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ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA INTRODUCCIÓN DE CINTURONES DE SEGURIDAD

EN EL VUELCO DE LOS AUTOCARES. VALIDEZ DE LAS PRESCRIPCIONES DEL

REGLAMENTO UN-ECE 66.

DESARROLLADO POR LA:

AGRUPACIÓN DE INTERÉS ECONÓMICO CENTRO SUPERIOR DE INVESTIGACIÓN DEL AUTOMÓVIL Y DE LA

SEGURIDAD VIAL, CON LA COLABORACIÓN DEL INSTITUTO UNIVERSITARIO DE INVESTIGACIÓN DEL AUTOMÓVIL

(INSIA-UPM)

PARA LA: FUNDACIÓN INSTITUTO TECNOLÓGICO PARA LA

SEGURIDAD DEL AUTOMÓVIL (FITSA)

Madrid, marzo de 2004.

AGRUPACIÓN DE INTERÉS ECONÓMICO CENTRO SUPERIOR DE

INVESTIGACIÓN DEL AUTOMÓVIL Y DE LA SEGURIDAD VIAL

N.I.F. G-80719024 INSIA

U.P.M. INSIA


EQUIPO TÉCNICO

Francisco Aparicio Izquierdo, Dr. Ingeniero Industrial.

Andrés García Gracia, Dr. Ingeniero Industrial.

Miguel Sánchez Lozano, Dr. Ingeniero Industrial

Mª Teresa Vicente Corral, Ingeniera Industrial.

Beatriz Valles Fernández, Ingeniera Técnico Industrial.

Vicente Martínez García, Ingeniero Técnico Industrial.

Luis Martínez Sáez, Dr. Ingeniero Industrial.

Fco. Javier Páez Ayuso, Dr. Ingeniero Industrial.

Gustavo Cazzola, Ingeniero Industrial.

Responsables de realización de ensayos:

Gonzalo Estrada y Arturo Chapatte

Íker Vélez de Mendizábal, becario INSIA

EMPRESAS COLABORADORAS

HISPANO CARROCERA, S.A.

FAINSA, S.A.

ASIENTOS ESTEBAN, S.L.

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INDICE A. INTRODUCCIÓN................................................................................................................ 1 A.1. ANTECEDENTES ....................................................................................................... 1 A.2. OBJETIVOS............................................................................................................... 13 B. DESCRIPCIÓN DE LOS TRABAJOS REALIZADOS.................................................... 14 FASE 3) PROPUESTA DE POSIBLES MODIFICACIONES AL REGLAMENTO 66, Y ESTUDIO DE LAS CONSECUENCIAS DE SU INTRODUCCIÓN. ..................................... 14

3.3.4. Consecuencias: viabilidad técnico-económica. .......................................................... 14 FASE 4) ANÁLISIS DE LA RESPUESTA DE ASIENTOS Y ANCLAJES ACTUALES EN CASO DE VUELCO............................................................................................................ 19 4.4. ENSAYOS DE RESISTENCIA LATERAL SOBRE DISTINTOS TIPOS DE ASIENTOS Y ANCLAJES. ....................................................................................................... 19

4.4.1. Asientos situados del lado de vuelco. ............................................................................ 22 4.4.2. Asientos situados en el lado opuesto al vuelco. ............................................................. 24 4.4.3. Comportamiento de los sistemas de anclaje del vehículo. ............................................. 26

4.4.3.1. Estimación de los esfuerzos que pueden llegar en caso de vuelco................29 4.4.3.2. Selección de sistemas de anclaje y modelos de simulación .........................33 4.4.3.3. Análisis de resultados ....................................................................................34

4.5. VALORACIÓN DE LA SITUACIÓN DE LOS ASIENTOS Y ANCLAJES ACTUALES EN RELACIÓN CON SU RESISTENCIA LATERAL. CONSECUENCIAS DE LA APLICACIÓN OBLIGATORIA DEL ENSAYO PROPUESTO. ................................ 36

4.5.1. Necesidad de establecer requisitos de resistencia lateral sobre los asientos, sus anclajes y anclajes de cinturón. ................................................................................................ 36

4.5.1.1. El asiento como sistema de retención lateral en caso de vuelco. ..................36 4.5.1.2. El asiento como elemento capaz de absorber energía en caso de vuelco ......38

4.5.2. Definición de requisitos y selección de posibles ensayos. ............................................ 39 4.5.2.1. Requisitos como sistema de retención.........................................................39 La ventaja de esta opción es que el fabricante asegura que tiene un diseño de anclaje que resulta válido para cualquier asiento que vaya a instalar en su vehículo, sin tener que repetir ensayos o modificar el diseño en caso de sustituir unos asientos por otros de distinto tipo o fabricante. .......................................................................................41 4.5.2.2. Para incluirlos en el Reglamento 66. ............................................................41

4.5.3. Consecuencias de la obligatoriedad del ensayo propuesto: viabilidad. ......................... 42 C. CONCLUSIONES.............................................................................................................. 45

INDICE DE FIGURAS. Figura 1. Módulo de autocar de 12 m representativo, con asientos unión pata-guía lateral.... 3 Figura 2. Modelo de elementos finitos. Simulación del vuelco............................................... 3 Figura 3. Ensayos sin pasajeros, con pasajeros sin retener y con cinturón de 3 puntos. ......... 4 Figura 4. Cálculo de la energía absorbida en función de la deformación................................ 5 Figura 5. Ejemplo de utillajes que representen a los pasajeros retenidos. ............................... 6 Figura 6. Ensayos de algunos asientos situados en el lado de vuelco.................................... 11 Figura 7. Ensayo de asientos en el lado opuesto a vuelco. .................................................... 12 Figura 8. Deformación a nivel de ventana. ............................................................................ 15

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Figura 9. Deformación en accidentes con vuelco o despeñamiento ...................................... 17 Figura 10. Número de muertos/ocupantes con implicación de autobuses y autocares, en vuelco y/o despeñamiento, según la fecha de matriculación del vehículo. ................................ 18 Figura 11. Curvas cerrando respecto al eje de giro del utillaje................................................ 23 Figura 12. Todas las curvas Momento-ángulo con el contacto respaldo a distinta altura ....... 23 Figura 13. Ensayos última tanda de asientos lado de vuelco................................................... 24 Figura 14. Todas las curvas Momento-ángulo (“abriendo”) resp. al eje de giro del utillaje ... 25 Figura 15. Contraste “abriendo-cerrando” sin contacto........................................................... 25 Figura 16. Ensayos última tanda de asientos lado opuesto al vuelco ...................................... 26 Figura 17. Resumen ensayos anclaje de asiento. ..................................................................... 27 Figura 18. Resumen ensayos anclaje de cinturón. ................................................................... 28 Figura 19. MEF para calcular rigidez en los asientos y esfuerzos en los amarres................... 30 Figura 20. Detalle guía piso/pasillo. M.E.F. ............................................................................ 33 Figura 21. Detalle guía lateral M.E.F. ..................................................................................... 33 Figura 22. Modulo M.E.F. ....................................................................................................... 34 Figura 23. Deformaciones de sistemas de anclaje en vuelco sin retener. ................................ 36 Figura 24. Esquema ensayo anclaje de asiento. ....................................................................... 40

INDICE DE TABLAS. Tabla 1. Masa fija correspondiente a los pasajeros en función del cinturón. ............................. 6 Tabla 2. Cálculo del incremento de energía debido a los pasajeros. .......................................... 8 Tabla 3. Fuerzas transversales a aplicar en los anclajes de cinturón ......................................... 9 Tabla 4. Ensayos para configuración pata-unión lateral .......................................................... 10 Tabla 5. Ensayos para configuración pata-pata ........................................................................ 10 Tabla 6. Incremento de energía y masa en cada caso analizado............................................... 15 Tabla 7. Matriz de ensayos sobre asientos................................................................................. 21 Tabla 8. Esfuerzos en tornillo de anclaje a piso según ensayos de reglamentación. ................ 28 Tabla 9. Esfuerzos a aplicar en los puntos de fijación del asiento al vehículo. ........................ 31 Tabla 10. Cálculo de esfuerzos en zonas de anclaje .................................................................. 41

ANEXOS Anexo I. Toma de datos de ensayos de asientos y anclajes de cinturón

Últimos ensayos Anexo II. Curvas obtenidas en los ensayos de asientos y anclajes de cinturón

Últimos ensayos Anexo III. Procedimientos de ensayo empleados para el estudio de resistencia lateral

de asientos Anexo IV. Resultados del MEF para cálculo de sistema de fijación

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BIBLIOGRAFÍA

[1] Reglamento Nº 66R00. Prescripciones uniformes relativas a la homologación de los vehículos de gran capacidad para el transporte de personas en lo que concierne a la resistencia mecánica de su superestructura. E/ECE/324. E/ECE/TRANS/505. Rev.1/Add.65/Mod.1. 3 de diciembre de 1997 [2] Reglamento Nº 36R03. Prescripciones uniformes relativas a la homologación de los vehículos de grandes dimensiones para el transporte de personas en lo referente a sus características generales de construcción. E/ECE/324. E/ECE/TRANS/505. Rev. 1/Add.35/Rev.1/Amend.1. 4 de noviembre de 1998. [3] DIRECTIVA DEL CONSEJO relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre los anclajes de los cinturones de seguridad de los vehículos a motor. Diario Oficial de las Comunidades Europeas. Directiva 76/115/CEE-96/38/CE. [4] DIRECTIVA DEL CONSEJO relativa a los asientos, a sus anclajes y a los apoyacabezas de los vehículos a motor. Diario Oficial de las Comunidades Europeas. Directiva 74/408/CEE-96/37/CE. [5] DIRECTIVA DEL CONSEJO relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre el acondicionamiento interior de los vehículos a motor. Diario Oficial de las Comunidades Europeas. Directiva 74/60/CEE-2000/4/CE. [6] “Enhaced Coach and Bus Occupant Safety. ECBOS.” FIFTH FRAMEWORK PROGRAMME. European Commission. [7] García Gracia, A; Sánchez Lozano, M; Vicente, T; Martínez Sáez, L.; Paez Ayuso, J. “Determination of the influence of safety belts use in the rollover of coaches. Possible increase of R66 requirements.”33. Meeting of Bus and Coach Experts Budapest, 2002. [8] Kaleps I.; Whitestone J. “Hybrid III Geometrical and Inertial Properties”, SAE, 1988, 97(5): 107-127. [9] García Gracia, A.; Sánchez Lozano, M.; Vicente Corral, T.; Martínez Sáez, L.; Páez Ayuso, J. “La influencia de los cinturones en la deformación estructural de autocares”, Revista VIAJEROS, Diciembre 2002: 19-22. [10] García, A.; Sánchez, M.; Vicente, T.; Martínez, L.; “Determination of the influence of safety belts used in the rollover of coaches. Possible increase of R66 requirements.”, 33 Meeting of bus and coach experts. Budapest, 2002. [11] Aparicio, F.; García, A.; “Improvement of energy absorption in coaches under rollover accidents through absorption elements.”, 33 Meeting of bus and coach experts. Budapest, 2002. [12] García, A.; Sánchez, M.; Alcalá, E.; Aparicio, F.; “Bus rollover simulation method of INSIA used for type approval.”, 30 TH Meeting of bus and coach experts. Gyor, 1999. [13] García A.; Sánchez M.; Vicente T.; Martínez, L.; “Analysis of influence of safety belts mounted on coaches, repercussion on 74/408/CEE. European Directive prescriptions.”, European Automotive Congress, Barcelona, 1999.

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[14] García, A.; Alcalá, E. “Estudio teórico-experimental de la aportación de los asientos a la resistencia de los V.G.D.T.P. sometidos a vuelco lateral”, III Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica., Cuba, 1997 [15] García, A.; Alcalá, E; “Determinación de la energía puesta en juego en un vuelco lateral de superestructuras de autobuses y autocares.”, III Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica. Cuba, 1997 [16] García, A.; Aparicio, F.; Alcalá, E; “Spanish experiments relating to the autorization of V.G.D.T.P. in accordance with regulation 66.”, XXVII Meeting of bus and coach experts. Budapest, 1996 [17] García, A.; Alcalá, E; Díaz, V.;“Consideraciones sobre la determinación de la energía a absorber por los autocares según el Reglamento 66 de Ginebra.”, XI Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica. Valencia, 1994 [18] Vera, C.; García, A.; Díaz, V.;“Criterion for the structural design of buses and coaches.”, XXIV Meeting of bus and coach experts, Budapest, 1993 [19] García, A.; Aparicio, F.; Aguilar, E.; Alcalá, E. “Absorción de energía en componentes estructurales de autobuses y autocares bajo la acción de vuelco lateral..”, X Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica. AEIM, 1992 [20] García, A.; Aparicio, F.;“Estudio sobre la resistencia al vuelco de módulos de autocar.”, IX Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica. AEIM, 1990 [21] Aparicio, F.; García, A.; Díaz-Carrasco, A.;“Study about the plastic deformation of the beams used in the structures of bus and coach.”, XXI Meeting of bus and coach experts, Budapest, 1990. [22] García, A.; Aparicio, F.; “Estudio estadístico de las propiedades características a flexión de los perfiles huecos de acero utilizados en la superestructura de autobuses y autocares”, VIII Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica. AEIM., 1989. [23] López, A.; Aparicio, F.; García, A.; Díaz-Carrasco, A.; Villagarcía. “Deformación plástica de los perfiles huecos de acero utilizados en la superestructura de autocares y autobuses”, VII Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica. AEIM., 1988. [24] Aparicio, F.; García, A.; Páez, F.J. “Influencia de la reglamentación sobre seguridad pasiva en los accidentes con implicación de autocares”, IV Congreso de Ingeniería del Transporte. CIT, 2000. [25] Aparicio, F.; Páez, F.J.; Antonelli, S. “Evolución de la acidentalidad y lesividad en los accidentes con víctimas con implicación de autocares”, Jornada Nacional de Autobuses y Autocares. Madrid, 1999. [26]“Análisis de la influencia de la introducción de cinturones de seguridad en el vuelco de los autocares. Validez de las prescripciones del Reglamento UNE-ECE 66. ”, Desarrollado por la agrupación de interés económico Centro Superior de Investigación del Automóvil y de la Seguridad Vial, con la colaboración de INSIA-UPM para FITSA. Entrega mayo de 2002 y entrega marzo de 2003. [27] “Estudio para analizar la repercusión de la obligatoriedad de cinturones de seguridad en las prescripciones del Reglamento 80 y Directiva 74/408/CEE”, realizado por INSIA-UPM para el Ministerio de Industria y Energía en 1998.

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ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA INTRODUCCIÓN DE CINTURONES DE SEGURIDAD EN EL VUELCO DE LOS AUTOCARES. VALIDEZ DE LAS PRESCRIPCIONES DEL

REGLAMENTO UN-ECE 66.

A. INTRODUCCIÓN

A.1. ANTECEDENTES

La Directiva 96/38 [3] establece la obligatoriedad del montaje de cinturones de seguridad para todos los asientos de los autocares. Dicha Directiva establece prescripciones en relación con la resistencia de los anclajes de los cinturones de seguridad a los esfuerzos longitudinales provocados en un choque frontal. No obstante, no se considera ningún tipo de exigencia para el comportamiento de los cinturones y sus anclajes ante una solicitación lateral, como la que se da en caso de vuelco del autocar.

Por otra parte, el Reglamento UN-ECE 66 [1], actualmente en vigor en España, establece que la superestructura del vehículo tendrá la resistencia suficiente para asegurar que durante y después de un ensayo de vuelco definido, ninguna parte desplazada del vehículo invade un espacio de supervivencia y ninguna parte del espacio de supervivencia sobresale de la estructura deformada. En este vuelco tipo se considera únicamente la masa correspondiente al vehículo vacío.

A raíz de la inminente entrada en vigor de la obligatoriedad del uso del cinturón por parte de los pasajeros, se ha suscitado cierta polémica sobre la conveniencia de incluir la masa de los pasajeros de cara a la verificación de la resistencia de la superestructura durante el vuelco. El hecho de considerar la masa de los pasajeros unida al vehículo, aumentará la energía puesta en juego durante el vuelco, que deberá ser absorbida por la superestructura dando lugar a una mayor deformación. No obstante, los pasajeros no se encuentran en ningún caso unidos rígidamente al vehículo, por lo que de cara a evaluar este aumento de la energía a absorber, sólo debería considerarse un porcentaje de su masa.

Se plantean las siguientes cuestiones:

Los asientos sin cinturones de seguridad pueden efectuar una cierta retención de los pasajeros en caso de vuelco. ¿Es esta retención suficientemente importante como para incrementar de manera significativa la energía puesta en juego en el vuelco, en relación con la correspondiente al vehículo vacío?

Con el empleo de cinturones de seguridad aumentará el grado de retención de los pasajeros durante el vuelco. ¿Es relevante este aumento? ¿Supone por tanto el uso de cinturones de seguridad un incremento importante de la energía a absorber en el vuelco?

¿Debería aumentarse la energía a absorber en el ensayo de vuelco del Reglamento 66 para reflejar esta influencia de los pasajeros?

En ese caso, ¿debería incrementarse el nivel de energía para tener en cuenta el efecto de la retención efectuada por los asientos, que hasta ahora no se ha tenido en cuenta en el

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Reglamento 66, y por los cinturones? ¿Qué porcentaje de la masa de los pasajeros debería considerarse unida al vehículo de cara a evaluar la energía a absorber durante el vuelco?

¿O por el contrario debería tenerse en cuenta únicamente el aumento de energía debido a la introducción de los cinturones? ¿Qué porcentaje de la masa de los pasajeros debería considerarse unida al vehículo en este caso?

¿Qué consecuencias tendrían para el sector estas modificaciones del Reglamento 66? ¿Sería necesario cambiar o reforzar de manera importante las estructuras de los vehículos actuales?

¿Qué solicitaciones laterales han de soportar los asientos y los anclajes de los cinturones de seguridad en caso de vuelco? Se debería definir un ensayo para verificar su resistencia ante este tipo de esfuerzos.

¿Son los asientos y anclajes actuales suficientemente resistentes para soportar este tipo de solicitaciones?

Actualmente se está discutiendo sobre este asunto en distintos foros europeos en los que está presente el INSIA-UPM, como son el GRSG de las Naciones Unidas en Ginebra y el grupo Ad-Hoc para la revisión del Reglamento 66, así como en el marco de un proyecto europeo para la mejora global de la seguridad en los autobuses y autocares, llamado ECBOS, en el que también participa el INSIA-UPM.

Ante esta situación, se planteó la realización de este Proyecto, con el que se pretende obtener resultados que permitan a la administración española extraer conclusiones sobre las consecuencias de la obligatoriedad de los cinturones de seguridad, y que por otra parte, puedan ser presentadas en los distintos foros europeos, como aportación española a los trabajos que se están desarrollando.

La primera parte del Proyecto se finalizó en mayo de 2002, concluyéndose los trabajos correspondientes a las dos primeras fases del estudio, que son:

Fase 1: Estudio de características técnicas de los autocares, asientos y anclajes que pueden influir en el vuelco

Fase 2: Análisis de la influencia de los ocupantes y los cinturones de seguridad en el vuelco De los trabajos realizados hasta la fecha puede destacarse las siguientes conclusiones:

Del análisis de las características de los modelos de autocar más comunes, se ha deducido que, entre los vehículos que se fabrican en la actualidad, existe una uniformidad importante en las características que pueden tener relevancia de cara a su comportamiento en el vuelco (altura, altura de centro de gravedad, tipo de perfiles y uniones utilizadas). Una conclusión similar puede extraerse respecto a la configuración de anclaje de asiento más utilizada. Esto ha permitido la definición de un tipo de autocar que puede considerarse suficientemente representativo de la gran mayoría de los vehículos que se fabrican en la actualidad.

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Figura 1. Módulo de autocar de 12 m representativo, con asientos unión pata-guía lateral.

Se han elaborado modelos matemáticos de vuelco, usando la técnica de elementos finitos, con los que puede simularse el vuelco de los autocares o de módulos representativos. Los modelos basados en el vehículo tipo considerado, han sido validados a través de datos experimentales, y serán útiles para analizar la influencia de los ocupantes y de los cinturones de seguridad en el vuelco, así como para valorar la resistencia de los vehículos actuales, y las posibles modificaciones necesarias de cara a un posible incremento en los requerimientos del Reglamento 66.

Figura 2. Modelo de elementos finitos. Simulación del vuelco.

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Del análisis directo de los datos experimentales de que se ha dispuesto, puede deducirse que la presencia de ocupantes retenidos mediante cinturones de seguridad tiene una gran influencia en la energía absorbida y la deformación provocada en la estructura durante el vuelco. Por el contrario, los ocupantes sin retener no parecen tener una influencia importante.

Figura 3. Ensayos sin pasajeros, con pasajeros sin retener y con cinturón de 3 puntos.

Haciendo uso de los modelos de elementos finitos desarrollados, se ha cuantificado la influencia de los pasajeros retenidos por cinturones de seguridad de 3 puntos. Se ha concluido que los resultados del vuelco de un autocar con pasajeros con cinturón de 3 puntos, son equivalentes a los que se obtendrían considerando un 90% de la masa de los mismos rígidamente unida a la estructura.

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ENSAYO 1 MODELO 1 ENSAYO 2 MODELO 2

SENSOR DE HILO EN EXTENSIÓN 325 mm 326 mm 497 mm 497 mm

SENSOR DE HILO EN COMPRESIÓN

397 mm 396 mm > 650 mm 677 mm

ENERGÍA ABSORBIDA 7427 J 12180 J

Figura 4. Cálculo de la energía absorbida en función de la deformación.

A partir de los resultados obtenidos, se planteó la continuación del estudio con los resultados según el Informe Técnico entregado en Marzo de 2003, en la que se desarrolló parte de las dos siguientes fases del estudio:

Fase 3: Propuesta de posibles modificaciones al Reglamento 66, y estudio de las consecuencias de su introducción.

Fase 4: Análisis de la respuesta de asientos y anclajes actuales en caso de vuelco.

Se pueden destacar los siguientes resultados:

Se propusieron modificaciones en las prescripciones de ensayo y/o cálculo de resistencia a vuelco del Reglamento UNE-ECE 66 para reflejar la influencia de los ocupantes retenidos. Estas modificaciones se resumen en:

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• Modificaciones en los métodos de ensayo (vuelco de vehículo completo o de módulo representativo):

Introducir la masa de los pasajeros retenidos de una de las siguientes formas:

- Con una masa rígida M02 unida al asiento, con altura del centro de gravedad en torno a 100 mm sobre el punto de referencia H del asiento y valor en función del sistema de retención como indica la siguiente tabla:

TIPO DE CINTURÓN MASA PASAJERO

Q MASA FIJA

ASIENTO M02 SIN CINTURÓN 68 kg 0

2 PUNTOS 68 kg 34 kg 3 PUNTOS 68 kg 61.2 kg

Tabla 1. Masa fija correspondiente a los pasajeros en función del cinturón.

- Con un utillaje antropomórfico, de masa Q y altura del centro de gravedad en torno a 100 mm sobre el punto de referencia H del asiento. Este utillaje se fija al asiento mediante el propio cinturón de seguridad. De esta forma se pueden tener las características reales del movimiento.

Figura 5. Ejemplo de utillajes que representen a los pasajeros retenidos.

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• Modificaciones en los métodos de cálculo:

Dependerá del método de cálculo seleccionado.

- Mediante modelos de simulación con análisis cuasi-estático que representan la superestructura del vehículo y permiten obtener la energía absorbida hasta la invasión del espacio de supervivencia, la única modificación consistirá en el requisito de energía que debe absorberse. Esa energía deberá ser calculada teniendo en cuenta la masa de los pasajeros retenidos mediante la siguiente ecuación:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+−−+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⋅⋅=

HH

HH

WHWgMCE SS 8.08,0

22222

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Donde: E = energía a absorber por la estructura del autocar C = porcentaje de la energía potencial perdida durante el vuelco que debe absorber la

estructura (valor fijo de 0,75 según el Reglamento)

021

020211

021

MnMHMnHM

H

MnMM

S ⋅+⋅⋅+⋅

=

⋅+=

M1 = masa del autocar sin considerar los pasajeros H1 = altura del centro de gravedad del autocar sin considerar los pasajeros n = número de pasajeros M02 = masa correspondiente a un pasajero retenido = K*Q K = % de la masa de los pasajeros que se considera rígidamente unida al vehículo Q = masa de referencia de los pasajeros H02 = altura del centro de gravedad de los pasajeros H = altura del autocar

La masa correspondiente al pasajero retenido depende del sistema de retención, correspondiendo a un 50% de su masa para pasajeros con cinturón subabdominal y a un 90% para pasajeros con cinturón de 3 puntos. Ese porcentaje se aplica a una masa de referencia Q = 68 kg. La altura del centro de gravedad H02 estará en torno a 100 mm sobre el punto de referencia H del asiento.

- Mediante modelos de simulación dinámicos se pueden añadir las masas puntuales fijas correspondientes a los pasajeros retenidos en cada uno de los asientos (con una altura del centro de gravedad a unos 100 mm sobre el punto de referencia H del asiento). Estas masas se podrían añadir de forma rígida a la estructura (suponiendo que los asientos no absorben energía en la deformación) o incluso mediante una modelización de los asientos.

Se evaluó el incremento de energía que tendrían que absorber las superestructuras en base a los datos de vehículos actuales, para tener en cuenta los cambios producidos por los pasajeros retenidos en función de las dimensiones del vehículo. Este incremento

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resulta menor cuando los pasajeros están retenidos con cinturón de 2 puntos que cuando llevan cinturón de 3 puntos. Pero en todos los casos el incremento de energía es superior a un 20-25% por lo que no puede suponerse que un vehículo con su estructura actual y con pasajeros retenidos supere esos niveles. La siguiente tabla muestra los valores obtenidos en función de la longitud y del sistema de retención. Los rangos dentro de cada casilla contemplan la variabilidad de la altura del centro de gravedad estimada.

L=12 m2puntos 3puntos 2puntos 3puntos

MAXIMO (38-45)% (69-82)% (34-47)% (62-84)%MINIMO (18-21)% (32-38)% (15-20)% (27-35)%PROMEDIO (24-28)% (43-50)% (23-31)% (42-56)%

L<12m

Tabla 2. Cálculo del incremento de energía debido a los pasajeros.

Se analizó la viabilidad técnica encontrando diversas soluciones para modificar las estructuras actuales de forma que se superen los nuevos requisitos establecidos.

Se definieron los mecanismos de deformación de los asientos en caso de vuelco, determinando la deformación máxima que puede provenir de la estructura y los esfuerzos que le llegan a través de los anclajes de los cinturones de seguridad. De cara a asegurar que el asiento supere los esfuerzos que llegan en caso de vuelco, parece adecuado comprobar que un asiento supera:

1º.- En primer lugar los esfuerzos correspondientes a la deformación máxima de la estructura (sin invadir el espacio de supervivencia).

2º.- Posteriormente el esfuerzo que llega a través de los cinturones de seguridad (y por lo tanto sobre los anclajes de los mismos a la estructura del asiento) correspondientes a la “caída” del pasajero.

Se definieron ensayos para caracterizar la resistencia lateral de los asientos adaptando el banco de ensayos para anclajes de cinturón del INSIA-UPM. Estos ensayos dependen de la configuración (fundamentalmente si está unido o no al lateral del vehículo) y situación del asiento (lado de vuelco o lado opuesto al vuelco). En general el ensayo lleva dos partes:

1º.- Ensayo de resistencia lateral (“abriendo” o “cerrando”). El ensayo representa la deformación máxima de la estructura hasta la invasión del espacio de supervivencia (hasta unos 19º suponiendo que se produce la deformación a nivel de piso). El ensayo “abriendo” se realiza en los asientos que están situados en el lado opuesto a vuelco siempre que su fijación vaya al lateral del vehículo. El ensayo “cerrando” se realiza representando la situación de los asientos que están del lado de vuelco. Se prueban varias configuraciones de ensayo: con contacto en la parte superior del respaldo (representando el posible contacto del asiento con el suelo o con un pilar del vehículo) y con contacto a nivel de ventana (para obtener la rigidez de los asientos según donde se aplique el esfuerzo.

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2º.- Tras obtenerse la deformación del asiento debida a la deformación de la estructura, se aplican los esfuerzos que le llegan debido a la retención de los pasajeros. A partir del análisis de ensayos de módulos con maniquís retenidos y en contraste con los ensayos de anclaje de cinturón de seguridad para verificar el comportamiento ante cargas longitudinales, se define un ensayo consistente en aplicar una carga en cada cinturón (el valor de la fuerza en función del tipo de cinturón). Esta fuerza se aplica de forma transversal al asiento, con un ángulo entre 10º-15º respecto a la vertical (hacia arriba) y un ángulo en torno a 20º-30º respecto al plano longitudinal medio del asiento (hacia delante).

Tabla 3. Fuerzas transversales a aplicar en los anclajes de cinturón

Las siguientes tablas resumen los ensayos a realizar en función del tipo de asiento y del sistema de retención:

PRIMER ASIENTO

F F

Parte 2 para cinturón subabdominal

Parte 1: ensayo “cerrando” hasta invadir el espacio de supervivencia

F2

F1 F1

F2

Parte 2 para cinturón de 3 puntos

3 PUNTOS 2 PUNTOS anclaje en superior y subabdom. estructura subabdom. (daN) de asiento (daN)

M3 superior 140 E20 -

inferior 225 E20 370 E20

FUERZAS DE ENSAYO LATERAL (mantener + 0.2 seg.)

+ 3,3 * peso plaza

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SEGUNDO ASIENTO

F F


F

Parte 1: ensayo “abriendo”

F1 F1

F2 F2


Tabla 4. Ensayos para configuración pata-unión lateral

F F


Parte 1: ensayo “cerrando” F2

F1F1

F2


Tabla 5. Ensayos para configuración pata-pata

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Se realizaron ensayos de resistencia lateral sobre algunos tipos de asiento con distintas configuraciones en cuanto al sistema de fijación y sistema de retención.

Figura 6. Ensayos de algunos asientos situados en el lado de vuelco Se sacaron las primeras conclusiones en cuanto al comportamiento de los asientos como

sistema de retención ante impacto lateral, que pueden resumirse en: • El ensayo de resistencia lateral se presenta necesario por dos razones: para

comprobar que el asiento y su sistema de fijación soporta los esfuerzos laterales y para poder obtener el comportamiento de los asientos de cara a tenerlos en cuenta como elementos capaces de absorber energía en vuelco.

• Los cinturones y sus anclajes en los asientos ensayados (algunos incluso aumentando al esfuerzo correspondiente a una deceleración de 4.5 g’s) soportan las cargas sin producirse roturas. Hay que hacer notar que todos los asientos ensayados soportan las cargas del ensayo de anclaje de cinturón de la Directiva 76/115-96/38/CE que establece los requisitos para anclaje de cinturón de seguridad en caso de impacto frontal. Por los resultados obtenidos parece que un asiento diseñado con anclajes de cinturón que superen las cargas establecidas para impacto frontal puede soportar los esfuerzos del pasajero en

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impacto lateral. Habría que analizar el comportamiento del pasajero para asegurar que esta retención es adecuada.

Figura 7. Ensayo de asientos en el lado opuesto a vuelco.

Esta última entrega completa el estudio ampliando el análisis de viabilidad técnico-económica de la implantación de las modificaciones propuestas en el Reglamento 66 (debido a la introducción de cinturones de seguridad en los autocares), evaluando el comportamiento a vuelco de un mayor número de tipos de asiento así como los anclajes en el vehículo, fijando los posibles requisitos de resistencia lateral de los asientos y sus anclajes (así como posibilidades de ensayo) y presentando las posibles consecuencias de la obligatoriedad de esos requisitos.

El objetivo final será establecer las condiciones a cumplir por los autocares, para mantener unos niveles de seguridad en caso de vuelco como mínimo iguales a los existentes antes de la introducción de los cinturones de seguridad, así como nuevos requisitos necesarios debido a la obligatoriedad de su uso.

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A.2. OBJETIVOS Se plantean los siguientes objetivos para este estudio (en negrita los analizados y/o

completados en este último periodo):

Cuantificar el aumento de la energía puesta en juego en el vuelco que se produce debido a la retención de los pasajeros, efectuada por los asientos y los cinturones de seguridad.

Proponer modificaciones al Reglamento 66, que eleven el nivel exigencias sobre las estructuras para tener en cuenta el aumento de energía puesta en juego debido a la retención de los pasajeros por los asientos y cinturones de seguridad.

Evaluar el impacto que supondría esta modificación en el sector español de fabricantes de autocares.

Definir unos niveles mínimos de resistencia de los asientos, cinturones y anclajes frente a las solicitaciones laterales, y establecer un método de ensayo para verificarla.

Evaluar la situación de los asientos y anclajes actuales en relación con dicha resistencia lateral, y el impacto que supondría la aplicación obligatoria del ensayo propuesto.

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B. DESCRIPCIÓN DE LOS TRABAJOS REALIZADOS

FASE 3) PROPUESTA DE POSIBLES MODIFICACIONES AL REGLAMENTO 66,

Y ESTUDIO DE LAS CONSECUENCIAS DE SU INTRODUCCIÓN.

En fases anteriores dentro de este Proyecto (FASE 2) se indicó que la introducción de pasajeros retenidos dentro del autocar hace que parte de la masa de los mismos (dependiendo del sistema de retención) deba considerarse como rígidamente unida al vehículo. Esto hace que aumente la energía puesta en juego en caso de vuelco (debido tanto al aumento de la masa total como a la elevación de la altura del centro de gravedad).

Se presentó por lo tanto (FASE 3.1) una propuesta de modificación en los requisitos del Reglamento UNE-ECE 66 de Ginebra para incluir esa influencia de los pasajeros retenidos.

3.3.4. Consecuencias: viabilidad técnico-económica. Las consecuencias de las modificaciones propuestas en las prescripciones del Reglamento

66 son de varios tipos: 1º. Para los fabricantes de los vehículos.

A partir de datos de vehículos actuales, se estimó el incremento de energía correspondiente a incluir el 50% de la masa de los pasajeros retenidos con cinturón de 2 puntos (o el 90% cuando el cinturón es de 3 puntos), que debe considerarse como rígidamente unida al vehículo (FASE 3.2.2.).

Según las Directivas 76/115-96/38/CE y 77/541-2000/3/CE, que marcan los requisitos para anclajes de cinturón de seguridad y para sistemas de retención respectivamente (siempre ante impactos frontales) el número mínimo obligatorio de puntos de anclaje para autocares es 2 (cinturones subabdominales) salvo en los asientos expuestos donde se instalarán 3 puntos. Se consideran asientos expuestos aquellos en los que delante del pasajero no exista un asiento (que cumpla los requisitos del Reglamento 80) o una mampara de ciertas dimensiones. Por lo tanto la mayoría de los asientos de un autocar irán con cinturón subabdominal salvo asientos como el del conductor, el de guía y alguna posición como detrás del hueco de escalera. Por lo tanto el incremento de energía será el debido a considerar el 50% de la masa de los pasajeros en el cálculo de la masa total (y altura del centro de gravedad).

Aun en este caso, el incremento de energía calculado (ver Tabla 2), está en torno a un 25-45%. Las estructuras actuales no van a poder absorber ese aumento de energía sin invadir el espacio de supervivencia definido para los pasajeros. Por lo tanto la consecuencia fundamental para los fabricantes de los vehículos es que tienen que modificar las estructuras actuales para poder superar los nuevos requisitos.

En la FASE 3.2.3 ya se analizó la viabilidad técnica presentando algunas soluciones que incrementan la cantidad de energía que es capaz de absorber la superestructura manteniendo la idea de diseño actual (mediante materiales de mayor resistencia, modificando la

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configuración de las uniones estructurales, modificando las secciones de algunos perfiles,…). Entre estas soluciones pueden encontrarse algunas que no modifiquen sustancialmente ni la masa total ni los procedimientos de fabricación actuales.

A modo de ejemplo vamos a recurrir al modelo de simulación del módulo empleado en la FASE 2 para estimar la influencia de los pasajeros retenidos en caso de vuelco. Este módulo está validado con los ensayos presentados dentro de esa fase y realizados dentro del Proyecto Europeo (5º Programa Marco) titulado ECBOS (Enhanced Coach and Bus Occupant Safety).

Usando como base el modelo validado, se realizan seis cálculos: • El primero corresponde a la energía absorbida por el modulo ensayado. • El segundo es el mismo modelo pero suponiendo que no se produce fallo en el

refuerzo entre pilar y travesaño de techo. • El tercero representa un mecanismo de deformación diferente según indica la

siguiente figura: añadiendo un refuerzo más alto a nivel de piso se produce deformación a nivel del larguero de ventana.

• El cuarto corresponde a cambiar los pilares actuales (C 80*40*3) por pilares de sección C 50*50*3 (suponiendo un buen comportamiento de las uniones estructurales y el mismo material).

• El quinto caso representa el cálculo con pilares de sección C 70*70*3 • El sexto caso representa el cálculo con pilares de sección C 80*80*3.

Figura 8. Deformación a nivel de ventana.

CASO Energía ∆E ∆peso

1 7181 0 2 7619 6.1% 0 3 10930 52.2% -refuerzo- 4 7206 0.3% -8.1 5 15168 111.2% 8 6 18792 161.7% 16.1

Tabla 6. Incremento de energía y masa en cada caso analizado

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Como se puede observar a raíz de los resultados obtenidos: • Sin apenas incrementar la masa total es posible mejorar considerablemente el

comportamiento ante vuelco. • Es importante garantizar y comprobar el buen comportamiento de las uniones y sus

refuerzos. • Obligar a que la deformación se produzca a nivel de ventana produce un importante

aumento de energía (interesante para aquellos vehículos con deformación actual a nivel de suelo).

• Algunos diseños pueden aumentar la capacidad de absorber energía incluso disminuyendo el peso. Si además se hubiese considerado un cambio de materiales, esta tendencia sería aún mayor.

Otras soluciones que incorporan nuevos materiales pueden requerir nuevas tecnologías de fabricación y formación de personal cualificado, que pueden conllevar costes añadidos al diseño de un nuevo vehículo.

El cambio puede resultar parecido a la implantación del Reglamento 66 en los años 90, donde por primera vez se establecieron requisitos de resistencia estructural a vuelco a los fabricantes de autobuses. Las soluciones tomadas en aquel momento consistieron en la mayoría de los casos en modificar las secciones de los perfiles empleados y reforzar las uniones estructurales.

Además de la necesidad de establecer modificaciones en los diseños actuales (o realizar

nuevos diseños) se añade el coste de realizar nuevas homologaciones de los vehículos. En el momento de entrar en vigor una modificación del reglamento, el fabricante puede verse obligado a incorporar nuevos diseños para adaptarse al mercado en un tiempo algo anterior al previsto. Este coste será el mismo que para un nuevo modelo de carrocería que se homologue en la actualidad, puesto que las modificaciones en los métodos de ensayo no tienen por qué conllevar ningún aumento de precios respecto a los costes actuales. De todas formas la previsión de incorporar estas modificaciones debe empezar a hacerse ya puesto que la propuesta de aumentar los requisitos estructurales ante vuelco debido a la incorporación de pasajeros retenidos ha sido ya presentada al GSRG para su aprobación y se espera que sea realizada en un futuro no muy lejano.

2º. Para los Laboratorios Oficiales. Las modificaciones propuestas en los métodos de ensayo suponen el diseño o adquisición

de los utillajes que representen la masa de los pasajeros. En cuanto a los métodos de cálculo la introducción de la masa de los pasajeros no supone modificaciones en la metodología actual.

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3º. Aumento en la seguridad pasiva. La obligatoriedad de la utilización del cinturón de seguridad lleva asociado en la actualidad

el cumplimiento de ciertos Reglamentos y Directivas europeas que aseguran la correcta retención en caso de impactos frontales.

En el caso de vuelco, tal y como ya se ha indicado, el hecho de añadir cinturones de seguridad influye considerablemente en el comportamiento estructural. El hecho de que los pasajeros estén retenidos conlleva un incremento de la energía puesta en juego que debe ser absorbido por la superestructura del vehículo.

En los autocares actuales, el hecho de instalar asientos con cinturón de seguridad y el uso de los mismos por parte de los pasajeros, producirá en caso de vuelco una deformación de la estructura mayor a la que se produce sin pasajeros, invadiéndose el espacio de supervivencia definido para ellos en el Reglamento 66. Por lo tanto, si se instalan cinturones de seguridad en los autocares actuales, se está disminuyendo el nivel de seguridad en caso de vuelco.

Figura 9. Deformación en accidentes con vuelco o despeñamiento La situación podría resultar similar a los vehículos diseñados antes de la entrada en vigor

del Reglamento 66, cuando no existían requisitos estructurales en caso de vuelco. Revisando los estudios accidentológicos del cambio que supuso la implantación del Reglamento en

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España (referencias [24] y [25]), se comparan los accidentes con vuelco y/o despeñamiento, sufridos por los vehículos matriculados antes y después de la entrada en vigor del Reglamento 66 (análisis de accidentes ocurridos entre los años 1993 y 1997, con 155 accidentes con vehículos matriculados antes de 1993 y 44 accidentes con vehículos matriculados después de 1993). A pesar de la diferencia en el número de accidentes y las condiciones concretas de cada uno, se observa una tendencia clara a la reducción de las lesiones en los ocupantes del vehículo, desde el punto de vista del número de muertos por accidente, así como del número de muertos por ocupante del autocar.

0.0290.026

0.0480.048

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

Totales En v. interurbanas Totales En v. interurbanas

Mue

rtos/

ocup

ante

s

Hasta 1993 Después 1993 Figura 10. Número de muertos/ocupantes con implicación de autobuses y autocares, en

vuelco y/o despeñamiento, según la fecha de matriculación del vehículo.

La entrada en vigor del Reglamento 66, y por lo tanto establecer requisitos estructurales ante vuelco en los autocares, conllevó una clara mejora en la seguridad pasiva.

Resulta ahora necesario establecer las modificaciones indicadas en el Reglamento, de cara a tener en cuenta la influencia de los ocupantes retenidos. De esta forma el hecho de instalar cinturones de seguridad no va a empeorar el comportamiento a vuelco.

De esta forma se mantendrá el nivel de seguridad actual en cuanto a preservar el espacio de supervivencia en caso de vuelco.

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FASE 4) ANÁLISIS DE LA RESPUESTA DE ASIENTOS Y ANCLAJES ACTUALES EN CASO DE VUELCO

4.4. ENSAYOS DE RESISTENCIA LATERAL SOBRE DISTINTOS TIPOS DE

ASIENTOS Y ANCLAJES. Para la realización de los ensayos se obtiene la colaboración de FAINSA, S.A. y

ASIENTOS ESTEBAN, S.L. y se adquieren asientos de otros fabricantes para ampliar el número de datos. Todos los asientos corresponden a butacas de dos plazas, variando la configuración de los anclajes y el tipo de cinturón.

En una primera fase (resultados entregados en el Informe entregado en marzo de 2003) se

ensayaron 6 tipos distintos de asiento (12 asientos de 2 plazas) con las siguientes configuraciones:

• pata a guía de suelo-lateral a guía pared (3 tipos distintos: 2 con cinturón de 2 puntos –refs. 4120 y 4328- y 1 con cinturón de 3 puntos –ref. 4134-)

• pata atornillada a guía de pasillo-lateral a guía pared (1 tipo con cinturón de 2 puntos –ref. 1125-)

• pata a guía de pasillo (montaje rápido)-lateral a guía pared (1 tipo con cinturón de 3 puntos –ref. 1234-)

• pata a guía de suelo-pata a guía de suelo (1 tipo con cinturón de 2 puntos –ref. 2121-)

El análisis de los resultados obtenidos en esa primera fase de ensayos permite establecer las siguientes conclusiones:

• Como era de esperar hay diferencias considerables entre el ensayo que representa el lado de vuelco (“cerrando”) y el ensayo que representa la deformación en el lado opuesto a vuelco (“abriendo”). El momento a aplicar respecto al eje de giro sobre el nivel de piso es más de tres veces superior en el ensayo “cerrando”. Este aumento de la rigidez lateral de los asientos tiene dos causas: por un lado la rigidez del respaldo (que no influye en el ensayo “abriendo”) y por otro la configuración de los anclajes (patas y sistemas de unión al lateral del vehículo) que presenta comportamiento diferente según la dirección de la carga.

• El comportamiento difiere según el tipo de asiento ensayado. Para configuraciones similares de unión lateral, la unión de la pata (a guía del suelo, a guía de pasillo o anclaje rápido) marca diferencias. Estas diferencias, más que en el valor máximo del momento, se encuentran en la deformación a la que se alcanza ese valor.

• A raíz de los ensayos realizados no se puede establecer ningún criterio de comportamiento de los asientos (en cuanto a la resistencia ofrecida por el asiento) cuando el contacto del respaldo con el lateral del vehículo se produce a distintas alturas. En cuanto a mecanismo de deformación del asiento, cuando el contacto se produce por encima del nivel de ventana (simulando el contacto del asiento con el suelo o con un pilar del vehículo), el respaldo más próximo a la ventana tiene

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tendencia a revirar hacia el interior pudiendo colarse detrás del respaldo adyacente. Esta deformación puede ser excesiva de cara a la seguridad del pasajero.

• Los momentos máximos alcanzados en el Ensayo 1 (“cerrando”) muestran valores máximos de 3000-3500, salvo para un asiento con valores superiores. Solo en dos de ellos el momento máximo se alcanza a un ángulo inferior a 9º (a unos 7º), mientras que en el resto el máximo se produce a más de 15º. Esto hace que la posibilidad de que los asientos influyan en la formación de rótula dependa mucho del tipo de asiento. Teniendo en cuenta que por cada hueco de ventana corresponden al menos dos asientos de dos plazas, para cada pilar “corresponden” casi dos asientos, aumentando el par resistente al vuelco ofrecido por los mismos. Los dos asientos que presentan el momento máximo a un ángulo relativamente pequeño, podrían modificar el comportamiento de la estructura provocando una formación de rótula plástica a una altura superior, lo que permite mayor absorción de energía. El resto de asientos no parece que puedan aportar mucho de cara al mecanismo de deformación pues a ángulos pequeños presentan valores bajos de momento máximo.

• Los momentos máximos alcanzados en el Ensayo 2 (“abriendo”) son bastante menores salvo en el asiento con unión lateral más rígida. Un buen diseño de estas uniones (así como las patas del asiento) podría modificar considerablemente el comportamiento de los mismos.

• Los ensayos se realizaron sobre utillajes rígidos. Las deformaciones en las patas y uniones laterales al vehículo durante el ensayo de resistencia lateral del asiento difieren en función del tipo del asiento ensayado. Estas deformaciones pueden ser considerables y, dependiendo del sistema de anclaje en el vehículo (guías, pinzas,…), puede hacer que se produzca el fallo en la unión. Por tanto, debido a las deformaciones encontradas en las patas, los anclajes laterales y tornillos del asiento deberían analizarse para comprobar su eficacia.

• Las fuerzas calculadas para los anclajes de cinturón ante solicitación lateral, se alcanzan y mantienen en todos los ensayos realizados, incluso cuando esta fuerza se aumenta para representar una aceleración de hasta 4.5 g’s. Parece adecuado pensar que la correcta retención del pasajero depende más de que el asiento aguante en un primer momento la deformación que le llega a través de la estructura.

En este informe se presentan los resultados de una nueva tanda de ensayos con los que se pretende:

• Obtener la relación entre la rigidez del asiento abriendo y cerrando con independencia del respaldo (ensayo 1127C) para estimar la rigidez correspondiente a la bancada (más sistema de anclaje) de la correspondiente al respaldo.

• Analizar el comportamiento de las uniones a guías laterales mediante pinzas o mordazas, puesto que no se disponía de asientos con esta configuración en la tanda anterior de ensayos (asiento con ref. 4233).

• Obtener curvas completas de comportamiento, por lo que no se realizan los ensayos de anclaje de cinturón sobre asientos excesivamente deformados.

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• Duplicar resultados en asientos con configuración pata-pata (pues solo se disponía de un modelo). En estos asientos, el contacto con el vehículo para el asiento situado en el lado de vuelco, se produce solo en el respaldo del mismo (bien a nivel de ventana o en una posición superior).

• Ampliar y consolidar resultados en la configuración más habitual con asientos de otros fabricantes (guía suelo/pasillo – guía pared, con los asientos 4126 y 1127).

Se añaden 4 modelos de asientos (8 asientos de 2 plazas en total) con las siguientes configuraciones:

• pata a guía de pasillo -lateral a guía pared (con cinturón de 2 puntos, ref. 1127 al ser la configuración más habitual).

• pata a guía de suelo – lateral a guía pared (con cinturón de 2 puntos, ref. 4126) • pata a guía de suelo – lateral pinza a pared (con cinturón de 3 puntos, ref. 4233) • pata a guía de suelo – pata a guía de suelo (con cinturón de 2 puntos, ref. 2122)

Juntando los ensayos realizados anteriormente con los ensayos que se van a realizar

sobre los nuevos asientos se genera la siguiente matriz de ensayos total:

Tabla 7. Matriz de ensayos sobre asientos.

Ref. Anclajes Cinturón Ensayo asiento Contacto con respaldo Ensayo cinturón4120* guía suelo - guía pared 2 puntos Cerrando 950 mm sobre piso 3.3 g's

Guía pasillo - guía pared Abriendo ---- 3.3 g'sCerrando 980 mm sobre piso 3.3 g's

Guía rápida pasillo - guía pared Abriendo ---- 3.3 g'sCerrando 1000 mm sobre piso 3.3 g's + 4.5 g's

pata - pata Cerrando 990 mm sobre piso 3.3 g'sCerrando 630 mm sobre piso (ventana) ---

guía suelo - guía pared Abriendo ---- 3.3 g'sCerrando 1000 mm sobre piso 3.3 g's

guía suelo - guía pared Abriendo ---- 3.3 g's + 4.5 g'sCerrando 990 mm sobre piso 3.3 g's + 4.5 g'sCerrando 640 mm sobre piso (ventana)

guía suelo - guía pared Abriendo ---- ---Cerrando 600 mm sobre piso (ventana) ---

guía suelo - mordaza a pared Abriendo ---- ---Cerrando 605 mm sobre piso (ventana) ---

Guía pasillo - guía pared Abriendo ---- ---Cerrando solo unión del asiento ---

pata - pata Cerrando 1020 mm sobre piso ---Cerrando 600 mm sobre piso (ventana) 3.3 g's

* Ensayo de prueba para comprobar el funcionamiento de los utillajes y el equipo de medida.

1125

1234

2121

4328

2 puntos

4134

4126

4233

1127

2 puntos2122

MATRIZ DE ENSAYOS

2 puntos

3 puntos

2 puntos

2 puntos

3 puntos

2 puntos

2 puntos

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4.4.1. Asientos situados del lado de vuelco.

Se realiza el Ensayo 1 (ensayo de resistencia lateral sobre asiento y su anclaje “cerrando”) (ver Anexo III del presente Informe Técnico).

A raíz de los resultados de los ensayos anteriores donde los anclajes de cinturón parecen soportar sin esfuerzo las cargas que le llegan a través de los pasajeros durante el vuelco, no se realizan estos ensayos (salvo para la configuración pata-pata) para obtener curvas más completas del comportamiento de los asientos ante la deformación estructural.

La altura seleccionada varía en función del ensayo: representando el contacto del respaldo con el suelo casi en el extremo del mismo o bien suponiendo contacto a nivel del larguero de ventana. También se ha ensayado el caso en que todo el empuje le llega al asiento a través de su unión al lateral del vehículo. Este último caso no es del todo real (aunque la deformación del vehículo se produzca a partir del nivel de la ventana, se producirá contacto con la parte superior del respaldo), pero se realiza a nivel de análisis del comportamiento del asiento.

En el Anexo I del presente Informe Técnico se incluyen las hojas de toma de datos de esta última tanda de ensayos. En el Anexo II se presentan las medidas obtenidas en cada ensayo mediante la curva directa de Fuerza aplicada y desplazamiento medido en cada sensor de hilo y como la curva Momento/ángulo girado calculada respecto al eje de giro del utillaje (que representa una deformación del lateral del vehículo a nivel de piso).

Durante la realización de los ensayos se observan los siguientes resultados:

• Pinzas o mordazas. Se observa que el momento máximo alcanzado por el asiento con ref. 4233 está en torno a 2500 Nm siendo el más bajo de todos los asientos ensayados. La mordaza no se llega a soltar de la guía pero la deformación de la guía del lateral del vehículo es elevada al detener el ensayo. Parece menos recomendable que el resto de configuraciones.

• Curvas completas. Se observan diferencias considerables en los comportamientos de los diversos asientos ensayados. El momento máximo se produce para distintos ángulos de giro del utillaje. En caso de la configuración pata-pata, el instante donde se produce el contacto del lateral con el asiento depende de la distancia entre el asiento y el lateral y siempre existe un primer intervalo en que no hay contacto (y por tanto el asiento no ofrece resistencia a la deformación). Las curvas si presentan un comportamiento similar: se produce un primer momento de ascenso, más o menos lineal y prolongado, hasta alcanzar el momento máximo (con valores dispersos entre 2500 y 6000 Nm en función del asiento). Tras alcanzar ese momento se produce una bajada generalmente suave. Estas curvas son similares en forma a las curvas clásicas de formación de rótula plástica de los perfiles que conforman los pilares.

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0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 10 20 30 40

(º)

Nm

4134C1234C1125C4328C2121C4126C2122C1127C4233C

Figura 11. Curvas cerrando respecto al eje de giro del utillaje

• Contacto del respaldo a distintas alturas. La siguientes curvas muestran la respuesta momento/ángulo de los asientos que se han ensayado representando el contacto a distintas alturas: los que tienen como identificación la letra C representan el contacto de la parte superior del respaldo (o apoyacabezas integrado) con el suelo o el pilar del vehículo y los que tienen como identificación la letra C2 representan el contacto a nivel de ventana. Se ha eliminado la primera zona de la curva de los modelos con configuración pata-pata donde no se produce contacto con el lateral. Se observa la diferencia de rigidez de los asientos en función de la zona de contacto, siendo superior tanto la pendiente inicial como el momento máximo al producirse contacto más arriba. En el ensayo 2121C se observa esta tendencia a tener mayor pendiente y momento hasta que se produce un colapso resultando un momento máximo menor que en el ensayo 2121C2 con contacto más abajo.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 10 20 30

(º)

Nm

2121C22121C4134C24134C2122C-cero2122C2-cero

Figura 12. Todas las curvas Momento-ángulo con el contacto respaldo a distinta altura

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Figura 13. Ensayos última tanda de asientos lado de vuelco

4.4.2. Asientos situados en el lado opuesto al vuelco.

Se realiza el Ensayo 2 (ver el Anexo III del presente Informe Técnico) sobre todos los asientos con unión al lateral del vehículo, observándose los siguientes resultados:

• Pinzas o mordazas. Se observa que el momento máximo alcanzado por el asiento con ref. 4233 (con unión al lateral del vehículo mediante mordazas) presenta un resultado similar al del resto de asientos ensayados (salvo el 4134 que por su diseño de unión lateral presenta una resistencia superior al del resto). Todas las uniones a lateral ensayadas se deforman y la guía en este caso no parece presentar una peor situación. Hay que hacer notar que la mordaza ensayada se cierra mediante un tornillo de fijación que, ayudado por el diseño de la guía, ha impedido que la pinza se escape.

• Curvas completas. La diferencia fundamental se observa para uno de los asientos (4134) que por su configuración casi rígida del elemento de unión a lateral presenta una resistencia de casi el doble que el resto de los asientos ensayados. En el resto de asientos el comportamiento es similar, dependiendo el valor de la pendiente inicial y el momento máximo alcanzado del diseño de la unión al lateral y de la forma de fijar la pata al vehículo. En todos los asientos ensayados se produce la deformación (girando) en el tornillo de unión de la pata al asiento. Es de esperar que un cambio en el diseño de esa zona, así como un cambio de la unión con el lateral del vehículo pueden aumentar considerablemente la rigidez del asiento.

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0200400600800

100012001400160018002000

0 10 20 30 40

(º)

Nm

4134A1234A4328A1125A4126A1127A4233A

Figura 14. Todas las curvas Momento-ángulo (“abriendo”) resp. al eje de giro del utillaje

• Comportamiento abriendo y cerrando. El asiento con ref. 1127 se ensaya abriendo y cerrando sin contacto con el respaldo. De esta forma se puede comparar el comportamiento de los soportes en ambas direcciones (unión a lateral y pata) puesto que el asiento prácticamente no se deforma. Como se observa el comportamiento del asiento cerrando es mejor que abriendo aun sin contacto con lateral.

0250500750

10001250150017502000

0 10 20 30 40(º)

Nm 1127A

1127C

Figura 15. Contraste “abriendo-cerrando” sin contacto.

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Figura 16. Ensayos última tanda de asientos lado opuesto al vuelco 4.4.3. Comportamiento de los sistemas de anclaje del vehículo.

Los sistemas de anclaje en el vehículo (guías a nivel de ventana, suelo y/o pasillo, así como la zona de fijación en el piso) actualmente se diseñan para soportar los requisitos impuestos por el Reglamento 80 o la Directiva 74/408-96/37/CE relacionados con los requisitos para asientos y sus anclajes ante impactos frontales.

Se puede seleccionar entre un ensayo dinámico, con un pasillo de deceleración media entre 6.5 y 8.5 g’s o un ensayo estático. El ensayo dinámico se puede realizar con el asiento montado en plataforma rígida o en un módulo representativo del piso del vehículo. En este segundo caso se validan conjuntamente el asiento y el sistema de anclaje.

La segunda opción (más económica) es realizar el ensayo estático sobre el anclaje del vehículo. Consiste en aplicar una fuerza F de 5000 N, a 750 mm sobre el suelo sobre el respaldo y hacia delante (representando el empuje de un pasajero suelto situado detrás).

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AUXILIAR

RR

α

750 mm

HIBRYD II O IIIASIENTOENSAYADO

Módulo del piso

Dinámico 1 –anclajes- Dinámico 2 –anclajes-

+

Estático para anclajes de asiento

o

AUXILIAR ASIENTOENSAYADO

Módulo del piso

v=30-32 km/hv=30-32 km/h

Plano de referencia

ASIENTO RÍGIDO

H 1H1 =0.750

F

MÓDULO DE LA ESTRUCTURA DEL VEHÍCULO(Anclaje de asiento)

RETENIDO

Figura 17. Resumen ensayos anclaje de asiento.

En el caso de asientos con cinturón de seguridad, bien sean de 2 ó 3 puntos, los requisitos los marca la Directiva 76/115-96/38/CE relativa a los requisitos para los anclajes de cinturón de seguridad ante impactos frontales. Se realiza un ensayo de tracción sobre los anclajes del cinturón, empleando utillajes que simulen las caderas y el torso del pasajero. Los ensayos se realizan con el asiento montado en un módulo representativo del piso del vehículo, por lo que además de los anclajes de cinturón (que en autocares van siempre fijados a la propia estructura del asiento) se ensaya la resistencia del propio asiento y de los anclajes del asiento al vehículo. Las fuerzas de ensayo dependen del tipo de cinturón (2 ó 3 puntos). En caso de un asiento con sistema de anclaje para cinturón de 3 puntos, el ensayo indicado se puede sustituir por el ensayo dinámico para asientos y anclajes si el asiento auxiliar llevaba un maniquí retenido con cinturón de 3 puntos (pasando de ser asiento auxiliar a asiento ensayado también).

Los niveles de esfuerzo que llegan al anclaje de asiento en los ensayos de anclaje de cinturón son superiores que en los ensayos de anclaje de asiento. De hecho en la propia reglamentación se indica que si se han superado los requisitos de la Directiva 76/115-96/38/CE, es decir, si se han comprobado los requisitos de anclaje de cinturón, no es necesario realizar los ensayos para comprobar los requisitos de anclaje de asiento.

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RR

F

(2 puntos) anclaje de cinturón

F = 740 daN+6.6*peso plaza

RR

F



RR


FF


RRRRRR


FF


Dinámico 2 –anclajes-

ó R80

AUXILIARY TEST SEAT

Vehículo omódulorepresentativo

CINTURÓN 3 PUNTOS

V=30/32 km/h

Figura 18. Resumen ensayos anclaje de cinturón.

En una primera aproximación, basándonos en los resultados de estudios previos a la implantación de los cinturones de seguridad (referencia [27]), para un asiento tipo de dos plazas, con configuración pata-pata el valor máximo que tiene que soportar un tornillo (de fijación trasera de la pata al piso) en función del ensayo que se realice resulta:

Cada tornillo

trasero Estático para

asiento Estático para

anclaje asiento Anclaje cint.

2 puntos Anclaje cint.

3 puntos Tracción (N) 12710 15080 17345 27480 Cortante (N) 3010 2585 4265 5042 Resultante 13062 15300 17862 27939

Tabla 8. Esfuerzos en tornillo de anclaje a piso según ensayos de reglamentación.

Estos resultados pueden variar en función de la configuración del asiento y del sistema de anclaje. Pero el orden de valores indica que los ensayos de anclaje de cinturón son claramente más desfavorables para la fijación en el vehículo (especialmente en asientos con cinturón de 3 puntos).

Por lo tanto los anclajes y la zona de piso diseñados para anclar los asientos con cinturón de seguridad que cumplan la reglamentación actual, ya deben ser modificados respecto a los anclajes diseñados previamente en vehículos con asientos sin cinturones.

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Trataremos ahora de analizar si sería además necesario modificar esos sistemas de anclaje, que tienen que ser reforzados para soportar los esfuerzos que suponen la retención frontal de los pasajeros, para proporcionar una retención adecuada en caso de vuelco.

Para analizar el comportamiento de los sistemas de anclaje actuales, se sigue la siguiente metodología:

• Estimación de los esfuerzos que llegan al sistema de anclaje del asiento y piso del vehículo en los ensayos realizados para caracterizar el comportamiento lateral de los asientos. Mediante modelos sencillos de simulación, se representan mediante muelles no-lineales los asientos ensayados. Se ajusta la rigidez de los mismos hasta obtener en el modelo de cálculo la curva Momento/ángulo de cada ensayo. Como resultado del cálculo se obtienen las reacciones en los puntos de anclaje.

• Modelización de los sistemas de anclaje. Se seleccionan los sistemas de fijación al vehículo más habituales en el mercado (al menos una guía para piso, otra para pasillo y otra para ventana). Se realiza una simulación detallada mediante el método de elementos finitos.

• Análisis. Se aplican las cargas en los modelos de simulación de los sistemas de fijación. De esta forma se representan los esfuerzos que le llegan a partir de la deformación de la estructura.

4.4.3.1. Estimación de los esfuerzos que pueden llegar en caso de vuelco

Los esfuerzos que llegan a los anclajes de los asientos se producen en dos etapas (de la misma forma que en los asientos): en primer lugar llega el esfuerzo al asiento por parte de la estructura y en segundo lugar el esfuerzo al asiento a través de los anclajes de cinturón.

Los ensayos se han realizado con los asientos fijados rígidamente al banco de ensayos. No se han empleado las guías ni sistemas de fijación del vehículo (salvo en el caso unión a lateral mediante pinza o mordaza, en el que se fijó la guía original del vehículo en el utillaje de ensayo).

Se realiza un modelo de simulación por elementos finitos que representa los ensayos realizados de la siguiente forma: • Mediante elementos barra se representa el utillaje de ensayo. • Para los ensayos “abriendo” se representa el asiento mediante dos muelles no-lineales

fijados entre el utillaje de ensayo y el suelo. Un muelle se representa entre la posición del tornillo trasero de fijación al lateral y el tornillo trasero de la fijación de la pata al piso. El otro se representa entre las posiciones delanteras de los tornillos de fijación al lateral y al pasillo.

• Se restringen todos los grados de libertad en las posiciones de la pata (representando el piso como rígido).

• Se restringen todos los grados de libertad menos el giro según el eje del utillaje en los nodos inferiores del utillaje.

• Se aplica el giro en el eje.

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Partiendo de una curva inicial de rigidez para los muelles, se realiza un proceso iterativo de ajuste de la rigidez de los mismos hasta obtener la curva Momento/ángulo que se obtuvo en cada uno de los ensayos.

Una vez obtenidas las rigideces de los asientos, se utilizan los resultados de los modelos que representan los ensayos 1127A y 1127C. El ensayo “cerrando” se realizó sin contacto ni a nivel de ventan ni a nivel de respaldo. De esta forma la rigidez ajustada en este modelo corresponde a la parte inferior del asiento. Se encuentra que el asiento es aproximadamente 1.8 veces más rígido cerrando que abriendo. Se emplea este factor para introducir la curva de los muelles en la parte inferior para los modelos que representan los ensayos cerrando.

Figura 19. MEF para calcular rigidez en los asientos y esfuerzos en los amarres.

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Se añade en los modelos del lado de vuelco un tercer muelle que representa la rigidez que opone el asiento en contacto con ventana o en la parte superior del respaldo.

Ese muelle se une al utillaje a la altura en la que se representó el contacto en el ensayo. En lado de pasillo se introducen dos barras rígidas a la altura del amarre al lateral, para aislar la rigidez de ambas zonas (respaldo y base de asiento).

La rigidez de ese tercer muelle se ajusta también mediante un proceso iterativo hasta obtener la curva momento/ángulo que se obtuvo en los ensayos.

La Fig. 10 muestra tres de los modelos realizados (uno abriendo, otro con contacto a nivel de ventana y otro con contacto en la parte superior del respaldo). Además del modelo se incluye la deformada obtenida (a unos 25º, pues se calculó la curva hasta 30º), así como la curva Momento/ángulo obtenida.

La siguiente tabla muestra los esfuerzos obtenidos en cada uno de los cuatro puntos de fijación del asiento (2 en lateral y 2 en pasillo).

ttras Fy Ftrans Flong tdel Fy Ftrans Flong1125A 1272 -5266 -385 1125A 1269 -5252 -5021234A 1444 -4848 1090 1234A 1447 -4860 10384328A 1417 -5018 -413 4328A 1410 -4993 -6464134A 3765 -17777 7947 4134A 3747 -17694 81184233A 1292 -4606 -2078 4233A 1307 -4659 -19321127A 1261 -4677 -1944 1127A 1274 -4724 -1805

ttras Fy Ftrans Flong tdel Fy Ftrans Flong1125C -3953 16364 1195 1125C -2700 11178 10681234C -5076 17047 -3831 1234C -4237 10296 -91814328C -3925 13901 1145 4328C -2902 10279 13304134C -6217 29356 -13124 4134C -4237 20010 -91814134C2 -5825 27509 -12298 4134C2 -4197 19821 -90944233C -3770 13441 6065 4233C -3715 13245 54921127C -2275 8437 3507 1127C -2300 8529 3258

Fy: Dirección vertical respecto al asiento ttras tornillos traserosFtrans: Dirección transversal al asiento tdel tornillos delanterosFlong: Dirección de marcha del vehículo

"abriendo": lado opuesto a vuelco

"cerrando": lado de vuelco

Donde:

Tabla 9. Esfuerzos a aplicar en los puntos de fijación del asiento al vehículo.

Se han calculado como el valor máximo que se produce dentro del intervalo de giro del

utillaje entre 0º y 19º. Se observa lo siguiente: • Como era de esperar los esfuerzos obtenidos son bastante superiores (unas 3 veces)

cuando se representa el lado de vuelco (cerrando) que el lado opuesto a vuelco (abriendo).

• Para el caso de los ensayos “abriendo” todos los valores son muy similares, exceptuando el asiento con referencia 4134, que como ya se indicó en los ensayos, debido a su diseño de unión al lateral presenta un comportamiento mucho más rígido que el resto.

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• Para el caso de los ensayos “cerrando” (exceptuando el asiento 1127 en el que no se produjo contacto ni a nivel de ventana ni en la parte superior del respaldo) también se obtienen valores muy similares exceptuando el mismo asiento 4134. En este caso la diferencia es inferior que cuando el ensayo se realiza abriendo.

• Para el asiento 4134 se ha representado y ensayado contacto a nivel de ventana (C2) y en la parte superior del respaldo (C). Como puede observarse los esfuerzos que llegan a los puntos de fijación son algo inferiores cuando el contacto se produce a nivel de ventana.

• Puesto que los tornillos trabajan mejor a tracción que a compresión, la posición de los tornillos va a influir considerablemente en la forma de soportar los esfuerzos. Las fijaciones al lateral del vehículo van siempre con el tornillo en posición transversal, por lo tanto el mayor esfuerzo que llega por la deformación de la estructura en vuelco se traduce en tracción sobre el tornillo. En el caso del pasillo existen dos situaciones: cuando la fijación va a piso o guía de piso el tornillo se sitúa en posición vertical, por lo que los mayores esfuerzos le llegan a cortadura. Cuando la fijación se produce en guías situadas en el pasillo, el tornillo se sitúa en posición transversal lo que es más favorable pues el mayor esfuerzo lo soportará a tracción. Habrá que ver si para las guías también es más favorable una posición u otra.

• Suponiendo el tornillo en posición transversal, el valor promedio para abriendo (quitando el asiento más rígido) es de unos 4900 N a tracción y 1850 N a cortadura. El valor promedio para cerrando (quitando el asiento más rígido) es de unos 15000 N a tracción y 5500 N a cortadura. Estos valores son similares a los obtenidos en un ensayo de anclaje de cinturón de 2 puntos.

• En la mejor situación de tornillos en posición transversal, el valor máximo obtenido es de unos 30000 N a tracción y 14500 N a cortadura (asiento 4134 cerrando). Para asientos de elevada rigidez se tiene un nivel de esfuerzos similar a los obtenidos para un ensayo de anclaje de cinturón de 3 puntos.

• Para tornillos en posición vertical, el valor promedio para abriendo (quitando el asiento más rígido) es de unos 1350 N a tracción y 5000 N a cortadura. El valor promedio cerrando (quitando el asiento más rígido) es de unos 4000 N a tracción y 15000 N a cortadura.

• Para tornillos en posición vertical, el valor máximo obtenido es de unos 6000 N a tracción y 32000 N a cortadura (asiento 4134 cerrando con contacto en la parte superior del respaldo). Para asientos de elevada rigidez se obtienen unos esfuerzos que requieren un tornillo de al menos métrica M12 y calidad 8.8.

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4.4.3.2. Selección de sistemas de anclaje y modelos de simulación Para comprobar el comportamiento de los sistemas de anclaje, se realiza un modelo que

representa la zona de un autocar donde va fijado el asiento. La estructura de esta zona coincide con la del vehículo seleccionado como representativo. Se realiza el modelo de los perfiles con elementos placa.

Se introduce en el modelo una guía lateral de aluminio y una guía en el pasillo que sirve

para fijar en posición vertical y transversal. Las guías se realizan en elementos volumétricos.

Figura 20. Detalle guía piso/pasillo. M.E.F.

Figura 21. Detalle guía lateral M.E.F.

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Figura 22. Modulo M.E.F.

4.4.3.3. Análisis de resultados

Se aplican los esfuerzos calculados para los puntos de fijación (tabla 9) en el modelo de

elementos finitos del módulo con las guías. En el módulo representado pueden situarse dos filas de asientos. Se aplican los esfuerzos en la posición más retrasada.

Se comprueban los siguientes casos de carga:

• CASO 1: Asiento común situado en el lado opuesto a vuelco. Fijación de la pata en vertical. Se aplican los esfuerzos medios obtenidos en los puntos de amarre calculados a partir de los ensayos “abriendo”.

• CASO 2: Asiento común situado en el lado opuesto a vuelco. Fijación de la pata transversal. Se aplican los esfuerzos medios obtenidos en los puntos de amarre calculados a partir de los ensayos “abriendo”.

• CASO 3: Asiento rígido situado en el lado opuesto a vuelco. Fijación de la pata vertical. Se aplican los esfuerzos medios obtenidos en los puntos de amarre para el asiento más rígido a partir del ensayo “abriendo”

• CASO 4: Asiento rígido situado en el lado opuesto a vuelco. Fijación de la pata transversal. Se aplican los esfuerzos medios obtenidos en los puntos de amarre para el asiento más rígido a partir del ensayo “abriendo”

• CASO 5: Asiento común situado en el lado de vuelco. Fijación de la pata en vertical. Se aplican los esfuerzos medios obtenidos en los puntos de amarre calculados a partir de los ensayos “cerrando”.

• CASO 6: Asiento común situado en el lado de vuelco. Fijación de la pata transversal. Se aplican los esfuerzos medios obtenidos en los puntos de amarre calculados a partir de los ensayos “cerrando”.

• CASO 7: Asiento rígido situado en el lado opuesto a vuelco. Fijación de la pata vertical. Se aplican los esfuerzos medios obtenidos en los puntos de amarre para el

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asiento más rígido a partir del ensayo “cerrando” con contacto en la parte superior del respaldo (peor caso para el sistema de fijación que cuando el contacto se produce a nivel de ventana).

• CASO 8: Asiento rígido situado en el lado opuesto a vuelco. Fijación de la pata transversal. Se aplican los esfuerzos medios obtenidos en los puntos de amarre para el asiento más rígido a partir del ensayo “cerrando” con contacto en la parte superior del respaldo (peor caso para el sistema de fijación que cuando el contacto se produce a nivel de ventana).

En todos los casos de carga se sujeta el módulo en la parte inferior, dejando el lateral libre.

Hay que hacer notar que no se ha introducido el comportamiento plástico de los materiales y que no se ha aplicado desplazamiento en el lateral del modulo (suponiendo que el esfuerzo llega solo por parte del asiento). En el Anexo IV se presentan los resultados obtenidos en cada caso (salida tensional). Se pueden establecer las siguientes conclusiones:

• Como era de esperar el peor resultado se da para asientos situados del lado de vuelco, donde se produce contacto con el respaldo además de la unión del asiento al lateral mediante la guía de fijación.

• Para la mayoría de los asientos se observan concentraciones de tensión en los puntos de aplicación de carga en las guías (especialmente en los asientos situados en el lado de vuelco, que pueden deformar la estructura en esa zona).

• Para un asiento más rígido situado en el lado de vuelco el comportamiento del sistema de fijación puede no resultar adecuado. La guía de ventana podría deformarse y/o romperse provocando que se salga el tornillo. Lo mismo puede ocurrir en la guía de pasillo, especialmente cuando se fija en posición transversal (hay que hacer notar que la guía seleccionada es más débil en esta posición que en la posición vertical).

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4.5. VALORACIÓN DE LA SITUACIÓN DE LOS ASIENTOS Y ANCLAJES ACTUALES EN RELACIÓN CON SU RESISTENCIA LATERAL. CONSECUENCIAS DE LA APLICACIÓN OBLIGATORIA DEL ENSAYO PROPUESTO.

4.5.1. Necesidad de establecer requisitos de resistencia lateral sobre los asientos, sus anclajes y anclajes de cinturón.

4.5.1.1. El asiento como sistema de retención lateral en caso de vuelco.

A raíz de los resultados obtenidos en los ensayos de caracterización realizados, se observa que la deformación producida en los asientos se debe principalmente a la deformación transmitida por la estructura del autocar. La deformación transmitida por los pasajeros retenidos se realiza en sentido opuesto y normalmente se traducirá en recuperar parte de la deformación plástica producida tras el primer mecanismo de deformación.

Los anclajes de los cinturones de seguridad de los asientos ensayados (representativos de

los que existen en el mercado español) no presentan problemas para soportar los esfuerzos transmitidos por los pasajeros retenidos.

La deformación obtenida en los asientos se debe, por lo tanto, en mayor medida a la propia

deformación de la estructura (y como se transmite esta a los asientos) que al hecho de que los pasajeros estén retenidos. En caso de accidente el comportamiento del asiento se prevé que será similar al comportamiento actual con pasajeros sin retener.

Figura 23. Deformaciones de sistemas de anclaje en vuelco sin retener. La diferencia consiste en que por el hecho de llevar cinturón de seguridad el asiento debe

considerarse como un sistema de retención, mientras que los asientos que circulan actualmente sin cinturón no actuaban como tal en caso de vuelco (puesto que los pasajeros salían despedidos impactando contra distintas partes del interior del vehículo). Al ser un

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sistema de retención, resulta necesario asegurar mediante unos requisitos mínimos para asegurar la correcta retención de los pasajeros.

Absorción de energía Ante un ensayo de vuelco un maniquí retenido no va a impactar con los asientos. El único

pasajero que va a impactar con un obstáculo va a ser siempre el pasajero situado en el lado de vuelco que lo hará contra las ventanas (o el suelo en caso de rotura) o uno de los pilares. No resulta necesario, por lo tanto, establecer criterios de absorción de energía en los asientos en este sentido.

Criterios de lesión En cuanto a criterios de lesión en los pasajeros, estos solo podrían determinarse mediante

ensayos dinámicos con maniquíes instrumentados. Van a venir definidos por la forma de efectuar la retención del asiento+cinturón. Para estimar la necesidad de establecer criterios en este sentido, recurrimos a la bibliografía existente.

En los estudios analizados (L. Martínez, F. Aparicio, A. García, J. Páez, G. Fernández.

“Improving occupant Safety in Coaches Rollover.” IJCrash 2003 Vol.8 No. 2 pp. 121-132. L. Martínez, F. Aparicio, G. Fernández, L.J. Guerra, E. Alcala. “Effectiveness of restrain systems in bus rollover.” 33rd Meeting of Bus and Coach Experts. International Conference on Vehicle Safety. September 2002) analizaron el comportamiento ante los diversos criterios de lesión existentes de los pasajeros sometidos a vuelco en función de su posición en el vehículo (P1: ventana lado vuelco, P2: pasillo lado vuelco, P3: pasillo lado opuesto vuelco y P4: ventana lado opuesto vuelco) y del sistema de retención (sin cinturón, 2 puntos y 3 puntos). Mediante modelos de simulación validados con ensayos reales (basándose en un modelo de autocar y asiento tipo con buen comportamiento ante vuelco), determinaron que:

• Para pasajeros retenidos mediante cinturón todos los criterios de lesión están por debajo de los límites excepto para el pasajero situado en la posición P1 (en la ventana del lado de vuelco).

• La utilización de cinturón de seguridad elimina la proyección del pasajero en caso de vuelco y reduce la severidad de los criterios de lesión (MAIS 2 y MAIS 3) en pasajeros situados en las posiciones P2, P3 y P4 (todas menos justo el pasajero situado en la ventana del lado de vuelco).

• Se produce una extensión lateral del cuello que no puede determinarse mediante los maniquíes actuales.

• Para pasajeros situados junto a la ventana en el lado de vuelco sería necesario añadir algún elemento que evite el contacto con la misma (como un airbag lateral).

Para que la presencia de cinturones asegure una correcta retención y los resultados

biomecánicos previstos por los citados estudios (aunque aún queda pendiente la seguridad del pasajero situado en la ventana del lado de vuelco), parece que el requisito fundamental es asegurar la resistencia del asiento y sus anclajes (del cinturón y al vehículo) ante vuelco.

Resistencia de asientos y sus anclajes así como anclajes de cinturón Los ensayos de caracterización realizados representan la peor situación para el asiento:

cuando la estructura se deforma a nivel de piso. Se pueden extraer las siguientes conclusiones:

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• Las deformaciones producidas fundamentalmente se producen como un giro en los

puntos de unión de la pata al asiento o al piso, deformación de la unión a ventana y deformación del respaldo de la plaza que está en el lado de vuelco (cuando hay contacto entre este y algún elemento –perfil de ventana, pilar o suelo-).

• No se han observado roturas o aristas vivas que puedan aumentar el riesgo de lesión.

• El asiento (fijado a estructura rígida) no presenta fallos que hace que se suelte del vehículo.

• Los anclajes de cinturón y los cinturones superan los requisitos de ensayo aplicados (con un deceleración lateral entre 3.3 y 4.5 g’s).

Por lo tanto parece que en lo que a los asientos y anclajes de cinturón se refiere, los

esfuerzos producidos en el vuelco pueden ser soportados por los asientos actuales. Habría que analizar más adelante qué ocurre ante cargas combinadas (fronto-lateral).

En cuanto a los sistemas de anclaje del asiento al vehículo para la mayoría de los asientos

ensayados no se prevé un fallo que haga que falle la retención del mismo. En asientos más rígidos sí podría resultar necesario establecer algún requisito de resistencia lateral. • Por un lado, un asiento con estructura rígida puede necesitar unos tornillos de fijación

de características superiores a las del ensayo frontal (dependiendo de la situación y orientación de los tornillos).

• Por otro lado las guías, tanto de fijación a piso o pasillo como al lateral del autocar (normalmente perfiles de aluminio conformado que se fijan mediante tornillos a distintas distancias a perfiles de acero del vehículo) pueden no soportar en todos los casos los esfuerzos ante un ensayo de vuelco.

Podría resultar necesario establecer requisitos para asegurar la correcta retención de los

asientos.

4.5.1.2. El asiento como elemento capaz de absorber energía en caso de vuelco

Además de considerar el asiento como sistema de retención lateral, si el fabricante del vehículo decidiese incluir los asientos como parte estructural para los cálculos según el Reglamento 66, es decir, como elementos capaces de absorber energía (bien por sí mismos o por modificar el mecanismo de deformación de la estructura del autocar en caso de vuelco), sería necesario realizar ensayos de caracterización de su comportamiento para incluirlos en los modelos de cálculo.

Esta medida resultará necesaria especialmente cuando entre en vigor la última

modificación propuesta al Reglamento 66 en la que se incluye el efecto de la masa de los pasajeros retenidos. Los ensayos se realizarán con los asientos y las masas de los pasajeros retenidas en ellos. En los modelos de cálculo deberán incluirse también las masas de los pasajeros (la parte proporcional que debe considerarse como rígidamente unida, un 50% de su masa para cinturón subabdominal).

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4.5.2. Definición de requisitos y selección de posibles ensayos.

4.5.2.1. Requisitos como sistema de retención Como ya se ha comentado se considera necesario establecer requisitos sobre los sistemas

de anclaje del asiento al vehículo para asegurar que retienen correctamente el asiento (y a su pasajero) en caso de vuelco.

Ante cualquiera de las opciones de ensayo definidas a continuación sobre el sistema de

retención (guía más tornillos y otros elementos que se utilicen para fijar el asiento al vehículo) se pueden producir roturas y/o deformaciones parciales siempre y cuando se asegure que la butaca seguiría unida al asiento, es decir, debe mantenerse al menos alguno de los elementos de fijación en cada zona (piso, pasillo y lateral del vehículo)

Como posibles ensayos para determinar la retención de los pasajeros mediante los asientos

tenemos: Opción 1. Introducir requisitos en los asientos y sus anclajes en el ensayo de vuelco del

Reglamento 66 La primera opción para comprobar que se retiene de forma adecuada a los pasajeros sería

aprovechar el ensayo a vuelco de un vehículo o un módulo representativo según la nueva propuesta de modificación del Reglamento 66, con los asientos instalados y fijados a los anclajes originales del vehículo y sobre cada asiento situar:

a) maniquíes instrumentados. b) dispositivos representando su masa, fijos en los asientos. En el primer caso podría asegurarse la correcta retención del pasajero, no solo mediante la

observación del comportamiento del conjunto asientos + anclajes, sino mediante los criterios de lesión medidos en los maniquíes. Esta opción resulta muy costosa y además hoy día no hay maniquíes validados ante comportamiento lateral (como el criterio de extensión del cuello comentado anteriormente) por lo que parece más adecuado mantener la segunda opción.

En ambos casos debería comprobarse que el asiento continúa retenido por sus anclajes y

que las roturas o deformaciones producidas no aumentan el riesgo de lesión. Puesto que se pretende comprobar el comportamiento de los sistemas de fijación podría

pensarse en sustituir el asiento original del vehículo por un asiento rígido de forma que si los anclajes soportan los esfuerzos de ese asiento resultarían válidos para todos los asientos que se quieran instalar.

Sin embargo esta opción resulta poco adecuada pues el efecto del asiento rígido en la estructura anularía el resultado como ensayo de homologación según el Reglamento 66.

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Parece más adecuado, por tanto, que el ensayo se realice con los asientos que se vayan a instalar en el vehículo y la masa de los pasajeros unida a ellos. Si el comportamiento del anclaje resulta válido, lo será para ese vehículo con esos asientos instalados.

Opción 2. Ensayos sobre los anclajes de asiento. La segunda opción consiste en comprobar el comportamiento del sistema de anclaje

independientemente del asiento que se vaya a ensayar. Para ello se propone realizar un ensayo de tracción sobre las guías. Habrá que ensayar la guía montada en un módulo representativo del piso del vehículo.

Dentro de la guía deben ir los tornillos y elementos que se empleen realmente para la fijación del asiento. Para aplicar las fuerzas de ensayo se emplearán los elementos de fijación que emplee el carrocero para fijar las butacas. Estos elementos se fijan a una chapa rígida tal y como se indica en la siguiente figura.

F

Figura 24. Esquema ensayo anclaje de asiento.

La fuerza que se va a aplicar se calcula a partir de los resultados obtenidos en los modelos

de simulación de los asientos simplificados mediante muelles no lineales (ver resultados en la tabla 9).

Se calcula el esfuerzo que llega a cada zona (unión al lateral o unión de la pata a piso o

guía pasillo) y los ángulos (respecto a la horizontal). La siguiente tabla muestra los resultados obtenidos.

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TOTAL PAREJA ABRIENDO alfa betaabriendo Fy Ftrans Flong F ang hor-vert ang hor-long

1125A 2541 -10518 -886 10857 14 51234A 2891 -9708 2127 10351 17 124328A 2827 -10011 -1059 10456 16 64134A 7511 -35470 16065 39657 12 244233A 2599 -9265 -4010 10425 16 231127A 2535 -9401 -3749 10433 15 22

TOTAL PAREJA CERRANDO alfa betacerrando Fy Ftrans Flong F ang hor-vert ang hor-long

1125C -6653 27542 2263 28424 14 51234C -9313 27343 -13012 31681 19 254328C -6828 24181 2475 25248 16 64134C -10454 49366 -22305 55171 12 244134C2 -10023 47329 -21392 52898 12 244233C -7485 26686 11557 30029 16 231127C -4575 16966 6766 18829 15 22

PROMEDIO ÁNGULOS ABRIENDO 15 15DESVIACIÓN ESTÁNDAR 1.7 8.9

PROMEDIO ÁNGULOS CERRANDO 15 19DESVIACIÓN ESTÁNDAR 2.4 9.1

Tabla 10. Cálculo de esfuerzos en zonas de anclaje

Se seleccionan los valores máximos obtenidos de fuerza (para el asiento más rígido) son: F = 40000 N para ensayo abriendo F = 55000 N para ensayo cerrando

Las fuerzas se aplican con un ángulo de 15 ± 5º respecto a la horizontal y 15 ± 5º hacia

delante. Este segundo ángulo es más variable pues depende de donde se ejerce el contacto con cada asiento y las dimensiones del propio asiento (distancia entre puntos de anclaje, situación del respaldo, etc.).

La carga debe aplicarse de la forma más rápida posible y mantenerse durante al menos

durante 200 ms. Se pueden producir roturas y/o deformaciones parciales siempre y cuando no se “escape” el elemento de fijación.

La ventaja de esta opción es que el fabricante asegura que tiene un diseño de anclaje que resulta válido para cualquier asiento que vaya a instalar en su vehículo, sin tener que repetir ensayos o modificar el diseño en caso de sustituir unos asientos por otros de distinto tipo o fabricante.

4.5.2.2. Para incluirlos en el Reglamento 66. Como en los ensayos de caracterización de las uniones estructurales fundamentales del

vehículo (unión entre pilar y travesaño de piso o unión entre pilar y travesaño de techo), quedará a juicio de cada Laboratorio Oficial la necesidad y mecanismo para establecer el comportamiento de los asientos e introducirlos en sus modelos de cálculo.

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Los ensayos realizados para la elaboración de este estudio pueden servir de guía como ensayos de obtención de la rigidez de los asientos en distintas situaciones (posición del asiento y posibles puntos de contacto con el lateral en el lado de vuelco).

4.5.3. Consecuencias de la obligatoriedad del ensayo propuesto: viabilidad.

• La obligatoriedad de comprobar el comportamiento de los anclajes de asiento en caso de vuelco puede tener las siguientes consecuencias:

1º. Para los fabricantes de autocares Si se acogen a la Opción 1, es decir, para superar los requisitos del Reglamento 66 o la

Directiva 2001/85/CE en cuanto a resistencia estructural a vuelco selecciona un ensayo real de módulo representativo (o vehículo completo aunque esta opción por ser la más costosa no suele realizarse) y se instalan los asientos que vayan a utilizarse con las guías y sistema de fijación propios del carrocero, no se incrementa ningún coste ni se duplica el número de ensayos comprobándose a la vez el comportamiento de la estructura del vehículo y de los sistemas de anclaje. Eso sí, en caso de instalar un asiento de mayor rigidez podría ser necesario comprobar que los anclajes siguen funcionando.

Hay que hacer notar que es de esperar que los sistemas de anclaje actuales (salvo quizá

alguna guía lateral con sistema de sujeción de pinza) superen los requisitos si se realizan los ensayos con un asiento común actual. Puede resultar necesario realizar un rediseño de los mismos en caso de emplear asientos más rígidos.

Si se acogen a la Opción 2, es decir, realizan ensayos de tracción sobre sus sistemas de

anclaje (bien porque para comprobar los requisitos estructurales a vuelco se ha seleccionado la opción de cálculo o bien porque se vayan a instalar distintos tipos de asiento), el coste extra vendrá determinado por el precio de los módulos de ensayo y de los ensayos. Este coste no es muy elevado puesto que los ensayos de caracterización son más económicos que un ensayo dinámico o uno a vuelco. Los costes se reducirán unificando los sistemas de fijación en la línea de producción y son fácilmente asumibles.

2º. Para los Laboratorios Oficiales El tipo de ensayo propuesto no supone ninguna modificación en los Laboratorios Oficiales:

• Ante la Opción 1 no hay ninguna modificación en los métodos de ensayo e instalaciones respecto al Reglamento 66 ni respecto a la modificación que supone añadir las masas de los pasajeros. De hecho fijar los asientos resulta necesario para poder añadir las masas de los mismos en el ensayo.

• Ante la Opción 2 las instalaciones necesarias ya figuran en cualquier Laboratorio puesto que el ensayo se puede realizar en la máquina para aplicar la Directiva 76/115-96/38/CE de anclajes de cinturón de seguridad o cualquier otra instalación como las que se emplean, por ejemplo, para caracterizar el comportamiento plástico

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de probetas de autocar. Sólo será necesario generar el utillaje de aplicación de carga cuyo coste puede desestimarse.

3º. Aumento en la seguridad pasiva Asegurando que no se produce fallo en los sistemas de anclaje del asiento se asegura que

los pasajeros con cinturón de seguridad van a estar convenientemente retenido en caso de vuelco. Esto, unido a asegurar que la estructura no invade el espacio de supervivencia definido para los pasajeros teniendo en cuenta la parte proporcional de su masa que debe considerarse como rígidamente unida asegura que el nivel de seguridad se mantiene frente a los pasajeros sin retener. Además por los estudios analizados en cuanto a los criterios de lesión de los pasajeros, el hecho de mantenerlos retenidos en lugar de que salgan despedidos y colisionen con el interior del vehículo, disminuye los niveles de lesión mejorando su seguridad.

Hay que hacer notar que la seguridad del pasajero situado en la ventana del lado de vuelco sigue sin asegurarse por el hecho de llevar cinturón de seguridad.

• La introducción de los asientos como elementos capaces de absorber energía en caso de vuelco, y por tanto, elementos a tener en cuenta a la hora de comprobar el comportamiento estructural del Reglamento 66 puede tener las siguientes consecuencias:

1º. Para los fabricantes de autocares y asientos Si se van a incluir los asientos como parte estructural capaz de absorber energía será

necesario realizar ensayos de caracterización para introducirlos en los modelos de cálculo del Reglamento 66 o para rediseñar los mismos. Obviamente esto no será necesario si se escoge la opción de vuelco de módulo o vehículo completo (aunque por ser más costoso para el carrocero no suelen ser las opciones más comunes).

En una primera etapa, para el fabricante de asientos puede suponer un rediseño de cara a

que la resistencia del asiento sea representativa (especialmente si el asiento es capaz de que el mecanismo de deformación se realice sobre nivel de ventana aumentando la capacidad de absorber energía de la estructura del vehículo). Este rediseño no parece muy complicado a raíz de los ensayos realizados. Sería necesario modificar el elemento de fijación al lateral (que actualmente suele ser una chapa plegada) y las uniones entre el asiento y este elemento o las patas, así como las patas al piso (zonas donde se produce un giro sin apenas oponer resistencia). Rigidizando estas zonas, las partes estructurales del asiento (base y respaldo) pueden colaborar en la absorción de energía y presentarse como elemento “rígido” dentro del autocar.

Los ensayos de caracterización son destructivos, por lo que al coste de cada ensayo debe

sumarse el de cada asiento que se destruya. Un fabricante de asientos necesitaría realizar los ensayos de caracterización para cada modelo que tenga, lo que reduce el coste puesto que hay menos modelos de asientos que de vehículos.

U.P.M. INSIA

44

La ventaja, sin embargo, no será para el fabricante del asiento (salvo a nivel comercial) sino para el fabricante del autocar. Debido a los incrementos de los requisitos estructurales debido a la presencia de pasajeros retenidos, el fabricante del vehículo va a tener que rediseñar sus estructuras de cada a absorber ese incremento de energía. El hecho de introducir elementos como los asientos puede ser una gran ayuda. Para autocares donde el mecanismo de deformación se produce a nivel de piso, llevar esa deformación a nivel de ventana puede suponer un incremento de energía absorbida de hasta un 50% (dependiendo del tipo de pilares y resto de geometría). Además evitaría poner refuerzos en la zona del piso del vehículo puesto que el propio asiento podría considerarse como un refuerzo en esa zona.

2º. Para los Laboratorios Oficiales El Laboratorio tendría que adaptar su banco de ensayos para poder realizar los ensayos de

caracterización de los asientos ante cargas de vuelco. Como ejemplo se puede tomar la adaptación realizada para la elaboración de este proyecto donde la única modificación ha resultado la introducción del utillaje diseñado al efecto.

3º. Aumento en la seguridad pasiva El asiento se ha considerado siempre un elemento de retención ante impactos frontales,

realizándose ensayos tanto de resistencia de sus anclajes como de capacidad de absorción de energía para aumentar la seguridad de los pasajeros.

No es comparable con el comportamiento que tienen en caso de vuelco. Suponer que es un elemento estructural contribuye a absorber la energía en caso de vuelco incluyendo la influencia de los pasajeros retenidos). Esto en sí mismo no supone un aumento en la seguridad pasiva frente a otras soluciones de diseño, pero es una buena solución técnica pues no supone al carrocero un aumento de peso y es un elemento que ya está en el vehículo.

U.P.M. INSIA

45

C. CONCLUSIONES Se resumen a continuación todas las conclusiones obtenidas en la elaboración de este

estudio:

• Los pasajeros retenidos influyen en el comportamiento a vuelco del vehículo. Parte de la masa de los mismos debe considerarse como rígidamente unida al vehículo (un 50% para pasajeros con cinturón subabdominal y un 90% para pasajeros con cinturón de 3 puntos.

• La energía que deben absorber las estructuras se debe calcular a partir de la fórmula del Reglamento 66 modificada:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+−−+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⋅⋅=

HH

HH

WHWgMCE SS 8.08,0

22222

2

Ahora la masa M corresponde a la suma de la masa del autocar sin considerar los pasajeros (M1) más la masa correspondiente a los pasajeros (n*M02, siendo n el número de ocupantes). La altura del centro de gravedad debe recalcularse de acuerdo con la

aportación de los ocupantes según 021

020211

MnMHMnHM

H S ⋅+⋅⋅+⋅

= , donde H1 es la altura

del centro de gravedad del vehículo sin pasajeros y H02 la correspondiente a los pasajeros retenidos. M02 = k*Q, donde Q=68 kg y k depende del sistema de retención (0 para pasajeros sin retener, 0.5 para pasajeros con cinturón de 2 puntos y 0.9 para pasajeros con cinturón de 3 puntos).

• El incremento de masa debido a los pasajeros y la modificación de la altura del centro de gravedad supone un aumento considerable en la energía que deben absorber las estructuras a vuelco:

- Para autocares de 12 m, el aumento de energía suponiendo que los pasajeros van retenidos mediante cinturón de 3 puntos está entre un 30% y un 55%.

- Para autocares de longitud < 12 m, el aumento de energía suponiendo que los pasajeros llevan cinturón de 2 puntos está entre un 20% y un 45%.

- Para autocares de longitud < 12 m, al aumento de energía suponiendo que los pasajeros llevan cinturón de 3 puntos está entre un 40% y un 77%

• Si bien es cierto que en la mayoría de los autocares todos los asientos llevarán cinturón de 2 puntos (según las indicaciones de la Directiva 76/115/CEE-96/38/CE relativa a los anclajes de los cinturones de seguridad), se encuentra un aumento mínimo de energía a absorber en torno a un 15-20%, valor bastante significativo (supone por ejemplo la introducción de un nuevo anillo en la superestructura). Un aumento de hasta un 75-80% (valores máximos encontrados en el caso de que se pongan cinturones de 3 puntos) no solo es “significativo” sino que obligaría a un rediseño completo del vehículo.

• La superestructura de los autocares actuales aun cumpliendo los requisitos del Reglamento 66 no van a poder absorber el incremento de energía debido a los pasajeros

U.P.M. INSIA

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retenidos. En caso de vuelco en el vehículo no se asegura la no invasión del espacio de supervivencia destinado a los pasajeros.

• La consecuencia directa de la obligatoriedad de instalar y utilizar los cinturones de seguridad en los autocares y según la influencia obtenida en la energía a absorber por la estructura en caso de vuelco debido a los ocupantes retenidos es que las estructuras actuales de los vehículos no superarían los requisitos del Reglamento modificado, es decir, no son capaces de absorber el aumento de energía puesta en juego en caso de vuelco debido a los pasajeros retenidos.

• Esto obliga a construir nuevos modelos de autocar, bien modificando los diseños actuales o realizando nuevos diseños.

• Estas modificaciones pueden ir desde un aumento del número de anillos manteniendo los perfiles empleados actualmente (aunque esta propuesta solo vale para pequeños aumentos de energía y además obliga a rediseñar otras partes del vehículo), modificar los perfiles empleados actualmente (mayores secciones, materiales de mayor resistencia, unir varios perfiles, modificar los refuerzos,… Esta opción permite mantener el aspecto exterior actual, sin modificar diseño interior o paneles exteriores y el aumento de peso no es elevado), introducir nuevos elementos que absorban energía o buscar soluciones diferentes a las estructuras actuales formadas por perfiles tubulares de acero soldados entre sí.

• Introducir los asientos como elementos estructurales en cuanto al comportamiento a vuelco puede contribuir sustancialmente a la hora de absorber la energía necesaria.

• Los gastos para legalizar los nuevos vehículos de cara a su comportamiento estructural a vuelco (vía Reglamento 66 modificado, o Directiva 2001/85/CE modificada) no tienen por qué incrementarse frente a los gastos de homologación actuales.

• Se han definido las modificaciones necesarias en los métodos de cálculo y/o ensayo para incluir las modificaciones propuestas en el Reglamento 66.

• Se han definido los mecanismos de deformación de los asientos en caso de vuelco así como un ensayo de caracterización ante esfuerzos laterales.

• La resistencia de los asientos ante el ensayo lateral depende mucho del tipo de asiento y de la configuración del mismo (cómo va unido al vehículo). En los asientos ensayados no se han encontrado roturas tras la realización de los ensayos. Sí se han encontrado deformaciones permanentes (especialmente en el respaldo situado cerca del lado de vuelco).

• También se han encontrado deformaciones importantes en los elementos de unión del asiento al vehículo (tornillos, patas y anclajes laterales).

• La deformación obtenida en los asientos se debe en mayor medida a la deformación de la propia estructura del vehículo que al esfuerzo transmitido a través de los cinturones. No se han observado roturas o aristas que puedan aumentar el riesgo de lesión ni fallos que puedan hacer que se suelte del vehículo. No parece por lo tanto necesario establecer requisitos de resistencia a vuelco en los asientos.

U.P.M. INSIA

47

• Todos los ensayos de anclaje de cinturón de seguridad realizados se han superado, por lo que no parece necesario establecer requisitos de resistencia lateral de los anclajes de cinturón actuales.

• Resulta necesario realizar ensayos sobre el sistema de anclaje del asiento al vehículo, para asegurar la correcta retención del mismo en caso de vuelco (especialmente cuando el asiento es rígido).

• Se puede comprobar esta correcta retención del asiento, bien en el ensayo de vuelco de un módulo o vehículo completo con la masa de los pasajeros en los asientos y estos sobre el sistema de anclaje original, bien mediante ensayos de tracción sobre los propios anclaje de asiento que aseguren que retienen correctamente a cualquier asiento que vaya a instalarse en el vehículo.

• Los ensayos propuestos no suponen un coste elevado (en el primer caso ningún coste) para el fabricante del vehículo, aunque en algún caso pueden conllevar modificaciones en el sistema de anclaje.

• Un rediseño de la estructura de los asientos y, fundamentalmente, de la configuración de las uniones al vehículo (patas y/o uniones laterales) puede modificar completamente la resistencia de los mismos (no sólo el valor máximo sino el momento en que se produce) y pasar a ser elementos fundamentales en el comportamiento a vuelco del vehículo completo. Las modificaciones en el asiento no conllevan dificultades técnicas y pueden mejorar sustancialmente la capacidad de absorber energía de las estructuras (especialmente cuando el mecanismo de deformación sin incluir un asiento rígido se produce a nivel de piso).

• Resulta indispensable la realización de ensayos de resistencia lateral de los asientos para poder introducirlos en los modelos de cálculo de cara a tener en cuenta su influencia en el vuelco del vehículo. Estos ensayos se harían para cada modelo de asiento y no para cada vehículo lo que reduce los costes totales.

• Para la realización de estos ensayos de caracterización se ha propuesto un procedimiento de ensayo empleado en el presente estudio (ver Anexo III), así como las modificaciones necesarias en el banco de ensayos de anclaje de cinturón.

Madrid, 30 de marzo de 2004 ______________________________ Fdo.: Fracncisco Aparicio Izquierdo Administrador

U.P.M. INSIA

_____________________________________________________________________________

ANEXO I Toma de datos de ensayos de asientos y anclajes de cinturón. Última tanda de ensayos.

Fecha:Ref:

Configuración:pata a guía pasillo-guía pared

Peso asiento: Peso plaza:Descripción anclaje zona pasillo zona ventana

de asiento:

Anclaje de cinturón Br4Nma estructura del SI NO

asiento:Tipo de cinturón:

sin retractor con retractor sin retractor retractor ancl. retractor +superior reenvío ancl.

superior

COTAS DEL ASIENTOHx Hp 310 DH 460Hy alt 1140 DL3 -----ang.rec.resp Ly2 320 L3y -----Ly1 330 DL1 890 L3x -----Lx1 DPL 890 DAz 50Apx 180 DL1L2 400 DA 240Al 210 Alx -30

¿PLANOS?

1127A 1/2

SI

TOMA DE DATOS: RESISTENCIA LATERAL DE ASIENTOS Y ANCLAJES

DESCRIPCIÓN ASIENTO

DESCRIPCIÓN CINTURÓN

prueba 1: 1 cilindro de tiro1127A

lateral unido a guía paredpata a guía lateral del pasillo por 2 tornillos

Nº homologación: e9047021

NO

subabdominal 3 puntos

Fecha:Ref.:

PARTE 1: ESTÁTICO SOBRE ASIENTOSituación:

COTAS DEL MONTAJE DE ENSAYO

Cy 925 S1y 330 DA 295Cz 2350 S2y 730 DR 990Cx 0 S1z 460 DS 90

ang C S2z 524S1x -52S2x -250

des1 máx 68,0des2 máx 298,4

1127A 2/2

PASAR A PARTE 2 (SI ES PATA-PATA)

0.3316*(DA-DS)=

cilindros anclaje/tiro

1127A

ABRIR (SI NO ES PATA-PATA)CERRAR

lado opuesto vuelcolado vuelco


sensores

DESP. MÁX. MEDIDO EN HORIZONTAL:

0.3316*(DR-DS)=

ARCHIVO DATOS: 1127A.TEMARCHIVO DATOS:

F

F

Fecha:Ref:

Configuración:pata-pata


de asiento:

intermedio a 80 mm delante del trasero




superior

COTAS DEL ASIENTOHx Hp 310 DH 450Hy alt 1140 DL3 -----ang.rec.resp Ly2 340 L3y -----Ly1 330 DL1 875 L3x -----Lx1 50 DPL 750 DAz 217Apx 210 DL1L2 420 DA 240Al ----- Alx -----

¿PLANOS?

2122C 1/2


NO





prueba 1: 1 cilindro de tiro2122C

pata a guía de piso con tres tornillospata a guía de piso con tres tornillos

SI

Fecha:Ref.:




ang C S2z 360S1x 130S2x 100


2122C 2/2

NOTA: El sensor S1 está enganchado al asiento

ARCHIVO DATOS: 2122CARCHIVO DATOS:

sensores


0.3316*(DR-DS)=


2122C




0.3316*(DA-DS)=


F

F

Fecha:Ref:

Configuración:pata-pata


de asiento:




superior

COTAS DEL ASIENTOHx Hp 310 DH 450Hy alt 1140 DL3 -----ang.rec.resp Ly2 340 L3y -----Ly1 330 DL1 875 L3x -----Lx1 50 DPL 760 DAz 222Apx 210 DL1L2 420 DA 240Al ----- Alx -----

¿PLANOS?

2122C2 1/3


NO





prueba 1: 1 cilindro de tiro2122C2

pata a guía de pisopata a guía de piso

SI

Fecha:Ref.:




ang C 5º S2z 347S1x 37S2x 185


ángulo inicial utillaje 14º 30' hacia el asiento

2122C2 2/3

NOTA: El sensor S1 está enganchado al asiento

ARCHIVO DATOS: 2122C2p1ARCHIVO DATOS:

sensores


0.3316*(DR-DS)=


2122C2




0.3316*(DA-DS)=


04/07/2003

F

F

Fecha:Ref.:

PARTE 2: ESTÁTICO SOBRE ANCLAJES DE CINTURÓNSituación:

Montaje cinturón 2 puntos


angC1

angC2

ángulo inicial utillaje "lateral bus" ----- ang ini pataángulo final utillaje "lateral bus" ----- ang fin pata

3 PUNTOS 2 PUNTOS anclaje ensuperior y subabdom. estructura

subabdom. (daN) de asiento(daN) P

M3 y N3 superior 140 E 20 -

inferior 225+P E20 370+P E20

CILINDROC1C2C3C4

2122C2 3/3

SUP-VENTANA

F daN430430----------

angC2X(10º-15º)

SUP-PASILLO

+ 3 * peso plaza asiento

SITUACIÓNINF-PASILLOINF-VENTANA

FUERZAS DE ENSAYO(mantener + 0.2 seg.)

2 puntos3 puntos

angC1X(10º-15º)

ARCHIVO DATOS:

04/07/20032122C2

ARCHIVO DATOS: 2122C2

lado vuelcolado opuesto vuelco

Cinturón:


12º30º 30'

Fecha:Ref:

Configuración:pata-lateral


de asiento:





superior

COTAS DEL ASIENTOHx Hp 310 DH 460Hy alt 1140 DL3 -----ang.rec.resp Ly2 320 L3y -----Ly1 340 DL1 900 L3x -----Lx1 70 DPL 820 DAz 57Apx 210 DL1L2 410 DA 240Al 200 Alx -30

¿PLANOS?

1126A 1/2


NO






lateral con dos tornillospata a guía de piso con tres tornillos

SI

Fecha:Ref.:




ang C S2z 525S1x 45S2x 195

s2 595s1 450


1126A 2/2

ARCHIVO DATOS: 1126A.TEMARCHIVO DATOS:

sensores


0.3316*(DR-DS)=


1126A




0.3316*(DA-DS)=


F

F

Fecha:Ref:

Configuración:pata-lateral


de asiento:





superior

COTAS DEL ASIENTOHx Hp 315 DH 450Hy alt 1210 DL3 -----ang.rec.resp Ly2 340 L3y -----Ly1 360 DL1 890 L3x -----Lx1 60 DPL 780 DAz 35Apx 210 DL1L2 420 DA 240Al 210 Alx 30

¿PLANOS?

4126C 1/2


NO






pata a guía de piso con tres tornillospata a guía de piso con tres tornillos

SI

Fecha:Ref.:




ang C S2z 280S1x 70S2x 220


4126C 2/2

ARCHIVO DATOS: 4126C.TEMARCHIVO DATOS:

sensores


0.3316*(DR-DS)=


4126C




0.3316*(DA-DS)=


F

F

Fecha:Ref:

Configuración:pata a suelo-pinza a pared


de asiento:

Anclaje de cinturóna estructura del SI NO



superior

COTAS DEL ASIENTOHx Hp 175 DH 450Hy alt 1070 DL3 70ang.rec.resp Ly2 L3y 1010Ly1 DL1 L3xLx1 DPL 820 DAzApx 180 DL1L2 DA 130Al 210 Alx

¿PLANOS?

4233A 1/2

SI





pata con pinza a guía de paredpata a atornillada al suelo o a guía desuelo

Nº homologación:

NO


Fecha:Ref.:




ang C S2z 594S1x 70S2x 110


4233A 2/2


0.3316*(DA-DS)=



ARCHIVO DATOS:

4233A



sensores

4233A.temARCHIVO DATOS:


0.3316*(DR-DS)=

F

F

Fecha:Ref:

Configuración:paga a pasillo-guía a pared con pinza


de asiento:

Anclaje de cinturóna estructura del SI NO



superior

COTAS DEL ASIENTOHx Hp 175 DH 450Hy alt 1070 DL3 70ang.rec.resp Ly2 L3y 1010Ly1 DL1 L3xLx1 DPL 820 DAzApx 180 DL1L2 DA 130Al 210 Alx

¿PLANOS?

4233C 1/2

SI





pata con pinza a guía de paredPata a guía de piso

Nº homologación:

NO


Fecha:Ref.:




ang C S2z 260S1x 70S2x 80


4233C 2/2


0.3316*(DA-DS)=


0.3316*(DR-DS)=

ARCHIVO DATOS:

4233C



sensores


4233C


ARCHIVO DATOS:

F

F

U.P.M. INSIA

_____________________________________________________________________________

ANEXO II Curvas obtenidas en los ensayos de asientos y anclajes de cinturón. Última tanda de ensayos.

Observaciones

1127A

RESULTADOS: RESISTENCIA LATERAL DE ASIENTOS Y ANCLAJES

PRUEBA Nº 1: ESTÁTICO SOBRE ASIENTO

Ref: 1127A

El ángulo final del utillaje es de 36º 40'. El ángulo plástico tras el ensayo es de 31º 10'. El ángulo final de la pata es de 17º 10'

MEDIDAS DE ENSAYO

0100200300400500600

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

t (s)

F (d

aN);

desp

(mm

)

Ss1Ss2Fc

Momento respecto eje de giro

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

ángulo girado (º)

Nm

Observaciones

2122C



Ref: 2122 C

El sensor de hilo inferior se une directamente a la butaca. Se realiza el ensayo hasta que se soporte la carga. Se alcanza un ángulo final de 43º 40', resultando el ángulo plástico 39º 40'. La pata del pasillo queda en 11º 20' y la del lado ventana en 10º 30'. Las patas ya no solo giran por el tornillo de unión al asiento sino que empiezan a plastificar.

MEDIDAS DE ENSAYO

0

200

400

600

800

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

t (s)

F (d

aN);

desp

(mm

)

Ss1Ss2Fc


0,01000,02000,03000,04000,05000,06000,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46

ángulo girado (º)

Nm

Observaciones

2122C2



Ref: 2122 C2

El sensor de hilo inferior se enganchó directamente al asiento. El ángulo inicial es de 14º30', con el utillaje apoyado en el asiento. La distancia entre el utillaje y el asiento lateral influye considerablemente. El ángulo final plástico (tras retirar la fuerza) es de 22º 40'. La pata cerca del utillaje queda con un ángulod de 12º 30' y la del lado de pasillo con 120. El ángulo inicial se modificó durante el ensayo (de 6º 50' a 14º 30') por lo que se procedió a modificar las cotas en Z para el cilindro y los sensores

MEDIDAS DE ENSAYO

0

200

400

600

800

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

t (s)

F (d

aN);

desp

(mm

)

Ss1Ss2Fc


0,0500,0

1000,01500,02000,02500,03000,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

ángulo girado (º)

Nm

Observaciones

2122C2

Las dos patas se deforman bastante. Se comienza con un ángulo de 12º del ensayo anterior y acaban con un ángulo de 30º 30' en sentido opuesto (hacia el lado de tiro de los cinturones)

Ref: 2122 C2

PRUEBA Nº2: ESTÁTICO SOBRE ANCLAJE DE CINTURÓN


Ensayo de cinturón

0100200300400500600700

0 5 10 15 20

t (s)

F (d

aN)

C 1C 2

Observaciones

1126A



Ref: 1126 A

Angulo final del utillaje = 36º 10', Angulo final plástico=33º, ángulo final de la pata 18º. Los tornillos de la unión de la pata al suelo quedan intactos. Se produce giro respecto al tornillo trasero de la unión pata-asiento. En la unión la lateral los tornillos no se deforman y se dobla la chapa justo por encima de los tornillos de unión a ventana.

MEDIDAS DE ENSAYO

0100200300400500

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

t (s)

F (d

aN);

desp

(mm

)

Ss1Ss2Fc


0,0200,0400,0600,0800,0

1000,01200,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

ángulo girado (º)

Nm

Observaciones

4126C

Ángulo final del módulo=20º40' El ángulo plástico medido es de 14º 40'. El ángulo final de la pata es de 9º 30'.



Ref: 4126 C

MEDIDAS DE ENSAYO

0

200

400

600

800

0 1 2 3 4 5

t (s)

F (d

aN);

desp

(mm

)

Ss1Ss2Fc


0,0500,0

1000,01500,02000,02500,03000,03500,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

ángulo girado (º)

Nm

Observaciones

4233A



Ref: 4233A

ángulo final 36º 20'. Angulo final plástico 32º 10'. El ángulo final de la pata es de 24º 40'

MEDIDAS DE ENSAYO

-1000

100200300400500600700

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2t (s)

F (d

aN);

desp

(mm

)

Ss1Ss2Fc


0,0100,0200,0300,0400,0500,0600,0700,0

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00

ángulo girado (º)

Nm

Observaciones

4233C



Ref: 4233 C

El ángulo final obtenido en el módulo es algos superior a 19º, siendo el ángulo final plástico en torno a 17º. El ángulo final de la pata es de 5º 20'

MEDIDAS DE ENSAYO

-1000

100200300400500

0 0,5 1 1,5 2

t (s)

F (d

aN);

desp

(mm

)

Ss1Ss2Fc


0,0500,0

1000,01500,02000,02500,03000,0

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

ángulo girado (º)

Nm

U.P.M. INSIA

_____________________________________________________________________________

ANEXO III Procedimientos de ensayo empleados para el estudio de resistencia lateral de asientos

Anexo III 1

PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO EMPLEADOS PARA EL ESTUDIO DE LA RESISTENCIA LATERAL DE ASIENTOS

1. ASIENTOS CON CONFIGURACIÓN PATA-GUÍA PARED. Se tendrán al menos dos asientos de cada modelo (de algunos tres modelos para comparar el empuje sobre el respaldo a distintas alturas). Se marca cada asiento. Coincidirán los dígitos numéricos. Primer asiento: lado vuelco (marcado como C ó C2)

F

F2

F1 F1

F2 F F

PARTE 1 PARTE 2

PARTE 1: Estático sobre asiento y su anclaje. • Se monta el asiento sobre el utillaje de resistencia lateral de asientos. Se disponen los

utillajes necesarios para realizar los anclajes (guías originales o similares, o en todo caso más rígidas que las originales del vehículo).

• Se montan dos sensores de hilo: uno a la altura de respaldo DR y otro a la altura del anclaje lateral DA. Se acota la posición de los sensores.

• La altura DA viene marcada por el anclaje del asiento. La altura DR será por defecto de unos 900-950 mm. En los ensayos marcados como C2, la altura DR de aplicación de carga en el respaldo será aproximadamente la altura del larguero de ventana.

• Se realizan fotos del montaje. Al menos: Una general, una de la zona de anclaje a ventana, una de la zona de anclaje a piso, una de cada posición de los sensores de hilo.

• Se rellenan los datos en la “hoja de toma de datos”. • Se realiza el ensayo 1 hasta llegar a la deformación máxima permitida en el respaldo y/o

en el punto de amarre al lateral del vehículo. • Se realizan fotos tras el ensayo. Al menos: Una general, una de la zona de anclaje a

ventana, una de la zona de anclaje a piso, una de la deformada del respaldo. • Se recogen las medidas de fuerza y desplazamientos en los sensores de hilo. • Los archivos (fuerzas aplicadas por los cilindros y desplazamientos medidos por los

sensores) se guardarán de la siguiente forma: “XXXXCp1” ó “XXXXC2p1”, siendo las X los dígitos de la Ref. del asiento ensayado.

PARTE 2: Ensayo sobre anclaje de cinturón • Se cambia la situación del módulo con el asiento de forma que el sentido de tiro de los

cinturones sea el opuesto que el sentido del ensayo de la PARTE 1. Se fija el módulo impidiendo su giro.

• Al menos en los primeros ensayos se instala un sensor de desplazamiento para comprobar la fijación del utillaje para ensayo lateral.

Anexo III 2

• Se realizan fotos del montaje. Al menos: Una general y de las zonas de anclaje de cinturón.

• Se rellenan los datos en la “hoja de toma de datos”. • Se realiza el ensayo 3 ó el ensayo 4 en función del tipo de cinturón. • Se debe soportar la carga de ensayo. Se toma nota de las roturas o deformaciones

producidas. • Se realizan fotos tras el ensayo. Al menos: Una general, una de la zona de anclaje a

ventana, una de la zona de anclaje a piso, una de la zona de anclaje de cinturón inferior y otra de la zona del tercer punto de anclaje, así como de las roturas u otras deformaciones que se produzcan.

• Los archivos (fuerzas aplicadas por los cilindros) se guardarán de la siguiente forma: “XXXXCp2”, siendo las X los dígitos de la Ref. del asiento ensayado.

Segundo asiento: lado opuesto vuelco (marcado como A)

F

F1 F1

F2 F2 F F

PARTE 1 PARTE 2



• Se montan dos sensores de hilo, a la altura del anclaje lateral DA y a la altura de aplicación de la carga. Se sitúan en el lado de los cilindros de tiro, por lo que habrá que separar el montaje para que no se invadan los sensores.

• Se rellenan los datos en la “hoja de toma de datos”. • Se realizan fotos del montaje. Al menos: Una general, una de la zona de anclaje a

ventana, una de la zona de anclaje a piso, una de la posición del sensor de hilo. • Se realiza el ensayo 2 hasta llegar a la deformación máxima permitida en el punto de

amarre al lateral del vehículo. • Se realizan fotos tras el ensayo. Al menos: Una general, una de la zona de anclaje a

ventana, una de la zona de anclaje a piso. • Se recogen las medidas de fuerza y desplazamiento en el sensor de hilo. • Los archivos (fuerzas aplicadas por los cilindros y desplazamientos medidos por los

sensores) se guardarán de la siguiente forma: “XXXXAp1”, siendo las X los dígitos de la Ref. del asiento ensayado.

PARTE 2: Ensayo sobre anclaje de cinturón. • Se cambia la situación del módulo con el asiento de forma que el sentido de tiro de los

cinturones sea el opuesto que el sentido del ensayo de la PARTE 1. Se fija el módulo impidiendo su giro.

Anexo III 3





• Los archivos (fuerzas aplicadas por los cilindros) se guardarán de la siguiente forma: “FXXXXAp2”, siendo las X los dígitos de la Ref. del asiento ensayado.

2. ASIENTOS CON CONFIGURACIÓN PATA-PATA Primer asiento: lado vuelco (marcado como C ó C2)

F

F2

F1F1

F2

F F

PARTE 1 PARTE 2



• Se montan dos sensores de hilo. Se acota la posición de los sensores. La altura DR será por defecto de unos 900-950 mm. En los ensayos marcados como C2, la altura DR de aplicación de carga en el respaldo será aproximadamente la altura del larguero de ventana.

• Se realizan fotos del montaje. Al menos: Una general, una cada zona de anclaje, una de la posición de los sensores de hilo.

• Se rellenan los datos en la “hoja de toma de datos”. • Se realiza el ensayo 1 hasta llegar a la deformación máxima permitida en el respaldo. • Se realizan fotos tras el ensayo. Al menos: Una general, una de la zona de anclaje a

ventana, una de la zona de anclaje a piso, una de la deformada del respaldo. • Se recogen las medidas de fuerza y desplazamiento en el sensor de hilo. • Los archivos (fuerzas aplicadas por los cilindros y desplazamientos medidos por los

sensores) se guardarán de la siguiente forma: “XXXXCp1” y “XXXXC2p1”, siendo las X los dígitos de la Ref. del asiento ensayado.

Anexo III 4

PARTE 2: Ensayo sobre anclaje de cinturón • El asiento ensayado en la PARTE1, se desmonta del utillaje de resistencia lateral de

asientos y se monta sobre utillaje rígido de forma que el sentido de tiro de los cinturones sea el mismo que el sentido del ensayo de la PARTE 1.





• Los archivos (fuerzas aplicadas por los cilindros) se guardarán de la siguiente forma: “FXXXXCp2”, siendo las X los dígitos de la Ref. del asiento ensayado.

Anexo III 5

3. DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS. 3.1. ENSAYOS LATERALES SOBRE ASIENTOS Y SUS ANCLAJES Ensayo 1: Estático sobre asiento y su anclaje: lado vuelco (CERRANDO)

F

Fig. 1. Configuración de ensayo cerrando

1. Se monta el utillaje para ensayo de resistencia lateral de asientos y sus anclajes (ver Fig. 2)

sobre el banco de ensayos de anclaje de cinturón del INSIA-UPM.

2. Se monta el asiento sobre el utillaje según su configuración (ver Fig. 2 para la numeración de los perfiles):

• Configuración pata-lateral vehículo: Se sitúa la pata sobre el perfil 4, o bien empleando los perfiles 4 y 5 para sujetar los elementos necesarios para representar la configuración de la unión (siempre igual o más rígida que la unión real). Se sitúa el enganche al lateral del vehículo en el perfil 3 a la altura DA marcada por el asiento, ayudándose de los elementos (como guías) necesarios para configurar la unión. Se sitúa el perfil 2 a la altura DR.

• Configuración pata-pata: Se sitúa una pata sobre el perfil 5 y la otra sobre el perfil 4,

ayudándose de los elementos necesarios para representar la configuración de la unión (siempre igual o más rígida que la unión real). Se acerca el resto del utillaje hasta que la distancia entre los perfiles 1 y el asiento corresponda a la que existe entre el asiento y el lateral del vehículo. Se sitúa el perfil 2 a la altura DR (el perfil 3 no se emplea en esta configuración).

3. Se instalan los sensores de desplazamiento en el lado opuesto al de los cilindros de tiro. Se

intentan situar en línea con los puntos de medida. Se toman las tres cotas de posición indicadas en la Fig. 1. Los puntos de medida dependen de la configuración:

• Configuración pata-lateral vehículo: Se toman dos puntos de medida: El primero será el desplazamiento del perfil 2 en la zona de contacto con el respaldo (altura DR). El segundo será el desplazamiento del perfil 3 en la zona intermedia entre los puntos de unión al lateral del vehículo (altura DA)

Anexo III 6

• Configuración pata-pata: Se toma un único punto de medida que será el desplazamiento del perfil 2 en la zona de contacto con el respaldo (altura DR). Se toma un segundo punto de medida a una altura DA cualquiera para calcular el ángulo girado teniendo en cuenta posibles torsiones o faltas de linealidad.

1 2

3

4

5

1 2

3

4

5

Fig. 2. Utillaje para ensayo de resistencia lateral de asientos y sus anclajes

4. Se instalan los dos cilindros de tiro con sus correspondientes células de carga intermedias en

los dos extremos del perfil 2. 5. Se recogen las cotas indicadas en la Fig 1. 6. Se aplica la fuerza F en cada cilindro hasta llegar al límite marcado por un ángulo de giro del

utillaje de 19º (máximo ángulo girando sobre la unión del piso antes de llegar al espacio de supervivencia)

Anexo III 7

Ensayo 2: Estático sobre asiento y su anclaje: lado opuesto vuelco (ABRIENDO)

F

Fig. 3. Configuración de ensayo abriendo

El ensayo es igual que en la configuración de cerrando, pero en este caso los sensores de desplazamiento están del lado de los cilindros, por lo que habrá que tener cuidado de que no interfieran entre ellos. NOTA: ESTE ENSAYO NO SE HACE EN CONFIGURACIÓN PATA-PATA. Ángulo de los cilindros: Tanto en el ensayo abriendo como cerrando, la fuerza de los cilindros se realizará hacia abajo, con un ángulo de inclinación respecto a la horizontal:

10º ≤ angc ≤ 20º Límites de ensayo: * Límites de desplazamiento –horizontal-: Suponiendo deformación a nivel de piso (peor caso):

DSDAdasendadespSDSDRdrsendrdespS−=≤−=≤

,)19(*2,)19(*1

Suponiendo deformación a nivel de ventana (para los pata-pata que sobran): DSDRdrsendrdespS −=≤ ,)19(*1

Anexo III 8

Conversión de fuerza y desplazamientos medidos: NOTA: Los valores de desplazamiento de los sensores siempre se toman positivos. * Cálculo del ángulo girado según los datos del sensor 1 (S1):

an

Lcs1γos1

γs1

Los1+Ss1Los1

S1

ωg

eje de giro

S1z

s1y

da

ωg

drs1

• Cálculo del ángulo girado según los datos del sensor 2 (S2):

S2

S2z

ωg

drs2

s2y

dr γs2

γos2

Los2Lcs2

Los2+Ss2

an

eje de giro

( )

( )

12/1tan

2

,222

22,)2(22

222222cos

2222222cos

:

22

22

22

222

2

222

2

222

sensormedidoentodesplazamiSsejegirosensorextremociadisan

andrdrs

DSDRdrysdrzSLos

DSySysanzSysLcs

drsLcsLosdrsLcsa

drsLcsSsLosdrsLcsa

dondeabs

so

s

ssog

==

+=

−=−+=

−=++=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅

−+=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⋅+−+

=

−=

γ

γ

γγω

• Cálculo del ángulo girado:

( )

( )

11/1tan

1

,111

11,)1(11

112111cos

1121111cos

:

22

22

22

222

1

222

1

111

sensormedidoentodesplazamiSsejegirosensorextremociadisan

andadrs

DSDAdaysdazSLos

DSySysanzSysLcs

drsLcsLosdrsLcsa

drsLcsSsLosdrsLcsa

dondeabs

so

s

ssog

==

+=

−=−+=

−=++=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅−+

=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⋅+−+

=

−=

γ

γ

γγω

Anexo III 9

S1

S2

C

eje X

ωg1

ωg2

ωg

a

a1

xSxSaCxxSa

aa

gggg

1211

1*)( 12

1

+=−=

−+=

ωωωω

• Desplazamiento en el cilindro Sc (dirección de aplicación de la fuerza):

eje de giro

dr

cy

Czan

ωg

ξ

θ−ξ

βcβco

Loc

Lc

Loc-Sc

drc

( )

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅−+

=

−=+=

++=

−=−+=

⋅⋅⋅−+−=

drcLcLocdrcLcaco

gcocdrandrc

cyanCzLc

DSCycycydrCzLoc

dondecdrcLcdrcLcLocSc

2cos

)(

,

:)cos(2

222

22

22

22

22

β

ωββ

β

• Fuerza normal y momento:

( )

( )( )

)deg/(

tan

2tan180

:*

222

iroejeaplicFdistddrana

ScLocdrcLcScLocdrca

ensayomedidafuerzaFdonde

dFMsenFF

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

−⋅−−+

−+=

=

=∗=

⊥

⊥

ξ

ξϑ

ϑ

Anexo III 10

3.2. ENSAYOS LATERALES SOBRE ANCLAJES DE CINTURÓN Ensayo 3: Ensayo sobre anclaje de cinturón de dos puntos

1. Se realiza el ensayo sobre el asiento ensayado según ensayo 1 ó ensayo2. 2. Se realiza el montaje según la configuración: • Configuración pata-lateral vehículo: Se fija el utillaje para ensayo de resistencia lateral de

asientos, impidiendo el giro del mismo. Se desmonta el perfil 2 para facilitar el ensayo. • Configuración pata-pata: Se fijan las dos patas sobre utillaje rígido 3. Se sitúan los utillajes empleados para ensayo de anclaje de cinturón (diseñados para tiro

frontal). En el lado más cercano a los cilindros de tiro, se sitúa el utillaje más corto. En el lado más alejado de los cilindros de tiro, se sitúa el utillaje más largo. Se fijan los cinturones al utillaje para impedir el giro del mismo al aplicar la carga.

4. Se sitúan los dos cilindros de tiro. El ángulo de los cilindros (aC1 y aC2) estará entre 10º y 20º respecto a la horizontal. El ángulo del cilindro superior siempre será al menos 2º mayor que el del inferior para evitar interferencias de los cilindros durante el tiro.

5. Se aplicará una fuerza en cada cilindro: F = 3700 + 3*peso plaza (N)

Anexo III 11

Ensayo 4: Ensayo sobre anclaje de cinturón de tres puntos.

1. Se realiza el ensayo sobre el asiento ensayado según ensayo 1 ó ensayo2. 2. Se realiza el montaje según la configuración: • Configuración pata-lateral vehículo: Se fija el utillaje para ensayo de resistencia lateral de

asientos, impidiendo el giro del mismo. Se desmonta el perfil 2 para facilitar el ensayo. • Configuración pata-pata: Se fijan las dos patas sobre utillaje rígido 3. En los cinturones subabdominales se sitúan los utillajes empleados para ensayo de anclaje de

cinturón (diseñados para tiro frontal). Se fijan los cinturones al utillaje para impedir el giro del mismo al aplicar la carga.

4. Se sitúan los dos cilindros de tiro inferiores. El ángulo de los cilindros (aC1 y aC2) estará entre 10º y 20º respecto a la horizontal.

5. Los dos cinturones diagonales se unen mediante una placa rígida de forma que se tire de la parte de arriba del asiento más alegado del lado de vuelco y de la parte inferior del asiento del lado de vuelco.

6. Se sitúa el cilindro de tiro superior. El ángulo del cilindro superior siempre será al menos 2º mayor que el del inferior para evitar interferencias de los cilindros durante el tiro.

7. Se aplicará una fuerza en cada cilindro superior: F = 1400 (N)

8. Se aplicará una fuerza en cada cilindro inferior:

F = 2250 + 3*peso plaza (N) 9. Se puede realizar un segundo ensayo con una fuerza superior (correspondiente a una

aceleración del pasajero de unos 4.5 g’s).

Anexo III 12

4. MARCAJE DE ASIENTOS (Ref.): Los asientos (banquetas de dos plazas) irán marcados por cinco dígitos: un número, tres números y una letra:

• El primero va del 1 al 5 y corresponde a la configuración de la banqueta (1: pata g. pasillo/pletina pared; 2: pata suelo/pata suelo; 3: pata g. pasillo/pata g. suelo; 4: pata suelo/pletina pared; 5: pata g. pasillo/chapa pared). Ver la tabla.

• El segundo corresponde al tipo de pata o unión ventana a pared y puede ir del 1 al 5 (ver la tabla).

• El tercero indica qué cinturón lleva (1: sin cinturón; 2: de dos puntos; 3: de tres puntos). • El cuarto indica el modelo de asiento ensayado. • La letra indica si está en el lado de vuelco (C de cerrar) o en el lado opuesto a vuelco (A

de abrir). Ej: Ref.: 3132A: Asiento con dos patas, la del lado de pasillo va a guía lateral y se une con dos tornillo-chapa, la del lado de la ventana va a guía de piso, lleva cinturón de 3 puntos y sería el segundo modelo que se ensaya. Está del lado opuesto a vuelco, por lo que el ensayo estático se hará abriendo.

Tipos de unión de las patas:

a) b)

c) d)

Anexo III 13

MODELO ESQUEMA SUBMODELO PASILLO VENTANA/PARED

1 1.1.i pata tipo "a" pletinas con tornillo-chapa a guía pared

1.2.i pata tipo "b" " "

1.3.i pata tipo "c" " "

1.4.i pata tipo "a" pletinas con mordaza a guía pared

1.5.i = pletinas directamente a pared

pata g.pasillo/pletina pared

2 2.1.i pata tipo "d" a guía pata tipo "d" a guía

2.2.i pata tipo "d" a suelo pata tipo "d" a suelo

pata suelo/pata suelo

3 3.1.i pata tipo "a" pata tipo "d" a guía

3.2.i pata tipo "b" " "

pata g.pasillo/pata g.suelo

4 4.1.i pata tipo "d" a guía pletinas con tornillo-chapa a guía

4.2.i " " pletinas con mordaza a guía

4.3.i pata tipo "d" a suelo pletinas a pared

pata suelo/pletina pared

5 5.1.i pata tipo "a" chapa atornillada a pared

pata g. pasillo/chapa pared

i = 1 asiento sin cinturón

i = 2 cinturones de dos puntos

i = 3 cinturones de tres puntos

Tabla de configuraciones para banquetas de dos plazas

U.P.M. INSIA

_____________________________________________________________________________

ANEXO IV Resultados del MEF para cálculo de sistema de fijación

Anexo IV 1

CASO 1

Anexo IV 2

CASO 2

Anexo IV 3

CASO 3

Anexo IV 4

CASO 4

Anexo IV 5

CASO 5

Anexo IV 6

CASO 6

Anexo IV 7

CASO 7

Anexo IV 8

CASO 8

Documents

ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA INTRODUCCIÓN DE … · Ctra. de Valencia, km 7, CAMPUS SUR DE LA UPM -28031 MADRID- TFNO: ... la resistencia de los V.G.D.T.P. sometidos a vuelco