El principio de funcionamiento del freno se basa principalmente en la fricción. Mediante el uso de pastillas y discos de freno (tambores), y la fricción entre los neumáticos y el suelo, la energía cinética del vehículo se convierte en energía térmica tras la fricción, deteniendo así el coche. Un sistema de frenado eficaz debe proporcionar una fuerza de frenado estable, suficiente y controlable, además de contar con una buena capacidad de transmisión hidráulica y disipación de calor para garantizar que la fuerza ejercida por el conductor sobre el pedal del freno se transmita de forma completa y eficaz a la bomba principal y a las bombas auxiliares, evitando así fallos hidráulicos y la pérdida de eficacia del freno causada por el calor excesivo. Existen frenos de disco y de tambor, pero, además de la ventaja en cuanto al coste, los frenos de tambor son mucho menos eficientes que los de disco.
fricción
La fricción se refiere a la resistencia al movimiento entre las superficies de contacto de dos objetos en movimiento relativo. La magnitud de la fuerza de fricción (F) es proporcional al producto del coeficiente de fricción (μ) y la presión vertical positiva (N) sobre la superficie de fricción, expresada por la fórmula física: F = μN. En el sistema de frenos: μ se refiere al coeficiente de fricción entre la pastilla y el disco de freno, y N es la fuerza del pedal ejercida por el pistón de la pinza de freno sobre la pastilla. Cuanto mayor sea el coeficiente de fricción, mayor será la fricción, pero este coeficiente cambiará debido al calor generado por la fricción; es decir, el coeficiente de fricción (μ) varía con la temperatura. Cada tipo de pastilla de freno, debido a sus diferentes materiales y curvas de coeficiente de fricción, tendrá una temperatura de funcionamiento óptima y un rango de temperatura de funcionamiento aplicable distintos. Esto es fundamental saberlo al comprar pastillas de freno.
Transferencia de la fuerza de frenado
La fuerza ejercida por el pistón de la pinza de freno sobre la pastilla se denomina fuerza de pedal. Tras la fuerza aplicada por el conductor al pisar el pedal, esta fuerza se amplifica mediante la presión de vacío, que utiliza el principio de la diferencia de presión para accionar la bomba principal de freno. La presión del líquido emitida por la bomba principal de freno aprovecha el efecto de transmisión de potencia de los líquidos incompresibles, que se transmite a cada subbomba a través de la tubería de freno. El principio de Pascal se utiliza para amplificar la presión y empujar el pistón de la subbomba para ejercer fuerza sobre la pastilla de freno. La ley de Pascal establece que la presión de un líquido es la misma en todo el interior de un recipiente cerrado.
La presión se obtiene dividiendo la fuerza aplicada entre el área sometida a tensión. Cuando la presión es igual, se puede lograr la amplificación de potencia modificando la proporción entre el área aplicada y el área sometida a tensión (P1=F1/A1=F2/A2=P2). En los sistemas de frenado, la relación entre la presión total de la bomba y la presión de la subbomba es igual a la relación entre el área del pistón de la bomba total y el área del pistón de la subbomba.
