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Una prueba de choque ilustra cómo una zona de deformación absorbe energía de un impacto.
Atenuador de impacto para camiones de mantenimiento de carreteras, Auckland , Nueva Zelanda
La gama se muestra en azul del tren de la serie E217 de East Japan Railways (JR East). La cabina del conductor es una zona aplastable / deformable).
La zona de deformación en la parte delantera de estos autos absorbió el impacto de una colisión frontal compensada.

Las zonas de deformación , zonas de aplastamiento , [1] o zonas de choque , son una característica de seguridad estructural utilizada en vehículos, principalmente en automóviles, para aumentar el tiempo durante el cual se produce un cambio en la velocidad (y, en consecuencia, el impulso ) debido al impacto durante una colisión. deformación controlada ; en los últimos años también se ha incorporado a trenes y vagones. [2] [3] [4] [5]

Las zonas de deformación están diseñadas para aumentar el tiempo durante el cual la fuerza total del cambio en el momento se aplica a un ocupante, ya que la fuerza promedio aplicada a los ocupantes está inversamente relacionada con el tiempo durante el cual se aplica.

donde es la fuerza , es el tiempo, es la masa y es la velocidad del cuerpo. En unidades SI , la fuerza se mide en newtons , el tiempo en segundos, la masa en kilogramos , la velocidad en metros por segundo y el impulso resultante se mide en newton segundos (N⋅s).

Por lo general, las zonas de deformación se encuentran en la parte delantera del vehículo para absorber el impacto de una colisión frontal , aunque también se pueden encontrar en otras partes del vehículo. De acuerdo con un estudio del Centro de Investigación de Reparación de Seguros de Motor Británico sobre dónde se produce el daño por impacto del vehículo: el 65% fueron impactos delanteros, el 25% impactos traseros, el 5% en el lado izquierdo y el 5% en el lado derecho. [6] Algunos autos de carreras usan aluminio, panal de abejas compuesto / fibra de carbono o espuma absorbente de energía [7] [8] para formar un atenuador de impacto que disipa la energía del choque usando un volumen mucho más pequeño y un peso más bajo que las zonas de deformación de los autos de carretera. [1] También se han introducido atenuadores de impacto en vehículos de mantenimiento de carreteras en algunos países.

El 10 de septiembre de 2009, los programas de ABC News Good Morning America y World News mostraron una prueba de choque del Instituto de Seguros de EE. UU. Para la Seguridad en las Carreteras de un Chevrolet Malibu 2009 en una colisión frontal compensada con un Chevrolet Bel Air sedán 1959 . Demostró dramáticamente la efectividad del diseño de seguridad de los automóviles modernos sobre el diseño de la década de 1950, particularmente de las celdas de seguridad rígidas para los pasajeros y las zonas de deformación. [9] [10]


Historia del desarrollo temprano [ editar ]

El concepto de zona de deformación fue inventado y patentado por el ingeniero austriaco-húngaro de Mercedes-Benz Béla Barényi originalmente en 1937 antes de trabajar para Mercedes-Benz y en una forma más desarrollada en 1952. [11] El Mercedes-Benz "Ponton" de 1953 fue una implementación parcial de sus ideas, [12] al tener una plataforma profunda fuerte para formar una celda de seguridad parcial, patentada en 1941. [11]

La patente de Mercedes-Benz número 854157, concedida en 1952, describe la característica decisiva de la seguridad pasiva. Barényi cuestionó la opinión imperante hasta entonces, de que un coche seguro tenía que ser rígido. Dividió la carrocería del automóvil en tres secciones: el habitáculo rígido que no se deforma y las zonas de deformación en la parte delantera y trasera. [13] [14]

La primera carrocería Mercedes-Benz desarrollada con esta patente fue la berlina Mercedes W111 “Tail Fin” de 1959 . [11] La celda de seguridad y las zonas de deformación se lograron principalmente mediante el diseño de los miembros longitudinales: estos eran rectos en el centro del vehículo y formaban una jaula de seguridad rígida con los paneles de la carrocería, los soportes delantero y trasero estaban curvados para deformarse en caso de accidente, absorbiendo parte de la energía de colisión. [11] [15] [16] [17]

Un desarrollo más reciente fue que estos miembros longitudinales curvos se debilitarían mediante nervios verticales y laterales para formar estructuras de deformación telescópicas de "tubo de choque" o "tubo de aplastamiento".

Función [ editar ]

Zona de deformación trasera activada
Sección transversal para mostrar la diferente resistencia del metal en un Saab 9000 . La celda de seguridad es de metal más fuerte (rojo) en comparación con las zonas de deformación (amarillo).
Mazda 121 (rebautizado como Ford Fiesta ) para pruebas de choque del Laboratorio de Investigación de Transporte Británico .
Volkswagen Polo después de una prueba de choque frontal completa contra una pared deformable en el Laboratorio de Investigación del Transporte
Zona de deformación delantera activada para VW Vento / Jetta [18]
Un Toyota Camry después de un impacto frontal con un árbol. Se desplegaron bolsas de aire.

Las zonas de deformación funcionan gestionando la energía del impacto y aumentando el tiempo durante el cual se produce la desaceleración de los ocupantes del vehículo, al tiempo que evitan la intrusión o la deformación de la cabina de pasajeros. Esto protege mejor a los ocupantes del automóvil contra lesiones. Esto se logra mediante el debilitamiento controlado de las partes externas sacrificadas del automóvil, al tiempo que fortalece y aumenta la rigidez de la parte interior de la carrocería del automóvil, convirtiendo la cabina de pasajeros en una "celda de seguridad", mediante el uso de más vigas de refuerzo y mayor resistencia. aceros. La energía de impacto que llega a la "celda de seguridad" se distribuye en un área lo más amplia posible para reducir su deformación. Volvo introdujo la zona de deformación lateral con la introducción del SIPS ( Sistema de protección contra impactos laterales ) a principios de la década de 1990.

Cuando un vehículo y todo su contenido, incluidos los pasajeros y el equipaje, viajan a gran velocidad, tienen inercia / impulso , lo que significa que seguirán adelante con esa dirección y velocidad (primera ley de movimiento de Newton). [19] En caso de una desaceleración repentina de un vehículo con estructura rígida debido a un impacto, el contenido del vehículo sin sujeción continuará avanzando a su velocidad anterior debido a la inercia e impactará el interior del vehículo, con una fuerza equivalente a muchas veces su peso normal debido a la gravedad. El propósito de las zonas de deformación es ralentizar la colisión para aumentar el tiempo durante el cual los ocupantes desaceleran a fin de disminuir la fuerza máxima impartida a los ocupantes durante un tiempo determinado. [20]

Los cinturones de seguridad sujetan a los pasajeros para que no atraviesen el parabrisas y estén en la posición correcta para el airbag y también aumentan el tiempo durante el cual los ocupantes desaceleran. Los cinturones de seguridad también absorben la energía inercial de los pasajeros al estar diseñados para estirarse durante un impacto, nuevamente para aumentar el tiempo durante el cual un ocupante desacelera. [21]En resumen: un pasajero cuyo cuerpo se desacelera más lentamente debido a la zona de deformación (y otros dispositivos) durante más tiempo sobrevive mucho más a menudo que un pasajero cuyo cuerpo impacta indirectamente una carrocería de metal duro y sin daños que casi se ha detenido. instantáneamente. Es como la diferencia entre golpear a alguien contra una pared de cabeza (fracturar su cráneo) y el hombro primero (magullar su carne levemente) es que el brazo, al ser más blando, tiene diez veces más tiempo para disminuir su velocidad, cediendo un poco a la vez. tiempo, que el cráneo duro, que no está en contacto con la pared hasta que tiene que lidiar con presiones extremadamente altas. El estiramiento de los cinturones de seguridad mientras sujetan a los ocupantes durante un impacto, significa que es necesario reemplazarlos si se repara un vehículo y se vuelve a poner en la carretera después de una colisión.También deben reemplazarse si su estado se ha deteriorado, por ejemplo, por deshilachado o fallas mecánicas o de montaje de la correa. EnNueva Zelanda es oficialmente obligatorio reemplazar los cinturones de seguridad de tipo carrete de inercia gastados solo con cinturones de tipo "sujetador de correas" que tienen menos juego y son más efectivos en autos más viejos. [22] Los autos más nuevos tienen cinturones de seguridad pretensados ​​electrónicamente que están programados para funcionar con el encendido del airbag. [23] Comprar cinturones de seguridad usados ​​no es una buena idea incluso en países donde es legal hacerlo, porque es posible que ya se hayan estirado en un evento de impacto y es posible que no protejan a sus nuevos usuarios como deberían.

El impacto final después de que el cuerpo de un pasajero golpea el interior del automóvil, el airbag o los cinturones de seguridad es el de los órganos internos que golpean la caja torácica o el cráneo debido a su inercia. La fuerza de este impacto es la forma en que muchos accidentes automovilísticos causan lesiones incapacitantes o potencialmente mortales. Otras formas son el daño esquelético y la pérdida de sangre, debido a los vasos sanguíneos desgarrados, o el daño causado por un hueso fracturado en los órganos y / o vasos sanguíneos. La secuencia de tecnologías de reducción de velocidad - zona de deformación - cinturón de seguridad - bolsas de aire - interior acolchado / deformable - están diseñadas para trabajar juntas como un sistema para reducir la fuerza máxima del impacto en el exterior del cuerpo del pasajero al alargando el tiempo durante el cual se imparte esta fuerza. [24]En una colisión, reducir la desaceleración del cuerpo humano incluso en unas pocas décimas de segundo reduce drásticamente la fuerza máxima impartida. [14]

Un Ford Escort del mercado estadounidense que ha estado involucrado en una colisión frontal compensada con un vehículo deportivo utilitario, que muestra el punto de impacto elevado, no alcanza la zona de deformación del automóvil.

Un concepto erróneo acerca de las zonas de deformación que a veces se expresa [ cita requerida ] es que reducen la seguridad de los ocupantes del vehículo al permitir que la carrocería se derrumbe, por lo que se corre el riesgo de aplastar a los ocupantes. De hecho, las zonas de deformación se ubican típicamente delante y detrás de la carrocería principal del automóvil (que forma una "celda de seguridad" rígida), compactando dentro del espacio del compartimiento del motor o del maletero / maletero. Los vehículos modernos que utilizan lo que comúnmente se denominan "zonas de deformación" brindan una protección muy superior para sus ocupantes en pruebas severas contra otros vehículos con zonas de deformación y objetos estáticos sólidos que los modelos más antiguos o SUV que usan un bastidor de chasis separado y no tienen zonas de deformación.

Suelen empeorar cuando se involucran en accidentes con SUV sin zonas de deformación porque la mayor parte de la energía del impacto es absorbida por el vehículo con la zona de deformación; sin embargo, incluso para los ocupantes del automóvil "en peor situación", esto afectará Aún así, a menudo será una mejora, ya que el resultado de que dos vehículos sin zonas de deformación colisionen generalmente será más peligroso para los ocupantes de ambos vehículos que una colisión que esté al menos parcialmente amortiguada. [ cita requerida ]

Otro concepto erróneo sobre las zonas de deformación que a veces se expresa es que absorben la energía de un choque para que se transfiera menos energía a los ocupantes, cuando en realidad la fuerza total impartida a un ocupante está determinada únicamente por su masa y su aceleración (o en la caso de choque, desaceleración) porque Fuerza = masa x aceleración, y las zonas de deformación, las bolsas de aire y cualquier otra característica de seguridad no hacen nada para cambiar la masa de un ocupante o el cambio total en la velocidad (aceleración / desaceleración) del ocupantes. En cambio, la premisa completa de estas características de seguridad es distribuir la fuerza total impartida a los ocupantes durante un período de tiempo más largo para que la fuerza máxima impartida sea menor, reduciendo la probabilidad de lesiones.

Otro problema es la "incompatibilidad de impacto" donde los "puntos duros" de los extremos de los rieles del chasis de los SUV son más altos que los "puntos duros" de los automóviles, lo que hace que el SUV "anule" el compartimiento del motor del automóvil. [18] Para abordar este problema, los SUV / todoterreno más recientes incorporan estructuras debajo del parachoques delantero diseñadas para activar las zonas de deformación de los automóviles de menor altura. [25] Aquí se muestran los travesaños de seguridad delanteros de bajo nivel del Volvo XC70 [26] Comunicado de prensa de Volvo sobre esta característica: "Travesaño inferior que ayuda a proteger los vehículos inferiores: el bastidor auxiliar de la suspensión delantera en el nuevo Volvo XC60 se complementa con un travesaño inferior colocado a la altura de la viga en un automóvil convencional. El travesaño inferior golpea la protección del automóvil que viene en sentido contrario estructura, activando su zona de deformación según lo previsto para que los ocupantes puedan recibir el máximo nivel de protección ".

Absorción de impactos a baja velocidad [ editar ]

La parte delantera del parachoques está diseñada para resistir colisiones a baja velocidad, por ejemplo, como en los baches de estacionamiento para evitar daños permanentes al vehículo. Esto se consigue mediante elementos elásticos, como el faldón delantero. En algunos vehículos, el parachoques está relleno de espuma o sustancias elásticas similares. Este aspecto del diseño ha recibido más atención en los últimos años, ya que la evaluación de accidentes de NCAP ha agregado los impactos de peatones a su régimen de pruebas. La reducción de estructuras de soporte rígidas en áreas de impacto peatonal también se ha convertido en un objetivo de diseño.

En el caso de colisiones menos graves (hasta aproximadamente 20 km / h), el diseño del parachoques y el panel exterior debe garantizar que la zona de deformación y la estructura de soporte de carga del vehículo se dañen lo menos posible y se puedan realizar reparaciones. lo más barato posible. Para ello, se utilizan los denominados tubos de protección o cajas de protección para el montaje de parachoques. Los Crashtubes constan de un perfil de acero hueco, que transforma la energía incidente enrollando el perfil.

Simulación de accidentes modelada por computadora [ editar ]

VW POLO primera simulación de accidente de coche frontal completa con éxito (ESI 1986).
Visualización de cómo un automóvil se deforma en un choque asimétrico utilizando análisis de elementos finitos.
IMPACTO FRONTAL EuroNCAP (vehículos con volante a la izquierda).
Prueba de choque frontal del Lotus Evora que muestra la estructura de aplastamiento del chasis de aluminio, la altura de las vigas laterales del chasis delantero rígido y la viga transversal delantera rígida.

A principios de la década de 1980, utilizando tecnología desarrollada para las industrias aeroespacial y nuclear , los fabricantes de automóviles alemanes comenzaron estudios complejos de simulación de accidentes por computadora , utilizando métodos de elementos finitos que simulaban el comportamiento de choque de componentes individuales de la carrocería, conjuntos de componentes y cuartos y medios automóviles en la carrocería. en blanco (BIW)etapa. Estos experimentos culminaron en un proyecto conjunto de Forschungsgemeinschaft Automobil-Technik (FAT), un conglomerado de los siete fabricantes de automóviles alemanes (Audi, BMW, Ford, Mercedes-Benz, Opel (GM), Porsche y Volkswagen), que probó el aplicabilidad de dos códigos emergentes de simulación de accidentes comerciales. Estos códigos de simulación recrearon un impacto frontal de la estructura de un automóvil de pasajeros completo (Haug 1986) y se ejecutaron hasta su finalización en una computadora durante la noche. Ahora que el tiempo de respuesta entre dos envíos de trabajos consecutivos (ejecuciones de computadora) no excedía de un día, los ingenieros pudieron realizar mejoras eficientes y progresivas del comportamiento de choque de la estructura de la carrocería analizada. El impulso para mejorar la resistencia a los choques en Europa se ha acelerado desde la década de 1990 en adelante, con la llegada de Euro NCAP en 1997., con la participación de expertos en seguridad de carreras de Fórmula Uno .

"Trineos" dentro de las celdas de seguridad [ editar ]

El vehículo de seguridad experimental Pininfarina Nido de 2004 ubica zonas de deformación dentro de la celda de supervivencia. Esas zonas de deformación interiores desaceleran una celda de supervivencia montada en un trineo. [19]Volvo también ha estado desarrollando esta idea para su uso en automóviles pequeños. El asiento del conductor está montado en lo que es básicamente un "trineo" sobre un riel, con amortiguadores en frente. En un impacto, todo el "trineo" del asiento del conductor y el conductor abrochado, se desliza hacia adelante hasta 8 pulgadas y los amortiguadores disipan la energía de choque máxima del impacto, alargando el tiempo de desaceleración para el conductor. Simultáneamente, el volante y el tablero del lado del conductor se deslizan hacia adelante para dejar espacio para el conductor, que es lanzado hacia adelante estirando el cinturón de seguridad. Combinado con una zona de deformación delantera y una bolsa de aire, este sistema podría reducir en gran medida las fuerzas que actúan sobre el conductor en un impacto frontal. [27]

Ver también [ editar ]

  • Seguridad automovilística
  • Barandilla # Seguridad automotriz
  • Barrera de tráfico
  • Prueba de choque

Referencias [ editar ]

  1. ↑ a b Grabianowski, Ed (11 de agosto de 2008). "HowStuffWorks" Cómo funcionan las zonas de deformación " " . HowStuffWorks . Sistema1 . Consultado el 23 de septiembre de 2011 .
  2. ↑ Paul Dvorak (6 de noviembre de 2003). "¿Se derrumbará la zona de choque? La FEA dice" . Diseno de la maquina. Archivado desde el original el 18 de marzo de 2013 . Consultado el 17 de julio de 2016 .
  3. ↑ Grabianowski, Ed (11 de agosto de 2008). "Cómo funcionan las zonas de deformación - compromisos de diseño" . HowStuffWorks . Sistema1 . Consultado el 17 de julio de 2016 .
  4. ^ "Física en la zona de deformación | Los plásticos ayudan a salvar vidas" . Plastics-car.com . Consultado el 17 de julio de 2016 .
  5. ^ "Investigar cómo las zonas de deformación incorporadas en los trenes modernos los hacen mucho más seguros en caso de colisiones" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 2007-03-06 . Consultado el 17 de julio de 2016 .
  6. ^ A. Robinson; WA Livesey (2006). Reparación de carrocerías de vehículos P.406 . Quinta edición. Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-6753-1.
  7. ^ "Diseño de atenuador de impacto estándar" . Consultado el 17 de julio de 2016 .
  8. ^ "Atenuador de impacto estándar" . Consultado el 17 de julio de 2016 .
  9. ↑ Stark, Lisa (10 de septiembre de 2009). "Exclusivo de seguridad en la carretera: accidentes automovilísticos, muertes en viajes evitadas por tecnología - ABC News" . Abcnews.go.com . Consultado el 23 de septiembre de 2011 .
  10. ^ Neff, John. "Fotos abundantes: IIHS revela antes y después del accidente de Malibu / Bel Air" . Autoblog.com . Consultado el 23 de septiembre de 2011 .
  11. ^ a b c d El hombre de la zona de deformación: AutoSpeed
  12. ^ Raiciu, Tudor (18 de octubre de 2017). "Cómo funcionan las zonas de deformación" . AutoEvolution . SoftNews Net SRL , Rumania . Consultado el 11 de junio de 2019 .
  13. ^ "Galería de inventores: biografía Barényi" . Oficina Alemana de Patentes y Marcas . 2004. Dividió la carrocería del automóvil en tres secciones: el habitáculo rígido no deformable y las zonas de deformación en la parte delantera y trasera. Están diseñados para absorber la energía de un impacto (energía cinética) por deformación durante la colisión.
  14. ↑ a b Grabianowski, Ed (11 de agosto de 2008). "Cómo funcionan las zonas de deformación - Fuerza de impacto" . HowStuffWorks . Sistema1 . Consultado el 11 de junio de 2019 .
  15. ^ 1959 Mercedes-Benz W111 Fintail - Mercedes-Benz
  16. ^ Historischer Werbefilm Mercedes Benz zum Thema Sicherheit 1960er Jahre S / W [ Película comercial histórica de Mercedes-Benz con temática de seguridad; 1960s B&W ] (en alemán).
  17. ^ Béla Barényi - una historia de seguridad - original de Mercedes-Benz .
  18. ↑ a b Wenzel, T .; Ross, M. (2003). "¿Son los SUV más seguros que los automóviles? Un análisis de riesgo por tipo y modelo de vehículo" (PDF) . Junta de Investigación de Transporte . Archivado desde el original (PDF) el 2008-03-09 . Consultado el 9 de marzo de 2008 . Cite journal requires |journal= (help)
  19. ^ a b "Cómo funcionan las zonas de deformación" . autoevolución . Consultado el 17 de julio de 2016 .
  20. ^ "Página de Mark Cipolloni" . AutoRacing1.com. 2001-02-26 . Consultado el 17 de julio de 2016 .
  21. ^ "Física del cinturón de seguridad" . Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Consultado el 17 de julio de 2016 .
  22. ^ "Una trágica falta de moderación" (PDF) . Consultado el 17 de julio de 2016 .
  23. ^ https://books.google.co.uk/books?id=DoYaRsNFlEYC&pg=PA467&lpg=PA467&dq=mechanical+pretensioner+seatbelt&source=bl&ots=3QYTQyEseB&sig=ACfU3U1CEyGSIBhElELX3uaXTR5WlLWkRA&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwiJoaq-5MnlAhW-QxUIHb8rCMUQ6AEwLHoECGMQAQ#v=onepage&q=mechanical % 20pretensioner% 20seatbelt & f = false
  24. ^ https://books.google.co.uk/books?id=DoYaRsNFlEYC&pg=PA467&lpg=PA467&dq=mechanical+pretensioner+seatbelt&source=bl&ots=3QYTQyEseB&sig=ACfU3U1CEyGSIBhElELX3uaXTR5WlLWkRA&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwiJoaq-5MnlAhW-QxUIHb8rCMUQ6AEwLHoECGMQAQ#v=onepage&q=mechanical % 20pretensioner% 20seatbelt & f = false
  25. ^ http://www.motortrend.com/cars/volvo/v70/2008/2008-volvo-v70-volvo-xc70/
  26. ^ https://www.media.volvocars.com/global/en-gb/media/pressreleases/14537
  27. ↑ Grabianowski, Ed (11 de agosto de 2008). "HowStuffWorks" Prevención de muertes en el automovilismo " " . HowStuffWorks . Sistema1 . Consultado el 16 de julio de 2012 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Antes y después del accidente entre Bel Air de 1959 y Malibu de 2009
  • Stuntbusters: Head-On Collision 1962 Cadillac vs 2002 Cadillac
  • Zonas de deformación en automóviles
  • Zonas de deformación (cómo funcionan las zonas de deformación)
  • ¿Han utilizado alguna vez las pruebas de choque ocupantes humanos vivos (o muertos)? - Howstuffworks.com
  • Cómo funcionan las pruebas de choque - Howstuffworks.com
  • ¿Por qué sigue siendo necesario realizar pruebas de choque en vehículos? - Howstuffworks.com
  • BBC News - Cómo los muertos han ayudado a los vivos
  • Cómo funcionan la fuerza, la potencia, el par y la energía - Howstuffworks.com
  • Programa de televisión británica 'Fifth Gear'. Cómo una zona de deformación de un Ford Focus mal reparada no funciona en una prueba de choque.
  • Programa de televisión británica 'Fifth Gear'. Coche pequeño Renault Modus con calificación NCAP de 5 estrellas frente a la cabeza del Volvo 940GLE 1990 en la prueba de choque.
  • Cazadores de mitos
  • Béla Barényi - una historia de seguridad - Mercedes-Benz original
  • La dinámica fundamental de la violencia en los accidentes automovilísticos. Los físicos. La ingenieria. John Cadogan de autoexpert.com.au