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Características constructivas de la carrocería

Las carrocerías se diseñan tomando como base una estructura resistente suficientemente capaz de evitar las deformaciones producto de los siguientes esfuerzos estructurales: De tracción provocados por la marcha del vehículo, sobre todo en las aceleraciones y frenadas. De flexión provocados por el peso total soportado, en particular el que se aplica directamente sobre los ejes delantero y trasero. De torsión provocados por el desplazamiento vertical de los ejes cuando el firme es irregular.

El concepto de energía cinética.

Todos los objetos en movimiento adquieren una energía cinética como consecuencia directa de su masa y velocidad, según la siguiente expresión:

Ec = ½ mv2

Donde Ec es la energía cinética, m la masa, v la velocidad.

Características constructivas de la carrocería

De ello se pueden realizarse algunas consideraciones:

Un vehículo que se desplace a la misma velocidad que otro, pero que tenga el doble de peso, tendrá el doble de energía cinética.

Un vehículo igual a otro, que se desplace al doble de velocidad, la Ec Serra cuatro veces mayor.

Sabiendo que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma, cuando un vehículo disminuye su velocidad o se detiene, esa energía cinética se transforma en otro tipo de energía, según el caso:

Si la perdida de velocidad se produce por subir una pendiente, la Ec se transforma en energía potencial (Ep) que se almacena.

Si se produce por la acción de los frenos, se transforma en forma de energía calorífica que se disipa al medio ambiente.

En caso de choque, la Ec se transforma en energía de deformación de la carrocería.

De ello se deduce, que si la estructura del vehículo fuese altamente indeformable, en caso de colisión el impacto seria mucho más violento, los vehículos saldrían despedidos en direcciones y direcciones diferentes y, los ocupantes sufrirían fuertes aceleraciones que les ocasionarían importantes lesiones internas y externas.

Concepto estructural de la carrocería.

Las zonas delantera y trasera de los vehículos están diseñadas para amortiguar el golpe absorbiendo la energía al deformarse, entre estas dos zonas deformables se encuentra el habitáculo que debe ser lo más rígido posible para mantener el espacio vital de supervivencia que proteja a los ocupantes, además, en el interior de éste debe evitarse que el ocupante se encuentre con zonas duras. También es importante unos pedales que ayuden a disminuir las lesiones ocasionados por éstos, y una columna de dirección colapsable que evite dañar el tórax del conductor.

Modulo delantero o frontal. Su misión es proteger la zona central, transformando la energía que se genera en la colisión en energía de deformación evitando su transmisión al interior del vehículo.

Modulo central. Forma el habitáculo de pasajeros. Esta zona es la más rígida e indeformable para proteger a los pasajeros.

Modulo trasero o posterior. Desempeña la misma función en casa de alcance o colisión trasera, que el módulo delantero.

Concepto estructural de la carrocería.

Como resumen de todo lo anteriormente expuesto, se deduce que en la configuración de una carrocería autoportante deben tenerse en cuenta una serie de criterios, además de los puramente estéticos, como:

Rigidez. Una estructura demasiado blanda es peligrosa ya que supone que el habitáculo de los pasajeros no se mantendrá intacto, por el contrario una estructura muy rígida también lo es puesto que los ocupantes se ven sometidos a fuertes aceleraciones.

A nivel estructural, el chasis no debe retorcerse ni flexionarse sino en un grado mínimo por el efecto de las fuerzas que actúan sobre él. Asimismo deben minimizarse las deformaciones elásticas que sufren las puertas, capo y la tapa de maletero a fin de garantizar la hermeticidad durante la marcha, traduciéndose en ventajas como:

  • Menos vibraciones.
  • Menos ruidos.
  • Mantener la posición y tolerancias de ensamblaje en puertas y capos.
  • Mas facilidad de conducción.
  • Mas resistencia a las roturas que se producen por la marcha por terrenos irregulares.
  • Mayor sensación de solidez del vehículo.

Vibraciones. Las vibraciones de la carrocería así como las producidas por algunos de los componentes pueden disminuir el grado de confort. Para eliminar o disminuir estos efectos se recurre a:

  • Los componentes susceptibles de vibración de la carrocería deben tener una estructura y geometría adecuada.
  • Empleando materiales insonorizantes en cuerpos huecos.
  • Utilizando tacos de goma y silentblocks para filtrar las vibraciones procedentes del tren de rodaje y del grupo motopropulsor.

Durabilidad. Para conseguir una estructura que mantenga inalterables sus características constructivas durante el mayor tiempo posible, se utilizan diferentes técnicas:

  • Una construcción sólida y estable que preste especial atención a los puntos de apoyo del tren de rodaje, dirección y el conjunto de tracción.
  • Utilización de materiales que no envejecen fácilmente.
  • Una adecuada protección anticorrosiva.

Facilidad de reparación. Los elementos exteriores de la carrocería deben poderse reparar o sustituir sin ocasionar ninguna merma en la rigidez estructural del vehículo y dichos componentes deben tener una buena accesibilidad interior y a la zona o a los elementos de unión.

Aerodinámica. Es un factor fundamental que condiciona en gran medida el proyecto de un vehículo. La correcta circulación del aire resulta decisiva a la hora de:

  • Obtener una adecuada economía de consumo.
  • Conseguir un buen comportamiento dinámico limitando el empuje ascensional a altas velocidades.
  • Conseguir una adecuada evacuación del agua que salpica evitando que se ensucien las ventanillas o los retrovisores, faros etc.

Comportamiento en caso de choque. En caso de colisión, la estructura debe deformarse de un modo programado o predefinido, transformando la máxima energía cinética posible en trabajo de deformación. Asimismo, incorporan el panel de fuego, separando el motor del habitáculo, y el panel trasero, tras los asientos posteriores. Las protecciones laterales evitan que la estructura del coche produzca daños en una colisión lateral. Se incorporan tres refuerzos: los travesaños del piso del habitáculo, los pilares y las puertas reforzadas mediante barras longitudinales o cruzadas en forma de aspa.

Tipos de vehículos según su construcción.

La carrocería se puede considerar como el elemento o conjunto de elementos que representan el perfil de la estructura exterior de un automóvil.

Algunas de sus características, como la resistencia y el peso dependen, casi exclusivamente, de las distintas configuraciones que la carrocería puede adoptar, existen tres tipos de sistemas fundamentales de construcción:

  • Carrocería y chasis separados.
  • Carrocería con plataforma-chasis.
  • Carrocería autoportante.

Carrocería y chasis separados.

Este es el sistema más antiguo de los utilizados en el automóvil y en la actualidad sólo se aplica en la construcción de vehículos industriales, vehículos todoterreno. Está constituidas por la unión de dos estructuras distintas:

  • El bastidor.
  • La carrocería.

El bastidor es una estructura constituida por un armazón de vigas o largueros de acero a lo largo del vehículo, unidas mediante travesaños soldados, atornillados o remachados, dispuestos transversal o diagonalmente. El elemento posee una elevada resistencia y rigidez sobre el que montan los órganos mecánicos y la carrocería. Cuando el bastidor ha recibido todos los órganos del motor recibe generalmente el nombre de chasis.

La carrocería constituye la envoltura externa del vehículo y carece de funciones de resistencia. Para su montaje, se atornilla al bastidor a través de unas juntas de caucho.

El sistema de carrocería y chasis separados permite conseguir:

  • Gran robustez y resistencia para transportar cargas elevadas.
  • Elevada rigidez para soportar grandes esfuerzos elásticos y dinámicos.

En el automóvil este sistema se ha desechado debido a entre otras razones:

  • Aumento considerable del peso del vehículo.
  • Menor control de las zonas de deformación.
  • Centro de gravedad mas alto, que hace disminuir la estabilidad y aumenta el coeficiente aerodinámico.
  • Mayor coste de fabricación.

Chasis-cabina. La configuración de este vehículo esta formada por un robusto chasis que sustenta todos los órganos mecánicos y a la cabina avanzada. La estructura de la cabina está concebida de forma que las fuerzas resultantes de una colisión se distribuyan en un área considerable y no se concentren en la zona de impacto.

Los apoyos de la cabina son también convenientemente reforzados. Estos refuerzos consisten en un aumento del grosor del material o en una configuración tal que las cargas soportadas por los apoyos sean distribuidas en una zona mayor de la cabina. Adicionalmente, dado que la cabina es avanzada es también abatible, la parte frontal debe ser extremadamente rígida para soportar la fijación.

Cabeza tractora. Al igual que el anterior, esta estructura corresponde a un vehículo construido con un robusto chasis que sustenta todos los órganos mecánicos y a la cabina. La principal diferencia estriba en que el chasis no es un elemento de carga, sino que dispone de un mecanismo para el arrastre de plataformas rodantes: caja cerrada o abierta, cisternas, portacoches, etc.

Tipos de bastidor. Los bastidores suelen diseñarse con diferentes formas y geometría, en función de las diversas solicitaciones como resistencia, distribución de la carga, flexiones, torsiones elevadas y frecuentes, etc.

En escalera (en H). Consiste en dos largueros laterales de chapa laminada o embutida y soldada mediante una serie de travesaños. Su uso en la actualidad se centra en camiones y algunos furgones ligeros debido a su gran rigidez.

De columna (en X). Este bastidor se estrecha por el centro proporcionando al vehículo una estructura rígida. El travesaño delantero es muy robusto para servir de fijación para los anclajes de las suspensiones delanteras. Una variedad del mismo es el bastidor de tubo central, que cuenta con una viga longitudinal en la sección central, con perfil cuadrado o redondo y que tiene en sus elementos sendos entramados para alojar los elementos mecánicos del vehículo.

Perimétrico. Los largueros de este bastidor soportan la carrocería en la parte mas ancha, ofreciendo una mayor protección en caso de impacto lateral. Los travesaños traseros están diseñados convenientemente para absorber la energía de un impacto trasero. En caso de impacto lateral, como el larguero longitudinal se encuentra muy cerca del cerramiento del piso, se evitan en parte los aplastamientos.

Tubular. Este tipo de bastidor evoluciona el concepto de pesados chasis hacia estructuras esbeltas tipo “celosía” sobre las que atornillar las chapas exteriores de la carrocería. Este tipo de diseño se emplea en vehículos de competición en los que la carrocería exterior tiene una misión meramente estética y aerodinámica, y donde es necesario disponer de buena accesibilidad macanita.

Carrocería con plataforma chasis.

Puede compararse con la de chasis con carrocería separada. La plataforma portante está constituida por un chasis aligerado formado por la unión de varias chapas que forman una base fuerte y sirve a la vez de soporte de las partes mecánicas y posteriormente de a carrocería. Esta ultima puede unirse a la plataforma siguiendo dos técnicas:

  • Atornillado.
  • Mediante soldadura por puntos o remaches.

Esta técnica de fabricación permite disponer de una amplia gama de carrocerías diferentes, para montar sobre la misma plataforma base. Se utiliza sobre todo en el caso de furgonetas, furgones y vehículos todoterreno.

Carrocería autoportante.

Es la más utilizada por los fabricantes de automóviles. Su estructura metálica envolvente esta constituida por la unios de elementos de chapa de diferentes formas y espesores proporcionando al vehículo:

  • Resistencia adecuada a las solicitaciones dinámicas de flexión y torsión habituales durante su uso.
  • La resistencia adecuada a las cargas estáticas.
  • La base de anclaje idónea para soportar, directamente o con superposición de elementos elásticos, los diferentes órganos mecánicos y eléctricos.
  • La forma externa característica.

La estructura autoportante se proyecta de manera que ofrezca una resistencia diferenciada que absorba y disipe la máxima cantidad posible de la energía generada por el choque y al mismo tiempo mantenga una célula indeformable en torno al habitáculo de pasajeros.

Las ventajes de este tipo de carrocería son:

  • Dotan al vehículo de una gran ligereza estabilidad y rigidez.
  • Facilitan la fabricación en serie, lo que repercute en una mayor perfección de su fabricación.
  • Tienen el centro de gravedad mas bajo, por lo que mejoran la estabilidad de marcha del vehículo.
  • Son más económicas debido al alto grado de automatización que permite su fabricación.

Clasificación de las carrocerías autoportantes.

Básicamente existen dos tipos de carrocería autoportantes:

  • Carrocería autoportante con elementos desmontables. Permite que aquellas piezas que suelen sufrir golpes con mas frecuencia, sean fácilmente desmontables.
  • Carrocería autoportante unida por soladura. El número de las piezas desmontables está reducido al máximo para conseguir una configuración lo mas compacta posible. El principal inconveniente de este tipo de carrocerías, reside en su reparación, que es mas costosa y laboriosa.

Los subchasis

Son pequeños chasis complementos e independientes de la carrocería a la que se acoplan por medio de elementos elásticos o silentblocks fijados mediante tornillos. Estos subchasis soportan los distintos órganos mecánicos aumentando así la rigidez dinámica del conjunto disminuyendo además los ruidos.

Aerodinámica.

Cualquier cuerpo que se mueve ha de hacerlo de alguna forma en contra de la resistencia del aire. Su movimiento ha de desplazar el aire de su posición y éste se desplaza preferentemente hacia el espacio que ha quedado libre.

Además de condicionar las prestaciones y el consumo, el aire causa otros problemas como:

  • Puede desestabilizar el vehículo en caso de viento cruzado.
  • Es una fuente de ruido (interior y exterior)
  • Condiciona la habitabilidad.
  • Limita la eficacia de los limpiaparabrisas.
  • Provoca el ensuciamiento de la carrocería.

Para conseguir la forma aerodinámica óptima lo ideal seria que se asemejase a una gota de agua ya que ésta en su caída se moldea para ofrecer la mínima resistencia posible. En contra esta forma tendría una escasa habitabilidad interior por lo que en la búsqueda del diseño ideal se conjuga la forma y la habitabilidad. Por otra parte no solo es importante la forma sino también las proporciones del vehículo para conseguir una resistencia mínima. Se pretende conseguir una forma estilizada que limite las turbulencias que se forman en la parte posterior.

Flujos de aire.

En el contacto entre el vehículo y el aire puede apreciarse dos flujos de aire diferentes:

Flujo interior. Agrupa el aire de ventilación del habitáculo y el utilizado en la admisión y refrigeración y refrigeración del motor. Supone aproximadamente el 20% del total de la resistencia aerodinámica y condiciona tanto el confort climático de los pasajeros como el rendimiento térmico del motor. La aerodinámica interior de una carrocería debe ser capaz de:

  • Mantener la temperatura interior constante independientemente de la temperatura exterior y de la velocidad del vehículo.
  • Renovar el aire de forma que el ambiente no se empobrezca (sin producir corrientes importantes de aire).
  • No variar la humedad interior.
  • Permitir varios niveles de temperatura para compensar la temperatura exterior y la radiación solar.

Flujo exterior. Comprende el aire que circula sobre la carrocería como el que discurre entre la misma entre la misma y el suelo. El flujo aerodinámico también afecta al confort de los pasajeros a través de la sonoridad.

Los factores que determinan la resistencia aerodinámica total al avance del vehículo son: tamaño y forma de la carrocería, velocidad relativa del vehículo respecto del aire, y densidad de aire.

Otro factor importante o constituye el tipo de superficie de la carrocería, que determina el rozamiento con la capa de aire que esta en contacto con ella, el aire puede fluir de dos formas:

  • Uniformemente. Cada partícula de aire se desplaza en la misma dirección y velocidad que las que le rodean, cuanto mayor sea el flujo menor será la resistencia aerodinámica.
  • Con turbulencias. Después de la capa laminar el flujo de aire se transforma en turbulento debido que hay partículas de aire que pierden velocidad con respecto a las demás, e incluso cambian de dirección.

Coeficientes aerodinámicos.

El comportamiento dinámico de una carrocería se ve influenciado principalmente por la resistencia y las fuerzas aerodinámicas que se originan en el desplazamiento del vehículo. Se han definido una serie de parámetros como los coeficientes aerodinámicos, que analizan las cualidades y comportamientos de cada vehículo utilizando unos valores de referencia predeterminados. Estos coeficientes son:

Cx (coeficiente de penetración aerodinámica en el eje longitudinal). Un cuerpo que se desplaza ha de invertir una cierta cantidad de potencia en atravesar la masa de aire que lo rodea. En la obtención de un buen valor Cx intervienen diversos factores como la forma de los bajos, características de la circulación del aire entresuelo y carrocería, turbulencias posteriores, etc. Es muy importante que el flujo de aire que roza el contorno del vehículo sea homogéneo y con poco grado de rozamiento. El ruido producido por el vehículo al circular, las prestaciones y el consumo de combustible dependen directamente de la resistencia aerodinámica. Actualmente cuentan como buenos valores los que se encuentran en torno a 0,30.

CxA. Para expresar la resistencia aerodinámica total del vehículo no es suficiente con conocer Cx ya que solo hace referencia a la forma del cuerpo y no el tamaño del cuerpo. La potencia que ha de emplear el vehículo para superar la resistencia al aire además de depender del coeficiente de penetración aerodinámica, está directamente relacionada con la superficie de ataque del vehículo (A) medida en m2, de tal manera que sólo mediante el producto Cx × A podemos tener una referencia clara de la resistencia al aire que ofrece un vehículo. La superficie de ataque A puede definirse como la superficie de proyección de la sombra del contorno que se origina cuando el vehículo es iluminado en sentido longitudinal por una luz paralela.

Cy (coeficiente de resistencia aerodinámica transversal). Se hace referencia al coeficiente de deriva que mide el efecto del aire aplicado de forma lateral al vehículo, afectando de esta forma a su estabilidad.

Cz (coeficiente de elevación). Este valor hace referencia a las fuerzas aerodinámicas que inciden verticalmente sobre la carrocería. Mide el apoyo de las cuatro ruedas con el suelo y su posible “aligeración” por efecto del viento o por traslado de masas suspendidas. Si la fuerza actúa arriba se habla de empuje ascensional y en sentido contrario se trata de asentamiento.

Condiciones de diseño.

La superficie ideal de la carrocería será aquella que sea capaz de conservar un flujo de aire en toda su superficie, evitando la aparición de turbulencias. Las primeras condiciones para conseguir un buen valor de Cx ya se fijan a la hora de dar forma a la parte delantera, porque es allí donde se decide el reparto de la corriente del aire en lo que se denomina el punto dinámico. Si dando una forma determinada a la parte delantera se consigue que no pase mucho aire por los flancos del vehículo se mejora con la estabilidad lateral del viento. Los elementos o zonas del vehículo a los que se dedica una mayor atención en la fase de diseño son:

Parte delantera. Se debe evitar en esta zona las formas angulosas para que la corriente de aire pueda rozar el coche sin provocar turbulencias.

La inclinación del parabrisas. Un ángulo de inclinación elevado, a riesgo de provocar un cierto efecto invernadero, consigue una mejora notable en el Cx.

La inclinación de la luneta trasera. Este factor es aun mas importante que el anterior ya que si se interrumpe el flujo en el borde trasero superior de un modelo berlina no sólo se conseguirá un mayor ensuciamiento de la luneta, sino también peores valores de resistencia al aire y de empuje ascensional.

Parte trasera. La existencia en esta de un borde de interrupción consigue un efecto positivo sobre las propiedades aerodinámicas del vehículo, se suaviza el cambio de presión a lo largo de la luneta trasera y se obtienen mejores coeficientes de penetración y asentamiento.

La inclinación y los radios de paso de los montantes delantero y trasero. La forma y disposición de estos elementos tienen un claro efecto sobre la resistencia al aire y sobre la sensibilidad al viento lateral.

Línea genérica de la carrocería. Las carrocerías más innovadoras se caracterizan por una forma básica redondeada lateralmente, que dispone de entrantes en la parte delantera y trasera. Con ello se intenta conseguir la optimización de la línea aerodinámica sin penalizar el aprovechamiento del espacio interior.

Otros elementos como los limpiaparabrisas o los espejos retrovisores exteriores deben de diseñarse e integrarse en el conjunto de la carrocería para obstaculizar lo menos posible el flujo de aire.

Aerodinámica activa.

El centro de presión aerodinámica de un vehículo es el punto donde se manifiesta toda la fuerza que ejerce el viento sobre la carrocería en función del avance del mismo y la dirección y velocidad del aire. Una de las variables más importantes es la relación entre el centro de presión y el centro de gravedad. Lo ideal seria que ambos coincidieran pero dado lo raro de esto se procura que el centro de presión se encuentre detrás del centro de gravedad para que la influencia del viento sobre las ruedas delanteras sea menor. Teniendo en cuenta que este centro de presión cambia de sitio según el ángulo de incidencia del aire y cuando el vehículo altera sus condiciones dinámicas algunos vehículos incorporan elementos como spoilers o alerones de geometría variable en función de la velocidad

Aditamentos aerodinámicos.

Una carrocería moderna debe ofrecer escasa resistencia al aire, sin provocar fuerzas ascensionales sobre os ejes que repercuten en la estabilidad en marcha rectilínea y en la sensibilidad frente al viento lateral.

Los experimentos realizados en túneles de viento demuestran que por medio de unos faldones o deflectores adicionales colocados delante y detrás del vehículo, combinados con unos revestimientos laterales, aletas traseras y alerones traseros, se puede reducir la resistencia al aire y el empuje ascensional en los ejes delantero y trasero a altas velocidades.

Deflectores o spoilers. En función de su ubicación se distinguen las siguientes variedades:

  • Deflectores traseros. Suelen situarse sobre el borde del maletero, del techo, o de la parte superior de la luna trasera para canalizar el aire y así reducir el Cx. Su efecto consiste en impedir que el flujo de aire circule con libertad sobre la carrocería creando un sistema de sustentación de positiva que levante la parte trasera del vehículo mejorando la adherencia en conjunto.
  • Deflectores de bajos. Situados junto a las ruedas delanteras reducen las turbulencias de aire producidas por las ruedas. En ciertas ocasiones su efecto se complementa con unos deflectores montados sobre la parte inferior del paragolpes delantero. Limitan la entrada de aire debajo del vehículo mejorando el coeficiente de penetración.
  • Faldones delanteros o cantoneras. Su misión es la de canalizar las corrientes de aire para evitar que incidan directamente sobre las ruedas traseras, reduciendo las turbulencias y la resistencia al paso de aire. Trabajan en conjunción con el faldón delantero sellando los bajos del vehículo.
  • Faldón delantero. Reduce la cantidad de aire que circula por debajo del vehículo. Se consigue mejorar ligeramente la aerodinámica del vehículo y crear una zona de baja presión bajo el mismo que incrementa la adherencia.
  • Alerones traseros. Se sitúan en un plano superior al de la carrocería dejando espacio libre entre ambos elementos. Encauza la salida del aire de tal forma que la corriente de aire no origine turbulencias que puedan frenar el avance del vehículo. Genera una zona de baja presión que empuja la zona trasera hacia abajo aumentando su adherencia.

Asimismo los sistemas de suspensión activa más innovadores permiten una regulación automática de nivel de la carrocería que rebaja la altura de la misma en función de la velocidad disminuyendo de esta forma la resistencia aerodinámica a la penetración y las fuerzas ascensionales.

Túneles de viento.

Para conseguir un adecuado diseño aerodinámico es necesario además de los estudios y cálculos preliminares, realizar una prueba practica de experimentación basada en un prototipo o modelo a escala del vehículo proyectado.

Esto ensayos se realizan en los túneles de viento. Son instalaciones donde se puede simular las diferentes condiciones de marcha del vehículo y comprobar mediante unos dinamómetros la reacción de la carrocería.

En un principio se diferencian dos tipos de instalaciones básicas:

  • El sistema Eiffel, basado en el principio de un tubo abierto que succiona el aire y lo vuelve a emitir al exterior por el otro extremo.
  • El sistema Göttinger, en el que el aire circula por un circuito cerrado. La masa de aire una vez puesta en funcionamiento, ya sólo ha de ser mantenida en circulación, por lo que se necesita menos energía que en el tipo anterior además de disponer de una mayor longitud útil, en cambio presenta una elevada sensibilidad al efecto de obturación.

Además de los tipos anteriores, existen también soluciones de compromiso como es colocar tramos de medición con paredes de relimitación con orificios longitudinales.

Los túneles de viento actuales están compuestos por una estructura cerrada con dos cámaras de ensayo de grandes dimensiones.

El aire es impulsado por grandes hélices con palas y en su recorrido se aumenta o disminuye la velocidad en función de las secciones por donde pasa. En un principio para estudiar el flujo de aire sobre el coche se pegaban hilos en la carrocería. También es habitual proyectar humo coloreado sobre la carrocería para observar como se desenvuelve el aire. Las técnicas más modernas emplean espuma y luz ultravioleta.

Para la determinación de coeficientes aerodinámicos en la zona de alta velocidad existe una báscula dinamométrica de precisión que permite evaluar las fuerzas aerodinámicas de hasta 24.000 Newton.

Crash-Tests

Para estudiar el comportamiento del vehículo en caso de colisión uno de los aspectos que tienen en cuenta los fabricantes de vehículos y que más ha contribuido a conseguir una mayor protección a los ocupantes es la realización de pruebas de choque conocidas como crash-test.

Desde hace algunos años la simulación mediante el ordenador se ha convertido en un medio esencial para el perfeccionamiento de la seguridad en los automóviles, aunque la simulación no puede sustituir a los experimentos prácticos.

Los ensayos de crash-test evalúan la eficiencia global de los sistemas de seguridad pasiva del vehículo. Del resultado de estas pruebas también se extraen conclusiones acerca del grado de reparabilidad de la carrocería en función de la magnitud y orientación del impacto.

Tipos de pruebas de choque.

Los fabricantes suelen realizar más de 40 tipos distintos de choques para cualificar cada uno de los modelos. Asimismo, después de entrar en producción se efectúan habitualmente muestreos de todos los vehículos para comprobar que se ajustan a las especificaciones de diseño.

Si bien existe una gran variedad de ensayos, las únicas pruebas homologadas por la reglamentación europea vigente consisten en analizar los aspectos biomecánicos y de estructura que se desprenden de sendos test de impacto frontal y lateral. Los objetivos que se persiguen son:

En los choques frontales se busca optimizar los refuerzos de la estructura portante y conseguir unos medios de retención adecuados.

En los choques laterales se intenta evitar la intrusión en el habitáculo.

En el caso de los vuelcos, lo que se pretende es limitar las deformaciones del habitáculo por aplastamiento.

En los choques traseros se estudia el comportamiento del reposacabezas y del deposito de combustible y sus canalizaciones.

Impacto frontal

Casi dos terceras partes de las colisiones son frontales y la mitad de ellas presentan una cobertura de entre el 30 y el 50% de la superficie frontal.

Se realiza una prueba que consiste en un choque desalineado a una velocidad de 56 km/h contra una estructura deformable con una configuración de panal y que afecta al 40% de la parte delantera del automóvil en el lado del conductor.

El desarrollo de la prueba se realiza con dos dummies colocados en los asientos delanteros con los correspondientes sistemas de retención. Los dummies están dotados de sensores para medir las fuerzas y aceleraciones a que se ven sometidas en un choque las diversas partes de su anatomía.

Los aspectos de seguridad que debe superar el vehículo en este tipo de choque son:

  • Durante el ensayo no deberá abrirse ninguna puerta ni accionarse fortuitamente los sistemas de bloqueo de las puertas delanteras.
  • Después de la colisión debe abrirse como mínimo una puerta delantera y otra trasera sin hacerse necesario ningún tipo de maquinaria para poder extraer los dummies.
  • El desplazamiento del volante no será superior a 80mm hacia arriba ni a 100mm hacia atrás.
  • Durante el choque no se desprenderá ninguna pieza o componente interior que pueda aumentar el riesgo de lesión al impactar sobre el maniquí.
  • Sólo se admitirán pequeñas fugas de combustible del orden de 0,5 gr/s.

Impacto lateral.

La colisión lateral entraña un elevado riesgo de lesiones provocado por la limitada capacidad de absorción de las piezas de la estructura y del revestimiento y las grandes deformaciones que de ello resultan en el habitáculo. En estos casos sólo se puede contar con un reducido volumen deformable. La rigidez de las puertas así como la solidez de los largueros que las unen y del techo determinan la resistencia de la célula de pasajeros.

El diseño de los asientos ha demostrado revestir también una excepcional importancia, los asientos con sistema de cinturón integrado que disponen de una union muy firme al piso y refuerzos muy estudiados para aumentar la seguridad en dicha zona.

En las pruebas estáticas de colisión lateral el vehículo recibe un impacto perpendicular por el lado del conductor. El golpe se produce mediante una carretilla móvil deformable de 30 cm de altura y 950 Kg que se desplaza a 50 km/h.

En relación de prueba en si misma los requisitos que debe superar el vehículo son muy similares a los relacionados en el caso del test frontal.

Además de la prueba de impacto lateral descrita anteriormente, también suele realizarse una variedad estática de la misma consistente en un impacto lateral contra un poste. Con esta prueba además de verificarse la eficacia de los airbags laterales y el comportamiento del capó, el problema principal que se ha de solucionar es hacer que las puertas no cedan, sino que transmitan lo más rígidamente posible las solicitaciones a la estructura del vehículo.

Con el fin de analizar en profundidad el comportamiento de la carrocería, se realizan más pruebas de choque complementarias, entre las que destacan las siguientes.

Impacto trasero.

El vehículo recibe un impacto mediante una carretilla móvil deformable a una velocidad de 35-38 km/h. No debe producirse apenas deformación del habitáculo, las puertas deben abrirse, la tapa del maletero no debe introducirse en el habitáculo a través de la luneta trasera y la instalación de combustible debe permanecer estanco así como el reposacabezas debe evitar la hiperextension del cuello de los ocupantes.

Vuelco.

Los test de vuelco ponen a prueba la rigidez de la estructura del techo. Esta prueba suele realizarse en dos fases: la primera el vehículo se coloca sobre una carretilla inclinada que se lanza a 50 km/h, a continuación la carretilla se bloquea bruscamente y el vehículo sale despedido rodando hasta que se detiene.

En otras ocasiones el vehículo se somete a una caída libre desde 50 cm de altura sobre la esquina delantera izquierda. El habitáculo no debe sufrir deformaciones graves ni siquiera en este caso.

Es preciso que el techo y los montantes dispongan de una rigidez óptima . Se efectúa el test estático de aplastamiento que consiste en aplicar una serie de esfuerzos de compresión aplicados sobre los montantes para analizar su resistencia y grado de deformabilidad.

Prevención contra el riesgo de incendio.

Algunos fabricantes someten a los vehículos a una prueba de vuelco estático para identificar y eliminar posibles fugas de combustible tras las pruebas.

Además de los fabricantes de vehículos, existen otras entidades y asociaciones que también realizan test de choque, aunque suelen utilizar valores de referencia distintos, generalmente mas elevados. Entre ellas se encuentra la EURO NCAP (European News Cars Assessment Program), así como la International Testing.

Los test de la EURO NCAP suelen realizarse de forma anónima y se distinguen tres criterios de funcionamiento. El primero de ellos se refiere a una colisión frontal a 64 km/h sobre un obstáculo de 1 m de ancho y 540 mm de alto con un decalado del 40% a lo ancho del coche. El impacto lateral se realiza con una barrera móvil contra la puerta del conductos y contra la del pasajero. Esta barrera tiene un ariete de 510 mm de alto y 1 m de ancho que se desplaza a 64 km/h y golpea sobre un punto de una figura masculina de talla media aproximadamente a unos 10 cm sobre la cadera de un varón adulto sentado. Por ultimo se realizan los test de peatones mediante la utilización de maniquíes con forma adulta y con morfología de niños que son golpeados por los coches en una colisión a 40 km/h, analizando en cada caso las lesiones producidas fruto del perfil exterior del automóvil.

Los maniquíes (dummies).

Se utilizan unos maniquíes biofieles que simulan las reacciones del cuerpo humano en caso de accidente y se utilizan cada vez que un modelo se somete a pruebas de choque para mejorar su estructura y los sistemas de sujeción. Su trabajo consiste en proporcionar a los técnicos información para mejorar continuamente la estructura portante y la estructura de los sistemas de sujeción.

Los maniquíes van dotados de una serie de sensores que miden los datos durante la realización de los choques y los transmiten a los equipos de registro, además dispone de masas suspendidas cuyo comportamiento inercial en caso de colisión es muy similar a las vísceras del cuerpo humano.

En su interior se sitúan 3 acelerómetros dispuestos en los 3 ejes de libertad espaciales, que suministran individualmente datos de fuerza y aceleración. Por lo que respecta al cuello y tórax, el primero dispone de elementos para medir y detectar como se dobla, la fuerza y la tensión que realiza y si la cabeza es lanzada hacia atrás o adelante en el impacto. En cuanto al tórax está elaborado con costillas de acero que tienen incorporadas en su cavidad un equipo de grabación de datos para registrar todo lo que sucede durante un impacto frontal. El abdomen esta equipado con sensores para registrar la fuerza que causa las lesiones laterales. La pelvis tiene instrumentos ajustados que graban la fuerza lateral que puede ocasionar fracturas y dislocaciones de cadera.

A parte de los sensores electrónicos, los maniquíes también disponen de referencias visuales en la cara y distintas partes del cuerpo a base de cuadriculas adhesivas de impacto (targets) que sirven de referencia para determinar durante la filmación del choque cuál ha sido el desplazamiento de ese punto. En otros casos se recurre a zonas coloreadas con una pintura especial que permiten detectar si ha existido algún impacto en esa zona y la parte del vehículo sobre la que ha impactado.

El modelo determinado Thor representa la evolución de estos dispositivos consiguiendo un aumento de sofisticación sobre sus predecesores como la incorporación de más instrumentos, mejora de los movimientos de la cabeza y el cuello, etc. A veces los ensayos se completan utilizando pilotos humanos cargados igualmente de instrumentos de medición.

Las instalaciones.

Las pruebas de choque se realizan en instalaciones especiales dotadas de los siguientes medios:

Cabina de medición; la secuencia habitual del desarrollo de una prueba de choque consta de las siguientes fases:

  • 1.Calibrar los maniquíes de prueba (dummies) y preparar su instrumentación.
  • 2.Colocar sobre el maniquí los targets o colorear en zonas determinadas en función del tipo de análisis.
  • 3.Instalar los elementos de medición y registro sobre el vehículo.
  • 4.Ubicar los maniquíes en los asientos correspondientes, controlando su posición para poder registrar de forma correcta los movimientos efectuados durante la prueba.
  • 5.Conectar el potente equipo de iluminación y colocar correctamente las cámaras rápidas del equipo de filmación en función del tipo de choque.
  • 6.Colocar el vehículo sobre la catapulta de lanzamiento o área de impacto.
  • 7.Fase de impacto.

Durante el impacto los maniquíes registran todos los daños que sufren en las diferentes partes del cuerpo, durante la prueba todo queda grabado en video y en una película fotográfica con extrema nitidez (1000 imágenes por segundo). Se examinan el estado final del vehículo, las mediciones de las aceleraciones, las lecturas de la información grabada y la observación de las películas a cámara lenta.



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