UNIDAD 11

EL SISTEMA DE FRENOS I

9. Freno de tambor o de expansión.

El freno de tambor se suele utilizar en el tren trasero de los vehículos y tiene una gran superficie de rozamiento por lo que necesita una menor fuerza de frenada que los de disco, pero tiene un inconveniente, no son capaces de disipar el calor igual de bien que los frenos de disco.

Estos frenos funcionan oprimiendo los forros contra el tambor.

9.1. Constitución del freno de tambor.

 

  Los elementos principales son:

- Tambor: Es el elemento que gira en conjunto con la rueda y está fabricado en una fundición gris perlítica con grafito esferoidal, ya que es el elemento que mayor calor y desgaste sufre y este material absorbe muy bien tanto el calor como la fricción.

- Zapatas: Son los elementos que sufren la fricción contra el tambor y están recubiertos con unos forros.
Pueden estar fabricadas en aleaciones de chapa estampada y soldada, aleaciones de aluminio o fundiciones.

- Bombín hidráulico: Es el encargado de hacer fricción entre las zapatas y el tambor mediante el líquido hidráulico.

- Plato portazapatas: Es la parte donde van situados todos los elementos de frenado que hemos citado excepto el tambor, esta fabricado en aluminio y va sujeto al montaje de la suspensión.

- Sistema de reglaje automático: Cada vez que se utiliza este sistema de frenos existe un desgaste que provoca mucha separación entre las zapatas y el tambor, para ello existe este sistema de regulación que permite tener siempre la misma distancia entre estos elementos.

Zapatas

Estas pueden estar fabricadas mediante aleaciones como ya hemos explicado, pero, en su construcción las podemos encontrar de dos formas distintas, bien unidas mediante remaches a 3/4 de las zapatas para evitar su roce o bien pegadas, lo que amortiguaría el ruido y las vibraciones.

Las zapatas están en contacto con el bombín en uno de sus extremos y sujeto al porta zapatas en el otro, lo que impide el movimiento de las mismas.

Un resorte vuelve a mantiene las zapatas en su posición  original.

Bombín

- Cuerpo: Alberga a todos los componentes del tambor, se sujeta mediante una unión roscada al plato portapinzas.

- Pistones: Se usa uno por zapata y tienen la misma misión que los émbolos de las pinzas de freno, aprisionar las zapatas contra el tambor.

- Muelle intermedio: Es el encargado de crear una cámara de separación entre los cilindros para que entre líquido de frenos.

- Copelas: Previenen la entrada de sustancias perjudiciales para el funcionamiento de los frenos y mantiene estanco el conjunto.

- Guardapolvos: Evitan la entrada de agua o polvo del exterior.

- Orificio de entrada: Es la unión de la canalización con el circuito hidráulico.

- Tornillo de purga: Sirve para evacuar el aire que hay dentro de las canalizaciones.

9.2. Características de funcionamiento.

Por la disposición de las zapatas y el sentido de giro de la rueda, pueden pasar varias cosas. Por ejemplo, imagina que el conjunto gira hacia la izquierda, la zapata del lado izquierdo se quedaría pegada por la fricción pero la de la derecha sería repelida por la fuerza contradictoria que se ejerce en el proceso. Dependiendo de ello, una de las zapatas será la primaria y otra la secundaria.

Efectos de calor en el freno de tambor.

- Dilatación radial del tambor y con ello la separación excesiva de las zapatas.
- Perdida de los forros de fricción que preveen el desgaste de las zapatas, con ello, pérdida significativa de la frenada.

9.3. Sistema de reglaje automático del freno de tambor.

Los frenos de forro al desgastarse, aumentan la distancia hacia el tambor, por ello existen dos tipos de reglaje automático. reglaje automático tipo Bendix y tipo Girling.

Reglaje tipo girling.

El sistema de reglaje girling consiste en una rueda moleteada que a la hora de frenar y tener una separación excesiva de las zapatas de freno, gira sobre si misma para garantizar la separación óptima entre las zapatas y el tambor.

Reglaje automático Bendix.

Consiste en una sistema con una palanca que al frenar determina la posición de las zapatas y mediante un sector dentado permite regular la posición de las zapatas.

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8. Freno de disco.

Antes el freno de disco solo se instalaba en el eje delantero debido a la transferencia de cargas, pero con el paso del tiempo cada vez más vehículos incorporan frenos de disco en el eje trasero debido a que estos son más efectivos que los frenos de tambor. Además, el disco se dilata con la calor con lo que se aproximaría más a las pastillas y el efecto de frenada sería aun mejor.

El disco de freno esta formado por los siguientes elementos:

- Disco de freno: Elemento que gira con la rueda, va conectado al buje de la misma.

- Pinza o mordaza de freno: Es la parte que está fija en el freno, va roscada a la mangueta y en su interior posee un cilindro o émbolo que al llegar la presión de aceite presiona las pastillas que van situadas a su continuación.

- Pistones: Se encuentran a un lado de las pinzas del freno, puede haber más de un cilindro por pinza y son los principales contactos de los cilindros contra las pastillas de freno.

-Pastillas: Están situadas a continuación de los pistones y mediante unos forros son las encargadas de hacer fricción contra el disco.

8.1. Disco de freno.

Es el componente móvil del conjunto y se trata de una aleación de acero y cromo para poder resistir las grandes temperaturas que se generan en su interior sin sufrir degradación alguna.

Hay dos tipos de freno de disco:

- Disco macizo: No dispone de refrigeración "forzada" por loo que el propio viento de la marcha es el que lo hace refrigerarse, se suele instalar en el eje trasero.

- Disco ventilado exterior o interior: Es más grande y robusta que la maciza, por ello lleva agujeros y canalizaciones por donde pasa el aire forzosamente para evacuar el calor.

                                                                       

8.2. Pastillas de freno.

Las pastillas de freno están compuestas por un forro que va pegado junto a otro material intermedio a la placa metálica que soporta el conjunto. En su unión con las pinzas del freno y el émbolo o cilindro, lleva una chapa metalica que actua como amortiguador para que no exista ruido.

Todas las pastillas que pasan la normativa a la que están sometidas tienen un sello que lo certifica.

8.3. Pinza o mordaza de freno.

Son los elementos que albergan al cilindro y de manera como aprisione a las pastillas puede ser fija o flotante. Vamos a ver estos dos tipos.

- Freno de disco de pinza fija: Este tipo de pinzas utilizan un émbolo o más por pinza, de esta manera la frenada se realiza de manera más uniforme y continuada.

Según esto, este sistema seria el más eficaz y el más conveniente de montar en un vehículo, pero existen algunos problemas.

Son muy voluminoso y ello conlleva a un peso mayor y más coste a la hora de la fabricación, también precisa de más espacio para montarse y en frenadas muy continuadas, al no evacuar bien el calor puede tender a a fallar el sistema de líquido de frenos.

 

- Freno de disco de pinza flotante: Este sistema utiliza una sola pastilla como empujador y suele ser el que más se utiliza ya que en los turismo normales, suele haber poco espacio para montar las pinzas y evacua mejor el calor.

8.4. Anillo obturador.

En el cilindro de las pinzas existe una especie de retén rectangular que además de impedir que se salga el fluido al frenar, permite devolver su posición inicial al émbolo, de esta manera, al dejar de pisar el pedal del freno, el cilindro se retrasa y permite a la rueda girar libremente de nuevo.

Si las pastillas se desgastan en exceso, el retén tendrá que hacer un esfuerzo que, con el tiempo, no permitirá que el cilindro funcione correctamente.

8.5. Testigo de desgaste de pastillas de freno.

En las propias pastillas de freno se encuentra un hilo de cobre, que cuando se desgasta la pastilla en exceso, se corta y hace saltar un piloto de advertencia en el cuadro de mandos.

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7.El circuito hidráulico.

El circuito de frenos es el encargado de transportar el liquido de frenos desde la bomba hasta las pinzas del freno.

7.1. Canalizaciones.

Las canalizaciones pueden ser de tramos metálicos o tramos flexibles, ya que dependiendo de la zona en la que se encuentren pueden necesitar más o menos movilidad.

 Las tuberías metálicas suelen tener un diámetro algo más grueso de lo normal (de 4`5mm en el exterior y unos 2`5mm en el interior) y están alojadas a una distancia de precaución con cualquier elemento de la carrocería ya que se pueden agrietar o rajar, también llevan una protección bastante eficaz contra la corrosión.

Los manguitos o latiguillos flexibles están compuestos por unas capas de goma y rayón que permiten absorber las irregularidades del terreno que pueden dañarlas. Básicamente cumplen la misma función que los latiguillos de metal.

7.2. Líquido de frenos.

El liquido de frenos es el encargado de actuar con fuerza sobre los componentes del circuito para que la fuerza se transmita correctamente.

Los líquidos de freno deben soportar una serie de características según una norma establecida:

- Punto de ebullición de equilibrio en seco: Es la temperatura que debe soportar el fluido a una temperatura real a la de ebullición, en la zona de los cilindros es donde se debe soportar la más alta, de hasta 500ºC.

- Punto de ebullición en húmedo: Es la temperatura que debería soportar el líquido de frenos si hubiese absorbido agua, si se da el caso, el líquido de frenos deberá cambiarse en un plazo de como máximo dos años.

- Viscosidad: Es crucial en este sistema, ya que tiene que rendir en temperaturas de entre 40ºC y 100ºC.

- Comprensibilidad: Debe ser lo menos posible para que la fuerza se transmita correctamente hasta las pinzas de freno.

- Protección contra la corrosión: El líquido debe ser el adecuado y tener los aditivos correctos para evitar una posible corrosión en el sistema de canalizaciones.

- Ensanchamiento de los elastómeros: El líquido de frenos debe ser compatible con los elementos elastómeros que lo componen, ya que sino esta bien repartida la relación entre glicol o poliglicol y el disolvente el líquido de frenos podría acabar deteriorando las copelas o las juntas de goma.

los líquidos de frenos se pueden dividir en minerales o sintéticos.

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6. Bomba de Freno o Cilindro Principal

La bomba de freno controla la presión del circuito y controla todo el proceso de frenada.

Los principales componentes de cualquier bomba de freno son:

- Depósito o recipiente de compensación: Alberga el líquido de frenos.

- Cuerpo o carcasa: Embulle a los demás componentes y alberga un cilindro en su interior.

- Émbolo o pistón: Se pone en marcha cuando se pisa el pedal del freno y es el encargado de generar presión en el sistema.

- Retenes o copelas: Evitan la pérdida de fluido en el circuito o la entrada de aire al mismo.

- Taladro u orificio de compensación: Comunica a la bomba con la cámara donde se encuentra albergado el fluido.

- Muelle o resorte recuperador: Esta preparado para soportar cierta presión y se encarga del retorno del émbolo, de esta manera el circuito es capaz de volver a la normalidad con gran facilidad.

-Conductos de salida: Comunican a la bomba con los conductos que llevan el fluido hasta las pinzas de freno.

Hay dos tipos principales de bombas de freno:

- Bomba de freno simple: Se utiliza en vehículos con un único eje de frenada y los componentes principales son los que hemos explicado anteriormente.

- Bomba de freno de doble cuerpo o tipo tándem: Este sistema si se utiliza en turismos ya que emplea un sistema de frenos independiente por eje, este sistema consiste en un doble émbolo, uno a continuación del otro, que se encuentran en una misma carcasa.

Dentro de las bombas de tipo tándem, podemos encontrar tres tipos principales de bombas, Tipo tándem con taladro de compensación, Tipo tándem con válvula central y Tipo tándem con émbolo de buzo.

6.1. Bomba de freno tipo tándem con taladro de compensación

La bomba que esta justo arriba, esta justo en reposo, de esta manera no hay presión ejercida por el conductor y ambos émbolos permanecen en su posición de reposo impidiendo el paso de fluido.

Cuando entra en funcionamiento, el primer émbolo empuja al segundo, de esta manera el fluido que hay entre medias de ambos émbolos crea una presión que se transmite hacia las pinzas por los conductos.

Al cesar la fuerza de frenado del conductor el fluido retorna lentamente por un canal de seguridad y a través de una válvula de seguridad se comunica la cámara de los émbolos con el depósito del fluido para evitar que el retroceso del fluido produzca burbujas de aire en el sistema lo que dificultaría la tarea de frenado.

Lo "bueno" de este tipo de bomba de frenos, es que si se avería o hay una fuga en una de las cámaras de los émbolos, la otra sigue funcionando y enviando presión, por lo que siempre habría un eje con fuerza de frenada.


6.2. Bomba tipo tándem con válvula central.

Este tipo de bomba tiene un sistema de funcionamiento idéntico al anterior, lo único que incorporan de manera innovadora es que esta bomba se puede utilizar con sistemas de seguridad de frenada como el ABS, ESP...

  La bomba con válvula central tiene una válvula como su nombre indica que en reposo permite el paso de fluido entre cámaras, de esta manera al accionarla no lo permite y genera presión en el circuito que la envía hacia los diferentes puntos del circuito. Dispone de un taladro de compensación cuya función es compensar el retroceso del fluido al dejar de frenar para impedir la creación de burbujas que sean perjudiciales para el funcionamiento de la bomba.

6.3. Bomba tipo tándem con émbolo buzo.

Este tipo de bomba (no he podido encontrar imagen) es el desarrollo total de todas las anteriores. Además es capaz de cumplir con todas las funciones de las otras bombas las mejora en ciertas características como las siguientes.

- Su tamaño es mas reducido que el de las anteriores.

- Al ser mas pequeña, pesa menos. (entorno al 20% menos).

- Posee la mitad de componentes que las versiones anteriores.

- Al ser más pequeña sufre menos deformación por las juntas.

- En la junta con la carcasa posee juntas estancas lo que mejora el funcionamiento de la misma.

- Contamina menos por la última norma vigente.

- Es compatible con el ABS, ESP, ASR...

6.4. Depósito o recipiente de compensación.

Va situada en la parte superior de la bomba y se encarga de contrarrestar el volumen por las frenadas, el ABS...

Entre sus componentes principales posee una válvula de seguridad y un flotador que indica si el nivel de aceite es el mínimo.

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5. Pedal de Freno

El pedal de freno es el encargado de activar el sistema de frenado y permite al conductor disminuir la velocidad cómoda y seguramente.

La relación de transmisión o brazo de palanca que ejerce este pedal es de 1:4 a 1:5 con lo que se consigue un mejor rendimiento de la fuerza que ejerce el conductor.

Mediante un vástago, la fuerza ejercida en el pedal es capaz de pasar directamente hasta la bomba hidráulica o como es más utilizado, hacia el servofreno.

El propio pedal lleva un interruptor que detecta, al pisar el pedal, que se esta frenando el vehículo y enciende las luces de frenado.

Al pisar el pedal de freno este no se queda hundido, sino que vuelve a su posición gracias a un muelle o resorte que lleva incorporado el propio pedal.

 

Para averiguar la fuerza de salida del pedal del freno (F0), se realiza la siguiente fórmula.


          Fp · (L1 + L2)
F0 = ------------------------- · cos alfa (alfa = ángulo que se forma en el pedal al frenar)
                  L1

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4. Freno de Servicio 

El freno de servicio es el encargado de detener o frenar un vehículo de forma controlada y segura. 

 Forman parte de todo este conjunto del freno de servicio todos los elementos que intervienen en la frenada del vehículo, desde el pedal de freno hasta el sistema de frenos delantero y trasero.

Voy a explicar con un poco de detalle los elementos que se explican.

 

-Pedal del Freno: Tiene la forma de una palanca y cuando pisa actúa sobre el circuito en la bomba de freno o cilindro maestro, o bien, en el servofreno.

-Amplificador del Mando de Freno o Servofreno: Permite multiplicar la fuerza empleada al pisar el pedal de frenada ya que sería necesaria demasiada fuerza para poder pisarlo y aun más si se circulara a demasiada velocidad.

-Bomba de Freno: Es el principal componente encargado de multiplicar la fuerza explicada en el punto anterior. (Cilindro Maestro).

-Circuito Hidráulico: Son los conductos por los que circula el líquido a presión y permite de esta forma y al llegar a las rueda detener el vehículo de forma segura.
Deben estar muy reforzados ya que deben soportar presiones muy altas a la hora de realizar frenadas exigentes.

-Compensadores de Frenado: Son los encargados de disminuir la presión del fluido en el eje trasero ya que sino, el vehículo bloquearía las rueda en una frenada brusca debido a la transferencia de masas.

http://racesimonline.com/articulos/TraccionAgarreYTransferenciaDeMasas.php

-Frenos: Son los últimos elementos en el sistema de frenada, estos van unidos a la rueda mediante el buje y mediante una fricción entre las pastillas y el disco son capaces de detener el giro de las ruedas.

 

  Como ya hemos explicado, el conductor al pisar el pedal del freno, activa el servofreno o bomba hidráulica, esta al llegar el movimiento mueve los émbolos que transmiten el fluido por las canalizaciones hasta el final del recorrido, donde se encuentran las pastillas que, o bien aprisionan al disco si el sistema es de frenos de disco, o cierra el tambor si el sistema es de frenos de tambor.

PRACTICA DE MONTAJE Y 
DESMONTAJE
DEL MANGUITO DE FRENO

-Descripción: Esta practica consiste en el desmontaje y montaje del manguito que lleva el líquido de frenos desde la bomba o cilindro maestro hasta las pinzas de freno. Es, concretamente, de un Honda Civic.

-Procedimientos: Tras quitar la rueda e inspeccionar el lugar para ver con lo que vamos a trabajar, procedemos a quitar principalmente un tornillo de racor que conecta el cilindro maestro con el manguito secundario. Para poder extraerlo se precisa de una llave especial y también de, cuando se afloje hasta cierto punto dicho racor, quitar una pletina que permite la unión entre ambas canalizaciones para impedir que el segundo manguito, al ser más flexible, se retuerza en si mismo y acabe agrietado o rajado.

Es muy importante colocar un recipiente para que el líquido de frenos, muy corrosivo, no ensucie nada.

Tras esto, localizamos los puntos donde este acoplado dicho manguito y tras quitar dichos puntos se extrae de una forma muy fácil y sencilla.

Al acabar de hacer esto y limpiar dicho manguito se puede volver a montar el conjunto.

-Materiales Empleados: 

  -Llave de Cruz.

  -Llave de racores.

  -Juego de Carraca y llaves de tubo.

  

PRACTICA DE MONTAJE 

Y DESMONTAJE DE LA ROTULA DE DIRECCIÓN

-Descripción: Esta práctica consiste en la verificación de la rótula de dirección de un Ford Fiesta del `85. Tras verificar su estado y desmontarla para ver que se encontraba en perfectas condiciones, procedimos a volver a montarla.

-Procedimientos: Tras quitar la rueda y girar la dirección hacia un lado, procedemos a hacer una inspección visual y limpieza de la pieza con la cual vamos a trabajar. A continuación, se utiliza un extractor de rótulas para poder extraer la misma de una forma segura.

Después de extraer la rótula de su cavidad, comprobamos que esta en perfecto funcionamiento sometiéndola a esfuerzos radiales y también comprobando que la junta no esta ni agrietada ni rallada.

Justo después tenemos que medir con el calibre el resto de rosca que le queda a la rótula para roscar ya que es muy importante dejarla en el lugar que nos indica el fabricante tal y como viene montado, cuando hayamos terminado de verificar todas estas acciones, podemos volver a montar idénticamente la rótula.

Con esto habríamos acabado esta práctica.

-Materiales Empleados: 

  -Llaves planas.

  -Llave de carraca y juego de vasos de tubo.

  -Martillo de nailon.

  -Calibre.

  -Extractor de rótulas.

  -Llave en cruz.

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1.Sistema de Frenos.

Este sistema está formado por unos elementos en la que su función es detener pausadamente un vehículo en movimiento o impedir su movimiento si por algún motivo este se encuentra estacionado.

Dentro del grupo de frenos hay 3 variantes. Freno de Servicio, Freno de Estacionamiento y Freno de Socorro.

-Freno de Servicio: Es el freno principal que se usa con el pedal, gracias a el se controla la velocidad del vehículo de cualquier manera. (en pendientes, con carga...). Este freno actúa suave y uniformemente sobre todas las ruedas.

-Freno de Estacionamiento: Se activa mediante palanca y permite que el vehículo no se mueva aun sin nadie dentro, actúa, generalmente sobre las ruedas traseras.

-Freno de Socorro: Mismo mecanismo que el de estacionamiento y permite parar el vehículo si el freno de servicio no funciona, al menos inmoviliza una rueda de cada eje.

La función principal del freno, teóricamente, es transformar la energía cinética o movimiento en calor o trabajo. Esto quiere decir que el movimiento que lleva el vehículo al intentar pararlo lo transforma en mucho calor, por ello se debe mantener refrigerada su zona de uso ya que están expuestos a unas temperaturas muy elevadas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Freno

http://www.motorpasion.com/respuestas/funcionamiento-en-sistema-de-frenos-de-un-vehiculo

Los dos frenos principales que se usan en el automovilismo son el Freno de Tambor y el Freno de Disco.

-Freno de Tambor: Es el menos utilizado y se encuentra en desuso ya que no tiene las mismas propiedades que un freno de disco, frena apoyando las zapatas en el tambor ya que este gira solidario a la rueda. (imagen superior número 2).

-Freno de Disco: Es el tipo más utilizado ya que es el que más disipa el calor creado en la frenada y por lo cual es más eficaz. Frena apretando las pastillas contra el disco que gira solidario a la rueda.

2. Estudio Teórico del Proceso de Frenada.

El Estudio Teórico del Proceso de Frenada se realiza pensando que al vehículo en movimiento no le intervendrá ningún tipo de fuerza exterior. (Tramo recto, sin efectos de suspensión...)

2.1. Fuerza de Frenado. 

La fuerza de frenado es aquella que se necesita para detener un vehículo. Para ser exacto, son todas las fuerzas que intervienen entre las ruedas y la calzada para impedir el giro de las mismas.

Al entrar en funcionamiento los frenos intentan impedir el giro de las ruedas mientras que la calzada intenta que ese giro continúe, ahí se generan las fuerzas.

Esta fuerza de frenado debe ser siempre inferior a la de adherencia ya que sino, las ruedas patinarían.

2.2. Deceleración Máxima o Eficacia de Frenado.

La Eficiencia indica la energía que el vehículo es capaz de aprovechar entre el neumático y la calzada.

2.3. Distancia de Parada.

Es la distancia que recorre el vehículo cuando se tiene que parar lo más rápido que pueda. Se mide desde el momento que se inicia la frenada hasta que el vehículo se para por completo.

3. Sistema de Mando del Sistema de Frenos.

El sistema de mando de frenos nos permite conectar la fuerza del conductor con los frenos mediante el pedal o la palanca de mano.

Los diferentes tipos de mandos son:

- Mando Mecánico: La fuerza se transmite por cables o por varillas desde el pedal hasta las pinzas de freno.

- Mando Hidráulico: La fuerza del conductor se transmite a través de un fluido que transmite la fuerza hasta las pastillas de freno mediante canalizaciones, este funcionamiento pone en funcionamiento la teoría de Pascal, que dice que un líquido se expande en todas las direcciones con la misma presión.

- Mando Neumático: Es similar al método de mando hidráulico pero se realiza con aire comprimido.

3.1. Sistema de Mando Mecánico.

Este método permite el accionamiento del freno de servicio mediante el accionamiento de un pedal y una serie de cables y mecanismos. Este sistema dejó de utilizarse cuando entró en funcionamiento los motores de alta velocidad, ya que para frenar requerían un gran esfuerzo del conductor.

Actualmente, este sistema se utiliza como freno de socorro y freno de estacionamiento.

3.2. Sistema de Mando Neumático.

En este tipo de sistemas, se utiliza un compresor que comprime el aire. Al accionar el pedal de Freno de Servicio, el aire con una presión de unos 10 bares pasa por las canalizaciones hasta el accionamiento de las pinzas.


3.3. Sistema de Mando Hidráulico.

Este sistema transmite la fuerza del conductor hasta las pinzas de freno mediante canalizaciones y mediante un fluido (Liquido de Freno).
Cuando acciona el pedal del freno, se acciona un émbolo que transmite la presión de igual manera hacia todas las partes (Ley de Pascal) de esta manera se consigue un reparto de fuerzas equilibrado.

Antigüamente, si habia una fuga en el circuito del líquido de frenos, el vehículo se quedaba inmovilizado ya que no había manera de parar el vehículo, actualmente se han incorporado dos circuitos repartidos entre uno para un eje y otro para otro o en cruz, de esta manera se consigue una frenada de emergencia en caso de fuga.