Il principio di funzionamento dei freni si basa principalmente sull'attrito. L'azione combinata di pastiglie e dischi (o tamburi) e pneumatici, unita all'attrito con il terreno, converte l'energia cinetica del veicolo in energia termica, provocandone l'arresto. Un sistema frenante efficiente deve garantire una forza frenante stabile, sufficiente e controllabile, nonché una buona trasmissione idraulica e capacità di dissipazione del calore, in modo che la forza esercitata dal conducente sul pedale del freno venga trasmessa in modo completo ed efficace alla pompa principale e alle pompe ausiliarie, evitando guasti idraulici e deterioramento dei freni causato dal calore eccessivo. Esistono freni a disco e freni a tamburo, ma, a parte il vantaggio economico, i freni a tamburo sono molto meno efficienti dei freni a disco.
attrito
L'attrito si riferisce alla resistenza al movimento tra le superfici di contatto di due oggetti in movimento relativo. L'entità della forza di attrito (F) è proporzionale al prodotto del coefficiente di attrito (μ) e della pressione positiva verticale (N) sulla superficie di contatto, espressa dalla formula fisica: F = μN. Nel caso dell'impianto frenante: μ si riferisce al coefficiente di attrito tra la pastiglia del freno e il disco del freno, e N è la forza esercitata dal pistone della pinza freno sulla pastiglia. Maggiore è il coefficiente di attrito, maggiore sarà l'attrito, ma il coefficiente di attrito tra la pastiglia e il disco varia a causa dell'elevato calore prodotto dall'attrito; in altre parole, il coefficiente di attrito (μ) varia con la temperatura. Ogni tipo di pastiglia freno, a causa dei diversi materiali, presenta una diversa curva del coefficiente di attrito, quindi diverse pastiglie freno avranno diverse temperature di esercizio ottimali e intervalli di temperatura di esercizio applicabili. Queste informazioni sono fondamentali da conoscere prima dell'acquisto delle pastiglie freno.
Trasferimento della forza frenante
La forza esercitata dal pistone della pinza freno sulla pastiglia del freno è detta forza del pedale. Dopo che la forza esercitata dal conducente sul pedale del freno viene amplificata dalla leva del meccanismo del pedale, tale forza viene ulteriormente amplificata dalla pressione negativa generata dal vuoto, sfruttando il principio della differenza di pressione del vuoto per spingere la pompa principale dei freni. La pressione del liquido erogata dalla pompa principale sfrutta l'effetto di trasmissione di potenza incomprimibile del liquido, che viene trasmessa a ciascuna pompa secondaria attraverso i tubi dei freni. Il principio di Pascal viene utilizzato per amplificare la pressione e spingere il pistone della pompa secondaria, esercitando così forza sulla pastiglia del freno. La legge di Pascal afferma che la pressione di un liquido è uniforme in ogni punto di un contenitore chiuso.
La pressione si ottiene dividendo la forza applicata per l'area sollecitata. Quando la pressione è uguale, si può ottenere l'effetto di amplificazione della potenza modificando il rapporto tra l'area applicata e l'area sollecitata (P1=F1/A1=F2/A2=P2). Nei sistemi frenanti, il rapporto tra la pressione totale della pompa e la pressione della pompa secondaria è dato dal rapporto tra l'area del pistone della pompa totale e l'area del pistone della pompa secondaria.
