Curso de diseño de coches

Curso gratuito ingeniería automotriz

Automotive Design & Marketing Management

Fuente: Mazda

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Claves del diseño de carrocerías (II)

¿Cómo diseñamos coches más seguros?

​​Llegados a este punto, vamos a desvelar algunos de los puntos clave para conseguir chasis más seguros en los coches basándonos únicamente en su diseño y construcción, es decir, sin añadir elementos de seguridad activa y pasiva que todos conocemos.
 
Puntos Fusibles: Ya hemos visto en el punto anterior el empleo de perforaciones en el chasis autoportante. Esta deformación controlada también se puede conseguir con acanaladuras, pliegues en los largueros y canales, así como todo tipo de “trucos” geométricos. Los más destacables son los puntos fusibles, que son surcos, muecas o ranuras. Los encontramos en una imagen anterior dentro de los círculos amarillos, sencillamente es una incisión de cualquier tipo en el metal para que deforme o se parta (se colapse) en esa zona.
 
Características de la chapa: Otra forma fácil de hacer que la estructura se deforme en áreas concretas es reducir el espesor o la sección en el tramo deseado. Al fin y al cabo consiste en debilitar una zona concreta.
Por lo tanto, diseñar la carrocería de un coche no consiste en hacerla lo más resistente posible, sino en tener una serie de ases en la manga y trucos e irlos aplicando en zonas concretas para que la estructura se deforme ante un cierto impacto del modo deseado. Para ello, también se emplean aceros de distintas resistencias y densidades, así como el empleo de tratamientos térmicos concretos para reforzar ciertas zonas y dejar otras sin reforzar a conciencia.
 
Protección frente a impacto lateral: La estructura se diseña buscando redirigir la mayor cantidad de energía fuera del habitáculo del vehículo. Se trata de dispersar esa energía hacia los puntos circundantes del habitáculo del coche en los que no se encuentran los pasajeros del vehículo, por ejemplo, hacia los bajos del coche o hacia los pilares A y C del vehículo. Para ello es importante reforzar las puertas con barras de acero de alta resistencia para que no se hundan y puedan redirigir la energía del impacto en medida de lo posible. De todos modos, la energía en un impacto lateral es el impacto más crítico, ya que el golpe se efectúa directamente en el habitáculo. Toda la zona propensa a deformase se denomina: Impact Energy Absorption (IEA) structure. Por lo tanto, la IEA la conforman principalmente el módulo frontal y el trasero, pero en las puertas hay muy poca profundidad susceptible a deformación. 

 Soporte del paragolpes: Si vemos en la imagen anterior, podemos observar una barra central que sobrepasa y destaca del resto: el soporte del paragolpes. Se puede colocar tanto en el frontal como en la zona trasera y está especialmente diseñado para absorber la mayor cantidad posible de energía y alargar el tiempo de impacto. Está formado en distintas secciones y con distintos materiales. También se le suele añadir elementos deformables para aumentar aún más la absorción.

Como tendencia de diseño, cada vez se están reduciendo más el empleo de estructuras rígidas en las áreas susceptibles a impactos con peatones como el parachoques. En caso de impacto a baja velocidad, esas zonas deben dañarse lo menos posible para ser fácilmente reparables (denominado Low speed impact absorption). Para ello se emplean tubos de protección, que es un tubo de acero hueco. Es de los pocos casos en los que prevalece el coche frente al conductor, ya que un impacto a baja velocidad, unos 20km/h, no pone en riesgo a los conductores. Aunque lo principal en este caso, es el posible peatón. 
 
 
Largueros: Todos los elementos que van desde el frontal hacia la trasera del vehículo tienen una cierta conicidad, de tal modo que aumentan ligeramente su sección. De este modo, frente a un impacto frontal, irán deformándose progresivamente. Además, estos largueros se bifurcan para distribuir la energía en los distintos puntos de interés.
 
Espolón de barco: En la antigüedad, los barcos de guerra estaban armados con espolones para embestir y hundir otros barcos. Esta misma idea, pero de un modo más cívico, se traslada a la estructura del coche.  El frontal se diseña de tal modo que desplace el objeto impactado contra el lateral del vehículo, reduciendo los efectos de un golpe frontal. Si esto fuera poco, los ingenieros diseñan el coche para que en el caso de un choque frontal descentrado, el otro vehículo u objeto ayude a absorber parte de la energía. 

​ La lástima es que no se puedan colocar espolones en los coches, así que habrá que recrear el efecto de forma sutil mediante la estructura de deformación programada.​ 

fuente: Zvezda LLC

Existen muchos más “trucos” que los ingenieros tienen bajo la manga y que, por extensión, no podemos mencionar. 
 
Un ejemplo de deformación programada la encontramos en la columna de dirección del volante. En la actualidad siempre son colapsables, es decir, se deforman en caso de impacto. Pero en los inicios del automóvil esto no ocurría: las columnas de dirección eran de metal macizo, por lo que eran totalmente rígidas e indeformables, además, se unían directamente al volante. Por tanto, un impacto a poca velocidad terminaba siendo un accidente mortal, ya que la barra salía proyectada contra el cuerpo de la persona. A partir de 1939 comenzó a implantarse la columna de dirección colapsable salvando innumerables vidas.
 
En conclusión, el ingeniero automotriz tratará de utilizar todos los recursos posibles para proteger el habitáculo, algunos de ellos, como la columna de dirección colapsable son elementos obligatorios en la actualidad. Esta parte del diseño es puramente ingenieril, pero en esencia, la lección importante es conocer la clave de diseño: frontal y trasera deformable, y habitáculo rígido. 
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La parte positiva de todo esto es que podemos realizar simulaciones de estos elementos de manera aislada con cualquier ordenador y con un programa de CAD que tenga un módulo de FEM (Análisis por elementos finitos, lo cual se considera dentro del CAE). Aunque simular un choque es complicado y requiere de ordenadores más potentes, es bastante sencillo simular un larguero o el propio soporte del que hablamos previamente, realizar muecas y orificios, y estudiar los distintos comportamientos del material frente a los esfuerzos aplicados. Para ello podemos ir a páginas como GrabCad  y buscar estos elementos, por ejemplo, escribiendo: “Body in White” o “BIW”.

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¿Cómo interpretar un crash test?

¿Cómo interpretar un crash test?

Muchos habremos visto un crash test, pero, ¿realmente sabemos lo que estamos viendo?
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¿Sabemos cómo entender un crash test? Los ingenieros tienen multitud de sensores y  cámaras de alta velocidad para obtener datos y aplicar mejoras en el vehículo. Después, estudian las piezas y el chasis una vez deformado. Pero no hace falta recoger todos estos datos para obtener un análisis previo del impacto, aunque sea de manera superficial:

Un utilitario común se divide en tres pilares. El Pilar A es el del parabrisas, el pilar B es el que está entre ambas puertas, y el pilar C es el de la luna trasera. Cuando vemos un impacto frontal del coche, el truco consiste en olvidarse de todo lo que existe del frontal A en adelante, es decir, la zona marcada en rojo en la imagen.

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Si en el impacto, el pilar A o la puerta del conductor sufren alguna deformación, podemos considerar que la energía del impacto no ha sido absorbida debidamente y ésta pasará a la zona del conductor, que es la zona peligrosa. A mayor deformación, mayor peligro. Recordemos que el término correcto no es "absorber energía", pero es útil emplearlo con fines académicos. 
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Si en un crash test, la delantera del coche está completamente destrozada, pero los elementos anteriores citados están en perfecto estado (puerta delantera y pilar A), podemos interpretar que la mayor parte de la energía ha sido absorbida, por lo que los daños sufridos en el habitáculo son mucho menores. 

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Cabe indicar que cada vez se hace mayor uso de los programas de ordenador para simular los crash tests, pero siempre se tendrán que realizar pruebas reales. A su vez, cada vez se añaden más tipos de colisiones distintas. Aunque no sean únicamente para certificar el vehículo, sino para que la marca obtenga un conocimiento propio sobre cómo mejorar la seguridad de sus coches. 
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Fuente: Honda R&D Americas

Fuente: Down automotive

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