico
Freno de estacionamiento eléctrico por cable y electromecánico

Freno de estacionamiento eléctrico con cable

El sistema original consiste en el empleo de un actuador eléctrico para tensar los cables Bowden del freno de estacionamiento clásico. Su activación se puede llevar a cabo de forma automática por la gestión de la unidad de control o de forma manual mediante un pulsador situado en la consola central del habitáculo.

Interruptor y actuador del freno de estacionamiento eléctrico
Pulsador y actuador del freno de estacionamiento eléctrico
Actuador eléctrico

El elemento principal del sistema es el actuador, habitualmente situado en la carrocería del vehículo sobre el eje trasero. Se compone de una unidad de control del freno de estacionamiento -1-, el motor eléctrico -2- junto a un piñón reductor -3-, un sensor de par -6- y los ejes, estriado -4- y retráctil -5-, a los que están acoplados los cables del freno de estacionamiento -7-. Su fabricación es estanca para impedir cualquier manipulación, excepto la sustitución de los cables Bowden.

Actuador de freno eléctrico
Actuador eléctrico y sus componentes

Para la gestión y control del sistema, la unidad de control del freno de estacionamiento recibe las señales del pulsador del freno de estacionamiento y del sensor de par por vía directa, mientras que las señales secundarias como la pendiente de la via o la velocidad del vehículo, las adquiere a través de la red multiplexada. Esta información es necesaria para cumplir los requisitos de activación del motor (ya sea por orden del conductor o por gestión del mismo sistema) y conocer la fuerza que hay que aplicar en los cables para inmovilizar el vehículo.

Cuando se cumplen los requisitos necesarios, la unidad electrónica alimenta el motor eléctrico de corriente continua con tensión de batería, poniéndolo en movimiento. El motor transmite su giro a través de un engranaje reductor que multiplica el par de accionamiento aplicado sobre el eje estriado. Dicho eje recibe el movimiento por su estriado externo y se desplaza lateralmente dentro de la carcasa, tensando o destensando el cable Bowden que se encuentra fijado en su extremo. En el interior del eje estriado se ha mecanizado una rosca (hembra) que invierte el movimiento lateral en función de su sentido de giro al trabajar contra la rosca externa (macho) del eje retráctil. Este eje se encuentra fijado radialmente a la carcasa por lo que no puede girar sobre si mismo y, al igual que el eje estriado, está unido a un cable Bowden en su extremo. El giro recibido por el eje estriado provoca el desplazamiento lineal del eje retráctil por su interior de modo que la distancia entre sus respectivos extremos se reduce, repartiendo por igual la fuerza de tensado entre ambos ejes y cables.

El sensor de par informa de la fuerza de tracción aplicada sobre el eje estriado. Esta señal identifica el final de carrera del émbolo que presiona las pastillas contra el disco cuando el par de tracción supera un valor preestablecido durante su accionamiento. En caso de que uno de los cables del freno de estacionamiento esté dañado o roto, la distribución de par no será efectiva, bloqueándose el sistema por la señal de dicho sensor.

Para la desactivación del freno de estacionamiento, la unidad alimenta al motor eléctrico con polaridad inversa, invirtiendo su sentido de giro y destensando los cables Bowden.

Mantenimiento

Puesto que el sistema interviene únicamente sobre los cables del freno de estacionamiento, el conjunto de pinzas y pastillas o tambor y zapatas son convencionales, por lo cual no es necesario ningún mantenimiento adicional. La únicas precauciones que se deben tener son la de evitar el frenado automático manteniendo el pulsador en posición de desbloqueo al parar el motor y después no pulsar el botón del freno de estacionamiento durante el cambio de pastillas o zapatas.

Por su naturaleza de trabajo eléctrico, puede quedar bloqueado en caso de que el vehículo se quede sin batería o por fallo eléctrico de sus componentes. Para ello, dispone de una función de emergencia para desactivar el freno de estacionamiento que se puede llevar a cabo con el útil de diagnosis o por proceso de desbloqueo manual, normalmente indicado en el manual del propietario del vehículo. Este último se realiza a través de un tirador que separa el eje estriado del piñón de ataque del motor, asegurando así la distensión de los cables del freno de estacionamiento.

Ejemplo del tirador de emergencia del freno de estacionamiento
Ejemplo del tirador de emergencia del freno de estacionamiento de un Renault

En caso de avería, se requiere maquina de diagnosis para la comprobación y reparación del sistema.

Freno de estacionamiento electromecánico

Es el sistema más empleado en la actualidad y realiza la función de freno de estacionamiento sin necesidad de cables Bowden, ya que emplea unos actuadores situados directamente en las pinzas de freno traseras. Al igual que el sistema anterior, su activación puede ser manual, a través de pulsador, o realizar funciones automáticas; entre las que existe la función de compensación de desgaste de las pastillas de freno traseras.

Diagrama del freno de estacionamiento electromecánico
Diagrama del freno de estacionamiento electromecánico
Unidad del freno de estacionamiento

El sistema es gestionado por la unidad del freno de estacionamiento conjuntamente con la unidad del ABS. La unidad de freno de estacionamiento recibe las señales de diversos sensores entre los que se encuentran: el pulsador de freno de estacionamiento y la tecla de la función de ayuda en el arranque en cuesta. Además, puede incorporar en su interior diversos sensores de aceleración utilizados para la gestión del ABS. También es la encargada de alimentar los actuadores de la pinzas de freno en función de las señales analizadas.

Para la gestión del freno de estacionamiento se tienen también en cuenta multitud de señales, tales como la velocidad de las ruedas, la aceleración del vehículo, la marcha insertada... suministradas por diferentes unidades del vehículo. La comunicación de estas unidades se realiza a través de la red multiplexada.

Actuador

En cada pinza de freno trasera está integrado un actuador de freno compuesto principalmente por: un motor eléctrico de corriente continua, un conjunto de engranajes que funcionan a modo de reductor y un husillo encargado de desplazar el émbolo de freno para bloquear las ruedas traseras.

Despiece del actuador de freno electromecánico
Despiece del actuador de freno electromecánico

Cuando el conductor activa el freno de estacionamiento, la unidad alimenta al motor eléctrico con tensión de batería, poniéndolo en movimiento. El giro del motor eléctrico y su piñón conductor se transmite mediante una correa dentada al piñón conducido. La diferencia de diámetros y número de dientes de los piñones determina la relación de transmisión y la primera reducción de giro.

La rotación del piñón conducido se transmite al conjunto reductor, que dependiendo del sistema, puede estar formado por un piñón oscilante o por un engranaje planetario de dos niveles, produciéndose la segunda desmultiplicación. Estas reducciones son necesarias ya que para inmovilizar el vehículo se utiliza una gran fuerza de accionamiento, aunque el desplazamiento lineal del émbolo hasta presionar las pastillas es mínimo. Según el sistema, la relación de desmultiplicación puede llegar a ser hasta de 1:150, es decir, para que el husillo dé una vuelta son necesarias 150 del motor eléctrico.

El husillo recibe el giro del grupo reductor y lo transmite a la tuerca de presión por su rosca, transformando el movimiento giratorio en lineal mientras que desplaza el émbolo hasta presionar las pastillas. Durante dicho desplazamiento, el retén sufre una leve deformación en dirección a las pastillas. La tuerca de presión está alojada en el émbolo de freno de manera que sólo puede avanzar o retroceder, en función del sentido de giro del husillo.

Movimiento del husillo
Movimiento del husillo y de la tuerca de presión durante el bloqueo y desbloqueo del freno de estacionamiento

Para determinar el final de carrera del émbolo al aplicarse el freno de estacionamiento, la unidad mide el consumo de corriente del motor eléctrico durante todo el proceso, cortando la alimentación cuando supera un nivel predeterminado. El consumo de corriente por parte del motor eléctrico aumenta proporcionalmente a la resistencia mecánica que tiene que vencer para realizar el movimiento. La función de compensación de desgaste de las pastillas funciona de modo parecido. La unidad de control calcula el recorrido del émbolo por el tiempo de activación y la corriente eléctrica consumida, corrigiendo el desgaste al acortar cada cierto tiempo el recorrido de desactivación.

Gráfica de funcionamiento del actuador de freno
Gráfica de funcionamiento del actuador de freno

Al desactivar el freno de estacionamiento, la unidad invierte la polaridad del motor eléctrico, invirtiendo el sentido de giro del husillo y liberando la presión sobre el émbolo. Éste retorna a su posición inicial por efecto del retén, al recuperarse de la deformación a la que es sometido cuando el émbolo se desplaza para presionar las pastillas.

El funcionamiento hidráulico de la pinza de freno no difiere de una pinza convencional.

Mantenimiento

Para la sustitución de las pastillas de freno es necesario el instrumento de diagnosis, teniendo que acceder a la opción de servicio que permite desplazar el husillo y con ello la tuerca de presión a su posición mínima, para que el émbolo pueda introducirse completamente y así poder reemplazar las pastillas.

La activación eléctrica solo actúa sobre la tuerca de presión, retrayéndola, el émbolo se mantiene en su posición mecánicamente y por la presencia del liquido de frenos. Para retraer el émbolo se debe utilizar el utillaje necesario como en cualquier pinza de freno convencional.

Una vez finalizado el cambio de pastillas, se debe realizar la aproximación o inicialización del sistema en el menú de activaciones. Se debe prestar especial atención en no intervenir sobre el pulsador o la llave de contacto con las pinzas o pastillas de freno desmontadas, ya que la activación automática del freno podría llevar el husillo a final de carrera.

A continuación un vídeo que expone detalladamente el proceso de sustitución de las pastillas con freno electromecánico:

El sistema no dispone de desbloqueo de emergencia, aunque el freno de estacionamiento se puede desbloquear retirando el actuador y girando manualmente el husillo.

Al igual que en el sistema anterior, en caso de avería se necesita el útil de diagnosis para verificar el funcionamiento de sus elementos.

La gestión electrónica del freno de estacionamiento tiene integrada una función para realizar la comprobación de eficacia del freno de estacionamiento cuando el vehículo se encuentra en un banco de rodillos (ITV - frenómetro). Esta puede ser automática, al reconocer ciertas condiciones mediante los sensores del sistema, o manual, a través de una secuencia de activación del interruptor de freno.