ESTUDIO MEDIANTE SIMULINK Y ANSYS DEL COMPORTAMIENTO DE LA SUPERESTRUCTURA DE UN AUTOBÚS URBANO

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1 Univesidad Calos III de Madid Escuela Politécnica Supeio Áea de Ingenieía Mecánica Poyecto in de caea Ingenieía Industial ESTUDIO MEDIANTE SIMULINK Y ANSYS DEL COMPORTAMIENTO DE LA SUPERESTRUCTURA DE UN AUTOBÚS URBANO Auto: Jose Ignacio Cao Díez Tutoes: Da. Mª Jesús López Boada D. Antonio Gauchía Babé Julio de 2009

2 AGRADECIMIENTOS En pime luga quisiea da las gacias a Mª Jesús y a Antonio po su paciencia, po sus consejos y po coegi mis eoes. Quieo dedica este poyecto a mi amilia po esta siempe a mi lado, y po segui animándome paa que teminaa este poyecto, y en especial se lo dedico a mi sobino Macos. También se lo dedicó a mis amigos de Fuenlabada, Getae y Aldea del Fesno.

3 ÍNDICE Pág. 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS 1 2. ESTADO DEL ARTE El papel del autobús en la actualidad Caacteísticas de los autobuses El diseño de los autobuses Seguidad en los autobuses Compotamiento ente al vuelco en vehículos pesados MODELADO DEL AUTOBÚS Constucción del modelo de autobús mediante Simulink Constucción del modelo de autobús mediante Ansys RESULTADOS DE SIMULACIÓN Simulación mediante Simulink. Cálculo de desplazamientos en la 58 supeestuctua del autobús Simulación mediante Ansys. Cálculo de esuezos en la supeestuctua 64 del autobús. 5. CONCLUSIONES Y DESARROLLOS FUTUROS BIBLIOGRAFÍA 73 ANEXOS 75

4 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS Una de los gandes poblemas en los países desaollados son la gan cantidad de allecidos po accidente de táico que se siguen poduciendo ya entados en el siglo XXI. Sólo en España 3823 pesonas allecieon en accidente de táico en Los gobienos de los dieentes países llevan años implantando medidas paa intenta educi estas cias (canet po puntos, mayoes contoles de alcohol y velocidad, mejoas en las caeteas). Peo la industia automovilística tiene oto papel tan impotante como el de los gobienos de los dieentes países: implanta continuamente nuevas mejoas en mateia de seguidad en los vehículos paa peveni accidentes (seguidad activa), o educi los daños en los ocupantes de los vehículos una vez se ha poducido el accidente (seguidad pasiva). Dento de los dieentes tipos de vehículos que componen el paque automovilístico, los autobuses son un medio de tanspote colectivo muy utilizado tanto en tanspote ubano como inteubano. La pincipal causa de accidente en este tipo de vehículos es el vuelco, debido a la elevada posición de su cento de gavedad. En cuanto a seguidad pasiva, las medidas que se han implantado últimamente se centan en la implantación de cintuones de seguidad, mejoas en el anclaje de los asientos, mayo potección paa los pasajeos en caso de vuelco, etc. En cuanto a seguidad activa, una de las pincipales medidas consiste en evita en la medida de lo posible el vuelco del autobús en caso de una manioba de emegencia, como puede se un cambio ápido de cail, esquiva de un obstáculo, etc. El objetivo pincipal de este poyecto es estudia el compotamiento de la supeestuctua de un autobús ubano, a in de optimiza el compotamiento ente al vuelco en este tipo de vehículos, apovechando las posibilidades que nos oecen dos aplicaciones inomáticas como son MATLAB- SIMILINK y ANSYS. Se estudiaá cómo inluye la igidez a tosión de la estuctua, la distibución de pesos, la igidez a balanceo de la suspensión, la altua del cento de gavedad o la velocidad en la estabilidad ente al vuelco de este tipo de vehículos, y se sacaán una seie de conclusiones aceca de cuales son las medidas más eectivas paa educi las pobabilidades de vuelco. El pesente poyecto empieza con una intoducción a la situación actual del autobús, estudiando su impotancia dento del tanspote actual, indicando la poblemática de la seguidad de estos vehículos, y explicando los pincipios básicos del compotamiento ente al vuelco. Posteiomente se explicaán los dos modelos que se implementan en Matlab-Simulink y Ansys paa el estudio objeto de este poyecto, paa posteiomente lleva a cabo la simulación de la manioba de cambio de cail y analiza los esultados y establece las conclusiones a aíz de dichos esultados. Pág.1

5 2. ESTADO DEL ARTE 2.1 EL PAPEL DEL AUTOBÚS EN LA ACTUALIDAD Antes de tata el tema de la seguidad en los autocaes y el compotamiento ente al vuelco, es conveniente conoce cuál es el estado actual del tanspote en autobús tanto en España como en la Unión euopea. El tanspote en autobús y autoca epesenta el 9,5% de todos los sevicios de tanspote dento de la Unión Euopea y, después de los pasajeos en coche (82,5%), sigue siendo el medio de tanspote más impotante. En téminos de pasajeo-km, el secto ha expeimentado una subida estable del 5% desde 462 millones en 1995 hasta 486 millones en Estas cias incluyen tanto los viajes nacionales como los intenacionales [1]. El paque de autobuses en España en el año 2004 ea de , cia que en 2007 alcanzó las unidades, según el Instituto Nacional de Estadística [2]. Tan sólo en España más de millones de viajeos utilizaon el tanspote ubano en el año En la tabla 2.1 se puede obseva el númeo de usuaios de tanspote ubano epatidos en usuaios de autobuses (egula/discecional) y usuaios de tanspote metopolitano duante ebeo de 2009 [2], así como la vaiación especto al mismo mes de 2008 y la vaiación inteanual acumulada. Se puede obseva como aunque duante el mes de ebeo de 2009 se ha educido el nº de viajeos en autobús ubano especto al mismo mes de 2008 un 5,05%, y un 5,31% en el acumulado inteanual. El único tipo de tanspote en autobús en el que aumenta el nº de pasajeos especto a 2008 es el discecional. Tabla 2.1 Estadística de tanspote ubano de viajeos en ebeo de 2009 según el INE. 2009M02 Viajeos tanspotados Vaiación anual Vaiación inteanual acumulada TOTAL ,05-5,31 Autobuses ,11-5,09 - Regula ,18-5,14 - Discecional ,72 1,00 Metopolitano ,52-5,65 En la tabla 2.2 se puede obseva el epato del paque de vehículos en España a 31 de diciembe de 2007 según la página web del Instituto Nacional de Estadística [2]. Pese a epesenta únicamente el 0,21% del paque de vehículos, el autoca concenta el 13,4% de los kilómetos ecoidos po los viajeos en España. Es un modo de tanspote po caetea de uso intensivo. El paque es elativamente viejo, con una media de 9,4 años de antigüedad ente a los 8,4 de los tuismos. El 25% de los autocaes tiene más de 15 años de antigüedad [3]. Pag.2

6 2. ESTADO DEL ARTE Tabla 2.2. Repato del paque de vehículos en España a 31 de diciembe de 2007 según el INE. Total % TURISMOS ,77 AUTOBUSES ,21 CAMIONES Y FURGONETAS ,96 MOTOCICLETAS ,62 TRACTORES INDUSTRIALES ,7 OTROS VEHÍCULOS ,74 TOTAL GENERAL En la tabla 2.3 se puede ve la evolución del paque de autobuses en España desde 2002 hasta 2007, según datos del Instituto Nacional de Estadística. Se puede ve el aumento continuado en el númeo de autobuses de un año a oto a pati de Tabla 2.3. Evolución del paque de autobuses en España. AUTOBUSES Existe una estecha elación ente la movilidad y el desaollo económico y social, y como consecuencia de esta estecha elación el incemento de la movilidad ha signiicado siempe un mayo o meno incemento popocional del desaollo económico y social de una ciudad, egión o país. Las pincipales ciudades del mundo han basado su desaollo en las comunicaciones con el exteio, omentando las utas de comecio y de tanspote de pesonas. Al mismo tiempo, las comunicaciones ubanas tienen especial impotancia ya que pemiten acilita los desplazamientos de un gan númeo de pesonas, tanto paa acudi a los puestos de tabajo como paa accede a las dieentes zonas comeciales [1]. La caetea ha absobido la mayo pate del incemento de la movilidad que se ha poducido en las últimas décadas, siendo de gan impotancia la paticipación del secto tanspote en el PIB, empleo y ecaudación iscal en el maco de las dieentes economías nacionales, inluyendo signiicativamente en la actividad y gado de desaollo de otos sectoes poductivos. El secto tanspote genea un gan númeo de empleos, tanto diectos como indiectos, pudiendo estimase en una cia póxima a , equivalentes al 13 % del total de empleados en España. El secto del automóvil absobe algo menos de empleados, apoximadamente el 3,8 %, y el tanspote po caetea casi , es deci el 5,3 %. El tanspote en autobús es el más impotante medio de tanspote colectivo en nuesto país. Su impotancia es indudable dada la amplísima ed concesionaia existente, así como una muy aaigada concepción del sevicio en cuanto a la accesibilidad a pequeños núcleos de población a los que no llegan otos medios de tanspote. Pág.3

7 2. ESTADO DEL ARTE Oto acto a destaca es el ceciente poceso de descentalización de los núcleos ubanos a avo de las áeas sububanas de las ciudades en el que el tanspote en autobús tiene una gan impotancia. El tanspote de viajeos en autobús en medio y lago ecoido epesenta el 60,75 % del tanspote de viajeos en España, ente al 37,18 % del eocail y el 2,07 % del avión. Sin duda, una de las pincipales ventajas con las que cuenta el autobús ente al eocail es el caácte dúctil del sevicio pestado, la accesibilidad a gupos de población aislados o pequeños, a los que no llegaía el tazado de líneas de eocail. De esta manea, el sevicio pueta a pueta del autobús pemite concenta muchos otos desplazamientos po caetea que se ealizaían de oma individual. Además de se el medio de tanspote colectivo de viajeos más económico, el autobús cuenta con una claa supeioidad especto a otos medios y es la elativa a ecuencia de sevicios, vaiedad de hoaios y capacidad de adaptación constante del sevicio a la demanda de los viajeos. El tanspote de viajeos en autobús es el medio más eiciente en cuanto al consumo global po plazas/km, seguido del eocail convencional (la alta velocidad tiene consumos paecidos a los del avión). La mayo ineiciencia enegética ecae en los tuismos, cuyo consumo especíico llega a supea al del avión. A pesa de la buena situación de que dispone el autobús como medio de tanspote de pesonas se enenta a una seie de etos dado el aumento de la demanda, de destinos, etc. El secto del tanspote de viajeos po caetea se caacteiza po tene un gan volumen de actividad y una enome tascendencia social y económica. Sin embago, no dispone aún de medios tecnológicos equipaables a los existentes en otos modos de tanspote (aéeo y eoviaio). Todos los actoes que caacteizan y han caacteizado al secto del tanspote de viajeos po caetea, ente ellos, la escasa popensión a compomete las invesiones necesaias en nuevas tecnologías, hace que muchas empesas deban plantease dichas invesiones de caa a un utuo inmediato, no como una adaptación o mejoa cicunstancial, sino como una cuestión de supevivencia. Po oto lado el tanspote de viajeos po caetea debe aonta el eto medioambiental. Es peciso que las empesas del secto del tanspote de viajeos po caetea ceen y mantengan una política estable de educción y contol de la contaminación. El medioambiente es, además de una impotante peocupación social en nuestos días, un acto estatégico en la gestión empesaial. La nomativa ambiental es cada vez más amplia y exigente y su cumplimiento obliga en muchos casos a lleva a cabo cambios elevantes en los pocesos poductivos y en los modelos de gestión de las empesas del secto El desaollo de las nuevas tecnologías y el estudio y expeimentación con enegías altenativas haá posible un tanspote po caetea en autobuses cada día más espetuoso con el medio ambiente y que pueda da espuesta a la ceciente necesidad de movilidad asociada, necesaiamente, al pogeso sin aecta al táico, la congestión y, en consecuencia, la contaminación. El compomiso que deben aonta tanto las empesas del secto como las administaciones públicas pasa po evita la contaminación indisciminada, po el omento del uso de enegías altenativas como los biocombustibles y los gases licuados a pesión y po adopta una seie de medidas como la compa selectiva de vehículos, la implantación de planes peventivos de mantenimiento y los pogamas de omación medioambiental especíica a los tabajadoes. Pág.4

8 2. ESTADO DEL ARTE Es en las ciudades donde las Administaciones públicas están poniendo especial inteés en omenta la utilización del tanspote público, como solución a los poblemas ocasionados po el uso indisciminado del tanspote pivado, poblemas de contaminación y espacio, penalizando el uso del tanspote pivado mediante pagos po accede a las zonas cénticas y la utilización del llamado estacionamiento egulado. 2.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS AUTOBUSES Las caacteísticas dimensionales de los autobuses están limitadas po las nomativas de diseño. Las diectivas oecen unas caacteísticas mínimas y máximas paa que el abicante pueda diseña su vehículo dento de un ango de valoes, siendo estos deinidos po la ealidad (seguidad de los pasajeos, caacteísticas y dimensiones de las edes viaias, etc..) [4]. Las diectivas euopeas vigentes actualmente en esta mateia son la 96/53/CE) y la 2002/7/CE (su pimea modiicación), y establecen que: Altua pemitida: La altua máxima paa autobuses es de 4 m. Ancho pemitido: Según la diectiva, el ancho pemitido paa todos los tipos de autobuses, es de 2,55 m. Po ota pate, paa las supeestuctuas de vehículos pepaados, el ancho máximo puede llega hasta los 2,60 m. Longitud pemitida: La Diectiva 96/53/CE se modiicó en este punto po la diectiva 2002/7/CE, ya que, aunque entonces se daban unos valoes máximos de longitud, estos no se tuvieon en cuenta los abicantes que pusieon en sevicio en vaios Estados miembos autobuses de longitudes mayoes. Se compobó entonces las ventajas comeciales que pesentan los vehículos de gan tamaño, econociendo que la capacidad inventiva de algunos opeadoes paa acondiciona el espacio adicional que oecen los vehículos de mayo tamaño anima a una tanseencia modal a avo de los tanspotes públicos. A su vez, los inomes que analizaban los aspectos elacionados con la seguidad concluyeon que abica vehículos de mayo tamaño no implicaba que uea menos seguo. Po ota pate, las epecusiones de ambientales de este tipo de vehículos pueden se positivas si se explotan eicazmente, disminuyendo la elación de consumo de combustible po pasajeo. La Diectiva establece que la longitud máxima pemitida paa autobuses ígidos de 13,50 m paa vehículos de 2 ejes, de 15 m paa los de más de 2 ejes, y de 18,75 m paa los autobuses aticulados. El esto de las dimensiones paa otas coniguaciones de vehículos están epesentadas en la tabla 2.4. Tabla 2.4: Longitudes máximas pemitidas según la diectiva 2002/7/CE paa los vehículos Tipo de vehículo Vehículo de moto que no sea un autobús Remolque Vehículo aticulado Ten de caetea Autobuses de 2 ejes Autobuses de más de 2 ejes Autobús aticulado Autobús + emolque Longitud máxima 12,00 m 12,00 m 16,50 m 18,75 m 13,50 m 15,00 m 18,75 m 18,75 m Pág.5

9 2. ESTADO DEL ARTE En cuanto a la aquitectua del vehículo, la mayoía de los autobuses están compuestos po dos pates bien dieenciadas: el bastido y la supeestuctua. El bastido es la estuctua que se encuenta en la pate ineio del vehículo es la que se encaga de sopota los elementos mecánicos (como son el moto, todo el conjunto de tansmisión y las suspensiones), el depósito y la supeestuctua, manteniendo todo ello en conjunto. El bastido de los autobuses tiene una coniguación en escalea, ya que está compuesto po dos vigas longitudinales (lagueos) de sección en T, que se caacteizan po consegui buena igidez a lexión, y po otas vigas tansvesales (taviesas) nomalmente de sección ectangula paa obtene una buena igidez a lexión y tosión. En la igua 2.1 se puede ve un bastido abicado po Scania. Figua 2.1 Bastido de un autobús La supeestuctua es la estuctua supeio del vehículo, y es donde se encuentta el habitáculo de los pasajeos. Es la encagada de sopota la caoceía y de dala igidez. Esta pate suele esta omada po peiles de sección ectangula omando anillos ígidos, colocados en planos pependiculaes al eje longitudinal del autobús, los cuales están unidos ente sí po otas vigas, tal y como se puede ve en la igua 2.2. Figua 2.2 Supeestuctua de un autobús Pág.6

10 2. ESTADO DEL ARTE Dependiendo de cómo estén unidas estas dos pates, se pueden dieencia tes tipos de estuctuas: Bastido y supeestuctua: Se compone de un bastido de gandes dimensiones, al cual se le coloca la supeestuctua encima mediante dieentes tipos de uniones. El bastido es el único que apota la igidez al conjunto. Semi-integal: En este caso son las dos pates las que dan igidez al conjunto, po lo que el bastido es más pequeño que en el caso anteio. Autopotante: En este tipo de estuctua, no existe distinción ente las dos pates, sino que se considea que bastido y supeestuctua son una única pieza. Con esta coniguación se puede consegui que el piso del habitáculo sea mucho más bajo que en los casos anteioes. Según su utilización, en la actualidad se pueden dieencia tes tipos de autobuses [1]: Minibuses: Es un vehículo de moto diseñado paa tanspota pequeños gupos de pesonas, apoximadamente de 20 pesonas, utilizado paa ealiza cotos desplazamientos. Los minibuses suelen se ugonetas adaptadas paa el tanspote de viajeos. En la igua 2.3 se puede ve un ejemplo de minibús, con la distibución en planta de los asientos. Figua 2.3 Ejemplo de minibús con una capacidad de 12 ocupantes. Midibuses: Son autobuses de una planta que no se pueden encuada en la categoía de minibuses ni tampoco de autobuses, cuya longitud puede vaia ente los 8 y los 11 metos. Los midibuses suelen diseñase paa se ligeos y obtene consumos educidos de combustible, como po ejemplo dotales de uedas más pequeñas que las que se montan en autobuses. Como consecuencia de esta caacteística suelen se menos duadeos que los autobuses nomales. En la igua 2.4 se puede ve el Midibús Man NM 233F caozado po Castosua. Figua 2.4 Midibús Man NM233F caozado po Castosua. Pág.7

11 2. ESTADO DEL ARTE Omnibuses: Dento de esta categoía se encuentan aquellos autobuses diseñados paa tanspota más de 30 pesonas. Dento de esta categoía se puede establece ota clasiicación dieenciando los omnibuses destinados al tanspote ubano y al tanspote de lago ecoido, puesto que la coniguación de cada uno de ellos es dieente. Figua 2.5. Ejemplo de Omnibús. Las Administaciones de cada país establecen a su vez dieentes clasiicaciones paa pode implanta una nomativa paa el contol y la seguidad de este medio de tanspote, dependiendo de la clase a la que petenezcan los autobuses estaán sujetos a esticciones o limitaciones, peíodos de evisiones, etc. 2.3 EL DISEÑO DE LOS AUTOBUSES La optimización y la veiicación de las supeestuctuas de los autobuses ubanos pesentan continuos etos a los ingenieos de los pincipales abicantes. En la actualidad existen vaias especiicaciones establecidas po las autoidades encagadas del tanspote público, las cuales son las mayoes compadoas de autobuses de este tipo, tanto de diseño como de iabilidad, que las empesas constuctoas deben cumpli paa pode oeta sus vehículos. Las autoidades que demandan este tipo de vehículos exigen peíodos elevados de gaantía que los abicantes deben cumpli paa pode segui vendiendo sus poductos; de ahí se despende que el diseño cobe un papel tan impotante [1]. Los plazos de desaollo del diseño de cada autobús se acotan cada vez más debido al ápido avance técnico que obliga a los constuctoes a inclui en sus poductos las nuevas especiicaciones que establecen los oganismos encagados de vela po la seguidad de los viajeos. Como consecuencia los abicantes tienen que ecui al desaollo de la integidad estuctual equeida en los vehículos modenos mediante heamientas CAE (Compute Aided Engineeing), como puede se po ejemplo Ansys. Debido a las esticciones de tiempo y coste a las que se enentan los abicantes, no todos los elementos son completamente analizados, en el poceso de análisis se debe detemina qué zonas y a qué nivel es necesaio analiza y qué análisis es el coecto, dependiendo de lo complicada que sea cada pate y lo cecana que se encuente a sus límites cuando esté en las condiciones de sevicio a las que seá sometida. La mayo pate de los análisis son lineales estáticos (menos del 10% son estáticos no lineales); todos ellos en 3D. Los análisis estáticos lineales se ealizan con los elementos de ANSYS. Los análisis no lineales de ANSYS se utilizan paa casos en los que se poducen gandes deomaciones: movimiento de uedas y ejes, po ejemplo. Pág.8

12 2. ESTADO DEL ARTE Paa la simulación del compotamiento no lineal de la supeestuctua de un autobús en un ensayo de vuelco se utiliza, como ejemplo, el sotwae ANSYS/LS-DYNA. Esta heamienta de esolución explícita se utiliza también paa mateiales no lineales y gandes deomaciones. Esto signiica que no sólo tabaja paa simulación de tests y ensayos, sino también paa analiza los pocesos de conomación del metal utilizados en la abicación de autobuses. Paa aseguase que la estuctua del vehículo se ha desaollado de manea adecuada, se suele utiliza una apoximación simultánea ealizada po ingenieos. En el comienzo, diseñadoes y analistas discuten qué unciones debeían se integadas paa satisace los equeimientos de dueza y igidez. La educción de peso y de costes son dos elementos que juegan papeles impotantes en el desaollo de vehículos. La educción de costes es secundaio con especto a la educción del iesgo asociado a la ceación de nuevos diseños y la pesentación en el mecado con apidez. La vaiedad de especiicaciones, iabilidad, y las condiciones de sevicio equieen a los gandes abicantes de autobuses ealiza estuctuas insensibles a las vaiaciones elacionadas con los pocesos de abicación. Paa cumpli con los ajustados plazos de entega, muchos de los diseños se llevan a cabo en 2D en luga de 3D, lo que signiica que es necesaio ecea las geometías en el pepocesado de Ansys. Cada nueva supeestuctua de autobús es analizada como un conjunto utilizando epesentaciones de sólido y supeicies. Dependiendo de la cantidad de inomación geomética pesente en el modelo, el pime análisis de una estuctua de un autobús de 12 m conlleva ente 500 y 1000 hoas de tabajo, tiempo que puede multiplicase si se descuben poblemas seveos en el diseño de la estuctua. Apate de todo el desaollo inomático que supone el diseño de la estuctua también se ealizan ensayos eales, peo cuando se ealizan ya es demasiado tade, puesto que el poceso de diseño ya ha sido llevado a cabo, suponiendo costes muy elevados, po lo que el diseño mediante heamientas CAD-CAE es de una gan impotancia, y sobe él ecae todo el peso del poceso de poducción. El mecado de autobuses y autocaes español es uno de los más competitivos de Euopa; en este mecado es muy ecuente enconta vehículos donde el chasis ha sido constuido po un abicante y la caoceía po oto. En la igua 2.6 puede vese un autobús ubano con bastido MAN NM223F y caozado po Castosua. Figua 2.6 Autobús MAN NM223F caozado po Castosua Pág.9

13 2. ESTADO DEL ARTE En España existe una gan competencia en la abicación de caoceía de autocaes y autobuses. El diseño de estas estuctuas es de elevada impotancia po la unción que cumplen de seguidad en estos vehículos de tanspote de pasajeos. Los caoceos españoles han alcanzado elevados niveles de calidad en sus poductos y a día de hoy gozan de una muy buena situación en el mecado euopeo del caozado de autobuses. Las supeestuctuas que conoman los autobuses han evolucionado desde sus comienzos, donde se añadía el cuepo o caoceía a un chasis, hasta llega a los diseños de estuctuas semi integales e integales, estos dos últimos siendo los más utilizados en la actualidad en la constucción de autobuses. Tal y como se puede obseva en la igua 2.7 las estuctuas de autocaes y de autobuses ubanos han expeimentado evoluciones similaes, peo en el caso de los autobuses ubanos se ha buscado el descenso del cento de gavedad del conjunto, con el in de acilita el acceso y mejoa la habitabilidad de los mismos. En el caso de los autobuses de gandes tayectos, se ha buscado también la educción del cento de gavedad po azones dinámicas y de seguidad, a la vez que se ha aumentado la altua del conjunto, buscando aumenta el tamaño de los espacios destinados a la caga, pemitiendo aloja los equipajes en la pate baja de la estuctua, mejoando las actitudes dinámicas del vehículo y acilitando así su conducción [1]. Figua 2.7. Evolución en el diseño de la supeestuctua de autobuses ubanos y de lago ecoido. El desaollo de autobuses seguos y iables equiee métodos de diseño optimizados, mateiales de alta calidad y pocedimientos de calidad en la abicación, que combinados popocionan autobuses de laga vida de sevicio sin necesidad de extensas y costosas opeaciones de epaación. Estos equeimientos son de gan impotancia con especto al gan volumen de tanspote de pasajeos en países industializados. Esto queda emacado po la gan poducción anual de gandes autobuses que en los últimos años ha alcanzado cias de más de unidades po año en los países industializados; tan solo en Euopa apoximadamente más de autobuses que exceden de las 6 toneladas de peso se abican anualmente. Esta gan poducción demuesta que la optimización de la mejoa de un autobús paa alcanza altos niveles de iabilidad es una impotante cuestión paa constuctoes y clientes. En cuanto a los mateiales utilizados en la abicación de los autobuses, el aceo inoxidable se ha mostado como un potencial mateial estuctual en aplicaciones paa vehículos. Existe una gan tadición en la utilización de aceos inoxidables austeníticos en tenes en Japón, Estados Unidos y Euopa. Los aceos inoxidables se han utilizado también en la abicación de autobuses, no solamente en el chasis, sino también en la supeestuctua. Las azones paa la utilización de aceos inoxidables paten de una única combinación de sus popiedades mateiales, que son diectamente aplicables en el diseño la abicación y su uso. Pág.10

14 2. ESTADO DEL ARTE La seguidad de los vehículos es una de las pincipales demandas de los consumidoes, buscando que la absoción de enegía cuando se poduce una colisión sea tan gande como sea posible. Este equeimiento puede esta muy inluenciado po la elección del mateial. Los aceos inoxidables austeníticos tienen una excelente capacidad de absoción de enegía, que aumenta enomemente su potencial a la hoa de elegi mateial paa la abicación de estuctuas seguas. El peso del vehículo es oto acto impotante en la educción del consumo y, también, en la educción del impacto medioambiental y en el incemento de la capacidad del númeo de pasajeos. La utilización de mateiales de gan esistencia es de una gan impotancia en la educción del peso del vehículo. Combinado con los conceptos más avanzados de diseño tales como la aplicación de paneles tipo sándwich, el peso de las dieentes pates del autobús puede educise de manea eectiva. Cuando se utilizan aceos inoxidables austeníticos extuidos en ío la combinación ente la buena capacidad de caga y la ligeeza de los paneles tipo sándwich puede obtenese de manea sencilla. Apate de estas ventajas, los aceos inoxidables de alta esistencia no necesitan tatamientos conta la coosión, tal y como sucede con los aceos estuctuales. Este hecho pemite la obtención de estuctuas con tavesaños, baas y paneles con ebaja de peso, y como consecuencia, un acto positivo en lo que especta al impacto medioambiental. Uno de los pincipales objetivos en la abicación de autobuses es la educción de peso en las supeestuctuas, ya que es una oma de enconta una educción del consumo sin descuida la seguidad y obustez de los mismos El aceo inoxidable apaece en muchos de estos estudios como la solución potencial al tema de la utilización de mateiales paa la constucción de este tipo de estuctuas. El utuo en la constucción de autobuses pasa po busca estuctuas cada vez más ligeas a la vez que obustas que pemitan aumenta la capacidad de caga sin pejudica las capacidades dinámicas del vehículo y su conot. La búsqueda de estas nuevas estuctuas lleva consigo la utilización de nuevos mateiales, nuevos aceos, aceos inoxidables o incluso mateiales compuestos que sean desaollados especíicamente paa este tipo de vehículos. Estos nuevos mateiales debeán pemiti pocesos de abicación sencillos y de bajo coste paa que puedan se utilizados po la industia de la automoción. 2.4 SEGURIDAD EN LOS AUTOBUSES Uno de los aspectos que más peocupa a la sociedad en estos momentos es el de la seguidad en los dieentes medios de tanspote, de oma que los constuctoes de autobuses cada vez emplean más ecusos en el diseño de nuevas estuctuas y en la implementación de soluciones técnicas que gaanticen en sus vehículos unos mínimos niveles de seguidad paa educi, en todo lo posible, el númeo de víctimas motales y la gavedad de las lesiones poducidas en los accidentes en los que intevienen este tipo de vehículos destinados al tanspote de viajeos. La siniestalidad en las caeteas españolas ha alcanzado en los últimos años niveles muy elevados, y se ha convetido en una de las pincipales peocupaciones de las administaciones públicas, que emplean gandes cantidades de ecusos en conciencia a la población en la ealización de una conducción esponsable y consegui así una educción en el númeo de accidentes. Pág.11

15 2. ESTADO DEL ARTE Los accidentes de táico se han convetido en un enómeno de gan elevancia en la sociedad. Según las cias de la Oganización Mundial de la Salud, más de un millón de pesonas allece cada año en este tipo de accidentes, mientas que 20 millones esultan heidos. En la Unión Euopea más de pesonas mueen anualmente y apoximadamente 3,5 millones esultan heidas. En España, el númeo de víctimas motales en 2007 ue, según la DGT, de 3.823, ascendiendo el númeo de heidos a más de Los automóviles son cuato veces más seguos que hace 30 años, y el númeo de muetes se ha educido desde entonces en un 50 % peo los accidentes de táico en caetea siguen povocando más de muetes en la Unión Euopea. Además de las sopendentes tasas de motalidad, los taumatismos po accidentes de táico constituyen una de las pincipales causas de pédida de salud y una vedadea sangía paa el sistema de salud. Según datos disponibles, en algunos países una de cada 10 camas de hospital está ocupada po víctimas de accidentes de táico. En cuanto a la seguidad en autobuses, hay que destaca que los autobuses son uno de los medios de tanspote más seguos de que se dispone actualmente y una de las opciones que los gobienos en Euopa intentan pomove, con el in de loga alcanza los objetivos que se han popuesto en cuanto a emisiones y congestión. El iesgo de sui un accidente motal es 3,6 veces mayo si se cicula en un ten, 17 veces mayo si se toma un avión y 31,7 veces mayo si se utiliza un tuismo o una motocicleta. En el táico ubano, los accidentes de autobuses con consecuencias motales son extemadamente aos. En cuanto al autoca, las estadísticas hablan de un mueto po cada millones de kilómetos (ente a más de 70 en los tuismos). En la tabla 2.5, que coesponde al anuaio de accidentes de la DGT del año 2007 se puede ve que el númeo de víctimas motales coespondiente a accidentes en los que han estado implicados autobuses es muy ineio a los demás tipos de vehículos. Tabla 2.5. Númeo de víctimas motales según tipo de vehículo en 2007 Tipo de vehículo Nº víctimas motales Bicicleta 89 Ciclomoto 248 Motocicleta 632 Tuismo 1821 Camión (P.M.A Kg.) 230 Camión (P.M.A Kg.) 92 Autobuses 15 Peatones 591 Otos 105 Total 3823 Los accidentes en los que están implicados autobuses esultan especialmente llamativos. El númeo de posibles heidos puede se elevado, en unción de la ocupación del vehículo. Paa el empesaio, obligado a opea con mágenes muy educidos, un siniesto supone, junto a los daños pesonales, un daño económico impotante: dictamen peicial, epaaciones, gestiones ante la compañía aseguadoa, peíodos de inmovilización no pevistos y, natualmente, pédida de imagen ente al cliente [1]. Pág.12

16 2. ESTADO DEL ARTE Los accidentes de autocaes epesentan una popoción baja especto a los accidentes con víctimas en caetea, únicamente el 0,6%. Compaando los kilómetos que ealizan en España autocaes y los tuismos, el iesgo que tiene un autoca de sui un accidente es 30 veces ineio [3]. La publicidad que se ha dado siempe a los accidentes de autocaes ha conllevado la coespondiente demanda po pate de la opinión pública de autobuses cada vez más seguos. Como espuesta a estas demandas los abicantes de autobuses y autocaes desaollan nuevos poductos a los que se incluyen dieentes innovaciones tecnológicas en mateia de seguidad, como puede se la implantación del uso de cintuones de seguidad en autobuses y autocaes. En toda la Unión Euopea se han llevado a cabo poyectos y estudios paa detemina las caacteísticas y equisitos mínimos que deben cumpli este tipo de vehículos destinados al tanspote de viajeos paa asegua unos mínimos estándaes de seguidad. En España se empezó a dispone de una eglamentación básica de seguidad en autobuses y autocaes a pati de En este año empezó la obligatoiedad paa todos los vehículos que se maticulasen en España de petenece a tipos homologados de acuedo con el Reglamento nº36, de la Comisión Económica paa Euopa de Naciones Unidas, sobe pescipciones uniomes elativas a las caacteísticas de constucción de los vehículos de tanspote público de pesonas, anejo al acuedo del 20 de mayo de 1958, elativo a la adopción de condiciones uniomes de homologación a econocimiento ecípoco de la Homologación de piezas y equipos paa vehículos a moto. La aplicación obligatoia del Reglamento 36 signiicó un gan eto paa la industia caocea española, ya que su implantación limitaba la libetad en el diseño y constucción de los autobuses y autocaes, y los sometía a un sistema de Homologación, con el consiguiente incemento de costes y tiempos paa los desaollos de los vehículos. Desde la posición actual en la que se encuentan los pincipales caoceos españoles, puede concluise que aquel eto ue satisactoiamente aontado y esuelto po el secto. Algunos se quedaon en el camino, peo más po poblemas intenos de gestión o po el aumento de la competencia y el exceso de capacidad de poducción que pudo habe en alguna época. Duante aquellos años se mejoaon los pocesos de diseño y poducción con el in de consegui una mayo estandaización del poducto e incementa poductividad. Se dejaon de constui vehículos a medida paa atende demandas especíicas, no siempe justiicadas po las exigencias del tanspote. A su vez se aumentó la invesión en pesonal y medios técnicos que posibilitó la aplicación de nuevas tecnologías y métodos tanto en las oicinas técnicas como en abicación optimizándose así los tiempos de I+D necesaios paa el lanzamiento de nuevos vehículos [5]. Po ota pate y como en aquellos tiempos el secto caoceo tenía poca salida en los mecados exteioes, la Reglamentación actuó como limitadoa de las ventas de vehículos de segunda mano desde otos mecados, dando tiempo a la adaptación pogesiva de los caoceos españoles al mecado intenacional, sin poducise los gaves desajustes suidos en esta industia en otos países euopeos. Al se España pionea en la Comunidad Euopea en establece la obligatoiedad del Reglamento 36, se consiguió con apidez una amplia expeiencia en la aplicación del Reglamento, lo que posibilitó que se detectaan las áeas de posible mejoa del mismo. Pág.13

17 2. ESTADO DEL ARTE Esto llevó en 1988 a la administación española, a tavés del entonces Ministeio de Industia, Comecio y Tuismo con la colaboación y apoyo de las Asociaciones de abicantes y caoceos a popone al gupo de tabajo de la comisión Económica paa Euopa una modiicación en poundidad del Reglamento 36, que junto con las apotaciones del Reino Unido y de la República Fedeal Alemana, dieon luga a la apobación duante el año 1993 de la seie de Enmiendas 03 al Reglamento 36, que se aplica en la actualidad en su Suplemento 8. Al mismo tiempo, la eceptividad del secto caoceo ante las nuevas necesidades de seguidad que demanda el tanspote de pasajeos, se ha ido incementando duante todos estos años, siendo muy elevada en la actualidad [5]. En lo que se eiee a los vehículos de pequeña capacidad (menos de 22 pasajeos), España consideó insuiciente las exigencias contenidas en el Reglamento de Naciones Unidas nº 52, po entendelo desasado especto a la Reglamentación de gandes autobuses. Paa soluciona este vacío, pesentó en el gupo de tabajo de Gineba, un texto poponiendo una modiicación en poundidad del mismo, documento que ue tomado como base en el gupo de tabajo y apobado tas dos años de discusión y algunas enmiendas en el año 1991, comenzando entonces el poceso de adhesión a este Reglamento, y estableciéndolo como obligatoio, en España, paa la maticulación de estos vehículos a pati de junio de Asimismo, España pesentó al gupo de tabajo de gineba un texto completo paa la elaboación de un nuevo Reglamento sobe las caacteísticas de constucción de vehículos de dos pisos. Documento que se basó en el boado ealizado paa una legislación nacional que nunca llegó a ve la luz, mejoado con las nuevas pescipciones existentes en las enmiendas de la eglamentación paa vehículos de un solo piso (Reglamentos 36 y 52). Este documento, junto con el pesentado po el Reino Unido ueon discutidos en el Gupo de Tabajo y apobado el texto deinitivo po Naciones Unidas en el año 1998, dando oigen al Reglamento nº 107. La Administación Española estableció la obligatoiedad de este Reglamento paa las maticulaciones de vehículos de dos pisos a pati de mazo de 2000, ceándose con la aplicación de este Reglamento el conjunto de legislaciones básicas sobe seguidad en autobuses y autocaes. España a pati de los años 60 y pincipalmente en los 70 y 80 conoció un gan incemento en la constucción y mejoa de caeteas. Este desaollo de la estuctua viaia junto con la bonanza económica posibilitó el aumento del númeo de vehículos, la velocidad media de estos en sus desplazamientos y como consecuencia, la movilidad de los españoles, peo estos beneicios tajeon consigo, ente otos, el incemento de accidentes po vuelco de autobuses y autocaes, con un aumento consideable del númeo de víctimas, ante lo cual todos los sectoes involucados se unieon paa consegui el gado de seguidad del tanspote que la sociedad les demandaba [5]. En 1993 se hace obligatoio en España el cumplimiento del Reglamento 66, que tata sobe la esistencia mecánica de la supeestuctua. Dicho eglamento establece que la supeestuctua del autoca tendá la esistencia suiciente paa asegua que duante y después de un ensayo de vuelco, ninguna pate desplazada del vehículo invada el espacio de supevivencia y ninguna pate del espacio de supevivencia sobesalga de la estuctua deomada. En este vuelco tipo se considea únicamente la masa coespondiente al vehículo en vacío, algo nomal al considea que cuando se establecieon los equisitos técnicos del eglamento no existía ninguna unión ente los pasajeos y el vehículo. Esta implantación supone una notable educción en el númeo de víctimas motales po accidente de vuelco en autobuses, desde su implantación se compueba que a medida que va aumentando el númeo de autobuses en ciculación homologados po este Reglamento disminuye el númeo de víctimas en accidentes con vuelco de autobús. Pág.14

18 2. ESTADO DEL ARTE El ensayo que deben supea los autobuses paa se homologados según el Reglamento 66 consiste en la simulación de un accidente de un vehículo sin velocidad longitudinal, que vuelca latealmente desde una altua de 80 cm sobe una supeicie ígida de oma que la enegía a absobe es la enegía potencial geneada ente la posición de inestabilidad y el inal de la ase de compesión. (Figua 2.7). Figua 2.7 Pueba de homologación según Reglamento 66. En lo que especta a los estudios ealizados po la Unión Euopea cabe destaca el poyecto ECBOS [6] bajo el 5º Pogama de diseño de chasis de la Unión Euopea, cuyo objetivo ea la Mejoa de la Seguidad de los Ocupantes de Autobuses y Autocaes. El poyecto estaba elacionado con la seguidad en autobuses y autocaes en toda Euopa, y tenía colaboadoes de dieentes países como Austia, Alemania, Italia, Países Bajos, España y el Reino Unido. Coodinado po la Univesidad Técnica de Gaz, el poyecto deteminó la seguidad de los ocupantes de autobuses y autocaes utilizando métodos basados en el desaollo numéico y en puebas de componentes y de modelos a escala. Los objetivos del poyecto ean, ente otos, evalua las situaciones de accidentes eales de autobuses con el in de elaboa una base de datos de los mismos, detemina los mecanismos de lesión a tavés de puebas de componentes, econstucción a escala y simulación numéica, desaolla métodos numéicos, puebas de componentes y a escala eal, con pocedimientos especiales paa autobuses ubanos. Oto de los objetivos ea popone nuevas egulaciones y desaolla un ejemplo numéico de mejoa en el diseño de inteioes. El punto de comienzo del poyecto ea euni datos aceca de lo que sucedía en ealidad, esto incluía el análisis de los tipos y cicunstancias de los accidentes en los que habían intevenido autobuses y autocaes, y la investigación de las causas de lesiones y muete de los ocupantes de los vehículos. Se llevó a cabo un poundo análisis de una especial selección de accidentes de paticula inteés, tomando datos nacionales de los seis países colaboadoes en este poyecto. Figua 2.8 Ensayo de vuelco según Regl. 66 Figua 2.9. Autoca accidentado con vuelco Pág.15

19 2. ESTADO DEL ARTE Los esultados obtenidos en el poyecto ECBOS sivieon paa mosta que la seguidad de los pasajeos necesitaba peeccionase. La pesencia de pasajeos a bodo debía tenese en cuenta en el Reglamento 66. Además según un estudio ealizado po Belingadi [7] es necesaio descibi de oma pecisa el compotamiento estuctual de los asientos duante el vuelco y una coecta descipción de la deomación de los mismos con el in de evalua adecuadamente el movimiento del pasajeo dento del vehículo. Una coecta evaluación del movimiento del pasajeo es necesaia paa evalua ielmente las cagas y el iesgo de lesión paa los pasajeos. Las simulaciones ealizadas en este estudio mostaon que el incemento de masa en el vehículo causaba mayoes deomaciones en caso de vuelco. Po lo tanto, una estuctua que cumple con la eglamentación ECE 66, posiblemente no logaía pasa la misma pueba si la pesencia de los pasajeos se tuviea en cuenta. Los esultados obtenidos en el citado estudio hacen patente la necesidad de constui estuctuas más obustas paa que puedan cumpli con el equeimiento de no intusión en el espacio de supevivencia que deine la egulación. Los cálculos mostaon cómo una estuctua más ígida puede causa mayoes niveles de lesiones en los pasajeos si se adoptan sistemas de etención inadecuados o si po el contaio se caece de ellos. Debido a esto las nuevas egulaciones en cuanto a seguidad en autobuses deben inclui la adopción de sistemas de etención a bodo (ve igua 2.10) a la hoa de obtene la homologación, de oma que en los tests se tenga en cuenta la más adicional de los pasajeos. Los esultados de este estudio abogan po la necesidad de actualiza los niveles de seguidad de autocaes y autobuses a los que se obtienen en el campo de los automóviles. Po lo tanto, ya sea paa autocaes o autobuses, debeían ealizase tests dinámicos con dummies a bodo con el in de evalua el nivel de seguidad de los vehículos. Seía conveniente estingi las cagas y aceleaciones que suen los ocupantes y no sólo limita las deomaciones de la estuctua paa pode obtene la homologación de un vehículo. Figua Cintuón de seguidad en autobús Se han llevado a cabo bastantes estudios en los que se tienen en cuenta los ocupantes de los autobuses, y se estudian los eectos que un accidente tendía sobe ellos, con el in de diseña sistemas de etención que sean eicaces a la hoa de educi las lesiones ocasionadas en accidentes. Elaboa un sistema de etención eicaz paa este tipo de vehículos no es ácil, dadas las caacteísticas de estos vehículos. Pág.16

20 2. ESTADO DEL ARTE Cuando se poduce un accidente de autobús la mayoía de las lesiones gaves y de las muetes son debidas a la no utilización de ningún sistema de etención. La no utilización de cintuones de seguidad povoca que en caso de accidente los pasajeos impacten conta pates ígidas de la supeestuctua del autobús e incluso salgan eyectados de sus asientos. La eyección ue la causante del 86% de las muetes y de apoximadamente el 18% de las lesiones gaves poducidas en accidentes de autobús. El poblema de instala sistemas de etención en autobuses es que no se pueden ancla a la supeestuctua del autobús, como sucede en el caso de los automóviles, sino que debe i anclado al popio asiento. Po este motivo el diseño de los anclajes de los asientos al suelo del autobús debe se más completo de lo que ea anteiomente, dado que al inclui el cintuón de seguidad estos anclajes tienen que sopota gandes esuezos [1]. Figua Accidente de autobús en Jaén Los asientos pesentes en la mayoía de los minibuses, autobuses y autocaes no aguantaían los esuezos poducidos en un accidente, po lo que el diseño y la optimización de los sistemas de etención y el de asientos más seguos paa sopotalos deben i de la mano. Existen dieentes estudios ealizados aceca de la seguidad de los asientos y de los sistemas de etención en los que se ealizaon puebas con dummies paa detemina la esistencia de los asientos y sus anclajes ente a un impacto de un autobús A su vez se desaollaon modelos de asiento tatando de mejoa su seguidad. Las modiicaciones ealizadas en los asientos consistían en métodos de poduci una absoción contolada de enegía a tavés de la lexión del espaldo y de contola la penetación de las odillas de los pasajeos posteioes en el mismo (igua 2.12); en las iguas 2.13 y 2.14 se puede compoba la vaiación poducida en cuanto a la absoción de enegía po pate del espaldo antes y después de ealiza las modiicaciones. Además los esultados obtenidos mostaon el allo de la mayoía de los anclajes de los asientos sin modiica, debido a un mal diseño de los mismos, tal y como se puede obseva en las iguas 2.15, 2.16, 2.17 y Figua Estado del asiento modiicado paa el ensayo después del choque. Pág.17

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