10/12/2015
Todo sobre pruebas de colisión: Investigación Forense
¿Qué son exactamente los crash test dummies y como funcionan?
¿Qué son exactamente los crash test dummies y como funcionan?
Los crash test dummies o maniquíes de prueba, son verdaderos salva vidas que forman una parte integral en las pruebas de automóvil y las consecuencias de un accidente. Aunque los coches son cada vez más seguros a cada año que pasa, y los accidentes van disminuyendo, las muertes por choque en vehículos siguen siendo una de las causas de muerte principales en el mundo entero. Una de las razones por las que los coches van siendo más seguros, es por un programa de pruebas bien establecido.
El trabajo de un muñeco de pruebas, es simular a un ser humano durante un choque dentro de un vehículo, al mismo tiempo que se recogen datos que de otra manera sería imposible con un ocupante humano. Un dummy está hecho de materiales que imitan muy bien la fisiología de un cuerpo humano. Por ejemplo, tiene una espina dorsal que está hecha utilizando capas de discos metálicos y almohadillas de goma.
Estos maniquíes vienen en diferentes tamaños, y se hace referencia por género, tamaño edad y otros factores. Uno de los más usados es un dummy imitando a una persona de 77 kilos y 1.78 metros de altura, ya que utiliza el promedio de una gran parte de la población.
Los maniquíes de prueba contienen tres tipos de instrumentación:
- Acelerómetros
- Sensores de carga
- Sensores de movimiento
Acelerómetros
Estos dispositivos miden la aceleración en una dirección en particular. Este dato puede ser usado para determinar las probabilidades de ser herido. La aceleración es el promedio en el que la velocidad cambia. Por ejemplo, si te golpeas la cabeza contra un muro, la velocidad de tu cabeza cambia, y seguramente te dolerá. Si te golpeas la cabeza contra una almohada, la velocidad de la cabeza cambia mas lentamente y no dolerá en absoluto.
Los crash test dummies tienen acelerómetros distribuidos por todas partes. Dentro de la cabeza del muñeco, hay un acelerómetro que mide la aceleración en tres direcciones. Al hacer la prueba de choque, se realizan unos gráficos que muestran la aceleración y posterior parada del cuerpo de una forma muy precisa.
Sensores de carga
Dentro de los maniquíes de prueba hay localizados sensores de carga la cantidad de fuerza en las diferentes partes del cuerpo durante un choque. Esto también se analiza mediante gráficos.
Sensores de movimiento
Estos sensores se usan en el pecho del dummy. Miden cuanto se resiente el pecho en un accidente.
Tipos de pruebas
Hay dos tipos de prueba estándar que suelen usarse para probar accidentes de automóvil:
Impacto frontal a 56 kilómetros por hora. Esto se hace estrellando el coche contra una barrera sólida. Sería equivalente a un choque frontal contra otro coche a la misma velocidad y de peso similar.
Impacto lateral a 56 kilómetros por hora. Una pieza móvil de 1400 kilos golpea un lateral del vehículo. Esto simula el golpe que otro coche puede dar por un lado en una intersección. El ariete va a una velocidad de 56 k/h como en la anterior prueba.
Antes de poner a los dummies en el vehículo para hacer la prueba, se les aplica pintura. Diferentes colores son aplicados a las partes donde es más probable que se golpee. Las rodillas, cara, y diferentes zonas del cráneo son pintadas de forma distinta, como podemos ver en la foto:
Si los investigadores notan una aceleración mas intensa en la cabeza del maniquí, la pintura mostrará donde se ha golpeado la cabeza. Esto ayuda a prevenir este tipo de golpes en futuros choques.
En los impactos frontales los dummies son colocados representando a los ocupantes normales que podrían ir en el vehículo. Se intenta siempre hacer que la situación sea lo más real posible. Un sensor de velocidad es montado en el coche y posicionado de tal manera que dará a un resorte nada más golpear contra la barrera.
Se instalan unas 15 cámaras de alta velocidad, incluso por debajo del vehículo. Dichas cámaras pueden capturar unas mil tramas por segundo para no perder detalle de la colisión. El paso siguiente es alejar el coche de la barrera, arrancarlo, y estrellarlo a 56 k/h. Lleva menos de un segundo entre el choque contra la barrera y la detención del coche.
El choque “perfecto”
Esta claro que el choque perfecto es no chocar en absoluto, pero asumiendo que el impacto es irremediable, veamos las mejores posibilidades de sobrevivir. ¿Cómo pueden todos los sistemas de seguridad protegernos y causar el menor daño posible?
Sobrevivir a un accidente tiene que ver mucho con la energía cinética. Cuando tu cuerpo se mueva a 56 k/h, tiene una cierta cantidad de energía cinética. Después del choque, cuando quedas completamente parado, tienes una energía cinética de cero. Para evitar el riesgo de quedar herido, lo que interesa es remover la energía cinética lo más lentamente posible. Los sistemas de seguridad se encargan se eso.
El coche tiene cinturones de seguridad, sensores de choque que inmovilizan a los pasajeros incluso antes de que salte el airbag. El cinturón puede absorber algo de la energía en caso de accidente. El propio airbag absorbe otra importante cantidad de energía haciendo que la persona no se golpee hasta que el vehículo se pare del todo. Todos estos sistemas de seguridad han sido posibles gracias a las miles de pruebas hechas con los maniquíes, salvando multitud de vidas a lo largo de los años. Sin embargo, aunque los crash test dummies siguen ayudando para perfeccionar los métodos de seguridad en los automóviles y tengamos cada vez coches más seguros, la prevención y la responsabilidad siguen siendo el mejor arma contra los accidentes
La información obtenida a partir de investigaciones con cadáveres y estudios con animales ya había sido utilizada en la construcción de algunos simuladores humanos hacia 1949, cuando "Sierra Sam" fue creado por Samuel W. Alderson en el Laboratorio de Investigación Alderson conjuntamente con la compañía de ingeniería Sierra con el fin de probar el asiento eyectable y el arnés de seguridad para piloto de avión. Para estos ensayos se usaban vehículos impulsados por cohetes a velocidades de 1000 km/h, que excedían lo que un ser humano podía tolerar. Hacia principios de la década de 1950, Alderson y Grumman construyeron un dummy que fue utilizado para realizar pruebas de choque en automóviles y en aviones.
La producción en masa de dummies permitió su uso en muchos campos.
Alderson luego produjo la serie VIP-50, que fue especialmente construida para General Motors y Ford, y que fuera también adoptada por el National Bureau of Standards. Sierra respondió diseñando un nuevo dummy, el modelo se llamó "Sierra Stan," pero GM decidió que ninguno de estos dummy satisfacía sus necesidades. Por lo que los ingenieros de GM decidieron desarrollar un dummy confiable y duradero, para ello combinaron las mejores características de los modelos de la serie VIP y Sierra Stan, y así es que en 1971 nace el Hybrid I. Hybrid I era lo que se conoce como un dummy masculino de percentil 50. Lo que significa, que tenía las características de un ser humano de s**o masculino promedio en cuanto a su altura, masa y proporciones. El "Sierra Sam" original en cambio era un dummy masculino de percentil 95 (o sea más pesado y más alto que el 95% de los hombres). GM en cooperación con la Sociedad de Ingenieros de Automóviles compartió su diseño con sus competidores, como también el del nuevo dummy femenino percentil 5.
Desde entonces, se ha dedicado un esfuerzo importante a la creación de dummies cada vez más sofisticados. El Hybrid II creado en 1972, estaba mejor documentado y tenía rodillas, hombros y columna vertebral con una respuesta más real. Hybrid II fue el primer dummy que cumplió con el estándar norteamericano (American Federal Motor Vehicle Safety Standard -FMVSS) para ensayos de cinturones de seguridad de pecho y falda. En 1973, fue creado el dummy masculino percentil 50,y la "National Highway Transportation Safety Administration (NHTSA)" NHTSA firmó un acuerdo con General Motors para crear un modelo que mejorara al Hybrid II.
A pesar de que Hybrid I y Hybrid II representaban un avance significativo sobre las pruebas con cadáveres, aun así los mismos eran muy simples, y su uso quedaba limitado al desarrollo y prueba de diseños de cinturones de seguridad. Era necesario contar con un dummy que permitiera a los investigadores explorar estrategias de reducción de daños. Fue esta necesidad la que impulsó a los investigadores de GM a desarrollar la nueva serie de dummies Hybrid III.
El dummy masculino percentil 50 Hybrid III, nació en 1976 y ahora tiene familia. Su altura es de 168 cm y su masa es de 77 kg. Ocupa el asiento del conductor en todos los ensayos de colisiones frontales que se realizan en el Instituto para Seguridad en las Autopistas [1]. Lo acompaña su "hermano mayor", el Hybrid III percentil 95, que mide 188 cm y posee una masa de 100 kg. La señora Hybrid III es un dummy femenino percentil 5, con una pequeña talla de 152 cm y 50 kg.6 Los dos niños dummies Hybrid III representan a un niño pequeño de seis años de edad de 21 kg y a otro de tres años de edad de 15 kg. Estos modelos de niños son la incorporación más reciente a la familia de dummies y su diseño se basa en estimaciones y aproximaciones, y vienen a cubrir el vacío de información existente sobre los efectos de choques en los niños.
Desarrollo de las pruebas
Cada Hybrid III es calibrado antes de someterlo a un ensayo de choque. Se extrae su cabeza y la instrumentación de la misma se calibra en un ensayo en el que se deja caer la cabeza desde una altura de 40 centímetros. Luego se ensayan las características de flexión del cuello para verificar si son correctas. La piel de los Hybrids, fabricada en piel de gamuza; se comprueba golpeandola con una sonda de metal para verificar que al perforarse posee las características adecuadas. Finalmente, la cabeza y cuello se fijan nuevamente al resto del cuerpo, el cual es ubicado en una plataforma de pruebas donde es golpeado violentamente en el tronco por un gran péndulo para verificar que las costillas se doblan y flexionan en forma adecuada.
Una vez que se evalúa que el dummy esta listo para ser utilizado en un ensayo, se lo viste con ropas amarillas, se le aplica pintura para marcas en la cabeza y las rodillas, y se le adhieren marcas calibradas a los costados de la cabeza para ayudar a los investigadores en el análisis de las películas en cámara lenta. A continuación se coloca el dummy dentro del vehículo de pruebas. El Hybrid III posee cuarenta y cuatro canales de lectura de datos los cuales están distribuidos en todo su cuerpo desde la cabeza hasta los tobillos, estos sensores permiten registrar entre 30 000 y 35 000 datos durante un choque típico que dura entre 100 - 150 milisegundos. Durante el ensayo esta información se almacena de forma temporal en un registrador ubicado en el tronco del dummy, luego del ensayo los datos son transferidos a una computadora para su estudio.
Dado que el Hybrid es un dispositivo de diseño estandarizado, las partes de cada uno de los Hydrib son intercambiables entre ellos. No solo es posible ensayar un dado dummy varias veces, pero si una parte llegara a fallar la misma puede ser reemplazada fácilmente. Un dummy completamente instrumentado posee un valor de unos €150 000.
Euro NCAP es el programa europeo que analiza la protección que ofrecen los nuevos modelos de vehículos a tres grupos de usuarios: los ocupantes adultos, los niños y los peatones. Su objetivo es el incremento de la seguridad pasiva de los vehículos y la protección de ocupantes y peatones.
RACE participa en este programa en el que se realizan pruebas de choque frontal y lateral contra una barrera deformable y contra un poste rígido. Las pruebas incluyen también la medida del nivel de protección de los asientos de seguridad infantiles recomendados por el fabricante para cada modelo, así como la protección para los peatones en caso de atropello.
El resultado de estas pruebas da lugar a diferentes puntuaciones que se traducen en "estrellas" estableciendo un ranking de coches "seguros". Se realizan dos pruebas al año (JUN-NOV) con su correspondiente presentación a los medios y difusión entre las autoridades y fabricantes de vehículos, con el fin de lograr que la seguridad sea el principal factor a tener en cuenta a la hora de adquirir un vehículo, por encima de otros como la estética, la potencia, etc.
LAS PRUEBAS EURO NCAP
Protección en caso de choque frontal
Cada vehículo sometido a prueba, choca contra un bloque inmóvil, dotado de una estructura de aluminio deformable. Se pretende que este choque represente el tipo de colisión más frecuente en carretera y que causa lesiones graves o mortales. Se simula que un coche choca frontalmente con otro que tiene una masa similar.
Como la mayoría de los choques frontales afecta sólo una parte del frente del coche, la prueba se organiza para simular un choque a medio ancho entre dos coches. En la prueba, esto se simula haciendo que el 40 % del coche choque contra la barrera.
El frente de la barrera es deformable para simular la naturaleza deformable de los coches. Se trata de una prueba estricta de la capacidad del coche para superar el choque sin sufrir la intrusión en la cabina de pasajeros. El contacto entre el pasajero y las partes intrusivas de la cabina de pasajeros es la principal causa de lesiones graves y fatales en pasajeros adultos sujetos con cinturón de seguridad. La velocidad de prueba de 64 km/h simula un choque entre dos vehículos, en el que cada coche viaja a unos 55 km/h. La diferencia de velocidad se debe a la energía que absorbe el frente deformable. Las investigaciones de los accidentes han demostrado que esta velocidad de choque abarca un porcentaje significativo de accidentes graves y mortales.
Al evitar la intrusión, las posibilidades de que los pasajeros se golpeen con el interior del coche se reducen al mínimo, dejando espacio suficiente para que el sistema de retención funcione de manera eficaz. La reducción de la intrusión en la cabina de pasajeros es el efecto más evidente de la influencia del Euro NCAP.
Los airbags instalados en el volante forman parte importante del sistema de retención del conductor. Euro NCAP ha promovido aquellos diseños en los que el airbag ofrece un apoyo estable para la cabeza del conductor y en los que ésta no "rebota".
En el caso de un pasajero sujeto por el cinturón de seguridad, las fuerzas de desaceleración que genera el choque se transmiten al pasajero a través del sistema de sujeción. Euro NCAP ha promovido la incorporación de pretensores en el cinturón de seguridad, limitadores de carga y airbags de dos etapas, para ayudar a atenuar las fuerzas que se transmiten al pasajero. También ha contribuido a prevenir situaciones en las que el pecho recibe una carga directa del volante.
En la mayoría de los coches, el sistema de retención es incapaz de evitar que las rodillas de los ocupantes de los asientos delanteros choquen contra el tablero de instrumentos. Euro NCAP ha promovido la eliminación de estructuras peligrosas de las zonas con las que pueden chocar las rodillas. Las altas fuerzas ejercidas sobre la rodilla pueden lesionar la rodilla en sí, pero también pueden transmitirse desde los muslos a la articulación de la cadera y la pelvis. Estas partes del esqueleto que reciben la carga son susceptibles de sufrir graves lesiones, que pueden persistir durante mucho tiempo o resultar permanentes.
Con los diseños corrientes de coche, no existe ninguna posibilidad de evitar el contacto entre los pies de los pasajeros y los pedales. Con el fin de reducir al mínimo las lesiones, Euro NCAP ha promovido la reducción de la intrusión de los pedales y un mayor control sobre el movimiento de los pedales.
Protección en caso de choque lateral
La segunda configuración de colisión más importante es el choque lateral entre dos vehículos. Euro NCAP ha simulado este tipo de choque haciendo que una barrera deformable móvil (MDB) impacte contra la puerta del conductor a 50 km/h. La protección contra lesiones se evalúa con un maniquí para prueba de choque lateral, colocado en el asiento del conductor.
La prevención de la intrusión de los pedales y el control de los movimientos de los pedales pueden ayudar a proteger pies y tobillos. Aunque resulta difícil valorar el nivel de protección que ofrece la extensión de la intrusión, es importante controlar cómo se produce la intrusión en el interior del coche. Gracias al programa, Euro NCAP ha observado grandes mejoras en los resultados en materia de choques laterales, y también ha ayudado la oferta de airbags contra choques laterales. Ahora es normal que los coches sometidos a prueba por Euro NCAP estén equipados con estos airbags.
Protección de la cabeza en caso de choque lateral
En los accidentes por choque lateral, la cabeza es, con frecuencia, la parte del cuerpo que sufre lesiones más graves. La prueba MDB incentiva poco la mejora de la protección de la cabeza. Para tratar este asunto, Euro NCAP adoptó una prueba del poste a poca velocidad, que ofreció un medio para evaluar los nuevos airbags laterales para proteger la cabeza. La prueba del poste se realiza a 29 km/h y, aunque es una prueba estricta de los dispositivos protectores de cabeza, no simula los impactos más graves que se producen corrientemente cuando los coches chocan contra postes junto a la calzada.
La prueba evalúa simplemente el rendimiento de estos dispositivos dentro su gama actual de capacidad.
Seguridad infantil
En las pruebas de choque frontal y choque lateral, los maniquíes simulan un bebé de 18 meses y un niño de tres años de edad, sentados en la parte posterior del coche en sistemas de retención infantil recomendados por el fabricante.
Euro NCAP ha alentado a los fabricantes para que asuman la responsabilidad de proteger a los niños y ofrezcan instalaciones idóneas para el montaje de sistemas de retención infantil.
Muchos usuarios de las sillitas no consiguen instalar de manera segura los sistemas de retención infantil en el coche, lo que pone en peligro la protección requerida para los niños. Euro NCAP ha promovido la mejora de los diseños y el equipamiento con montajes ISOFIX y sistemas de retención infantil.
El sistema ISOFIX representa un método mucho más seguro para montar el sistema de retención infantil en el coche, siempre que este dispositivo adicional evite la rotación de la sillita debido a la compresión del relleno del asiento con el consiguiente rebote. Como consecuencia de ello, Euro NCAP ha observado una mejora en los diseños, ya que es menos probable que el niño se golpee con el interior del coche, a la vez que se reducen las fuerzas provenientes del sistema de retención.
Protección de los peatones
Resulta muy difícil evaluar la protección de los peatones utilizando un maniquí completo. Aunque sería posible controlar el punto de impacto del capó contra la pierna del peatón, es imposible controlar si la cabeza del maniquí se golpeará después. Para evitar este problema, se utilizan pruebas con componentes individuales.
Una prueba utilizando una figura de pierna evalúa la protección que el capó ofrece a la pantorrilla, en tanto que una figura de muslo evalúa el borde del capó y las figuras de cabezas de niño y adulto se usan para evaluar la parte superior del capó. La protección puede mejorarse con capós menos perjudiciales para el peatón, que se deforman en cuanto golpean su pierna. La protección mejorará si se impacta contra la parte inferior de la pierna, por debajo de la rodilla, y si las fuerzas se dispersan por una longitud superior a la de la pierna.
En el caso del borde del capó, las mejoras pueden venir de la recolocación de las estructuras rígidas. Para proteger la cabeza, la parte superior del capó tiene que favorecer la desviación. Es importante que exista espacio libre suficiente sobre las estructuras rígidas que hay debajo, que detendrían dicha desviación. Las pruebas utilizando figuras de pierna se realizan para evaluar la zona del capó.
El Euro NCAP realiza cuatro pruebas para determinar el comportamiento de cada coche en un choque, y analizar así su seguridad pasiva.
Los vehículos que se usan deben ser idénticos a los que están puestos a la venta, y deben poder moverse por sus propios medios.
Choque Frontal. Consiste en la colisión de un vehículo en movimiento contra una barrera deformable de 1.000 mm de ancho y 540 mm de fondo, con un solapamiento del 40%, en el lado del conductor, y a una velocidad de 40 millas por hora (64 km/h). Está basado en la prueba-tipo desarrollada por Ley, pero con un aumento de 5 mph (8 km/h) en la velocidad. En el coche van dos maniquíes sobre los que se toman resultados, además de otros obtenidos del estado final del coche. En los últimos tests también se incluyen en el asiento trasero dos muñecos simulando un bebé de 18 meses y un niño de 3 años, para los cuales se valoran los daños sufridos y sus sistemas de sujeción.
Choque Lateral. En esta prueba el coche está quieto, y contra él impacta (en el lado del conductor y perpendicularmente) un carro que lleva en su parte delantera una barrera deformable de 1.500 mm de ancho y 500 mm de fondo. El punto de choque (R-point) es aquél que tiene un 95% de posibilidades de estar situado un conductor varón. En este test solo se usa un maniquí conductor, diferente en su configuración al usado en el choque frontal. La velocidad del choque es de 50 km/h.
Atropello: Para comprobar el comportamiento de un coche en los casos de atropello, y los daños que puede recibir un peatón, se hacen varias simulaciones, con muñecos que asemejan niños o adultos, a una velocidad de 40 km/h. En los resultados se tienen muy en cuenta los golpes contra las piernas y cabeza, así como posibles aristas o salientes agresivos.
Prueba del Poste (Pole Test). Esta nueva prueba es otra forma de evaluar los golpes laterales, que son muy frecuentes (alrededor del 25% del total). Entre éstos, es frecuente el golpe contra un poste o árbol. La finalidad de esta prueba es hacer ver a los fabricantes de coches la importancia de los airbags laterales y de cabeza. La prueba consiste en golpear el lateral de un coche con un poste rígido de 254 mm de diámetro, a 29 km/h.
Este poste es estrecho para simular una mayor penetración en el coche, y está colocado a la altura de la cabeza del conductor. Con esta prueba se ha demostrado que el criterio de daños en la cabeza baja de 5.000 sin airbag lateral hasta menos de 300 con él. A partir de un valor de 1.000, existe la posibilidad de muerte. En estos momentos es una prueba opcional, que se puede realizar cuando se haya obtenido buena calificación en la prueba de impacto lateral.
