Desarrollo de nuevas barreras deformables para ensayo de vehículos en distintas configuraciones de choque

Abstract

Durante las últimas décadas se ha incrementado la seguridad de los vehículos automóviles. Gracias al esfuerzo de los fabricantes, instituciones públicas y organismos de investigación se ha conseguido reducir el número de accidentes en las carreteras y reducir la gravedad de las lesiones producidas en ellos. Sin embargo, los accidentes de tráfico siguen siendo algo inevitable y no se puede dejar de intentar minimizar sus consecuencias. Una de las herramientas más poderosas para evaluar la protección que ofrecen los vehículos, y por ello útil para la mejora de la seguridad, son los ensayos de impacto. Estos ensayos se realizan con múltiples configuraciones de impacto que pretenden replicar las condiciones acaecidas en los accidentes de tráfico. La realización de algunos de ellos es obligatoria para la homologación de los vehículos, otros son realizados en programas de valoración cuyo objetivo es proporcionar información a los consumidores, otros son realizados con fines de investigación para aumentar el conocimiento sobre los fenómenos que ocurren durante la colisión y otros se realizan por los propios fabricantes de vehículos para ajustar las prestaciones de los sistemas de seguridad que incorporan sus vehículos. En muchos de estos ensayos de colisión se utilizan barreras deformables, fijas y móviles, que sustituye a un vehículo con el que colisiona el vehículo objeto de ensayo. Las propiedades de estas barreras deformables son definidas de forma que durante el impacto produzcan en el vehículo las mismas consecuencias (aceleraciones, intrusiones y activación de sistemas de seguridad, etc.) que en el escenario del accidente que pretende reproducir el ensayo. Por tanto, durante el desarrollo de las barreras deformables sus características se definen para que imite el frontal de un vehículo real en una determinada configuración de impacto. Tras la introducción de una nueva normativa en materia de seguridad y de nuevos ensayos los fabricantes adaptan sus diseños para superar los nuevos requisitos y para optimizar el comportamiento durante los ensayos de impacto. Esto, junto con los cambios en las preferencias de los consumidores hacia vehículos más grandes y la tendencia a reducir el peso de las estructuras para reducir el consumo hacen que las características de los vehículos cambien. Estos cambios en las características de los vehículos hacen que las barreras deformables dejen de ser representativas del parque de vehículos con el paso de los años y que los ensayos pierdan efectividad. Además, las barreras deformables utilizadas actualmente presentan algunas limitaciones cuando son utilizadas en configuraciones de impacto distintas a aquellas para las que fueron desarrolladas. Por ejemplo, cuando son utilizadas en colisiones con alta energía cinética en las que se agota su capacidad de absorción de energía. Disponer de barreras que sean representativas del comportamiento de vehículos en colisiones con gran energía puede ser útil, por ejemplo, para el estudio de la seguridad de los ocupantes de vehículos pesados o de autobuses. Una vez analizadas las barreras deformables existentes y partiendo de las conclusiones obtenidas durante su desarrollo, se plantea como objetivo de esta Tesis Doctoral el desarrollo de nuevas barreras deformables que reproduzcan el comportamiento de determinados segmentos de vehículo en configuraciones de choque con mayor energía que las habituales. Se aborda el planteamiento de una metodología para la definición de las características del frontal deformable de una barrera para que su comportamiento mecánico, los efectos transmitidos al vehículo con el que colisiona, a nivel de aceleraciones del habitáculo del vehículo con el que impacta, sean similares a los de un vehículo representativo de un determinado segmento de vehículos. La primera cuestión a resolver es la definición de los parámetros que caracterizan el comportamiento de un segmento de vehículos durante una colisión frontal, tanto los que pueden influir en los niveles de daño inferidos a los ocupantes del propio vehículo como los que caracterizan la agresividad hacia los demás. El en Capítulo 4 se analizan distintas opciones, y se seleccionan una serie de parámetros relacionados con el pulso de deceleración sufrido por el habitáculo y la fuerza medida durante un ensayo contra muro rígido con solapamiento total. En base a dichos parámetros que caracterizan el comportamiento durante el impacto se plantea un método para la selección del vehículo que mejor representa a un determinado segmento del parque. También se plantea un método alternativo para la selección del vehículo representativo basado en la comparación de las curvas de aceleración del habitáculo y de la fuerza registrada en el muro. Ambas metodologías han sido aplicadas a varios segmentos de vehículos, analizando las limitaciones y ventajas de cada una de ellas. La siguiente etapa del trabajo consiste en el planteamiento y desarrollo de un nuevo diseño de barrera móvil. Tras la determinación de los elementos que forman en nuevo frontal deformable se ha realizado un modelo de elementos finitos para el ajuste de las propiedades mecánicas. Con el modelo MEF se simula un ensayo contra muro rígido y mediante un proceso iterativo se han ajustado las propiedades de los bloques de honeycomb que forman el frontal de la nueva barrera para conseguir el comportamiento deseado. Para evitar que el trabajo que se ha desarrollado pueda quedar como un simple ejercicio teórico, se ha realizado el ajuste de dos barreras que reproducen el comportamiento en colisión de dos segmentos distintos. Para la aceptación del comportamiento de la barrera como equivalente al del vehículo tipo se han planteado unos criterios basados en los niveles de fuerza obtenidos en el muro rígido durante el ensayo. Posteriormente se han analizado las limitaciones de la nueva barrera móvil deformable a la hora de reproducir el comportamiento de un vehículo. Tras la discusión de los resultados se sintetizan las conclusiones extraídas de ellos. Se destacan como principales aportaciones de esta tesis doctoral:• La metodología seguida para la caracterización del comportamiento en colisión frontal de los distintos segmentos del parque, y la selección de los vehículos tipo. • El proceso de diseño de barrera deformable móvil planteado, que por su concepción permite representar distintos segmentos de vehículos variando las propiedades mecánicas de los elementos que lo forman y algunas características como la altura y masa de la barrera. Para terminar, se proponen algunas líneas de investigación como continuación del trabajo realizado, entre las que destaca el planteamiento de un nuevo tipo de barreras deformables que sean capaces de reproducir las oscilaciones en los pulsos de aceleración y fuerza producidos durante los ensayos. También se propone la extensión de la metodología presentada en esta tesis para el desarrollo de barreras que simulen la estructura lateral de un tipo de vehículo.