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 de velocidad (y en consecuencia de impulso ) a partir del impacto durante una colisión por parte de un vehículo controlado. deformación ; 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 de impulso 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. La física involucrada se puede expresar mediante la ecuación:
donde está 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 newtons segundos (N⋅s).
Normalmente, las zonas de deformación están ubicadas en la parte delantera del vehículo, para absorber el impacto de una colisión frontal , pero también pueden encontrarse en otras partes del vehículo. Según un estudio del Centro Británico de Investigación de Reparación de Seguros de Automóviles sobre dónde se producen los daños por impacto en el vehículo, el 65% fueron impactos frontales, el 25% impactos traseros, el 5% en el lado izquierdo y el 5% en el lado derecho. [6] Algunos autos de carreras usan aluminio, nido de abeja 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 menor y un peso menor que las zonas de deformación de los autos de carretera. [1] También se han introducido atenuadores de impacto en los vehículos de mantenimiento de carreteras en algunos países.
El 10 de septiembre de 2009, los programas Good Morning America y World News de ABC News mostraron una prueba de choque del Instituto de Seguros para la Seguridad en las Carreteras de EE. UU . de un Chevrolet Malibu 2009 en una colisión frontal con un sedán Chevrolet Bel Air de 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 rígidas de seguridad de los pasajeros y las zonas de deformación. [9] [10]
El concepto de zona de deformación fue inventado y patentado originalmente por el ingeniero húngaro de Mercedes-Benz Béla Barényi en 1937 antes de trabajar para Mercedes-Benz y en una forma más desarrollada en 1952. [11] El Mercedes-Benz "Ponton" de 1953 era una versión parcial implementación de sus ideas, [12] al tener una plataforma profunda y fuerte para formar una celda de seguridad parcial, patentada en 1941. [11]
La patente Mercedes-Benz número 854157, concedida en 1952, describe la característica decisiva de la seguridad pasiva. Barényi cuestionó la opinión predominante hasta entonces de que un coche seguro tenía que ser rígido. Dividió la carrocería 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 utilizando la 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 largueros: estos eran rectos en el centro del vehículo y formaban una jaula de seguridad rígida con los paneles de la carrocería, los soportes delanteros y traseros estaban curvados para que deformarse en caso de accidente, absorbiendo parte de la energía de la colisión. [11] [15] [16] [17]
Un desarrollo más reciente para estos miembros longitudinales curvados consiste en debilitarlos mediante nervaduras verticales y laterales para formar estructuras de deformación telescópicas en forma de "lata de choque" o "tubo de aplastamiento".
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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 vehículo contra lesiones. Esto se logra debilitando controladamente las partes exteriores sacrificadas del automóvil, mientras se 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 los años 1990.
Cuando un vehículo y todo su contenido, incluidos pasajeros y equipaje, viajan a gran velocidad, tienen inercia / impulso , lo que significa que seguirán adelante con esa dirección y velocidad (primera ley del movimiento de Newton). [19] En caso de una desaceleración repentina de un vehículo de estructura rígida debido al impacto, el contenido del vehículo no sujeto continuará hacia adelante 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 para disminuir la fuerza máxima impartida a los ocupantes durante un tiempo determinado. [20]
Los cinturones de seguridad sujetan a los pasajeros para que no salgan volando por el parabrisas, estén en la posición correcta para el airbag y también aumentan el tiempo de desaceleración de los ocupantes. 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 es desacelerado más lentamente debido a la zona de deformación (y otros dispositivos) durante un tiempo más largo sobrevive mucho más a menudo que un pasajero cuyo cuerpo impacta indirectamente con una carrocería de metal dura y sin daños que se ha derrumbado. detenerse casi instantáneamente. Es como si la diferencia entre estrellar a alguien contra una pared de cabeza (fracturándole el cráneo) y con el hombro primero (magullando ligeramente la carne) es que el brazo, al ser más blando, tiene decenas de veces más tiempo para reducir su velocidad, cediendo un poco a un 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 un vehículo es reparado y devuelto a la carretera después de una colisión. También deben sustituirse si su estado se ha deteriorado, por ejemplo, por desgaste o fallos mecánicos o de montaje de la correa. En Nueva Zelanda es oficialmente obligatorio reemplazar los cinturones de seguridad desgastados del tipo carrete de inercia solo por cinturones del tipo "cinchara" que tienen menos juego y son más efectivos en automóviles más antiguos. [22] Los automóviles más nuevos tienen cinturones de seguridad pretensados accionados electrónicamente que están programados para funcionar con el disparo de la bolsa de aire. [23] Comprar cinturones de seguridad usados no es una buena idea ni siquiera 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 vehículo, el airbag o los cinturones de seguridad es el de los órganos internos que, debido a su inercia, golpean la caja torácica o el cráneo. 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 vasos sanguíneos desgarrados o daños causados por fracturas cortantes de huesos en 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) está diseñada para funcionar en conjunto 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. [23] En una colisión, reducir la desaceleración del cuerpo humano incluso en unas pocas décimas de segundo reduce drásticamente la fuerza máxima impartida. [14]
Una idea errónea sobre las zonas de deformación que a veces se expresa [ cita necesaria ] es que reducen la seguridad de los ocupantes del vehículo al permitir que la carrocería colapse, con el riesgo de aplastar a los ocupantes. De hecho, las zonas de deformación suelen estar situadas delante y detrás de la carrocería principal del coche (que forma una "celda de seguridad" rígida), compactándose dentro del espacio del compartimento del motor o del maletero/maletero. Los vehículos modernos que utilizan lo que comúnmente se denomina "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 chasis separado y no tienen zonas de deformación.
Suelen salir peor parados cuando se ven involucrados 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 Todavía suele ser una mejora, ya que el resultado de la colisión de dos vehículos sin zonas de deformación suele ser más peligroso para los ocupantes de ambos vehículos que una colisión que está al menos parcialmente amortiguada. [ cita necesaria ]
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/todoterrenos más recientes incorporan estructuras debajo del parachoques delantero diseñadas para abordar las zonas de deformación de los automóviles de menor altura. [24] Aquí se muestran travesaños de seguridad delanteros de bajo nivel del Volvo XC70 . [25] Comunicado de prensa de Volvo sobre esta característica: "Travesaño inferior que ayuda a proteger los automóviles más bajos: el subchasis de suspensión delantera en el nuevo Volvo XC60 se complementa con un travesaño inferior". miembro colocado a la altura de la viga en un automóvil convencional. El travesaño inferior golpea la estructura protectora del automóvil que viene en sentido contrario, activando su zona de deformación según lo previsto para que los ocupantes puedan recibir el máximo nivel de protección".
La parte delantera del parachoques está diseñada para soportar 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 a medida que la evaluación de accidentes NCAP ha agregado los impactos de peatones a su régimen de pruebas. La reducción de estructuras de soporte rígidas en las áreas de impacto de peatones también se ha convertido en un objetivo de diseño.
En caso de colisiones menos graves (hasta aprox. 20 km/h), el diseño del parachoques y del revestimiento exterior debe garantizar que la zona de deformación y la estructura portante del vehículo se dañen lo menos posible y que se puedan realizar reparaciones. salir lo más barato posible. Para ello se utilizan los llamados crash tubes o crash boxes para el montaje de parachoques. Los Crashtubes se componen de un perfil hueco de acero que transforma la energía incidente enrollando el perfil. [ cita necesaria ]
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A principios de la década de 1980, utilizando tecnología desarrollada para las industrias aeroespacial y nuclear, los fabricantes de automóviles alemanes comenzaron complejos estudios de simulación de accidentes por computadora , utilizando métodos de elementos finitos que simulaban el comportamiento en choque de componentes individuales de la carrocería, conjuntos de componentes y cuartos y medios automóviles en la carrocería. en escenario blanco (BIW). Estos experimentos culminaron en un proyecto conjunto de la 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 completa de un automóvil de pasajeros (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 por computadora) no superaba un día, los ingenieros pudieron realizar mejoras eficientes y progresivas en el comportamiento en caso de colisión de la estructura de la carrocería del automóvil analizada. El impulso para mejorar la resistencia a los accidentes en Europa se ha acelerado desde la década de 1990 en adelante, con la llegada en 1997 de Euro NCAP , con la participación de expertos en seguridad en las carreras de Fórmula Uno .
El vehículo de seguridad experimental Pininfarina Nido 2004 localiza zonas de deformación dentro de la celda de supervivencia. Esas zonas de deformación interiores desaceleran una célula de supervivencia montada en un trineo. [19] Volvo también ha estado desarrollando esta idea para su uso en coches pequeños. El asiento del conductor está montado en lo que es básicamente un "trineo" sobre un riel, con amortiguadores delante. En un impacto, todo el "trineo" formado por el asiento del conductor y el conductor con el cinturón puesto se desliza hacia adelante hasta 8 pulgadas y los amortiguadores disipan la energía máxima del impacto, alargando el tiempo de desaceleración del conductor. Simultáneamente, el volante y el tablero del lado del conductor se deslizan hacia adelante para dejar espacio al conductor, mientras se lanzan hacia adelante estirando el cinturón de seguridad. Combinado con una zona de deformación frontal y un airbag, este sistema podría reducir en gran medida las fuerzas que actúan sobre el conductor en un impacto frontal. [26]
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.
Están diseñados para absorber la energía de un impacto (energía cinética) mediante deformación durante la colisión.
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