Repositorio Institucional de Documentos

ESCUELA DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA DE LA UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA PROYECTO FIN DE CARRERA El AUTOMÓVIL Y SU SEGURIDAD ESPECIALIDAD MECÁNICA ALUMNO JORGE CERDÁN FALCES DIRECTORES DEL PROYECTO SANTIAGO BASELGA ARIÑO JAVIER ABAD BLASCO Junio 2013 TOMO 1/2. MEMORIA El automóvil y su seguridad 2 RESUMEN DEL PROYECTO El presente proyecto trata de reflejar la importancia que tiene la seguridad personal en el mundo en el que vivimos dentro del sector automovilístico, a través de un análisis exhaustivo de los componentes de seguridad que lo componen, como son los airbags, el cinturón de seguridad, los reposacabezas… pero también sistemas de seguridad activa; que siempre están actuando pero que muchas veces los omitimos, pensando que son otros componentes más del automóvil, sin saber que garantizan la seguridad tanto como aquellos otros, y entre los que destacamos la suspensión, las luces de iluminación, los neumáticos, el ABS… Desde su definición, o desde su historia hasta su funcionamiento, veremos cómo actúan y cómo poder utilizarlos correctamente o de una mejor manera. De esta manera, después de analizarlos comprenderemos el por qué de la reducción tan drástica de los muertos en carretera en los últimos años, mediante cifras proporcionadas por la DGT. No sólo nos centraremos en los componentes de seguridad actual del automóvil, pues estamos viviendo en un mundo de cambios y el sector automovilístico no se queda atrás. Por ello hemos destacado nuevas innovaciones dentro de los automóviles, algunas de manera muy general, pues aún están en fases iniciales en su desarrollo. Para finalizar el proyecto, e intentando ayudar a estas nuevas innovaciones que se están desarrollando, se plantean como ideas, de manera escrita, varias propuestas que podrían desarrollarse en un futuro, o quizá no, pero que puede que den una idea para un diseño en el que al final se consiga lo que se pretende desde un primer instante; garantizar la seguridad en la conducción. También se establecen una serie de cálculos básicos que tratan de aproximar de una manera muy sencilla presiones y fuerzas de trabajo en un escenario de accidente automovilístico. Además se han diseñado varios planos, para entender y visualizar de una manera más cómoda la idea que se propone. El automóvil y su seguridad 3 ÍNDICE DE CONTENIDOS ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................................ 6 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 10 ANÁLISIS .............................................................................................................................................. 10 SISTEMAS DE SEGURIDAD. PASIVA ......................................................................................................... 10 Airbag ................................................................................................................................................ 10 Definición ..................................................................................................................................................... 10 Historia ......................................................................................................................................................... 11 Funcionamiento ........................................................................................................................................... 12 Reacción química .................................................................................................................................... 12 Mecanismo de actuación ................................................................................................................... 12 Componentes .......................................................................................................................................... 14 Unidad de control .............................................................................................................................. 15 Generador de gas .............................................................................................................................. 19 Bolsa de aire ...................................................................................................................................... 21 Contactor espiral ............................................................................................................................... 23 Tipos ............................................................................................................................................................. 25 Lateral ..................................................................................................................................................... 25 De cabeza ................................................................................................................................................ 28 El reposacabezas ............................................................................................................................... 30 Definición ..................................................................................................................................................... 30 Historia ......................................................................................................................................................... 30 Funcionamiento ........................................................................................................................................... 32 Latigazo vertical ...................................................................................................................................... 32 Tipos de reposacabezas .......................................................................................................................... 33 Pruebas y Diseño .......................................................................................................................................... 33 Cómo se deben colocar ........................................................................................................................... 36 CINTURÓN DE SEGURIDAD................................................................................................................ 37 Definición ..................................................................................................................................................... 37 Historia ......................................................................................................................................................... 37 Funcionamiento ........................................................................................................................................... 39 Estadísticas y conclusiones ........................................................................................................................... 43 Con cinturón no extensible ..................................................................................................................... 43 Cinturón extensible ................................................................................................................................. 43 Sin cinturón ............................................................................................................................................. 44 Tablas de datos ............................................................................................................................................ 44 Cinturón no extensible ............................................................................................................................ 44 Cinturón extensible ................................................................................................................................. 44 Sin cinturón ............................................................................................................................................. 44 Carrocería.......................................................................................................................................... 44 Definición ..................................................................................................................................................... 44 Historia ......................................................................................................................................................... 45 Funcionamiento ........................................................................................................................................... 45 SISTEMAS DE SEGURIDAD. ACTIVA ........................................................................................................ 51 ABS .................................................................................................................................................... 51 Definición ..................................................................................................................................................... 51 Historia ......................................................................................................................................................... 51 Funcionamiento ........................................................................................................................................... 52 USO .............................................................................................................................................................. 53 Ventajas........................................................................................................................................................ 53 ESP .................................................................................................................................................... 54 Introducción ................................................................................................................................................. 54 Definición ..................................................................................................................................................... 54 Historia ......................................................................................................................................................... 54 El automóvil y su seguridad 4 Funcionamiento ........................................................................................................................................... 55 Conclusiones ESP .......................................................................................................................................... 55 Neumáticos ....................................................................................................................................... 56 Definición ..................................................................................................................................................... 56 Historia ......................................................................................................................................................... 56 Tipos, características y funcionamiento ....................................................................................................... 57 Funcionamiento ........................................................................................................................................... 60 Iluminación........................................................................................................................................ 62 Definición ..................................................................................................................................................... 62 Historia ......................................................................................................................................................... 62 Luces delanteras ..................................................................................................................................... 62 Luces intermitentes ................................................................................................................................ 63 Tercera luz de freno ................................................................................................................................ 64 Características de construcción .................................................................................................................... 64 Suspensión ........................................................................................................................................ 65 Definición ..................................................................................................................................................... 65 Historia ......................................................................................................................................................... 65 Funcionamiento ........................................................................................................................................... 66 Elementos de suspensión simples........................................................................................................... 66 Ballestas ............................................................................................................................................. 67 Muelles helicoidales .......................................................................................................................... 68 Barra de torsión ................................................................................................................................. 70 Barra estabilizadora ........................................................................................................................... 70 Amortiguadores ................................................................................................................................. 72 Funcionamiento del sistema de suspensión ................................................................................................. 73 INNOVACIONES .................................................................................................................................. 74 INNOVACIONES DEL REPOSACABEZAS. ............................................................................................................. 74 Reposacabezas activo ....................................................................................................................... 74 Funcionamiento ............................................................................................................................................ 75 Asiento WHIPS .................................................................................................................................. 75 Funcionamiento ............................................................................................................................................ 76 Diseño ........................................................................................................................................................... 76 WipGARD .......................................................................................................................................... 76 Funcionamiento ............................................................................................................................................ 76 Diseño ........................................................................................................................................................... 77 Pruebas......................................................................................................................................................... 77 Reposacabezas con dispositivo de inflado ........................................................................................ 79 INNOVACIONES TECNOLÓGICAS ..................................................................................................................... 79 Salvavidas tecnológico ...................................................................................................................... 79 Funcionamiento ............................................................................................................................................ 79 ¿Sueño al volante? ............................................................................................................................ 80 Nuestro coche será nuestro doctor ................................................................................................... 80 El robot copiloto. AIDA ...................................................................................................................... 81 Ángulo muerto. Sistema Un Unisee 300 ........................................................................................... 81 CocarX, el futuro de la seguridad vial está en la comunicación entre vehículos. .............................. 84 Proyecto Marta ................................................................................................................................. 85 Dispositivo para comunicar vehículos y peatones............................................................................. 86 Funcionamiento ............................................................................................................................................ 87 Constitución .................................................................................................................................................. 87 INNOVACIONES ESTRUCTURALES .................................................................................................................... 88 Microfotos para detectar anomalías en los coches .......................................................................... 88 Nueva estructura del vehículo ........................................................................................................... 91 Hacia el coche insumergible .............................................................................................................. 93 INNOVACIONES DEL AIRBAG .......................................................................................................................... 96 Airbag externo .................................................................................................................................. 96 Características técnicas ................................................................................................................................ 97 Funcionamiento ............................................................................................................................................ 98 El automóvil y su seguridad 5 NUEVAS INNOVACIONES ..................................................................................................................... 99 INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................................... 99 DESARROLLO Y DESCRIPCIÓN ......................................................................................................................... 99 Tecnología ......................................................................................................................................... 99 Componentes mecánicos de seguridad ........................................................................................... 101 Escenario de accidente automovilístico ...................................................................................................... 101 Cálculo de la fuerza sobre el coche ............................................................................................................. 107 Descripción ................................................................................................................................................. 109 Colisión de camiones ............................................................................................................................ 113 Colocación .................................................................................................................................................. 114 Modo de actuación del dispositivo ............................................................................................................. 115 Compresión ante el choque .................................................................................................................. 115 Extensión ante la finalización del accidente.......................................................................................... 116 Cálculos ...................................................................................................................................................... 117 CONCLUSIONES .................................................................................................................................. 120 EVALUACIÓN DE LA EFECTIVIDAD. REPOSACABEZAS Y CINTURÓN DE SEGURIDAD ........................................... 120 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 123 El automóvil y su seguridad 6 ÍNDICE DE FIGURAS Airbag Figura 1.Airbag después de un accidente Figura 2.Diagrama de impacto del airbag Figura 3.Unidad de control integrada Figura 4.Sensor de deceleración/aceleración Figura 5.Sensor mecánico Figura 6.BMW Serie 3 Figura 7.Constitución interna del sensor mecánico Figura 8.Constitución del generador de gas Figura 9.Módulo conductor y acompañante del generador de gas Figura 10.Bolsa de aire Figura 11.Fases de la bolsa de aire en accidente Figura 12.Lugar de colocación del airbag Figura 13.Contactor espiral. Figura 14.Lugar de colocación del contactor espiral. Figura 15.Escobilla del contactor Figura 16.Airbag lateral Figura 17.Consitución de un airbag lateral Figura 18.Colocación del sistema del airbag lateral Figura 19.Airbag tubular Figura 20.Airbag de cortina Reposacabezas Figura 21.Historia del reposacabezas Figura 22.Detalle del reposacabezas Figura 23.Tipos de colisiones Figura 24. Zonas calibradas para pruebas en el reposacabezas Figura 25.Dummy de prueba Figura 26.Curva aceleracióntiempo Figura 27.Calificación general para un reposacabezas Cinturón de seguridad Figura 28.Tucker Torpedo Figura 29.Volvo Amazon Figura 30.Dibujo de sus componentes Figura 31.Detalle del enganche del cinturón de seguridad Figura 32.Actuación en caso de choque El automóvil y su seguridad 7 Carrocería Figura 33.Distribución de la energía en la carrocería en caso de choque frontal Figura 34.Distribución de energía en la carrocería en impacto lateral Figura 35.Seat Alhambra accidentado Figura 36.Frontal de Opel Corsa accidentado Figura 37.Opel Corsa ABS Figura 38.Sistema ABS Neumáticos Figura 39.Neumático diagonal Figura 40.Neumático Radial Figura 41.Neumático con baja presión Figura 42.Neumático con alta presión Iluminación Figura 43.Cadillac del SXX Figura 44.LED`s Suspensión Figura 45. Ballesta Figura 46. Unión de ballesta a bastidor Figura 47. Montaje longitudinal Figura 48. Montaje transversal Figura 49. Características muelle helicoidal Figura 50. Doble resorte helicoidal Figura51. Barra de torsión Figura52. Disposición mixta de la barra de torsión Figura53. Barra estabilizadora Figura54. Montaje de la barra estabilizadora Figura55. Unión de la mangueta y del buje Figura56. Amortiguación en el vehículo Figura57. Amortiguador Figura58. Esquema de amortiguación Innovaciones del reposacabezas Figura 59.WipGard El automóvil y su seguridad 8 Figura 60.Curva NIC con y sin WipGard Figura 61.Conclusiones de ensayos con WipGard Innovaciones tecnológicas Figura 62.Sistema tecnológico para controlar nivel de polen en aire Figura 63.Robot AIDA Figura 64.Ángulo muerto Figura 65.Sistema multicámara para ángulos muertos Figura 66.Colocación en el coche y salpicadero del sistema multicámara Figura 67.Sistema CocarX Figura 68.Proyecto MARTA Figura 69.GPS OKI Innovaciones estructurales Figura 70.Microfoto tornillo Figura 71.Microfoto bola acero Figura 72 .Microfoto de residuo de combustible Figura 73 .Microfoto de cavidad en aluminio fundido Figura 74 .Nuevo Ford B Max Figura 75 .B Max sin pilar central Figura 76 .B Max ante choque lateral Figura 77.Coche insumergible Figura 78.Prototipo 3Dx3I+a Innovaciones del airbag Figura 79.Airbag de Volvo para peatones Figura 80.Detalle del airbag de Volvo para peatones Nuevas innovaciones Figura 81. Carrocería de seguridad Figura 82. Gráfica y tabla de datos de muertes en accidentes de tráfico Figura 83. Cifras de accidentes España 2010 Figura 84.Cifras de accidentes en carretera Figura85 .Cifras de accidentes en zona urbana Figura 86.Fallecidos en carretera 2010. Tipo de muertes Figura 87 .Fallecidos en zona urbana 2010. Tipo de muertes Figura 88. Distribución del número de accidentes y muertos según zona Figura 89.Ecuación del impulso Figura 90 .Ecuación trabajo-energía Figura 91.Choque de coche contra árbol Figura 92.Dispositivo hidráulico Figura 93.Suspensión de Seat Alhambra Figura 94.Detalle de suspensión de Seat Alhambra El automóvil y su seguridad 9 Figura 95.Gráfica relación masa vehículomuertos Figura 96.Lista de componentes del dispositivo hidráulico Cálculos Figura 97. Poliuretano rígido Conclusiones Figura 98.Gráfica tipo viaje-eficacia El automóvil y su seguridad 16 -Un montaje con una orientación bien precisa de la unidad de control indicada por una flecha (A). Orientada hacia la parte delantera del vehículo. La unidad de control gestiona tanto el disparo del airbag del conductor como del pasajero. Desde el momento de producirse el contacto la unidad de control efectúa su autodiagnóstico, así como la prueba completa de los componentes eléctricos y electrónicos. Para evitar que se gestione mal el sistema, disparando el airbag accidentalmente, se dispone de dos sensores; el mecánico de seguridad y el de deceleración. Sensor de deceleración (o de aceleración): Es un sensor piezoeléctrico capaz de convertir la magnitud de deceleración que mide en una señal eléctrica. (Sólo detecta la magnitud de deceleración en sentido longitudinal. Así, en un impacto con fuerte deceleración, la inercia que actúa sobre el sensor modifica la señal de salida, indicando a la central con toda precisión la velocidad de choque y la deceleración que producirá. Estos datos se introducen en la unidad de la memoria ECU y, en caso de ser necesario, se producirá la intervención del airbag. El microprocesador (E) que posee permite amplificar y procesar la señal producida por el captador del impacto. Además lleva incorporada una alimentación estabilizada (D) que le permite de disponer de energía eléctrica suficiente para mandar y gestionar la orden en el caso de que la batería reviente en el impacto o se desconecte durante el mismo. Figura 4. Sensor de deceleración/aceleración El automóvil y su seguridad 17 Sensor mecánico: Puesto que el sistema de funcionamiento de un airbag no puede estar sometido a ningún tipo de fallo, serán necesarios este tipo de sensores, los cuales confirmarán que el sistema debe ser detonado. La forma que tiene este tipo de sensor es la siguiente: Figura 5. Sensor Mecánico Están constituidos por silicio micromecánico, y pueden ser tanto exteriores (como en BMW y Mercedes) o interiores. Los primeros se suelen montar dobles(a cada lado del coche), en el frontal o en las torretas de amortiguación, tal y como se ve en la representación del dibujo del BMW Serie 3 siguiente: El automóvil y su seguridad 18 1 Volante con Airbag (con cojín hinchable y unidad de control) 2 Unidad de diagnosis 3 Protección para las rodillas 4 Sensores de choque 5 Testigo de control Airbag Figura 6. BMW Serie 3 Con esta disposición se consigue una buena zona donde determinar la gravedad del impacto. Si la posición es la de un sensor interior (el más habitual), éste se ubica en la propia ECU (engine control unit). Ambos sensores trabajan bajo el mismo principio. Constitución interna: Figura 7. Constitución interna del sensor mecánico El automóvil y su seguridad 19 Podemos observar el dibujo de un sensor mecánico, ya que observamos que sólo dispone de una masa magnética dispuesta en su posición de reposo mediante el muelle. Ésta puede desplazarse a lo largo de un carril o tubo por efecto de la inercia. Este desplazamiento crea unos contactos Reed (contactos muy precisos que se cierran magnéticamente. Empleados en sistemas de alarma, cierre y aberturas de puertas…), los cuales se encuentra en serie con el circuito de vigilancia de la unidad de control, de forma que para que se produzca el disparo del airbag es necesario que tanto éste como el sensor de deceleración deberán suministrar la señal de enclavamiento. De este modo se asegura que el sistema no pueda disparar erróneamente el airbag. Por otro lado los sistemas electrónicos son muy sensibles a las radiaciones electromagnéticas, como las que puede irradiar un teléfono móvil. El sensor mecánico evita el riesgo de que se provoquen falsos disparos en el sensor piezoeléctrico. Generador de gas El generador de gas es posiblemente el elemento más importante que constituye un airbag y a la vez el más peligroso, ya que en su interior se encuentra el material explosivo capaz de inflar el cojín en milésimas de segundo. Está constituido por una caja metálica (B) también llamada difusor, de acero de alta resistencia. Un cebo con pastillas explosivas (E) permite el autoencendido del compuesto (A). El encendido combustible contenido en la cámara de combustión (D) desencadena la explosión de las pastillas de sodio que permiten liberar nitrógeno a presión y minúsculas partículas de polvo. Figura 8. Constitución del generador de gas Este gas, como hemos hablado anteriormente, es el responsable del inflado casi instantáneo de la bolsa de aire. El nitrógeno y estas partículas de polvo después son enfriados y filtrados por el filtro metálico (C) en el momento de desplegarse el airbag Vamos a continuar viendo su interior más detalladamente: El automóvil y su seguridad 20 Figura 9. Módulo conductor y acompañante del generador de gas En esta figura podemos observar el explosivo en forma de pastillas. Dichas pastillas forman un propulsor sólido capaz de generar mediante su combustión una enorme cantidad de gas (casi 99% de nitrógeno), suficiente para llenar la bolsa de aire. Para que nos hagamos una idea de tal energía de reacción es suficiente señalar que ésta se emplea como fuente propulsora de misiles en aplicaciones militares. Entre las pastillas podemos encontrar el dispositivo que permite su puesta en marcha; el detonador. El detonador es el elemento responsable de la ignición de los explosivos que contiene la bolsa de aire, al recibir la señal de disparo de la unidad de control. Dicha señal provoca un arco voltaico, de manera similar a una bujía de encendido, en el interior del detonante. A partir de este momento se desencadena la combustión del propulsor sólido. El automóvil y su seguridad 21 Cerca del detonador se suele encontrar pólvora negra, que ayuda a que el arco voltaico sea más intenso y se propague de manera uniforme por el propulsor sólido, evitando que se comience la combustión en un lateral de la bolsa de aire, provocando su irregular hinchado y por tanto su pérdida de eficacia. Una vez que comienza la combustión, se genera una enorme cantidad de gas, compuesto esencialmente por nitrógeno. Podemos aclarar una duda que a todos se nos puede pasar por la cabeza. Nos estamos refiriendo al grado de toxicidad de la mezcla. Bien, puesto que se trata casi exclusivamente de nitrógeno, y el aire que respiramos cada día se compone de manera habitual de éste elemento, podemos señalar que es inofensivo para el ser humano. Además gracias a sus microagujeros el gas no se concentra en un punto determinado sino que se expande por el exterior, evitando concentraciones perjudiciales. El resto de componentes del gas generado se han calificado también como inofensivos en la concentración y tiempo en la que actúa el airbag. Además contamos con una rejilla metálica por la que sale el gas generado, la cual tiene 2 misiones: 1. Filtrar las posibles partículas de propulsor sólido sin combustionar que pudieran provocar riesgo de incendio al salir al hinchable del vehículo. 2. Disminuir la temperatura del gas para que resulte inofensivo para los ocupantes. Bolsa de aire Figura 10. Bolsa de aire La estructura de la bolsa de aire está fabricada con un tejido muy resistente con una base de nylon en su exterior recubierto en el interior de neopreno. El automóvil y su seguridad 22 El nylon permite obtener un cojín muy resistente, con un volumen reducido al plegarlo y muy ligero, que permite alcanzar la forma deseada muy poco tiempo después de la detonación. El neopreno del interior del cojín evita que el gas se filtre al exterior a través del tejido en las zonas destinadas a soportar el impacto del cuerpo del ocupante del vehículo. Como veremos a continuación, la expansión del cojín se efectúa a través de unas costuras invisibles situadas en el interior de la tapa que recubre el airbag. La propia fuerza de expansión del cojín hinchable rasga estas costuras de forma controlada, permitiendo la salida al exterior. Figura 11. Fases de la bolsa de aire en accidente En el caso del airbag del acompañante se utiliza el mismo sistema, aunque algunos modelos utilizan una tapa que en caso de colisión saldría despedida hacia arriba durante la expansión de la bolsa de aire, permitiendo la salida de éste. Veamos esto en una representación gráfica: Figura 12. Lugar de colocación del airbag Como vemos la tapa en la figura de la derecha ha saltado hacia arriba. Sin embargo, para evitar que no se produzca un indeseable efecto rebote, el gas debe salir del cojín. Para esto, éste dispone de varios orificios de un calibre muy específico en la parte posterior (la que apunta al volante). Estos orificios permiten la salida controlada El automóvil y su seguridad 23 del gas cuando el cuerpo afectado entra en contacto con la superficie efectiva del airbag, ofreciendo una retención progresiva y constante, con la consecuente amortiguación. Este efecto de retención es el más difícil de conseguir al diseñar una bolsa de aire para airbag por 2 razones: 1. Si existe demasiada retención, habrá riesgo de lesiones por impacto contra el cojín y rebote. 2. Si ésta es demasiado baja, la cabeza del ocupante podría llegar a tocar el volante o el salpicadero, con lo cual la ventaja del airbag estaría anulada. Contactor espiral El airbag montado en el volante requiere una conexión eléctrica para la transmisión de señal en caso de disparo al detonador situado en la bolsa de aire. Dicha conexión debe permitir el giro del volante y mantener en todo momento una unión eléctrica firme que evite falsos disparos. Para conseguir esto, en los sistemas de airbag con unidad de control separada del volante se utiliza un conector espiral, también llamado contactor giratorio. Este dispositivo está constituido por dos rotores: -Rotor exterior: (F). Solidario respecto al mando de las luces por medio de grapas o tornillos de sujeción. -Rotor interior: (G). Arrastrado por el volante de dirección. Estos 2 están unidos por dentro por un cable de conexión en forma de banda helicoidal generalmente de plástico, con varios conductores integrados. Esta cinta de conexión flexible se arrolla y desenrolla según la posición del volante. Figura13. Contactor espiral El automóvil y su seguridad 24 En esta otra representación veremos dónde va colocado este dispositivo: Figura 14. Lugar de colocación del contactor espiral Como observamos se trata de una pieza circular con al menos dos conectores y cuatro cables (2 de entrada y 2 de salida). Internamente, los cables van conectados a unas pistas flexibles, aisladas entre sí y arrolladas en forma de muelle espiral. La parte externa del conector espiral está fijada en rotación a la columna de dirección, mientras que la parte interna del conector gira con el movimiento del volante. La forma de las pistas permite que, al girar el volante, éstas se enrollen o desenrollen (dependiendo del sentido de giro del volante) permitiendo la comunicación de la señal eléctrica hacia el detonador del cojín hinchable, sea cual sea la posición de giro. Este sistema no provoca falsos contactos, como pueden ser los que se dan en sistemas de escobillas (en las cuales el contacto puede perderse brevemente por ejemplo por desgaste de la escobilla, por vibración…), ya que las pistas son sólidas y sólo están sometidas a un movimiento de flexión El automóvil y su seguridad 25 Figura 15. Escobilla del contactor La comprobación del conector es muy sencilla. Tendríamos que seguir estos pasos: 1. Desconectar la batería y esperar al menos 10 minutos. 2. Accedemos al conector espiral. Desconectamos el conector que va al detonador del cojín y al conector de la instalación hasta la UC 3. Medimos con un polímetro en la escala más baja de resistencia entre un terminal del conector que va al detonador del cojín y un terminal del conector de la instalación. Para que haya continuidad la medida debe de ser de, al menos, 2 ohmios. Si el conector giratorio tiene alguna pista interna rota se encenderá el testigo de averías en el cuadro de instrumentos y el airbag permanecerá desconectado. Tipos Lateral Hemos hablado del airbag frontal, pero aún no sabemos prácticamente nada de la constitución del lateral: Figura 16. Airbag lateral El automóvil y su seguridad 32 Funcionamiento Ya hemos visto que el objetivo de este elemento es reducir las lesiones producidas por lo que llamamos “latigazo cervical”. Para conocer cómo estará diseñado y su esquema de funcionamiento hablaremos sobre este fenómeno. Latigazo vertical Para entender los tipos de reposacabezas, su geometría y todos aspectos es necesario conocer cómo se van a utilizar. En caso de colisiones por alcance, este elemento retiene la cabeza del ocupante en su trayectoria hacia atrás, reduce la velocidad de la cabeza sin producir aceleraciones bruscas y no permite ángulos de inclinación excesivos de la columna vertebral. Cuando sufrimos un accidente de tráfico, el tronco se desplaza en una u otra dirección, dependiendo del tipo de colisión, para quedar frenado finalmente por el respaldo del asiento. Mientras tanto, la cabeza aún no ha realizado este movimiento al mismo tiempo, sino unos instantes después, por lo que el cuello está sometido a unos movimientos de vaivén. Este efecto claramente indeseable es el denominado “latigazo cervical”. Conoceremos ahora los diferentes tipos de colisiones que nos podemos encontrar en un accidente: -Trasera. El tórax es desplazado junto con el asiento hacia delante. La cabeza, realizando este movimiento más tarde, se opone en sentido contrario al movimiento del tronco el cual va hacia delante, provocando un estado de hiperextensión. Justo después, cuando la cabeza se desplaza hacia abajo, se provoca un estado de hiperflexión. -Frontal. Secuencia contraria a la anterior. La cabeza, inicialmente desplazada hacia abajo, provoca la hiperflexión. Instantes después nos encontramos con el estado de hiperextensión. -Lateral. La cabeza y el cuello comparten el mismo camino; se dirigen hacia el lado en el cual se ha producido el impacto mediante un movimiento de inclinación lateral. Las consecuencias de estas colisiones pueden llegar a resultar muy graves. El automóvil y su seguridad 33 Figura 23.Tipos de colisiones Tipos de reposacabezas Ahora que ya conocemos que tipos de accidentes nos podemos encontrar podemos pasar a diseñar el tipo de reposacabezas. En función del criterio utilizado nos podemos encontrar diferentes tipos: .Reposacabezas ajustable Se denominan ajustables a aquellos reposacabezas cuya altura y separación horizontal con respecto a la cabeza se puede modificar y regular. Estas magnitudes pueden tener una influencia significativa en la probabilidad y gravedad de las lesiones de latigazo cervical en las colisiones por alcance. .Reposacabezas fijo o Integrado Se denominan así a aquellos reposacabezas que no se ajustan, ya que está totalmente integrado a la estructura del asiento. Varios estudios han determinado que la efectividad de éstos es mayor que los anteriores, debido principalmente según dictan, a que los usuarios de los vehículos no se suele ajustar correctamente el reposacabezas a su propia altura, dejándolo en su posición más baja. Ahora hablaremos de su correcta colocación. Los reposacabezas integrados están formados por la parte superior del respaldo del asiento, pero que no pueden separarse del asiento o de la estructura del vehículo sin emplear herramientas o quitar parcial o totalmente el recubrimiento del asiento. Pruebas y Diseño Tanto los reposacabezas integrados, fijos, o los reposacabezas móviles deberán estar situados (si no es ya de serie como los integrados tendremos que ser nosotros los que los ajustemos) a una distancia concreta para que su objetivo se vea cumplido. El automóvil y su seguridad 34 Así pues, el grupo IIWPG (internacional insurance whiplash prevention group) utiliza un procedimiento y un criterio para evaluar y calificar la capacidad de los reposacabezas y de los asientos para prevenir estas lesiones. Este procedimiento consta de 2 fases; 1, medición y calificación de la geometría (ensayo estático) y 2, ensayo dinámico en colisión. Los requisitos de la geometría, que son altura y distancia horizontal hasta la parte trasera, se miden para calificar la geometría como: Figura 24. Zonas calibradas para pruebas en el reposacabezas Los reposacabezas ajustables se califican basándose en las medidas del reposacabezas cuando éste está en su posición más baja y alejada. Claro está que los reposacabezas que obtengan una calificación mala o poco eficaz (zona naranja y roja) no se verán sometidos al ensayo dinámico posterior. Éste consiste en simular una colisión por alcance en la que se utiliza un dummy BioRID El automóvil y su seguridad 35 Figura 25. Dummy de prueba El asiento se coloca en un trineo y se acelera o desacelera para representar una colisión por alcance con una variación de velocidad de 16 Km/h. Figura 26. Curva aceleración-tiempo Perfil de aceleración triangular, pico de 10 g y duración total de 91 msg. Para superar este requisito: 1. Tiempo de contacto inferior a 70 msg, que es el tiempo que transcurre desde que comienza el ensayo hasta que la cabeza del dummy entra en contacto con el reposacabezas. Este contacto se mantiene por lo menos durante 40 msg. El automóvil y su seguridad 36 2. Aceleración máxima hacia delante deberá ser inferior a 9.5 g Se obtiene la calificación general: Figura 27. Calificación general para un reposacabezas En resumen, todas estas pruebas determinan un valor llamado Neck Injury Criterion; NIC, que desarrollado por investigadores suecos y colaboradores varios, es un coeficiente que trata de predecir el riesgo de lesión en los humanos, basándose en resultados obtenidos en experimentos. Se basa en la fórmula matemática siguiente: NIC = 0,2 arel + v_rel El criterio de lesión de cuello NIC compara la V y A de la cabeza en la parte alta del cuello con la aceleración de la 1 vertebra torácica. Los valores pequeños de NIC son deseables y son los buscados, ya que indican un retraso menor y por tanto menor probabilidad de lesión por latigazo cervical. Cómo se deben colocar Según estudios sobre accidentes realizados por el IIHS (Insurance Institute for Highway Safety) y la marca Volvo, entre otros, se pone de manifiesto la importancia de llevar un ajuste óptimo en el reposacabezas. Según estos resultados, el porcentaje de conductores con dolor en el cuello, aumenta a medida que la altura del reposacabezas desciende por debajo del centro de gravedad de la cabeza. Cabe destacar que si éste se coloca por encima de su centro de gravedad tampoco es destacable ningún beneficio añadido. En cuanto a la separación horizontal, se ha concluido que una disminución de ésta reduce el movimiento de hiperextensión y retracción del cuello. El automóvil y su seguridad 37 Unos sencillos pasos nos guían para una óptima utilización de éste elemento de seguridad: 1. Situarlo lo más cerca posible de la parte posterior de la cabeza. Según el estudio, 4 cm es la medida deseada 2. Regular la altura. 2 referencias podemos tomar: a. Elevar el reposacabezas hasta que la parte más elevada del mismo quede a la misma altura que la parte superior de la cabeza del usuario. b. El centro de gravedad de la cabeza (altura de los ojos) debe coincidir con la parte resistente del reposacabezas. 3. Asegurarse de que queda bloqueado el reposacabezas: para ello, se inclina la cabeza hacia atrás con decisión. 4. El respaldo del asiento deberá tener un ángulo máximo respecto a nuestro cuerpo de aproximadamente 25º. CINTURÓN DE SEGURIDAD Definición El cinturón de seguridad es un arnés diseñado para sujetar, y así proteger al ocupante en caso de deceleración brusca provocado en la gran mayoría de las veces por una colisión frontal con otro vehículo. Historia El cinturón de seguridad fue desarrollado como elemento de seguridad para aviones en la década de los 30. Su salto al automóvil no se produjo hasta finales de la década del `40, cuando en 1948 el industrial Preston Tucker intentó revolucionar el sistema de seguridad pasiva en el automóvil, y a su vez, el proceso estándar de producción de éste, al presentar el cinturón de seguridad como una opción para solucionar las muertes por accidentes viales ocurridas por la falta de éste. Esta innovación fue presentada en el único modelo que se llegó a producir; el Tucker Torpedo: El automóvil y su seguridad 38 Figura 28. Tucker Torpedo Este coche es un automóvil de turismo fabricado en Chicago en el año 1948 y numerosos artículos, entre ellos uno publicado en Wikipedia, se refieren a este sedán como un vehículo adelantado a su época. Sólo se llegó a producir 51 unidades de este modelo antes de que la compañía fuera cerrada por acusaciones de fraude. El cinturón de seguridad de 3 puntos de anclaje, (es decir, sujeta la cadera mediante 2 puntos de anclaje y mediante la cinta diagonal; el tercer punto de anclaje, nuestro torso) que es el que hoy en día incorporan todos los automóviles, no fue inventado hasta 1959 por Nils Bohlin, ingeniero de la marca sueca Volvo. En esta época Volvo tomó la decisión de montar en serie una evolución de su modelo Amazon con esta invención, incluyendo este cinturón de 3 puntos: El automóvil y su seguridad 39 Figura 29. Volvo amazon Los suecos decidieron más tarde liberar la patente para que el resto de marcas pudieran aumentar la seguridad de los ocupantes implementando este sistema en sus vehículos. Este cinturón con 3 puntos de anclaje en lugar de 2 se convertiría en poco tiempo en la norma universal para todos los vehículos, de manera que los coches en serie se fabricaban ya con esta nueva invención. Se incluyó en los asientos de atrás más tarde; en 1967, y en 1986 también en el asiento central trasero, el cual hasta entonces sólo incorporaba el cinturón de 2 puntos de anclaje (sólo sujetaba la cadera; los puntos de anclaje estaban situados a los lados de ésta). En 1993 fue incluido de serie en todos asientos. La invención de Nils Bohlin fue reconocida como una de las ocho más significativas para la humanidad entre 1885 y 1985 por la Oficina Alemana de Patentes y Marcas, pero son el tiempo y los resultados los que han confirmado la eficiencia de esta invención. Se estima que esta invención ya ha salvado más de 1 millón de vidas, y que cada año evita de manera aproximada unas 100.000 muertes. Funcionamiento Antes de pasar a explicar el funcionamiento de un cinturón, debemos explicar varios conceptos. La idea básica de un cinturón de seguridad es bastante sencilla; impide que salgamos volando por la luna delantera o nos desplacemos por el interior del coche de forma incontrolada en una colisión o en un vuelco. Pero, ¿por qué se produce este descontrol de nuestro cuerpo ante tales actos? Esto es debido a la inercia. El automóvil y su seguridad 40 La inercia es la resistencia de los objetos a cambiar su velocidad y dirección de trayectoria. Si un coche va a 30 km/h la inercia quiere que siga a esta velocidad. Por otro lado, tanto el conductor y los pasajeros, y todo lo que está dentro del coche, tienen su propia inercia, la cual es diferente a la del coche. El coche acelera a las personas a su velocidad. Por esto somos capaces de sentir, erróneamente, que nos movemos con el coche como si fuéramos una sola unidad. Imaginemos que estamos circulando a 100 km/h. Si el coche se estrella contra algo, es obvio que la inercia del coche y de los pasajeros son independientes. El choque dejará el vehículo frenado de una manera demasiado brusca, pero nuestra velocidad seguirá siendo la misma debido precisamente a eso, a que no formamos una unidad compacta con él. Aquí entra el cinturón de seguridad. Está claro entonces que nuestro cuerpo tendrá que ser frenado, ya sea contra el volante, la luna delantera o con cualquier elemento, ya que nuestro cuerpo seguirá viajando a esos 100 km/h, con consecuencias desastrosas, y normalmente, mortales. Es el cinturón de seguridad el que impedirá esto. Figura 30. Dibujo de sus componentes El automóvil y su seguridad 41 Ahora que hemos visto las condiciones de actuación, veremos su funcionamiento. Un cinturón tradicional se compone de una cinta que recorre el abdomen desde el hombro a la pelvis donde va fuertemente fijada a la estructura del coche. Cuando el cinturón está puesto correctamente, la fuerza de parada se aplica mayoritariamente al torso, pero al extenderse por una parte amplia del cuerpo, la fuerza no se concentra en un solo área, reduciendo los daños. Figura 31. Detalle del enganche del cinturón de seguridad El material del que está hecho el cinturón de seguridad es de poliéster entretejido de 2 pulgadas, aunque algunos fabricantes usan mezclas de poliéster algodón para proporcionar una mayor suavidad. Estas fibras de poliéster se obtienen por polimerización de monómeros a base de ácido tereftalico y glicol etilénico. Las fibras son redondas de sección transversal con superficie lisa, las cuales se emplean para hacer uniformes, camisas, suéteres, ropa… por ello se quedan adheridas a la ropa en caso de impacto brusco. Este material es flexible, por lo que en caso de parada súbita, se estira mitigando la violencia de la parada. Tienen la habilidad de extenderse y luego retraerse debido a su gran límite elástico. Si nos inclinamos hacia delante despacio comprobamos que el cinturón permite este movimiento, pero en caso de colisión, el cinturón se queda fijo y nos mantiene en el sitio. Esto es posible gracias a un sistema sencillo, en el que la cinta del cinturón está conectada a un mecanismo retractor. El elemento central de este retractor es la bobina, la cual está enganchada con una de las puntas de la cinta. Dentro del retractor, un resorte aplica una fuerza de rotación a la El automóvil y su seguridad 48 Figura 35. Seat Alhambra accidentado Los citados “pliegues” son los que observamos encima de la suspensión a lo largo del travesaño que la atraviesa. Al producirse el accidente, el coche se deforma primeramente por estos pliegues, de la manera que veremos a continuación. De esta manera aumenta la probabilidad de que ante un accidente con una velocidad moderada, la deformación no sea capaz de llegar al habitáculo en el que vamos sentados, que es lo primordial. El automóvil y su seguridad 49 Figura 36. Frontal de Opel Corsa accidentado El automóvil y su seguridad 50 Figura 37. Opel Corsa Observamos que el habitáculo interior del coche, a pesar de que el airbag ha saltado, permanece intacto. El automóvil y su seguridad 51 SISTEMAS DE SEGURIDAD. ACTIVA ABS Definición El sistema antibloqueo de ruedas (SAB) o tomado del alemán, Antiblockiersystem, (ABS) es un dispositivo utilizado en aviones y en automóviles para evitar que los neumáticos de éstos pierdan adherencia con el suelo durante un proceso de frenado. Lo consideramos otro importante elemento de seguridad pasiva ya que se activa por su propia cuenta. Inicialmente utilizado para aviones, debido a la brusca frenada que tienen que realizar al aterrizar, en 1978 Bosch hizo historia introduciéndolos como el primer sistema electrónico de frenos antibloqueo. Hoy en día, esta introducción al automóvil se ha convertido en la base para todos los sistemas electrónicos que utilizan de alguna forma el ABS, como pueden ser los controles de estabilidad. No hablamos ya de automóviles, pues en prácticamente la mayoría de motocicletas de ala cilindrada cuentan también con él. En total, hoy en día el 75% de todos los vehículos fabricados en el mundo cuentan con este dispositivo. De hecho, un acuerdo voluntario de los fabricantes de automóviles de la UE, el 1 de julio de 2004 hizo convertir al ABS a un equipo de serie obligatorio en todos los turismos fabricados en estos países. Cabe decir que, como en todos sistemas que se han desarrollado, hay innovaciones de tal manera que hoy en día se desarrollan sistemas de freno eléctrico que simplifican el número de componentes, aumentando su eficacia. Historia Los orígenes de los sistemas ABS se pueden remontar a los comienzos del pasado siglo, aplicados al transporte ferroviario y realizados siempre mediante soluciones mecánicas. A partir de los años 50, (después de la 2ª Guerra Mundial), se diseñan unos sistemas antibloqueo de frenos electromecánicos para el control de los trenes de aterrizaje de los aviones a reacción, diseños que se incorporaron más tarde, en vehículos industriales. En el mundo del automóvil, una de las primeras aplicaciones interesantes fue la que se realizó en el modelo deportivo británico “Jersen FF”, de cuatro ruedas motrices. Sus resultados acerca de la eficacia fueron buenos; no obstante, su alto coste del dispositivo y su complicada implantación fueron dos elementos por los cuales resultaba inviable su incorporación para modelos de gran serie, no obteniendo continuidad en su uso. Será en 1970 cuando la firma alemana BOSCH desarrolla un dispositivo eficaz y con posibilidad de comercialización a gran escala, gracias a la aparición de la electrónica El automóvil y su seguridad 52 analógica, debido a la simplificación de componentes y a la reducción de costes implicada por la utilización de esta nueva tecnología. En 1975 se comienza a implantar en vehículos pesados y más tarde, ya con la ayuda de la electrónica digital, la firma BOSCH en colaboración con la marca también alemana Mercedes-Benz, instalan el primer sistema ABS en un automóvil (al igual que pasó al principio con el airbag, también se pone como un elemento opcional). Esto fue en octubre de 1978 y el modelo, un clase S. 2 meses más tarde, la firma alemana BMW también instaló como elemento opcional el ABS en los modelos de la serie 7. Más tarde, en diciembre de 1983, Opel, con su modelo SENATOR fue la primera marca en instalar este nuevo dispositivo de serie. Funcionamiento Figura 38. Sistema ABS El ABS funciona en conjunto con el sistema de frenado tradicional. Se incorpora una bomba a los circuitos del líquido del freno, de modo que en cada rueda se encontrará un sensor de revoluciones que está conectado con la unidad central de control electrónico del ABS; las revoluciones de las ruedas así medidas se comparan constantemente entre sí y con la velocidad real del vehículo. En el caso en el que la V de giro de cualquier rueda disminuya más que proporcionalmente, la electrónica detecta el peligro de bloqueo y reduce inmediatamente la presión hidráulica del líquido de frenos sobre el circuito de freno de esa rueda. La reducción de presión que se desarrolla se adapta al requerimiento de cada situación. El automóvil y su seguridad 53 Comúnmente la operación de aumentar y disminuir la presión de frenado se realiza de 15 a 18 veces por segundo, mantengamos o no pisado el pedal de freno a fondo. Este sistema actúa automáticamente, sin que el conductor tenga que realizar ninguna acción al respecto. Si nos encontramos ante pavimento húmedo, el sistema realiza la misma operación que en seco, ya que será función de las estrías del neumático la de drenar el agua para que no se produzca aquaplaning y el ABS pueda desarrollar la misma acción que en seco. USO En otras palabras, el ABS mantiene durante la frenada el coeficiente de rozamiento estático. Teniendo en cuenta que el coeficiente de rozamiento estático es mayor que el coeficiente de rozamiento dinámico, la distancia de frenado siempre se reduce con un sistema ABS. Esta menor distancia se ve mejor reflejada en superficies deslizantes, debido a la marcada diferencia de éstos coeficientes, y por lo tanto, resulta indispensable el sistema ABS. En automóviles deportivos o de desempeño se permite un ligero retraso de su activación, ya que se deja producir una frenada más brusca al principio, para que el ABS se active a una velocidad más baja y por tanto tenga un mejor control del vehículo. En estos casos el derrape siempre es controlado y nunca brusco. Ventajas Podemos destacar una serie de ventajas de este sistema respecto a si no hubiera estado incorporado, como son: - El proceso instantáneo de regulación garantiza una manejabilidad plena del automóvil en todo momento. - Automóvil siempre manejable, incluso frenando a fondo. - Éste no derrapará al frenar a fondo en una curva. - El conductor es el que conserva todo el dominio del coche. - El comportamiento del automóvil es independiente de las condiciones del suelo. - La distancia de frenado se verá reducida. El automóvil y su seguridad 54 ESP Introducción El derrape es una de las principales causas de accidentes de tráfico. Estudios internacionales confirman que por lo menos el 40% de los accidentes de tráfico mortales se deben a derrapes. Con el ESP se podrían evitar hasta el 80% de este tipo de accidentes. El ESP detecta si un derrape es inminente e interviene entonces inmediatamente. El conductor mantiene el control del vehículo y evita así el derrape al mantenerlo dentro de los límites físicos. En la misma línea del ABS encontramos el sistema electrónico de estabilidad (ESP), en el cual se toma como base toda la infraestructura del ABS, ya que el control de estabilidad centraliza las funciones de los sistemas ABS, de control de tracción, y el EBD. Aquí hacemos un inciso para tratar de manera muy básica lo que es este último término. Se llama comercialmente EBV o EBD al reparto electrónico de fuerza, el cual es un sistema electrónico que determina cuánta fuerza aplicar a cada rueda para detener al vehículo en una distancia mínima y sin que se descontrole. El sistema calcula si el reparto es el adecuado a partir de los mismos sensores que el ABS. Ambos sistemas en conjunto actúan mejor que el ABS en solitario, ya que éste último regula la fuerza de frenado de cada rueda según si ésta se está bloqueando, mientras que el reparto electrónico reparte la fuerza entre los ejes, ayudando a que el freno de una rueda no se sobrecargue (esté continuamente bloqueando y desbloqueando) y el de otra quede infrautilizado. Definición Se llama ESP al sistema electrónico que corrige las pérdidas de trayectoria provocadas por un excesivo subviraje o sobreviraje, actuando sobre los frenos de manera independiente en cada rueda, o bien actuando sobre la alimentación para evitar un exceso de aceleración. Historia Debido a que se trata de un dispositivo de seguridad para el vehículo muy moderno, apenas podemos describir una débil trayectoria en el desarrollo de este sistema. Fue desarrollado por Bosch en 1995, en cooperación con Mercedes-Benz, introduciéndose en el mercado por éste último en su modelo Clase S bajo la El automóvil y su seguridad 55 denominación comercial Elektronisches Stabilitatsprogramm (en alemán “Programa Electrónico de Estabilidad” y de ahí su abreviación ESP). El ESP recibe otros nombres, como Vehicle Dynamic Control (“control dinámico del vehículo”; VDC), Dynamic Stability Control (“control dinámico de estabilidad”, DSC), pero todos se refieren al mismo dispositivo de seguridad. Actualmente está en desarrollo por la marca BOSCH y ya se ha incluido a las motos de gran cilindrada. Funcionamiento Este sistema está activado permanentemente. Un microprocesador evalúa las señales de los sensores del ESP y comprueba 25 veces por segundo si las maniobras del conductor al volante se corresponden con el movimiento real del vehículo. Si éste se mueve en una dirección diferente de la trayectoria deseada, el ESP reacciona de inmediato, independientemente con el conductor. Utiliza el sistema de frenos para mantener estable la trayectoria del vehículo. Con este frenado selectivo el ESP genera la fuerza opuesta necesaria, de manera que el vehículo obedece al conductor. Éste no sólo inicia la intervención selectiva en los frenos, sino que si fuera necesario, intervendría en el motor para reducir la potencia del mismo. De esta manera conseguimos mantener con seguridad la trayectoria deseada, siempre dentro de los límites de la física. Además, no es necesario un mantenimiento de este sistema, ya que dispone de un testigo en el cuadro de instrumentos, y cada vez que se enciende el contacto, el sistema chequea el funcionamiento del módulo electrónico. Conclusiones ESP 1. El sistema no permite sobrepasar las leyes físicas. La velocidad de paso en curva no la determina el ESP sino el peso, la suspensión, los neumáticos y el correcto estado de todos estos elementos. 2. No puede ni está diseñado para arreglar diseños deficientes de la suspensión, aunque permite alcanzar los límites de estos con mayor tranquilidad. 3. En curva es imprescindible que el conductor ajuste la velocidad de entrada; a partir de ahí, incluso con el gas a fondo el sistema se encarga de mantener la trayectoria inducida por el volante limitando automáticamente la velocidad si ésta se eleva por encima del límite de adherencia. 4. La prioridad del sistema es la seguridad, por lo que en la mayoría de los casos la velocidad de paso en curva, y sobre todo, la de salida es más lenta con el ESP conectado. La de entrada no puede ser ajustada, ya que la determina el conductor. 5. Es fundamental que neumáticos, presiones, amortiguadores y cotas de suspensión estén en perfectas condiciones para que la eficacia del ESP sea óptima. El automóvil y su seguridad 56 6. Es importante vencer la tentación de iniciar contravolantes o gestos bruscos de dirección para corregir la trayectoria ya que esto lo hará el ESP. La máxima eficacia se consigue dirigiendo las ruedas delanteras hacia dónde queremos ir. 7. Se trata sólo de una ayuda a la conducción, no lo arregla todo. No debemos caer en un exceso de confianza que nos lleve a tomar riesgos que no tomaríamos sin ESP. Neumáticos Definición Se denomina neumático (también llamado cubierta) a la pieza toroidal de caucho que se coloca en las ruedas de diversos vehículos y máquinas. Su función principal es permitir un contacto adecuado por adherencia y fricción con el pavimenta, posibilitando el arranque, frenado y guía. Historia La historia del neumático empezó con la empresa Goodyear, quién en 1839 descubrió la vulcanización del caucho. Se entiende por vulcanización a un proceso de encadenamiento cruzado de cadenas de polímeros de azufre, en el cual se permite reparar ciertas características de materiales elásticos, como es en este caso el caucho. En los automóviles, en este proceso se combina tanto baja presión como alta temperatura para fundir completamente el caucho. De esta manera, cada vez que un neumático tiene un agujero es posible arreglarlo poniéndole un parche adecuado por este proceso. Más tarde, en 1888 el veterinario e inventor escocés John Boyd Dunlop, desarrolló el primer neumático con cámara de aire para el triciclo que su hijo de nueve años de edad usaba para ir a la escuela por unas calles bacheadas. Le infló unos tubos de goma con una bomba de aire para inflar balones. Después envolvió estos tubos con una lona para protegerlos y los pegó sobre las llantas de las ruedas. Esto permitió una marcha más suave del triciclo. Desarrolló la idea y patentó el neumático con cámara el 7 de Diciembre de 1889. A partir de esta fecha se han desarrollado y evolucionado de una manera muy amplia los neumáticos ya que constituyen un elemento imprescindible para el correcto funcionamiento del vehículo. Hay varias fechas notables que deberemos señalar: 1891 André y Edouard Michelin, Neumático desmontable. 1910 Neumáticos con aro metálico en el talón. 1915 Caucho sintético El automóvil y su seguridad 57 1930 Michelin creó la carcasa de acero 1946 Michelin patenta el neumático radial 1971 Los neumáticos GoodYear pisan la luna, en el Lunar Rover. Años 80 Pirelli inventa neumáticos de perfil bajo (reducción de altura de los flancos) Años 90 GoodYear pone a punto un neumático que después de un pinchazo, aún sin aire nos permite circular un número de kilómetros limitado. Dunlop diseña el sistema de control Warnair, que detecta las pérdidas de presión del neumático e informa al conductor a través de avisos sonoros o visuales. 2000 y actualidad Bridgestone y Continental anuncian una cooperación técnica para desarrollar un neumático Runflat; un neumático que permite circular, después de un pinchazo, a una cierta velocidad (80Km/h) un número elevado de kilómetros (80Km). Tipos, características y funcionamiento No todos los neumáticos son iguales. Al igual que primero eran de caucho natural y luego pasaron a ser de caucho sintético, según su construcción también los podemos diferenciar. Según construcción, existen básicamente 3 tipos de neumáticos: Diagonales En su construcción, las distintas capas de material se colocan unas sobre otras de manera diagonal. Figura 39. Neumático diagonal El automóvil y su seguridad 64 especie de semáforos retraibles llamados trafficators en lugar de bombillas parpadeantes. No fue hasta 1939, cuando los intermitentes modernos no se ofrecieron al consumidor. Hoy en día, estas señales son obligatorias en todos modelos. Tercera luz de freno En EE.UU. y en Chile, desde 1986 (en Europa desde 1998) se exige una luz central de freno, montada más alto que el resto de luces; esta es la tercera luz de freno. El modelo Ford Thunderbird de 1968 podía ser adquirido con una luz de freno e intermitentes si así se quería. Al igual pasó con el Oldsmobile Toronado de 1971 y el Buick Riviera de 1974. Los estudios posteriores que implicaban taxis y otras flotas de vehículos, demostraban que aquellos vehículos equipados con esta tercera luz veían reducidas las colisiones por alcance en un 50%. Por eso en 1986 la National Highway Traffic Safety Administration y la Transport Canadá obligaron a equiparla de serie. Como dato interesante, podemos decir que en Francia y en España hasta los años 70 una gran cantidad de vehículos comerciales equipaban una luz trasera de color verde, la cual el conductor encendía para indicar al vehículo que le siguiera que era seguro realizar un adelantamiento. Claro está que esta luz ya no existe en los vehículos. Características de construcción Nos encontramos diferentes tipos: Bombillas incandescentes. Tradicionalmente, una lámpara incandescente de wolframio ha sido la fuente de luz usada en todos los elementos de señalización de un vehículo. La potencia de marcha atrás varía entre 21 y 27 Watios, pero en las delanteras varía entre 4 y 10. Halógena. La lámpara halógena de tungsteno es muy común para los faros delanteros. Xenón. Son lámparas rellenas de haluro metálico, conocidas como lámparas HID o de descarga de alta intensidad. Son actualmente usadas y se encuentran en gran desarrollo en el mundo de la automoción. En estos sistemas, la única fuente de luz la envía a través de fibra óptica hacia donde sea que se necesite en el vehículo. Esto se conoce como iluminación distributiva. Este sistema podría canalizar la luz hacia los espejos exteriores, de forma que funcionaría como faros de corto alcance. El patrón de los faros no se vería limitado a dos haces de luz individuales que se sobrepondrían sino que podría canalizar mediante controles electrónicos para procurar una óptima visibilidad en condiciones tan adversas como niebla, polvo o nieve. El automóvil y su seguridad 65 Diodos emisores de luz (LED). Los ledes están siendo usados cada vez con más frecuencia en automóviles. Figura 44.LED`s Proporcionan una vida media muy larga, una resistencia extrema a las vibraciones y permiten montarse en alojamientos mucho más pequeños que las bombillas convencionales. Son más rápidas que las lámparas incandescentes, y por ello se mejora la visibilidad y una mayor reacción de respuesta del conductor. Suspensión Definición La suspensión en un automóvil, camión o motocicleta es el conjunto de elementos que absorben las irregularidades del terreno por el que éste circula para aumentar la comodidad y el control del vehículo. Historia Al principio, los primeros fabricantes de automóvil no preveían suspender cada rueda independientemente de la caja del vehículo, sino de 2 en 2. De hecho, el automóvil desciende del carruaje de caballos. Tanto es así que los primeros constructores transfirieron la técnica de la suspensión de los carruajes a los coches. Mediante ballestas longitudinales o transversales se preveían los 2 ejes rígidos unidos a la caja del vehículo Además, las ruedas estaban forradas con hierro y no se amortiguaba el golpe adecuadamente; faltaba unos amortiguadores verdaderos. No obstante, el rozamiento de las hojas de la ballesta entre sí facilitaba un cierto amortiguamiento. El automóvil y su seguridad 66 Las primeras suspensiones independientes empezaron a aparecer hacia 1903, pero no fueron aceptadas, ya que los constructores se orientaron hacia las otras soluciones que existían desde siempre. La primera gran revolución se produjo a partir del año 1920. De este año hasta 1955 se buscaron soluciones con prestaciones crecientes, con una estabilidad del coche que se tradujo en exigencia. Fue pues en este periodo cuando se produjo la diferenciación de los esquemas de las suspensiones en función del tipo de coche. De 1955 a los 70 se adoptaron las soluciones ya formuladas teóricamente y consideradas de nuevo con esquemas de construcción adecuados a las grandes series (menor coste, mayor fiabilidad, menor mantenimiento…), y además se buscaron soluciones nuevas precisamente con el mismo objetivo. Ese fue el principio de su adaptación de la suspensión independiente, ahora veremos hasta dónde ha llegado su evolución. Funcionamiento Para saber cómo funciona una suspensión en el automóvil primero describiremos los componentes: El sistema de suspensión lo podemos descomponer como un elemento flexible o elástico (muelle helicoidal o de ballesta, barra de torsión, muelle de goma, gas o aire) y un elemento de amortiguación (un amortiguador). Elementos de suspensión simples En las suspensiones simples se utilizan como elementos de unión unos resortes de acero elástico, en forma de:  Ballesta  Muelle helicoidal  Barra de torsión Antes de nada diremos que las características de este acero que se utiliza en los resortes como elementos de unión son por un lado, la alta flexibilidad, por la que recupera su estado después de sufrir deformaciones provocadas por fuerzas de magnitud considerable y por otro lado podemos destacar la capacidad de absorción de energía cinética de forma gradual; por ello se utiliza en la fabricación de chasis de coches y otros vehículos, pues la energía cinética que le llega a los pasajeros en un accidente será considerablemente menor. Dependiendo de la forma en que se ha producido el temple y el revenido, y sobre todo, de los distintos elementos de aleación, podremos distinguir una gran variedad de aceros elásticos. Es competencia del especialista elegir el más conveniente. El automóvil y su seguridad 67 Debido a que estos elementos tienen poca capacidad de absorción de energía mecánica tienen que ser montados con un elemento que frene las oscilaciones producidas en su deformación. Debido a esto, los resortes se montan siempre con un amortiguador de doble efecto que frene tanto su compresión como su expansión. Ballestas Figura 45. Ballesta Están constituidas por un conjunto de hojas o láminas de acero especial para muelles, unidas mediante abrazaderas (2) que permiten el deslizamiento entre las hojas cuando éstas se deforman por el peso que soportan. La hoja superior (1) llamada hoja maestra va curvada en sus extremos formando unos ojos en los que se montan unos casquillos de bronces (3) para su acoplamiento al soporte del bastidor por medio de unos pernos o bulones. El número de hojas y el espesor de las mismas están en función de la carga que han de soportar. Funcionan como los muelles de suspensión, haciendo de enlace entre el eje de las ruedas y el bastidor. Montaje Puede realizarse tanto longitudinalmente como transversalmente Montaje longitudinal. Generalmente para camiones y autocares. El automóvil y su seguridad 68 Figura 46. Unión de ballesta al bastidor Figura 47. Montaje longitudinal Montaje transversal. Para turismos. Figura 48. Montaje transversal Muelles helicoidales Se utilizan en casi todos los turismos en sustitución de las ballestas, pues tienen la ventaja de conseguir una elasticidad blanda debido al gran recorrido del resorte sin apenas ocupar espacio ni sumar peso. El automóvil y su seguridad 69 Figura 49. Características muelle helicoidal Consiste en un arrollamiento helicoidal de acero elástico formado con hilo de diámetro variable (de 10 a 15 mm), en función de la carga a soportar. Las últimas espiras son planas para facilitar el asiento del muelle. Eso sí, no pueden transmitir esfuerzos laterales, ya que son incapaces de trabajar a torsión. Pero a compresión y algunos, según el tipo de anclaje, a extensión trabajan adecuadamente. Su flexibilidad está en función del número de espiras, del paso entre ellas, del diámetro del resorte, del espesor y de las características del material. Usando muelles adicionales conseguimos una suspensión de flexibilidad variable en el vehículo. Figura 50. Doble resorte helicoidal Cuando circule en vacío, sólo trabaja el muelle principal, pero con la carga es capaz de comprimir el muelle hasta hacer tope con el auxiliar, teniendo un doble resorte, dando mayor rigidez al conjunto. El automóvil y su seguridad 70 Barra de torsión Este tipo de resorte utilizado en algunos turismos con suspensión independiente está basado en el principio de que si una varilla de acero elástico sujeta por uno de sus extremos se le aplica por el otro un esfuerzo de torsión, esta varilla tenderá a retorcerse, volviendo a su forma inicial por su elasticidad cuando cesa este esfuerzo. Figura 51. Barra de torsión En vehículos con motor y tracción delanteros se montan una disposición mixta de tal manera que la vemos en la figura: Figura 52. Disposición mixta de la barra de torsión Barra estabilizadora Cuando un vehículo toma una curva, por acción de la fuerza centrífuga se carga el peso del coche sobre las ruedas exteriores, con lo cual la carrocería tiende a inclinarse hacia ese lado con peligro de vuelco. El automóvil y su seguridad 71 Figura 53. Barra estabilizadora Para evitar esto se montan sobre los ejes delanteros y trasero las barras estabilizadoras, que consisten en una barra de acero elástico cuyos extremos se fijan a los soportes de suspensión de las ruedas. De esta forma, al tomar una curva, como una de las ruedas tiende a bajar y la otra a subir, se crea un par de torsión en la barra que absorbe el esfuerzo y se opone a que esto ocurra, impidiendo que la carrocería se incline demasiado a un lado, produciendo el vuelco. Figura 54. Montaje de la barra estabilizadora La suspensión aguanta el peso de la carrocería, la cual va montada sobre los trapecios, llamados brazos de suspensión, que son brazos articulados fabricados o en fundición o en chapa de acero embutida que soportan al vehículo a través de la suspensión. El automóvil y su seguridad 72 Unen la mangueta y su buje mediante elementos elásticos (silentblocks) y elementos de guiado (rótulas) al vehículo, soportando los esfuerzos generados por este en su funcionamiento. Figura 55. Unión de la mangueta y del buje Figura 56. Amortiguación en el vehículo Amortiguadores Terminaremos hablando de los amortiguadores, elementos esenciales de la suspensión del vehículo, y encargados de absorber las vibraciones de los elementos elásticos convirtiendo en calor la energía generada por las oscilaciones. El automóvil y su seguridad 73 Cuando la rueda encuentra un obstáculo el muelle se comprime o se estira, recogiendo la energía mecánica producida por el choque, energía que devuelve a continuación, por efecto de su elasticidad, rebotando sobre la carrocería. Este rebote en forma de vibración es el que tiene que frenar el amortiguador, recogiendo el efecto de compresión y luego el de reacción del muelle (por ello se dice que son amortiguadores de doble efecto), ya que si no se producirían una serie de contraccionesextensiones del muelle perjudiciales para los elementos del vehículo. Hay diferentes tipos de amortiguadores: Hidráulicos A gas bitubo (no regulables) A gas monotubo (regulables) Figura 57. Amortiguador Funcionamiento del sistema de suspensión Cuando se habla de suspensión, nos estamos refiriendo a un sistema en el cual, un objeto se mantiene suspendido en el aire apoyado o suspendido sobre una unión elástica con otro objeto que sirve de apoyo sobre el suelo. Figura 58. Esquema de amortiguación En nuestro caso, el cuerpo pesado suspendido va a ser la carrocería y demás elementos del vehículo, además de nosotros mismos. El automóvil y su seguridad 80 ¿Sueño al volante? En la universidad Carlos III de Madrid se está desarrollando un sistema de seguridad en carretera que alerta automáticamente de la somnolencia y posibles distracciones del conductor, pudiendo evitar así una gran cantidad de accidentes, pues según un estudio, conducir con somnolencia puede multiplicar hasta 7 veces la probabilidad de producir un siniestro. Nuestro coche será nuestro doctor Los nuevos sistemas desarrollados por Ford avisarán a los conductores cuando el nivel de azúcar en sangre sea demasiado bajo para evitar posibles desmayos y por tanto, accidentes. Junto a los nuevos sistemas de navegación y control del automóvil parece que la motorización de los conductores por parte de los propios coches serán los aspectos tecnológicos que más se investiguen en un futuro cercano. Recientemente, según decía el director técnico de Ford, se informaba de la creación de un asiento que controlaba el corazón, para evitar accidentes derivados de ataques cardiacos y otros problemas cardiovasculares. Ahora le toca al asma y a la diabetes. Se combina sistemas de control de la salud inalámbricos con la tecnología de recepción de datos y aplicaciones de seguimiento, para conseguir unos beneficios más que evidentes. Figura 62. Sistema tecnológico para controlar nivel de polen en el aire Además, el coche se conectaría a Internet para consultar el nivel de polen en suspensión en el aire y así de esta manera avisar al conductor que padece de alergia mediante una escala, tal y como vemos en la figura. Automoción y salud unidas para evitar accidentes. En el futuro, aunque nos ocurra algún percance al volante, la tecnología conseguirá avisarnos y todo quedará en un simple susto. El automóvil y su seguridad 81 El robot copiloto. AIDA De la colaboración entre Volkswagen y los laboratorios del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha nacido AÍDA, el robot afectivo de conducción inteligente. Este híbrido entre un GPS y el Robot Wall-E podría cambiar la manera en que los conductores interactúan con sus automóviles, según aseguran sus creadores. “En el desarrollo de AIDA, nos preguntamos cómo podríamos diseñar un sistema que pudiera servir de guía y a la vez ser un compañero informado y amistoso”, explica Carlo Ratti, director del Laboratorio de SENSEable City Lab del MIT. El resultado es una especie de cabeza robótica, montada sobre un “cuello” articulado, que expresa emociones típicamente humanas, como asombro, tristeza o alegría. El dispositivo se coloca en el tablero del automóvil y es capaz de hacer recomendaciones sobre la forma en que conducimos, recordarnos que debemos ponernos el cinturón, aconsejarnos el mejor camino para llegar a nuestro destino, informarnos sobre el tráfico y advertirnos de los peligros de la carretera. Figura 63. Robot AIDA Ángulo muerto. Sistema Un Unisee 300 Siempre se nos ha dicho cuando estamos conduciendo que tenemos que tener cuidado al adelantar, sobre todo, ya que los espejos retrovisores dejan un ángulo en el que no hay visión ninguna, y tendríamos que girar la cabeza para saber si hay algún obstáculo en este espacio del que hablamos, tal y como vemos en la imagen. El automóvil y su seguridad 82 Figura 64. Ángulo muerto Pues bien, ya no tendremos que girar la cabeza ni preocuparnos mucho más por este peligroso ángulo, pues se ha desarrollado un sistema multicámara que permite la colocación de un gadget en distintas posiciones, según las necesidades de cada conductor. Tiene diferentes utilidades, pues no sirve exclusivamente para ver si hay algún obstáculo en este ángulo muerto, sino que con sus cámaras traseras nos ayudará a la hora de aparcar. El automóvil y su seguridad 83 Figura 65. Sistema multicámara para ángulos muertos Figura 66. Colocación en el coche y salpicadero del sistema multicámara El automóvil y su seguridad 84 CocarX, el futuro de la seguridad vial está en la comunicación entre vehículos. Ford ha presentado en Dusseldorf, Alemania, los avances de su proyecto de investigación CocarX (Co-operative Cars Extended) en el que los vehículos inteligentes se comunican en tiempo real y comparten información para mejorar la seguridad vial y optimizar los trayectos y el tráfico en las carreteras. En 2009 comenzó este proyecto cuyo objetivo era desarrollar sistemas e infraestructuras que permitieran una comunicación rápida y fiable de cara a mejorar la información sobre el tráfico y reducir los riesgos en las carreteras. Ahora, Co-operative Cars Extended ha visto la luz demostrando que es posible gracias a las nuevas tecnologías. El trabajo se basa en la red de comunicación móvil LTE (Long Term Evolution) que permite transmitir datos de manera más rápida y fiable. Utilizando frecuencias de radio localizadas y la tecnología de redes de telefonía móvil, el sistema de comunicación entre vehículos permite que los coches se manden mensajes entre sí automáticamente. De este modo, si por ejemplo un coche ha sufrido un accidente en una curva sin visibilidad, los coches que lleguen posteriormente lo sabrán de inmediato, evitando males mayores y accidentes en cadena. Como explica el técnico experto en conectividad, asistencia global al conductor y seguridad activa, Christian Ress: “Los vehículos inteligentes, capaces de enviar y recibir mensajes en fracciones de segundo podrían ayudar a prevenir a sus conductores de peligros que ni ellos ni sus sistemas de seguridad podrían detectar debido a la distancia del peligro o los obstáculos que bloquean la visión, tales como tráfico denso o curvas en la carretera”. Para Ford, utilizar canales de comunicación de banda ancha como el LTE serán el futuro, pues permitirán que muchos coches estén en contacto inmediata y recíprocamente. El proyecto está financiado por el ministerio de Educación alemán y en él han participado tanto Ericsson y Vodafone como proveedores de infraestructuras de telecomunicaciones como el centro de investigación de Ford en Aachen, BMW y la administración federal de carreteras de Alemania. El automóvil y su seguridad 85 Figura 67. Sistema CocarX Proyecto Marta El proyecto Marta (Movilidad y Automoción con Redes de Transporte Avanzadas) liderado por la española Ficosa, busca mejorar la comunicación automática entre los vehículos para mejorar la movilidad en Europa. Los sistemas inteligentes pueden reducir tanto los atascos como la cantidad de accidentes que se producen cada año. Si los coches pudieran comunicarse entre ellos a través de sistemas inteligentes indicando su posición exacta, velocidad, etcétera en un radio de acción determinado, la seguridad aumentaría y la cantidad de embotellamientos se reduciría notablemente. Esta es la base del proyecto Marta, desarrollado por un grupo de 18 empresas de distintos sectores (automoción, proveedores de componentes para el coche, operadores de comunicaciones,…) y cuyo objetivo es “sentar las base científicas y tecnológicas para la movilidad del siglo XXI” explican desde el proyecto. De manera general el proyecto pretende cubrir aspectos como las redes y protocolos que deberían establecerse, el equipamiento necesario que deberían tener los vehículos, los sistemas que deberían instalarse en las carreteras, los servicios que deberían tener los conductores y un largo etcétera de requerimientos que llevarán a mejorar la seguridad en la conducción. El automóvil y su seguridad 86 Figura 68. Proyecto MARTA Y es que, por ejemplo, en las colisiones en cadena o en condiciones de mucha niebla, muchos de esos golpes se podrían evitar si existiese una información entre vehículos rápida y automática. “Los sistemas inteligentes pueden contribuir a disminuir drásticamente la congestión y los accidentes, dando soporte a los conductores con el objetivo de evitar accidentes y realizando llamadas automáticas a centros de emergencia” apuntan desde el proyecto. En un artículo publicado por el Ministerio de Economía y Competitividad, a fecha de 10 de febrero de 2011 se traduce el proyecto MARTA en cifras económicas. Según dice, es una de las mayores iniciativas público-privadas en la historia de la investigación española, y cuenta con un presupuesto de 35 millones de euros, de los cuales el Ministerio de Ciencia e Innovación ha aportado 15,5 millones en forma de subvención. Para terminar cabe decir que el proyecto MARTA es uno de los 16 proyectos de investigación aprobado por el CDTI, en la tercera convocatoria del Programa de Consorcios Estratégicos Nacionales de Investigación técnica (CENIT), enmarcado en la iniciativa INGENIO 2010 y dirigido a fomentar la cooperación público-privada en I+D+i. Tras cinco años de existencia del programa CENIT, el ministerio de Ciencia e Innovación ha comprometido un total de 1071 millones de euros en forma de subvenciones que han permitido movilizar recursos de investigación por un valor total de 2300 millones de euros en 91 proyectos, en los cuales han participado cerca de 1250 empresas. Dispositivo para comunicar vehículos y peatones El automóvil y su seguridad 87 El primer fabricante de telecomunicaciones de Japón, Oki, ha desarrollado un dispositivo ultracompacto para la comunicación entre vehículos y/o peatones. Figura 69. GPS OKI Funcionamiento Este sistema integra una antena y funciones de display y su objetivo es evitar accidentes de tráfico. Ya en 2007 OKI desarrolló el Teléfono Móvil de Seguridad, un sistema por el que los teléfonos móviles de las personas podían utilizarse para mejorar la seguridad de los peatones. Posteriormente, en 2009, la empresa desarrolló un prototipo de este teléfono que permite al sistema la evaluación y consideración de las aplicaciones de seguridad en peatones. El conductor, a través del dispositivo puede notificar al resto vehículos su posición exacta desde el GPS integrado, a la vez que recibe la localización de los demás gracias a una función específica. Además, de manera autónoma puede avisar al usuario con antelación cuando la posición de un vehículo o una persona pueden provocar un accidente de tráfico. Constitución Integra diversos componentes que antes estaban fuera del vehículo, como antenas para comunicación entre coches, interfaces de usuario con LEDs y Buzzers, un módulo GPS y un acelerómetro. De este modo se consigue reducir su tamaño a una onceava parte del de un dispositivo convencional y puede ser colocado fácilmente en el salpicadero del coche. El automóvil y su seguridad 88 Innovaciones estructurales Microfotos para detectar anomalías en los coches Figura 70. Microfoto tornillo Esta foto bien se podría tratar de un arrecife de coral en pleno crecimiento, y sin embargo es un tornillo ampliado con un tipo de microscopio especial en los laboratorios de Ford. Se trata de un SEM, un microscopio electrónico de barrido, que permite detectar problemas en las superficies de los materiales y en su estructura para solucionar problemas de seguridad y optimizar la fabricación de los automóviles. Este tipo de microscopios consigue detalles de menos de un nanómetro. (Un cabello humano mide entre 0.05 y 0.01 mm). El automóvil y su seguridad 89 Figura 71. Microfoto bola acero Utilizando electrones en lugar de ondas luminosas los microscopios electrónicos de barrido obtienen preciosas imágenes de un micro mundo lleno de secretos. Es el caso de esta imagen, en la que vemos una semiesfera de acero que apenas mide cuatro o cinco nanómetros de diámetro. Figura 72. Microfoto de residuo de combustible El automóvil y su seguridad 96 Innovaciones del airbag Airbag externo La marca sueca Volvo es una de las marcas pioneras en cuanto a seguridad en el vehículo se refiere. El primer modelo de este fabricante equipado con airbag salió de la cadena de montaje en 1987. La firma, aún en ampliación, fue la primera en lanzar el airbag lateral montado en el asiento y en el techo lateral. En 2012 lo vimos celebrando el 25 aniversario de esta tecnología con un nuevo dispositivo; un airbag externo para choques con peatones en su último V40, el cual se empezará a producir el mes de mayo de 2013. Según afirma Lennart Johansson, director señor de Seguridad del interior en Volvo Car Corporation, “Es la primera vez que la tecnología del airbag se ha utilizado para intentar proteger a los usuarios más vulnerables; los peatones.” Johansson, que participó en los trabajos pioneros de los años 80, añade que “la ventaja de la moderna tecnología de airbag es que ocupa muy poco espacio pero sigue ofreciendo un buen nivel de protección que puede optimizarse para el ocupante y la situación de choque. Sin embargo, cuando vemos que es necesario mejorar la protección buscamos una solución de seguridad total. El airbag es un elemento que puede combinarse con otras medidas”. Otro ejemplo es el nuevo airbag de rodilla del citado V40, diseñado para distribuir la carga sobre la parte inferior del cuerpo del conductor en una colisión frontal. Figura 79. Airbag de Volvo para peatones El automóvil y su seguridad 97 Características técnicas Según publica Wired, el sistema de airbag externo de Volvo tiene unos sensores en el parachoques frontal del modelo V40 para registrar cualquier contacto físico entre el coche y una persona, sea peatón o ciclista. Gracias a éste, en el momento de un atropello, la parte superior del capó se abre y se levanta unos 10 cm, dejando salir el airbag, cada vez más inflado. Pero todo esto no acaba aquí. Para complementar este nuevo dispositivo, el turismo cuenta con un sistema de alerta de colisiones y frenado automático, que avisará al conductor, reduciendo la velocidad del vehículo progresivamente ante la inminencia de un choque. Figura 80. Detalle del airbag de Volvo para peatones La revista TheEngineer, que no ha tardado en publicar un artículo sobre esta nueva invención, incluye un artículo del consejero técnico señor de Volvo, Thomas Broberg, quién indica que es especialmente efectivo en colisiones por alcance entre 20 y 50 km/h, y que se infla en menos de 1 segundo. El airbag ha sido un equipamiento de serie en todos los vehículos durante varios años, pero al principio, tanto de la tecnología como de su fiabilidad, generaron un intenso debate. En aquel momento, muchas de las preocupaciones estaban justificadas. El automóvil y su seguridad 98 Las primeras soluciones airbag surgieron a principios de los años 50. Sin embargo, la tecnología distaba mucho de estar madura. Una patente de 1955 describe un sistema similar al actual con la significativa excepción de que era el propio conductor quien tenía que desplegarlo pulsando un botón. Otra fuente de debate se centraba en la carga pirotécnica para inflar el airbag con gas. Ahora estos diseños vemos que serían inviables. Un proyecto de ley estadounidense de 1984 agilizó su desarrollo. Destacando los peligros de no utilizar el cinturón de seguridad, ya que forman un conjunto entre estos dos dispositivos, el proyecto estipulaba que en un plazo de 3 años, todo vehículo nuevo debería ir equipado con dispositivos de seguridad de protección que no tuviera que ser activado por los ocupantes. El airbag fue reconocido entonces como la mejor solución, algunos creyendo que incluso sustituiría al cinturón de seguridad. El fabricante sueco Volvo alegó que el mejor resultado de seguridad, después de múltiples pruebas, se conseguía con la colaboración entre cinturón y airbag. Según comenta Johansson, “Más airbag no mejorarán necesariamente el nivel de seguridad general. Es importante considerarlos como parte de un planteamiento sistemático en el que la estructura del vehículo, los cinturones de seguridad, los propios airbag y otros detalles, como la columna de dirección, interactúan para conseguir la absorción óptima de las fuerzas de colisión en un accidente. ” Hacer que un airbag se despliegue no es problema, lo difícil es que lo haga en el momento preciso. Por eso en los últimos años, Volvo se ha centrado en la sincronización y el rendimiento del inflado. En la moderna tecnología del airbag, el nivel de inflado puede adaptarse a la gravedad del impacto. El uso de sofisticados sistemas de radas y cámaras en los últimos años allana el camino a la posibilidad de activar sistemas de seguridad y protección incluso antes del impacto, si fuese necesario. Funcionamiento El V40 puede detectar cualquier situación peligrosa gracias a un radar y a una cámara fijada en frente del espejo retrovisor interior. El radar detecta correctamente si hay algo frente al coche, mientras que la cámara determinará si es una persona. Este sistema de prevención está programado de forma que están impuestos a priori los patrones de movimiento de los peatones, y determinarán si estos se van a colocar en frente del coche. Si “calcula” que el peatón va a interferir con él, hará brillar una luz y emitirá una alarma sonora. Si ante esto el conductor sigue sin reaccionar, será el mismo quien se frene. Ahora será el capó el que se levante unos 10 cm. mediante un sistema pirotécnico que lleva bisagras, permitiendo a la bolsa de aire inflarse en cuestión de milisegundos, haciendo así que el cuerpo del peatón no impacte directamente contra el motor del vehículo. Según Thomas Broberg, responsable del desarrollo del sistema de airbag para peatones, éste se activará en velocidades en un rango de 20 a 50 Km/h ya que aproximadamente el 75% de los accidentes de este estilo se producen a una velocidad de 40 Km/h. El automóvil y su seguridad 99 Por último, mediante cámaras situadas en el coche, si el conductor del vehículo tiene un descuido y se acerca lo suficiente a las marcas de los bordes de la carretera a velocidades superiores a 65 Km/h, será un dispositivo en el sistema el que aplique una fuerza extra al volante para corregir su dirección. Podemos concluir pues, que con esta innovadora técnica, Volvo intenta reducir los accidentes debido a distracciones de los conductores, pues se constató que un 30% de los accidentes se producen por adormecimiento al volante o por distracciones. En cuanto al “pedestrian airbag”, Volvo indicó que sólo en China el 25% de los fallecidos en accidentes de tráfico son peatones (descendiendo tan sólo al 14% en Europa o al 12% en Estados Unidos). Eso sí, en estos 3 países el número de lesionados es mucho mayor, ya que se producen numerosos traumatismos craneoencefálicos, debido a la estructura rígida que queda en el capó del coche, en los pilares, o en la parte inferior del parabrisas. NUEVAS INNOVACIONES Introducción En esta parte del proyecto se pretende dar forma a diversas ideas que han surgido a base de conocer los diferentes elementos que integran la seguridad del vehículo. Se hablará de ellos y se describirán con la intención de que si fueran viables, algún día lleguen a formar parte indispensable del sistema de seguridad del automóvil. Desarrollo y descripción Tecnología Ya que anteriormente hemos visto el desarrollo de los proyectos tecnológicos como CocarX o el proyecto MARTA, y como aporte personal, pienso que sería de gran ayuda entender el concepto de coche como una máquina que no sólo sirva para llevarnos a un destino, sino que tengamos la certeza de que nos lleve de manera segura, tanto para nosotros como para los demás. El coche en esta parte del proyecto será entendido como una máquina que puede calcular por sí sola, ayudándonos de estos proyectos. Se ha comentado que se transmitía la información entre los distintos automóviles, pues bien, el coche, en una situación de accidente, y por dar un ejemplo concreto, un accidente contra otro coche de manera frontal, podría recopilar información sobre El automóvil y su seguridad 100 diferentes variables como estado de los neumáticos, una aproximación del coeficiente de rozamiento de la carretera en la situación meteorológica en la que circulamos, velocidad a la cual rodamos, distancia que nos separa del otro coche, etc… y como variable de salida podría estimar el tiempo que tardarán en chocar para saber cuándo tendría que pisar el conductor el freno para que no se produjese ese accidente. Una serie de variables que se transmitan entre los coches que van a verse inmersos en el accidente, mediante los proyectos anteriormente descritos para que de esta manera, si el conductor no actúa en el tiempo que se ha determinado, sea el propio coche el que frene por él. Si hay otros coches que pudieran verse afectados por el frenado de este coche, no sería problema, pues con la innovación de CocarX se transmitiría esta información entre los diferentes automóviles, para que de esta manera, sepan lo que ha pasado, y tengan suficiente tiempo para maniobrar. Si fuera a chocar contra un objeto que no fuera un coche, y por tanto, no pudiese recopilar información sobre él, como puede ser un quitamiedos, recientemente se han desarrollado cámaras como las vistas anteriormente que controlan la distancia a las líneas blancas divisorias de la carretera. En el caso en el que el conductor por un casual se quede dormido, activan el volante para enderezar al coche, y avisan al conductor para que se dé cuenta. Claro que entre coches queda zanjado por la transmisión de datos mediante GPS. Con peatones es distinto. Según un informe del 30 de abril de este año del Real Automóvil Club de España (RACE) junto con el fabricante de neumáticos Goodyear, a 40Km/h el riesgo de muerte en atropello en carretera se produce en el 22% de los casos, pero sube al 71% a 50Km/h y al 95% a 60 Km/h. El índice de mortalidad de un peatón en carretera es cuatro veces superior al de un conductor de motocicleta, seis veces superior al de un ciclista y siete veces al de un automovilista. Es por ello por lo que se ha pensado en la utilización de la tecnología actual para intentar reducir los accidentes. En esta época de tecnología en la que estamos viviendo, la mayoría de las personas lleva consigo un móvil con GPS. Esta sería la clave para contactar entre un automóvil y un peatón. Mediante su GPS, si por descuido, un peatón cruza una calle sin visibilidad, al haber coches aparcados a los lados, y un conductor no lo ve, la conexión por satélite mandaría la señal al coche, que recogiendo esas variables de las que hablábamos, frenaría por sí mismo, evitando una muerte par a el peatón prácticamente segura. El automóvil y su seguridad 101 Componentes mecánicos de seguridad Escenario de accidente automovilístico Como hemos visto hasta ahora, la seguridad es el factor calve a tener en cuenta en un automóvil y más ahora, con el paso de los años. Son tantas las nuevas invenciones que se están desarrollando que poco a poco no seremos capaces de concebir un vehículo que no presente la mayoría de éstas, ya que la seguridad es lo primero, y más aún en este nuevo mundo de tecnologías. Contribuyendo a esa seguridad, hay una nueva invención que quisiera añadir. Pero no todo accidente es evitable, y es por ello por lo que es preciso mantener limitadas las consecuencias para el hombre y el vehículo. Junto a la minimización de los gastos de reparación para el vehículo en casos de accidentes mínimos forma parte fija de todo desarrollo de vehículos implementar máximos niveles de seguridad pasiva. Después de todo, el conductor no puede escoger el tipo de accidente, sino que debe estar o mejor equipado posible para cualquier caso concebible. Y esto significa deformación controlada en las zonas de resistencia progresiva, produciendo daños mínimos al circular con velocidades menores, máxima estabilidad de la celda del habitáculo, diseñado decididamente enfocado hacia los factores de seguridad y muchos otros detalles constructivos. Si uno de estos criterios por los que está diseñado presenta deficiencias, puede reducir o contrarrestar el efecto de los demás. Por ello, los fabricantes de automóviles dedican a todos esos puntos decisivos su esmero y su minuciosidad sin restricción alguna. Es una equivocación muy propagada pensar que un vehículo seguro debe estar construido lo más tensas e inflexiblemente posible. He aquí la prueba: un tanque que choca frontalmente a50Km/h contra un muro de hormigón. Puede quedar ileso por fuera y aparenta ofrecer una gran protección, pero sin embargo sus ocupantes no sobrevive, porque su organismo no soporta la frenada repentina a cero. Por ello no tiene sentido que los elementos sean duros. La mejor protección en caso de accidente resultad de una carrocería de seguridad calculada con exactitud y probada en ensayos prácticos, que si bien debe ser controladamente deformable en todos los sitios en los cuales hay que degradar la energía del impacto. El automóvil y su seguridad 102 Figura 81. Carrocería de seguridad Es el mismo ejemplo que si una copa de vidrio la envolvemos con poliexpan. Si la tiramos, no se romperá, pues el poliexpan la amortiguará. Si la metemos dentro de una caja de metal y la tiramos, la copa se romperá, aunque la caja de metal permanecerá intacta. Como hemos señalado, un criterio esencial del concepto de seguridad consiste en que los automóviles adaptan su deformación a la gravedad del accidente. A esos efectos interviene, entre otras cosas, una detallada construcción integral que consta de amortiguadores hidráulico-neumáticos del impacto, elementos antichoque mecánicos y largueros deformables. Estos 3 elementos constituyen un conjunto integral que, en caso de choque, por así decirlo, participan instantáneamente en el proceso. Tenemos que señalar que en colisiones frontales graves, toda estructura del frontal participa en la absorción de energía. Además, pequeños golpes de hasta 4Km/h no producen daños algunos, y con velocidades de choque de hasta 15Km/h entran en funcionamiento los tubos de acción solapada, los cuales son fácilmente separables. A velocidades más altas empiezan a deformarse los soportes del motor. Basándonos en las estadísticas observamos, aún con el incremento de seguridad en los turismos, un buen número de muertos en accidentes de tráfico. El automóvil y su seguridad 103 Figura 82. Gráfica y tabla de datos de muertes en accidentes de tráfico Es aquí donde hemos hecho hincapié. La mayoría de las victimar mortales en carretera se produce en los accidentes frontales y frontolaterales. Una buena invención sería un elemento que redujese ese porcentaje todavía alto de víctimas mortales en este tipo de accidentes. Para hallar ese elemento primero tenemos que determinar las fuerzas que intervienen en un accidente, para tener una mejor visión de dónde actuar. Hemos conseguido las cifras exactas de accidentes de tráfico en 2010. Se produjeron 85.503 accidentes de circulación con víctimas, entendiéndose éstos como aquellos accidentes en el que una o varias personas resultan muertas o heridas. El automóvil y su seguridad 104 Figura 83. Cifras de accidentes España 2010 El total de fallecidos cada 100 accidentes es lo que se denomina índice de gravedad. Ahora mostraremos una tabla que refleja las distintas zonas en las que se produjeron: Figura 84. Cifras de accidentes en carretera El automóvil y su seguridad 105 Figura 85. Cifras de accidentes en zona urbana Pero sobre todo, nos interesa determinar cómo se produjeron estos accidentes ya que es la única manera de intentar reducirlos. En estas tablas que mostramos a continuación se ven las distintas causas por las que se produjeron en las distintas zonas en las que tuvieron lugar: Figura 86. Fallecidos en carretera 2010. Tipo de muertes El automóvil y su seguridad 112 Figura 94. Detalle de suspensión de Seat Alhambra Observamos que la parte en la que queríamos colocar el dispositivo queda intacta. Por ello es esta la zona en la que deberíamos colocarlo. Una parte anclada a esta zona, y otra anclada a la corredera. Claro está que tendremos que realizar cálculos para conocer la fuerza necesaria para activarlo, ya que no puede estar continuamente oscilando. Deberá tener una fuerza mínima que sea la de un accidente en el que haya riesgo de víctimas para que efectúe este movimiento. La idea es sencilla. Si este muelle se activa, haciéndonos desplazar tan sólo un poco más de lo que hace el cinturón extensible tendremos por tanto una mayor distancia de parada, lo que se traduce en un mayor incremento del tiempo. Si se incrementa el tiempo, vimos en la fórmula que la fuerza de impacto será menor. Antes hemos nombrado que contra un camión se reducen las probabilidades de sobrevivir, por la razón que veremos a continuación: El automóvil y su seguridad 113 Colisión de camiones Hablamos de una colisión frontal, y si tenemos en cuenta la tercera Ley de Newton, que dice que todas las fuerzas del universo, ocurren en pares con direcciones opuestas, nos daremos cuenta que en este tipo de accidentes la fuerza que le da el camión A al camión B tiene que ser igual. El impulso es la fuerza multiplicada por el tiempo, y el tiempo de contacto es el mismo en ambos, de modo que el impulso también será de la misma magnitud para los 2 camiones. El cambio en el momento es igual al impulso, de modo que los cambios en los momentos son iguales. Con igual cambio en el momento y si tenemos un camión más grande que el otro, el de menor masa tendrá un cambio en su velocidad más grande. M*a camión grande = m*A camión pequeño El cambio en la velocidad del conductor sería el mismo que el cambio de la velocidad del camión en el que viaja. Un cambio mayor en la velocidad supone un mayor cambio en la energía cinética y por lo tanto trabajo realizado sobre el conductor. Relación entre masa del vehículo y víctimas en él: Figura 95. Gráfica relación masa vehículo-muertos El vehículo de mayor masa en una colisión de 2 vehículos se presupone que es más seguro ya que sufrirá menor cambio en la velocidad durante la colisión. No es tan evidente el hecho de que el coche más masivo sea más seguro en un accidente con un solo coche. Leonard Evans, economista educado en la universidad de Winnipeg, Canadá, coleccionó datos de la base de datos FARS (Sistema de Informes de Accidentes Fatales) para una comparación entre mortalidad vs masa. Su problema en la evaluación de la tasa de incidencia de accidentes mortales fue no tener una base de comparación, ya que no se El automóvil y su seguridad 114 incluyen en la base de datos los accidentes no mortales con un solo coche, ni tampoco el número de automóviles en una amplia gama de masas. Él utilizó el número de muertes de peatones como una base; un sustituto para el número de accidentes graves de todo tipo, ya que presumió que la proporción de las colisiones con peatones frente a otros tipos de colisiones, como pueden ser, contra árboles, sería similar para cualquier clase de masa. Se suponía también que la tasa de mortalidad de peatones era más o menos independiente de cualquier clase de masa, ya que aún un coche muy ligero es mucho más masivo que un peatón. La autoconsistencia de las curvas para las diferentes edades del conductor ofrece cierta evidencia de validez ya que sus índices de accidentes eran muy diferentes. Phil Frame, portavoz de la National Transportation Safety Board, dijo que si bien los camiones grandes no forman parte de la mayoría de los accidentes mortales, “están excesivamente representados en el número de accidentes mortales en los que están involucrados” Las estadísticas nacionales mostraron que en 1997 los camiones representaron el 9 % a nivel nacional de todos los vehículos matriculados y un 7 % del total de vehículos por milla recorrida. “El vehículo de mayor masa casi siempre ha sufrido en un accidente de vehículo”, dijo. El 78 % de las personas que murieron después de choques con camiones grandes eran los ocupantes del otro vehículo, y el 75 % de las personas que resultaron heridas también estaban en el otro vehículo. Los portavoces de la industria del transporte se apresuran a señalar que los conductores de camiones están mejor entrenados y son conductores más seguros que el público en general, pero la física de colisiones nos ha demostrado que el ocupante del vehículo de menor masa corre más riesgo. Colocación Antes de conocer de qué manera irán colocados hay que recordar que en el accidente del coche en el que se veía la suspensión, la zona que estaba soldada al chasis, permaneció intacta aún con el accidente. Esta será pues la zona en la que lo coloquemos. La manera en que van a ser dispuestos estos elementos es la que observamos en los planos. El dispositivo hidráulico irá soldado a la superficie corredera y a la zona de soldadura del chasis, reforzándola secundariamente mediante otra soldadura. Ahora comentaremos los planos: Plano 1: BMW Serie 3. 320d, 3 puertas. En la hoja 2 podemos observar sus dimensiones. Plano 2: observamos el dispositivo hidráulico en cuestión junto con sus componentes. Plano 3: La planta del vehículo. En la hoja 2 observamos la superficie junto con los asientos y en la hoja 3 vemos de manera clara el anclaje a la zona de soldadura antes descrita. El automóvil y su seguridad 115 Plano 4: Observamos, junto con las medidas (Hipotéticas, ya que no se tiene con certeza absoluta las dimensiones del dispositivo) tanto del largo como del ancho de la superficie, el plano total del coche. Plano 5: Posibles guías correderas junto con las dimensiones hipotéticas de las superficies del vehículo. Modo de actuación del dispositivo Número Definición 1 2 3 4 5 5a 5b 6 7 8 9 10 10a 11 12 12a 13 13a 14 15 15a 15b 16 17 18 Cilindro de trabajo Pared de extremidad Vástago de pistón de trabajo Pistón de trabajo Aro de pistón Dispositivo de pistón Elemento de pistón de trabajo Unidad de guiado Unidad de estanqueidad Primera cámara de trabajo Segunda cámara de trabajo Cámara de intercambio de gas Cámara de bombeo Cilindro de bombeo Pistón de bombeo Válvula de succión Vástago de pistón de bombeo Elemento de accionamiento de bomba Válvula de retención Vástago de accionamiento Válvula de purga Muelle de recuperación Pasador de accionamiento de válvula Sección Anillo de estanqueidad Figura 96. Lista de componentes del dispositivo hidráulico Compresión ante el choque Imaginemos que nos encontramos en una situación de accidente frontal. El muelle 1, con una constante K1, actúa comprimiéndose ante la fuerza del accidente. Esta fuerza es la F del impulso que recibirían los asientos si estuvieran anclados a la carrocería. Como están anclados en la superficie, el impulso será el de toda la superficie que actuará El automóvil y su seguridad 116 comprimiendo el muelle. Una vez comprimido este muelle que actuará únicamente como disipador de una cantidad de energía, actuarán un conjunto de 2 muelles en paralelo con constantes distintas; K1 y K2. De la misma manera, se comprimirán totalmente ya que la fuerza que actúa sobre ellos es suficientemente grande como para comprimirlos. El dispositivo que actuará disipando la energía que produce el impulso es el cilindro de gas. Durante el desplazamiento del vástago de pistón de trabajo 3 hacia el interior del cilindro de trabajo 1, el aro de pistón 5 situado en un surco formado en el pistón de trabajo 4, y que puede desplazarse en él en sentido axial, se sitúa contra el dispositivo de pistón 5a, separando de manera hermética la primera cámara de trabajo 8 con la segunda cámara 9. Es en la cámara de trabajo 8 donde el gas en compresión va a producir la fuerza necesaria para contrarrestar el efecto del impulso de los ocupantes y minimizarlo. Extensión ante la finalización del accidente Ahora se tiene que dar la fase contraria a la anterior. La superficie en la que van los asientos tiene que colocarse en su lugar inicial. Para ello disponemos del cilindro de trabajo, ya que sin él, únicamente con muelles se producirían una serie de contracciones – extensiones que serían perjudiciales tanto para el asiento como para los ocupantes. Por ello necesitamos de un “amortiguador” que no permita que eso ocurra. Durante el desplazamiento del vástago de pistón de trabajo 3 hacia el exterior del cilindro de trabajo 1, el aro de pistón 5 que forma la válvula de pistón de trabajo, se sitúa contra el elemento de pistón de trabajo 5b, despejando el paso del gas entre las cámaras de trabajo 8 y 9. Por consiguiente en la segunda cámara de trabajo 9 puede establecerse una presión de gas que durante el desplazamiento hacia el exterior del vástago de pistón de trabajo 3 forma un cojín de gas comprimido que amortigua el movimiento hacia el exterior del vástago de pistón 3.  Si necesitamos un incremento de fuerza de soporte del muelle de gas: Esto se obtiene por un movimiento de bombeo del pistón de bombeo 12. Empujando hacia abajo el vástago de pistón de bombeo 13, el pistón de bombeo 12 se desplaza hacia abajo, la cámara de bombeo 10a está separada de la atmósfera por la válvula de succión 12a. En razón del exceso de presión que se produce en la cámara de bombeo 10a en comparación con la presión reina en la primera cámara de trabajo 8, la válvula de retención 14 se abre, pudiendo circular el aire hasta la primera cámara de bombeo 8.Este movimiento continuará hasta que la presión haya subido suficientemente para conseguir la fuerza de soporte deseada en el vástago de pistón de trabajo 3.  Si es preciso reducir la fuerza El vástago de accionamiento 15 se desplaza hacia abajo en sentido axial en el vástago de pistón de bombeo 13 y la sección 17 de diámetro más pequeño se desplaza a partir de su primera posición de cierre (Fig. 1.) pasando por una posición abierta, hasta una segunda posición de cierre situada más allá del aro de El automóvil y su seguridad 117 estanqueidad 18. Esto puede producirse en una posición predeterminada del pistón de bombeo 12 que puede definirse por un elemento de tope (no se encuentra en la figura ilustrado). La válvula de retención 14 es empujada por una pieza de prolongación 16 del vástago de accionamiento 15 y por consiguiente el gas puede salir de la primera cámara de trabajo 8 para penetrar en la cámara de bombeo 10. A continuación se libera el vástago de accionamiento 15 con lo cual vuelve a la primera posición de cierre en razón de la fuerza del muelle de recuperación 15b y de la fuerza del gas, pasando la sección 17 de diámetro más pequeño sobre el aro de estanqueidad 18. El gas situado en la cámara de bombeo 10 sale hacia la atmosfera a través del agujero formado en el vástago de pistón de bombeo 13. Esta operación permite descargar el gas comprimido por pequeñas partes a partir de la primera cámara de trabajo 8. Se repite esta operación hasta obtener la fuerza deseada de empuje hacia el exterior del vástago de pistón. Cálculos Según se dispone en el anexo I, en donde se muestran unos posibles cálculos a llevar a cabo para analizar este tipo de circunstancias, la fuerza se reduce un 24%, pues es esa fuerza la que hace todo el movimiento del muelle y del amortiguador; sin embargo la reducción de energía en forma de calor (disipada) es mínima. Aunque es una ventaja el mayor tiempo, si aumentamos el incremento de éste en el que tiene lugar el accidente para el ocupante reduciremos la fuerza que le llega, pero también tendremos que disipar la energía que se produce, y hemos diseñado un elemento elástico, por lo que nos devolverá la energía acumulada (Se perderá parte por diversas razones, como la fricción que tiene lugar dentro del cilindro). Por ello, aunque incremente el tiempo, quizá no es lo más indicado para reducir la mortalidad en este tipo de accidentes. Además, tendríamos que saber a ciencia cierta si es viable económicamente, pues el fabricante no añadirá elementos nuevos al vehículo que aumenten el precio de una manera considerable sólo para reducir un 0,1 % de accidentes mortales. Esto también lo tendríamos que tener en cuenta. Hacemos otro planteamiento, y éste se basa justo en las conclusiones del anterior. Debido a que el anterior elemento no disipaba la energía acumulada, y teniendo en cuenta los planos ya diseñados para éste dispositivo, podemos pensar en lo dicho en el análisis de los sistemas de seguridad, en los pliegues que tenía el capó. Pensamos en el rectángulo en el que irían los dispositivos; Plano 4 hoja 2. En ese área, colocaríamos un rectángulo cuyo material, por poner un ejemplo, sería de poliuretano (se comprobaría su efectividad y sino, se cambiaría de material). En el caso de accidente, éste se comprimiría, absorbiendo la fuerza del accidente en energía de deformación. La plataforma corredera se vencería hacia delante mediante el guiado si la fuerza aún persiste (que sería así), pero en este caso, se reduciría la fuerza, pues se ha incrementado el tiempo de choque, y la energía no sería tanta, pues se ha reducido; ha pasado parte a la forma de deformación. El automóvil y su seguridad 118 El por qué de la elección de este material en primera instancia se basa en que es un polímero termoestable con un acabado espumado muy utilizado como aislante térmico. Es un material poroso y espumado formado por la agregación de burbujas, tan dúctil que según cuál es su sistema de fabricación y aditivos consigue características y usos muy diversos, desde bloques de espuma flexibles hasta espumas rígidas para aislamientos. En cuanto a características mecánicas podemos señalar que cumple aspectos tales como estanqueidad, resistencia a la fisuración y estabilidad física y química. Por otro lado, se trata de un material ligero y de baja densidad compuesto de celdas, lo que hace que amortigüe vibraciones y disminuya la transmisión de sonidos. Resiste la tracción, abrasión y el ozono, y tiene un límite elástico adecuado como para ser deformado permanentemente y que esa energía de la que ya hemos hablado, pase a convertirse en energía de deformación de este material. Figura 97. Poliuretano rígido Debido a su ligereza, es muy fácil de manipular. Se puede cortar con cúter, hilo caliente, cuchillo, y puede lijarse con papel de lija, limarse, fresarse. Puede ser unido a otro materiales y soporta toda clase de pinturas sin disolventes, es decir al agua como las acrílicas. En cuanto a aplicaciones ya hemos comentado alguna, pero cabe decir que se puede utilizar como aislante en carrocerías de camiones, microbuses, frigoríficos. Con éste tipo de material se pueden fabricar modelos y maquetas, y un porcentaje menor se utiliza para piezas de automóviles, partes de vehículos, elementos de decoración, etc… El automóvil y su seguridad 119 Por todo ello lo hemos elegido, y como hemos comentado, en caso de no ser el material adecuado, se procederá a su descarte y a otra elección de material. Para evaluar el material no tenemos accesibilidad al programa adecuado para ver los resultados, (el cual sería o ANSYS o ABAQUS) y no podemos hacer cálculos en ninguna fórmula, pues es un elemento que necesita una simulación para observar como ocurre, y cómo se deforma. Pero eso sí, en el caso de que comprobemos los resultados y salgan correctamente, habremos diseñado un nuevo elemento de seguridad. En caso de que por cualquier razón, lo encontremos inviable, haremos lo que hemos hecho con la otra propuesta. Descartarla y seguir adelante con otra, pues la investigación se basa más en errores que en aciertos. El automóvil y su seguridad 120 CONCLUSIONES EVALUACIÓN DE LA EFECTIVIDAD. Reposacabezas y cinturón de seguridad En este apartado cabe citar una pequeña encuesta que hemos hecho, de 20 personas para comprobar en cierta manera si la efectividad del reposacabezas, después de todos los ensayos a los que se encuentra sometido y de su gran inversión económica debido a esto, dependerá en gran medida de los ocupantes del vehículo. Para intentar averiguarlo hemos concebido una encuesta respecto a 3 tipos de viajes; urbanos, interurbanos y para largos viajes. A modo de ser lo más representativa posible, hemos realizado la encuesta sobre el ajuste del cinturón y del reposacabezas a las mismas personas. Estos son los resultados: Reposacabezas: ¿Se ajusta el reposacabezas para viajes…? Encuestado/a Viajes cortos, urbanos Viajes medios, interurbanos Viajes largos Mujer, 49 años N S S Hombre, 21 años N N N Hombre, 19 años N N N Hombre, 49 años N N N Mujer, 20 años N N S Mujer, 26 años N N N Hombre, 30 años N N N Hombre, 27 años N S S Mujer, 20 años N N N Hombre, 22 años N N N Hombre, 23 años N N S Hombre, 21 años N N N Hombre, 16 años N N N Mujer, 60 años N N N Mujer, 40 años N N N Hombre, 22 años N N N Hombre, 30 años N S S Mujer, 30 años N N N Mujer, 24 años N N N Mujer, 44 años N N S El automóvil y su seguridad 121 Cinturón de seguridad: ¿Se pone el cinturón de seguridad para viajes…? Encuestado/a Viajes cortos, urbanos Viajes medios, interurbanos Viajes largos Mujer, 49 años S S S Hombre, 21 años N S S Hombre, 19 años S S S Hombre, 49 años S S S Mujer, 20 años S S S Mujer, 26 años N S S Hombre, 30 años S S S Hombre, 27 años N S S Mujer, 20 años S S S Hombre, 22 años N N S Hombre, 23 años S S S Hombre, 21 años S S S Hombre, 16 años S S S Mujer, 60 años S S S Mujer, 40 años S S S Hombre, 22 años S S S Hombre, 30 años S S S Mujer, 30 años S S S Mujer, 24 años S S S Mujer, 44 años S S S Los resultados se muestran mejor en esta gráfica que hemos realizado: RESULTADOS 0 5 10 15 20 25 Viajes cortos,urbanos Viajes medios,interurbanos Viajes largos TIPO DE VIAJE Nº PERSONAS Cinturón seguridad Reposacabezas Figura 98. Gráfica tipo viaje-eficacia