Seguridad estructural
La seguridad estructural se basa en una deformación controlada. La carrocería debe absorber y redirigir la energía de la colisión fuera del habitáculo, preservar un espacio de supervivencia utilizable y mantener el sistema de retención y la batería de alta tensión dentro de sus límites de diseño.
Rígida donde es necesario, deformable donde resulta útil
Una carrocería segura no es simplemente la más rígida. Las estructuras de deformación delanteras y traseras deben deformarse progresivamente para que el vehículo cambie de velocidad durante más tiempo y distancia. Alrededor de los ocupantes, la célula de seguridad necesita suficiente resistencia para limitar la intrusión y mantener las puertas, los asientos, los cinturones y los airbags en posiciones útiles.
Los ingenieros crean múltiples rutas de carga a través de largueros longitudinales, subchasis, largueros laterales, travesaños, pilares, largueros del techo y el suelo. En las colisiones frontales con solapamiento total, moderado o pequeño, laterales, traseras, contra postes, con vuelco o de tipo empotramiento intervienen rutas diferentes. Un diseño que rinde bien en una dirección puede seguir presentando una debilidad en otra.
Las funciones principales son:
- Gestionar el pulso de la colisión: deformarse progresivamente en lugar de detener bruscamente el habitáculo.
- Preservar el espacio de supervivencia: limitar el desplazamiento de la columna de dirección, los pedales, el salpicadero, las puertas, el techo y el suelo hacia el habitáculo.
- Sostener los sistemas de retención: mantener los anclajes de los cinturones, los asientos y las zonas de despliegue de los airbags en las posiciones utilizadas para su calibración.
- Proteger a otros usuarios de la vía: gestionar la compatibilidad con vehículos de distinto tamaño y masa y reducir el contacto exterior perjudicial para peatones y ciclistas.
Impactos laterales y espacio de los ocupantes
Los impactos laterales dejan poca distancia de deformación entre el objeto que golpea y el ocupante. El larguero lateral, el pilar B, el larguero del techo, las barras de las puertas, los travesaños del suelo, la estructura del asiento y los airbags laterales deben repartirse el trabajo. Las pruebas contra postes concentran la fuerza en una zona estrecha, mientras que las pruebas del lado opuesto examinan el movimiento hacia el centro del vehículo.
La estructura lateral es especialmente importante en un vehículo eléctrico con plataforma de tipo monopatín, porque la batería suele ocupar gran parte del suelo entre los ejes. El diseño debe limitar tanto la intrusión en el habitáculo como la deformación de la carcasa de la batería.
Protección de la batería de tracción
La carcasa de la batería forma parte de un sistema de protección por capas. Según la plataforma, puede ser un conjunto desmontable o contribuir de forma más directa a la rigidez de la carrocería. Los largueros laterales y travesaños circundantes desvían las cargas laterales, las protecciones de los bajos resisten los restos de la carretera y los raíles y secciones de la carcasa de la batería controlan la deformación local.
La protección mecánica es solo una capa. El sistema de gestión de la batería vigila las celdas y el aislamiento, mientras que los contactores o dispositivos pirotécnicos pueden desconectar el bus de alta tensión después de una colisión que cumpla las condiciones previstas. La normativa aborda los riesgos de descarga eléctrica, fuga de electrolito, incendio, integridad mecánica, vibración, temperatura y propagación térmica. El artículo seguridad de las baterías explica en detalle estas protecciones a nivel de la batería.
La intrusión en la batería no es la única medida importante. Una celda dañada puede desarrollar un cortocircuito interno sin una deformación externa evidente, y un vehículo que haya sufrido un impacto grave en los bajos o lateral puede necesitar aislamiento, inspección y vigilancia conforme a los procedimientos de emergencia y reparación del fabricante.
Cómo cambia el problema la arquitectura de un vehículo eléctrico
Una plataforma de vehículo eléctrico ofrece a los ingenieros distintas oportunidades y limitaciones:
- La ausencia de un motor de combustión puede liberar volumen en la parte delantera, pero la dirección, la suspensión, la climatización, la carga, la electrónica de potencia y las estructuras de impacto siguen compitiendo por el espacio.
- Una batería instalada en una posición baja suele bajar el centro de gravedad, lo que puede reducir la propensión al vuelco, pero la resistencia del techo y la retención de los ocupantes siguen siendo necesarias.
- La batería y su carcasa pueden aumentar la rigidez del suelo, pero el resultado depende de cómo estén unidas a la carrocería y de cómo se transfieran las cargas.
- Los vehículos eléctricos suelen ser pesados para sus dimensiones exteriores. Una mayor masa puede proteger a sus ocupantes en una colisión con un vehículo más ligero y, al mismo tiempo, aumentar las fuerzas impuestas al otro vehículo, por lo que la compatibilidad en caso de colisión es importante.
- El suelo plano puede modificar la posición del asiento y el apoyo bajo los muslos, algo que debe tenerse en cuenta al calibrar el cinturón, el asiento y el airbag.
Estos son condicionantes de ingeniería, no pruebas de que todos los vehículos eléctricos sean más seguros que todos los vehículos de combustión. El resultado debe comprobarse para el modelo exacto.
Desarrollo y pruebas de seguridad estructural de Mercedes-Benz. Mercedes-Benz / YouTube.
Materiales y fabricación
Las carrocerías modernas combinan acero dulce, aceros avanzados y endurecidos en prensa, piezas de aluminio fundidas y extruidas, adhesivos, soldaduras por puntos, remaches y piezas soldadas a medida. El grado del material se elige para una función local: plegado controlado, refuerzo de alta resistencia, estabilidad de las uniones, comportamiento frente a la corrosión, facilidad de fabricación o reparación.
Las grandes secciones fundidas y los conceptos de batería estructural pueden reducir el número de piezas y cambiar las rutas de carga, pero ninguna de las dos soluciones es automáticamente más segura. El diseño de las uniones, la calidad de la fundición, el comportamiento ante las grietas, la redundancia, las cajas de absorción sustituibles y la estructura completa ensayada determinan el rendimiento.
La simulación informática permite a los ingenieros estudiar muchas configuraciones de impacto antes de que existan prototipos físicos. Las pruebas físicas de componentes, trineos, barreras, postes y entre vehículos siguen siendo esenciales, porque los modelos deben correlacionarse con materiales, uniones, maniquíes y modos de fallo reales.
Qué revelan las pruebas de choque
Un vídeo de una prueba de choque puede parecer espectacular incluso cuando la estructura funciona como se ha previsto. Entre las pruebas útiles se encuentran el pulso medido de la colisión, la intrusión en la zona de los pies y los pilares, la deformación de las aberturas de las puertas, las mediciones de lesiones de los maniquíes, la interacción de los sistemas de retención, el estado de la batería y el funcionamiento de las puertas y los sistemas de emergencia después del impacto.
Las pruebas con solapamiento pequeño son especialmente reveladoras porque el impacto puede evitar los largueros delanteros principales. El IIHS informa de que los vehículos con buen rendimiento en su evaluación de solapamiento pequeño del lado del conductor han mostrado un menor riesgo de muerte del conductor en colisiones frontales reales que los vehículos con mala calificación.
Prueba de choque entre un Chevrolet Bel Air de 1959 y un Chevrolet Malibu de 2009. IIHS / YouTube.
Prueba de choque entre un Toyota Corolla de 1998 y un Toyota Corolla de 2015. Global NCAP / YouTube.
Los vídeos comparativos también muestran por qué importa la antigüedad del vehículo. Los habitáculos más resistentes, las rutas de carga mejoradas y los sistemas de retención coordinados han cambiado sustancialmente los resultados de las colisiones, pero los resultados con distintas masas y configuraciones de prueba siguen exigiendo una interpretación cuidadosa.
La reparabilidad forma parte del diseño
Después de una colisión, una reparación segura implica restablecer las rutas de carga, las uniones, la protección contra la corrosión, los puntos de montaje de los sensores y el aislamiento de la batería, no limitarse a dejar recto el exterior. Algunos diseños utilizan cajas de absorción sustituibles o procedimientos de reparación por secciones; otros exigen sustituir una gran pieza fundida, un larguero o la carcasa de la batería.
Antes de comprar o reparar un vehículo eléctrico dañado, consulte el manual de reparación estructural del fabricante, el procedimiento de alta tensión, los requisitos de medición, las especificaciones de adhesivos y elementos de fijación, y las instrucciones de calibración de sensores. Una reparación deficiente puede comprometer tanto la seguridad pasiva como el rendimiento de los ADAS.
Consulte cinturones de seguridad y airbags para conocer los sistemas de retención que sostiene la carrocería, y pruebas de choque y calificaciones de seguridad para las pruebas utilizadas en la evaluación del vehículo completo.