análisis de la influencia de la distancia entre asientos de vehículos

Transcripción

ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA
DISTANCIA ENTRE ASIENTOS DE
VEHÍCULOS AUTOCARES EN LA
SEGURIDAD Y EL CONFORT
DE SUS OCUPANTES
INSIA
ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA
DISTANCIA ENTRE ASIENTOS DE VEHÍCULOS
AUTOCARES EN LA SEGURIDAD Y EL CONFORT DE
SUS OCUPANTES
DESARROLLADO POR EL:
INSTITUTO UNIVERSITARIO DE INVESTIGACIÓN DEL AUTOMÓVIL
(INSIA-UPM)
PARA LA:
FUNDACIÓN INSTITUTO TECNOLÓGICO PARA LA SEGURIDAD
DEL AUTOMÓVIL (FITSA)
Madrid, Mayo de 2007.
U.P.M.
INSIA
EQUIPO TÉCNICO
Luis Martínez Sáez, Dr. Ingeniero Industrial.
Mª Teresa Vicente Corral, Ingeniera Industrial.
Gustavo Fernández Ferichola, Ingeniero Industrial.
Beatriz Valles Fernández, Ingeniera Técnico Industrial.
Antonio García Álvarez, Ingeniero Industrial.
Ángel L. Martín López, Ingeniero Industrial.
Luis Jesús Guerra Casanova, Ingeniero Industrial.
Colabora: Javier Cepeda Izquierdo, Becario INSIA-UPM.
Ctra. de Valencia, km 7, CAMPUS SUR DE LA UPM -28031 MADRIDTFNO: 913365300 FAX: 913365302 e-mail: [email protected]
U.P.M.
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INDICE
1. INTRODUCCION. ...................................................................................................... 1
2. RESUMEN DEL ESTUDIO ERGONÓMICO. .......................................................... 1
2.1.
Objetivos. ........................................................................................................... 1
2.2.
Antecedentes. ..................................................................................................... 1
2.2.1. Distancia mínima entre asientos. ..................................................................... 1
2.2.2. Parámetros de confort en los asientos de autocar. ........................................... 2
2.2.3. Población del estudio. ...................................................................................... 3
2.2.4. Limitaciones del estudio. ................................................................................. 3
2.3.
Metodología para el análisis ergonómico de confort. ........................................ 3
2.3.1. Evaluación paramétrica a partir de modelos CAD........................................... 5
2.4.
Conclusiones. ..................................................................................................... 7
3. RESUMEN ESTUDIO DE SEGURIDAD.................................................................. 9
3.5.
Descripción de los ensayos................................................................................. 9
3.6.
Procesado y resultados. .................................................................................... 12
3.7.
Análisis............................................................................................................. 14
3.8.
Conclusiones. ................................................................................................... 16
3.8.1. Conclusiones deL análisis de la influencia de la distancia entre asientos. .... 16
3.8.2. Conclusiones del análisis de la influencia del tipo de sistema de retención. . 19
3.8.3. Conclusiones del análisis de la influencia del fabricante de butacas en los
resultados del estudio. ........................................................................................... 19
3.8.4. Recomendaciones para la mejora del ECE R80............................................. 20
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1. INTRODUCCION.
El estudio tiene como objetivo fundamental analizar la influencia de la distancia
entre asientos en autocares desde un doble aspecto: Seguridad y Ergonomía, con el fin
de extraer conclusiones que permitan asesorar técnicamente a la Administración
Española en relación con las prescripciones técnicas existentes en la Reglamentación.
La necesidad de estudio ha sido identificada por ASCABUS, Asociación Española de
Carroceros de Autobuses, ya que la tendencia al incremento de peso de los autocares,
bien sea por las propias funciones incluidas, bien por motivos de reglamentación
(modificación del Reglamento 66 con una estructura resistente de mayor peso), plantea
problemas acuciantes en el peso máximo de los vehículos. Es posible reducir el PMA
mediante la disminución del número de plazas, incrementando la distancia entre
asientos. Ante esta alternativa, es necesario comprobar que dicho incremento de la
distancia no afecta a la seguridad y a la par estudiar si es posible definir una distancia
óptima que maximice la seguridad y el confort de los pasajeros.
Para ello, se estudiará la ergonomía y la seguridad ante impacto frontal de distintos
pasos entre asientos y configuraciones de respaldos y cinturones de seguridad. Se
utilizarán en el estudio, modelos de simulación (ergonomía) y ensayos con maniquíes de
impacto instrumentados (seguridad).
2. RESUMEN DEL ESTUDIO ERGONÓMICO.
2.1. OBJETIVOS.
El análisis ergonómico que se ha realizado en este estudio tiene como objetivo
determinar la distancia mínima longitudinal entre dos filas de asientos orientados en el
sentido de marcha, que garantice mediante criterios ergonómicos el confort de sus
ocupantes para un rango amplio de la población.
2.2. ANTECEDENTES.
2.2.1.
DISTANCIA MÍNIMA ENTRE ASIENTOS.
Dentro de la normativa existente, se han encontrado las siguientes referencias a
distancia longitudinal entre asientos de vehículos autocares:
La Directiva 2001/85/CE establece una distancia mínima entre dos asientos
consecutivos orientados en el mismo sentido. Esta distancia está establecida con la
medida horizontal definida en el plano longitudinal del vehículo, entre la cara delantera
del respaldo de un asiento y la cara trasera del respaldo del asiento que le precede, a una
altura comprendida entre el nivel de la cara superior del cojín y 620 mm por encima del
piso. Denominaremos “Distancia H” a esta cota que refleja el espacio real disponible
para el pasajero. La distancia mínima marcada en la Directiva depende de la clase de
vehículo:
-
En vehículos Clases I, A y B 650 mm (autobuses y M2).
-
En vehículos Clase II y III 680 mm (interurbanos y autocares).
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Distancia
Dist. mínima1
Figura 1. Distancia entre asientos (izquierda). Paso entre asientos (derecha).
El Reglamento 80 ó Directiva 74/60/CEE que verifica los requisitos de seguridad de
los asientos y sus anclajes en vehículos de categoría M3, Clases II y III, establece la
opción de realizar unos ensayos dinámicos en catapulta colocando dos filas de asientos
a una distancia entre dos puntos consecutivos, que denominaremos “Distancia 1” o
“paso” entre asientos. En la citada reglamentación está fijada para ensayo en 750 mm, si
el fabricante no solicita una distancia diferente.
La diferencia entre ambas medidas (distancia H y distancia 1) corresponde más o
menos al ancho de un respaldo estándar, pero no es directamente equiparable para todos
los asientos.
2.2.2.
PARÁMETROS DE CONFORT EN LOS ASIENTOS DE AUTOCAR.
Los parámetros de los asientos que influyen en las posturas y por tanto en el confort
de los pasajeros son:
-
Dimensiones y ángulo del respaldo.
-
Ángulo de asiento o inclinación.
-
Brazos, apoya brazos.
-
Altura, fondo, ancho y superficie del asiento.
- Punto de referencia R o H. Obtenido en función de la forma, configuración y
resto de dimensiones. La altura del asiento (y del punto R o H) debe ser cercana a la
altura del poplíteo (distancia vertical desde el piso al ángulo poplíteo donde el tendón
del bíceps femoral se inserta en la pierna baja), pues una altura mayor presiona los
muslos disminuyendo la circulación y produciendo un efecto de “agujas” en muslos,
hinchazón de pies e incomodidad. La altura máxima se debe diseñar para un percentil
5% femenino. A mayor altura, mayor presión y a menor altura o mayores dimensiones
del usuario este tiende a inclinarse hacia delante requiriendo mayor espacio para las
piernas. Este resulta un factor fundamental por lo tanto en el análisis de claridad y
postura a realizar.
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2.2.3.
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Espacio para las piernas. El espacio frontal es el factor a analizar en el estudio.
POBLACIÓN DEL ESTUDIO.
Para realizar el estudio de confort se han utilizado los percentiles (porcentajes de
población en función de la dimensión corporal) correspondientes a la población
Europea.
Si bien los requisitos de seguridad para asientos, sus anclajes y anclajes de cinturón
de seguridad se verifican para un 50% masculino, se ha extendido la población de
análisis de confort incluyendo los grupos 5% femenino y 95% masculino.
Figura 2. Percentiles utilizados: 95% masculino, 50% masculino y 5% femenino.
2.2.4.
LIMITACIONES DEL ESTUDIO.
Como limitaciones del estudio se han establecido la claridad (distancia mínima a un
objeto) y la postura (relación entre la dimensión corporal del usuario y el espacio).
Para establecer la distancia mínima recomendada, la limitación de claridad la
establece el percentil 95% masculino, pero hay que tener en cuenta que no existe
limitación postural para los otros percentiles que pudiese establecer una distancia
diferente de la del análisis para el percentil 95% masculino, por lo que se emplean los
tres percentiles indicados para el análisis de postura, el 95% para la claridad y se
verificará esta última para los otros percentiles en el análisis ergonómico de confort.
2.3. METODOLOGÍA PARA EL ANÁLISIS ERGONÓMICO DE CONFORT.
Se determinará la postura de confort de cada percentil sobre un asiento de autocar a
través de las recomendaciones halladas en la bibliografía y mediante ensayos con
voluntarios sobre un asiento concreto seleccionado. También se obtendrán para estos
voluntarios las distancias mínimas entre butacas en el módulo de ensayo, así como el
máximo ángulo de inclinación del respaldo delantero hasta obtener contacto. Estos
parámetros medidos en el laboratorio se utilizarán para verificar el análisis realizado con
el software de ergonomía.
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Bibliografía: Algunos datos para confort en
automóvil y conductores de autocares o
camiones. Carencia de datos en asiento de
pasajero de autocar
Creación de módulo de ensayos: selección
de asientos y fijación en estructura de autocar.
Selección de voluntarios (9 en total, 3 por grupo de percentil seleccionado) y medidas
antropométricas
Situación de cada pasajero en la butaca
durante al menos 15 min y medidas del mismo
en la posición de confort
Acercamiento de butaca delantera y medida
de la Distancia 1 o Paso hasta que se produce
contacto. Medida de la inclinación máxima del
respaldo del asiento delantero
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GRUPO 1
GRUPO 2
GRUPO 3
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Voluntario 1
Voluntario 2
Voluntario 3
Voluntario 4
Voluntario 5
Voluntario 6
Voluntario 7
Voluntario 8
Voluntario 9
Tibiapie
A
91
109
88
85
83
118
102
70
91
fémurtibia
B
87
111
91
92
85
127
122
84
104
espaldafémur
C
105
113
113
114
115
120
137
122
126
Espaldacuello
D
149
162
154
159
170
154
159
167
160
Espaldavertical
D’
20
20
20
18
25
20
26
18
23
Ángulos de confort obtenidos con los voluntarios.
2.3.1.

EVALUACIÓN PARAMÉTRICA A PARTIR DE MODELOS CAD.
Ajuste de las posturas de confort encontradas (2 tipos) a los percentiles exactos
en la butaca de ensayo (ejemplo: 95% masculino).
Posición 1: contacto en tibia
Posición 2: contacto en rodilla
95%
MASCULINO
Figura 3. Diferentes posturas encontradas.

Ajuste de las posturas de confort dentro del rango de variación de altura de
butacas existentes en el mercado (situación punto R: altura máxima, mínima y de
ensayo). Para poder estimar una distancia valida que pueda ampliarse a una mayor
gama de asientos, se ha realizado un estudio entre 25 butacas del mercado con la
intención de determinar las dimensiones más habituales y poder realizar el estudio
sobre unas cotas frontera. Para la generación de las butacas frontera (altura
máxima y altura mínima) se ha mantenido la forma de la butaca del ensayo
(medida con exactitud), sin tener en cuenta los posibles conformados de respaldo
existentes en el mercado, así como, los elementos extra: revisteros, bandejas, etc.
Para estas butacas, las posiciones de confort de los percentiles se han ajustado en
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función de las nuevas dimensiones, teniendo en cuenta los nuevos puntos R, el
hundimiento del cojín y evitar el efecto de “agujas” en los muslos.

Determinar la distancia hasta que se produzca el contacto con una butaca
delantera, para el percentil 95% situado en esa posición de confort.
Figura 4. Determinación del paso entre asientos con un 95% percentil.

Verificar para el resto de percentiles y propuesta de esa cota que garantice el
confort (50% masculino y 5% femenino).
Figura 5. 50% percentil masculino (izquierda). 5% percentil femenino (derecha)

Análisis en otras configuraciones (respaldo reclinado).
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95% MASCULINO
50% MASCULINO
5% FEMENINO
Figura 6. Diferentes configuraciones analizadas.
2.4. CONCLUSIONES.
Con los 680 mm marcados como distancia H mínima actual y con la geometría de la
butaca seleccionada (salvo recorrido en alturas del punto H existente en el mercado)
estarían en posición de confort sin contacto con el asiento delantero toda la población
englobada hasta el percentil 50% masculino (salvo un caso analizado: la butaca más
baja y la posición más “estirada” para el pasajero).
En los voluntarios medidos (quizá el número podría aumentarse en futuros análisis),
se han encontrado dos tendencias en cuanto a la postura de confort en un asiento de
autocar: una postura con las piernas más estiradas (contacto de la tibia con el asiento
delantero) y otra con espalda más recta y menor ángulo entre fémur y tibia (contacto de
la rodilla con el asiento delantero).
Se propone una distancia mínima entre asientos para asegurar que el mayor número
de pasajeros pueda sentarse en su posición de confort sin que tengan contacto con la
butaca delantera de:
Distancia H:
730 mm
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Distancia 1 o paso:
dependerá del asiento en cuestión. Para el asiento de
ensayo seleccionado esta distancia es de 787 mm.
Con esta distancia se asegura que:

Todos los pasajeros, incluyendo el percentil 95% sentados con el respaldo sin
reclinar, podrían encontrar una posición de confort sin contactar con el asiento
delantero.

Con las estimaciones realizadas sobre las butacas (sin ajustar la forma del
respaldo para butacas diferentes de la ensayada) prácticamente todos los pasajeros
podrían encontrar una posición de confort si el respaldo delantero estuviese
reclinado con la posible excepción de una butaca muy baja (pocas en el mercado)
y un pasajero de percentil 95%.

Una distancia mayor en principio sería mejor para incluir realmente a todos los
percentiles. El problema en ese caso puede darse para los percentiles inferiores
(5% femenino) puesto que si el asiento delantero no lleva reposapiés o si este no
es muy largo, puede encontrarse con que no apoya los pies impidiendo posiciones
de confort.
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3. RESUMEN ESTUDIO DE SEGURIDAD.
En la primera fase de este proyecto, se ha analizado mediante un estudio ergonómico
experimental, cuál es la distancia mínima entre asientos aceptable desde el punto de
vista de la ergonomía.
Como resultado de este análisis, se ha determinado que la distancia mínima entre
asientos atendiendo a la ergonomía de los ocupantes debe ser de 730 mm, equivalentes a
787mm de paso entre asientos en la butaca utilizada para el estudio.
En la segunda fase del proyecto se ha realizado el análisis desde el punto de vista de
la seguridad de los ocupantes en autocares. Para ello, se han realizado una serie de
ensayos dinámicos para evaluar el nivel de protección ofrecido a los ocupantes en dos
configuraciones de distancia entre asientos, la primera los 680 mm mínimos que indica
el Reglamento (equivalentes a 737 mm de paso entre asientos en la butaca utilizada en
el estudio), y la segunda los 730 mm obtenidos en el estudio de ergonomía.
3.5. DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS.
En la actualidad los pasajeros de un autocar pueden ir sentados en dos tipos de
butacas atendiendo al tipo de sistema de retención que utilicen las mismas:
− Butacas con sistema de retención sub-abdominal, conocido como cinturón de dos
puntos.
− Butacas con cinturón compuesto por una banda que cubre la zona sub-abdominal
y otra la zona torácica, conocido como cinturón de tres puntos. Estas butacas se
caracterizan por tener una mayor rigidez en el respaldo que las anteriores dado
que el punto de anclaje del cinturón va incorporado en el propio respaldo, por lo
tanto es el respaldo de la butaca el encargado de absorber los esfuerzos
transmitidos por el cinturón en caso de impacto frontal.
Teniendo en cuenta estos dos tipos de butacas, las posibles combinaciones de
presencia o no de ocupantes y uso del sistema de retención, es posible identificar tres
escenarios representativos. Hay más posibles configuraciones, si bien estas son las más
representativas. Los escenarios utilizados en este estudio son:
Escenario 1.
Tres filas de butacas, con cuatro maniquíes sentados en las butacas de las filas
posterior y central utilizando los cinturones de seguridad, bien de dos o tres puntos.
En esta configuración se analiza, cómo afecta a los ocupantes de la última fila el
hecho de que en la fila intermedia vayan dos ocupantes restenidos por el cinturón
de seguridad, que están sometiendo a las butacas a solicitaciones y cambiando la
configuración de los esfuerzos y posibles contactos entre los ocupantes de la última
fila y los respaldos de la fila de asientos intermedia. Este escenario es simulado por
la configuración de ensayo 01, ver Figura 7.
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Escenario 2.
Dos filas de butacas y dos maniquíes sentados en las butacas de las filas
posteriores. En esta configuración todos los maniquíes van libres sin utilizar los
cinturones de seguridad. Se analiza, si el impacto de los ocupantes con la parte
posterior de las butacas de la fila delantera es lesivo o no. Este escenario se
identifica con la configuración de ensayo 02, ver Figura 7.
Escenario 3.
Dos filas de butacas, con dos maniquíes sentados en las butacas de las filas
posteriores utilizando los cinturones de seguridad, bien de dos o tres puntos.
Configuración similar a la del escenario 1, pero en este caso sólo hay ocupantes en
la fila posterior, por lo tanto los asientos delanteros no están sometidos a los
esfuerzos de retener a los ocupantes de la propia fila de butacas y por lo tanto el
modo en el que se produce el impacto de los ocupantes con la parte posterior de la
butaca es diferente al del escenario 1.
Figura 7. Detalle de las tres configuraciones de ensayo utilizadas en el estudio de seguridad.
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Teniendo en cuenta estos tres escenarios y los dos tipos de butacas es posible evaluar
el nivel de seguridad ofrecido dependiendo de la distancia entre asientos utilizada.
Para ello se han realizado doce ensayos de catapulta, seis para cada distancia entre
asientos (ver Figura 8).
Figura 8. Detalle del carro con tres filas de butacas y cuatro maniquíes.
La Tabla 1, describe brevemente los parámetros más importantes de cada uno de los
ensayos realizados, configuración, sistema retención y paso entre asientos.
Referencia
Ensayo
737-3P-01
737-3P-02
737-3P-03
787-3P-01
787-3P-02
787-3P-03
737-2P-01
737-2P-02
737-2P-03
787-2P-01
787-2P-02
787-2P-03
737-2P-04
Fabricante
Butacas
Fabricante-A
Fabricante-A
Fabricante-A
Fabricante-A
Fabricante-A
Fabricante-A
Fabricante-A
Fabricante-A
Fabricante-A
Fabricante-A
Fabricante-A
Fabricante-A
Fabricante-B
Configuración de
ensayo
01
02
03
01
02
03
01
02
03
01
02
03
03
Tipo sistema
Retención
3 puntos
Sueltos
3 puntos
3 puntos
Sueltos
3 puntos
2 puntos
Sueltos
2 puntos
2 puntos
Sueltos
2 puntos
2 puntos
Paso entre asientos
(mm)
737
737
737
787
787
787
737
737
737
787
787
787
737
Tabla 1. Matriz de ensayos.
Estos 12 ensayos han sido realizados con butacas de un mismo fabricante,
denominado “Fabricante A”.
Se ha realizado un esfuerzo adicional no contratado por FITSA ensayando butacas de
dos fabricantes en la configuración de ensayo donde se han producido lesiones más
graves. De este modo es posible confirmar que los resultados obtenidos en estos
ensayos no están influenciados por el fabricante de la butaca.
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3.6. PROCESADO Y RESULTADOS.
El nivel de seguridad ofrecido en cada configuración se ha evaluado en base a los
valores de esfuerzos y aceleraciones registrados por los maniquíes de impacto utilizados
en los ensayos.
Los maniquíes de impacto permiten estimar el riesgo de sufrir lesiones en caso de
accidente en distintas regiones del cuerpo. Dicha estimación se hace a través de los
llamados criterios de lesión, existentes para evaluar diferentes tipos de lesión en
diferentes regiones de cuerpo. Teniendo en cuenta la cinemática de los ocupantes en
este tipo de ensayos, las zonas del cuerpo con más riesgo de sufrir lesiones son:
− La cabeza. Como consecuencia del impacto directo de la cabeza con los
respaldos de las filas delanteras. Se han evaluado dos criterios de lesión, que
tratan de predecir fracturas de cráneo y daños en el encéfalo.
− El cuello. Como resultado de la cinemática de los ocupantes, el cuello puede estar
sometido a elevados esfuerzos que deriven en graves lesiones de la columna. Se
han evaluado tres criterios de lesión en cuello.
− El tórax. Como consecuencia del impacto del tórax con el respaldo, o de los
esfuerzos trasmitidos por los cinturones de seguridad, es posible sufrir lesiones
graves en pecho, tanto lesiones óseas, fracturas de esternón, costillas, etc.. cómo
daños en órganos internos. Se han evaluado tres criterios de lesión en el pecho.
− Extremidades inferiores. Dado que las rodillas de los ocupantes impactan en
muchos casos con los asientos delanteros, es posible sufrir lesiones en los fémures
como consecuencia de las solicitaciones así como lesiones en las rodillas, como la
rotura de los ligamentos. Por ellos se han evaluado dos criterios de lesión, uno en
fémur y el otro en la rodilla denominado desplazamiento de la tibia.
En la Tabla 2 se detallan los criterios calculados.
Región de cuerpo
Cabeza
Cuello
Tórax
Fémures
Rodillas
Criterios
CAC Criterio de Aceptabilidad Cabeza
Aceleración acumulada 3ms
Esfuerzos en cuello Fx (+)
Esfuerzos en cuello Fz (Tracción)
Cuello Superior Momento OC Y (Extensión)**
CAT Criterio de Aceptabilidad Tórax
Criterio de Viscosidad
Compresión pecho
CAF Criterio de Aceptabilidad Fémur
Desplazamiento de la tibia
Tabla 2. Criterios de lesión calculados para evaluar la seguridad de los ocupantes.
Los resultados se presentan en formato de gráfico de barras, se incluyen los
resultados de cada uno de los maniquíes sentados en las plazas traseras, así como una
línea roja que delimita cuál es el valor límite asociado a ese criterio de lesión, es decir,
por encima de ese valor se considera que el riesgo de sufrir una lesión por los ocupantes
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es significativo. Estos valores límite se han obtenido de la Reglamentación sobre
seguridad de vehículos en impacto frontal R80 para autocares y R94 para turismos.
Las gráficas se han agrupado en dos bloques, los criterios requeridos por el
reglamento que regula los asientos de autocares, ECE R80 y los del reglamento que
verifica la seguridad en colisión frontal ECE R94 de los turismos.
De este modo se puede evaluar de forma sencilla para las distintas regiones del
cuerpo, qué configuración de ensayo es más lesiva, ver Figura 9 y Figura 10.
Pasajero sentado en butaca trasera izquierda
737-2P-01
Pasajero sentado en butaca trasera derecha
737-2P-01
787-2P-01
800
800
700
700
600
600
500
500
400
400
300
300
200
200
100
100
0
0
CAC Criterio de aceptabilidad Cabeza
CAC Criterio de aceptabilidad Cabeza
787-2P-01
737-2P-01
35
35
30
30
Aceleración acumula 3ms (g)
Aceleración acumula 3ms (g)
737-2P-01
25
20
15
10
5
0
787-2P-01
25
20
15
10
5
0
CAT Criterio de aceptabilidad Torax
CAT Criterio de aceptabilidad Torax
737-2P-01
Femur Izquierdo Fuerza Z
(compresión)
737-2P-01
787-2P-01
Femur Derecho Fuerza Z
(compresión)
Femur Izquierdo Fuerza Z
(compresión)
0
0
-1000
-1000
-2000
-2000
-3000
-3000
-4000
-4000
-5000
-6000
-7000
-8000
Fuerza (N)
Fuerza (N)
787-2P-01
787-2P-01
Femur Derecho Fuerza Z
(compresión)
-5000
-6000
-7000
-8000
-9000
-9000
-10000
-10000
-11000
-11000
Figura 9. Ejemplo comparativa de criterio de lesión requeridos por el ECE R80.
Ensayos: 737-2P-01 y 787-2P-01.
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Pasajero sentado en butaca trasera izquierdo
787-2P-01
737-2P-01
100
100
90
90
Acceleración acumulada 3ms (g)
Acceleración acumulada 3ms (g)
737-2P-01
80
70
60
50
40
30
20
10
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
Cabeza: Aceleración acumulada 3ms
Cabeza: Aceleración acumulada 3ms
737-2P-01
787-2P-01
737-2P-01
787-2P-01
20
Desplazamiento rodilla (mm)
20
Desplazamiento rodilla (mm)
787-2P-01
15
10
5
0
15
10
5
0
Rodilla Derecha Desplazamiento
Rodilla Izquierda Desplazamiento
Rodilla Derecha Desplazamiento
Rodilla Izquierda Desplazamiento
737-2P-01
787-2P-01
Cuello Momento OC Y (Extensión)
0
-25
Momentos (Nm)
-50
-75
-100
-125
-150
-175
-200
Ensayo 737-2P-01
Ensayo 787-2P-01
Limite Nic Tracción (N)
3500
3500
3000
3000
Fuerza tracción cuello (N)
Fuerza cortante cuello (N)
Limite Nic Cortante (N)
2500
2000
1500
1000
500
0
Ensayo 737-2P-01
Ensayo 787-2P-01
2500
2000
1500
1000
500
0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0
0.1
Tiempo acumulado (s)
0.2
0.3
0.4
Tiempo acumulado (s)
Figura 10. Ejemplo comparativa de criterio de lesión requeridos por el ECE R94.
Ensayos: 737-2P-01 y 787-2P-01.
3.7. ANÁLISIS.
Se han realizado tres análisis para evaluar el nivel de seguridad ofrecido en los
diferentes ensayos, si bien, el objetivo principal del proyecto se centraba en el primero
de los descritos a continuación.
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INSIA
− El primer análisis, se ha centrado en la evaluación del efecto de la distancia
en la seguridad. Para ello, se ha comparado los niveles de seguridad ofrecidos
en dos ensayos en los que el tipo de sistema de retención es el mismo, pero la
distancia entre asientos es distinta.
− Además de la comparativa en función de la distancia, es posible evaluar qué
sistema de retención es mejor: ocupantes sin retención, ocupantes retenidos
con cinturón de dos o tres puntos. Esta parte del estudio no era el objetivo
inicial del proyecto, si bien los ensayos realizados permiten hacer este
análisis y desde el INSIA se ha pensado que puede ser de gran interés
disponer de los resultados del mismo.
− Como se ha comentado anteriormente, todos los ensayos han sido realizados
con butacas fabricadas por un mismo fabricante. Como medida de
confirmación de los resultados se ha realizado un ensayo extra con butacas
construidas por otro fabricante. Este análisis ha resultado ser de gran interés
como se puede ver en la parte de conclusiones.
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INSIA
3.8. CONCLUSIONES.
Antes de enumerar las conclusiones obtenidas en los estudios realizados, es necesario
establecer que las conclusiones de este estudio se refieren a las butacas y sistemas de
retención utilizados en la realización de los ensayos, y no deben ser generalizados para
cualquier butaca fuera de las ensayadas. Sin embargo, desde el INSIA, se ha realizado
un esfuerzo adicional no contratado por FITSA ensayando butacas de dos fabricantes
distintos en la configuración de ensayo que ha producido resultados más lesivos con las
butacas del fabricante utilizadas en el estudio. De este modo se puede disponer de datos
adicionales, para corroborar los resultados obtenidos.
A continuación se detallan cuáles han sido las principales conclusiones obtenidas en
los análisis realizados. Las conclusiones se han agrupado según el tipo de análisis.
Además de estas conclusiones, de los resultados obtenidos en los ensayos pueden
derivarse una serie de recomendaciones para la mejora del Reglamento ECE R80 en
aras de una mejora en la seguridad ofrecida. Estas recomendaciones se incluyen también
aquí.
3.8.1.
CONCLUSIONES DEL ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA
DISTANCIA ENTRE ASIENTOS.
A continuación se especifican cuales son las conclusiones más relevantes obtenidas
para cada configuración comparada.
3.8.1.1.
Butacas con cinturón de tres puntos y ocupantes utilizando el cinturón.
En el caso de utilizar cinturones de tres puntos (con dos o cuatro ocupantes), los
resultados reflejan que el aumento de la separación entre butacas produce una leve
disminución de todos los criterios de lesión, excepto para el pecho. Si bien en
cualquiera de las dos configuraciones de distancia, todos los criterios calculados están
muy por debajo de los límites marcados por la reglamentación.
− Los parámetros de lesión de la cabeza, cuello, fémures y rodillas disminuyen
ligeramente. Sin embargo los parámetros de lesión del pecho (aceleración y
deformación), incrementan ligeramente su valor en el caso de una mayor
distancia entre asientos.
− Dicho comportamiento es el esperado, ya que al aumentar la distancia, tanto la
cabeza como las rodillas de los ocupantes prácticamente no impactan con el
respaldo del asiento que les precede, y por lo tanto, se produce una disminución
de los criterios medidos en cabeza y fémures. Por otro lado, al estar el ocupante
únicamente retenido por el cinturón, los esfuerzos a los que se ve sometido el
pecho son mayores, como se aprecia en las mayores cargas registradas en los
cinturones de seguridad y en la mayor deformación del pecho.
− En ningún caso, se superan los límites de lesión incluidos en la reglamentación.
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3.8.1.2.
INSIA
Butacas con cinturón de tres puntos y ocupantes sin utilizar el cinturón.
En el caso de butacas con cinturones de tres puntos y ocupantes sin utilizar los
cinturones de seguridad, los resultados reflejan que el aumento de la distancia es
contraproducente, ya que los resultados obtenidos en varios de los criterios de lesión
son más elevados.
Este incremento se debe al hecho que, al aumentar la distancia entre asientos, se está
incrementando la velocidad relativa con la que los ocupantes golpean en el respaldo del
asiento que les precede, ya que se aumenta la distancia de vuelo libre.
En la configuración de maniquíes libres y mayor distancia entre asientos, se supera
ligeramente el límite establecido por el Reglamento de impacto frontal en turismos para
el desplazamiento de la tibia, además, la aceleración mantenida en cabeza durante 3ms
está muy cerca de los límites de lesión recomendados.
3.8.1.3.
Butacas con cinturón de dos puntos y ocupantes retenidos.
En el caso de butacas con cinturón de dos puntos y con cuatro ocupantes retenidos, el
incremento de la separación supone una leve mejoría en algunos de los criterios
calculados, aunque no es suficiente para evitar que varios de los criterios calculados
estén por encima de los límites establecidos en la reglamentación. Tanto la aceleración
acumulada en cabeza durante 3 ms, como el momento en extensión del cuello, superan
los límites de lesión para las dos distancias entre asientos estudiadas.
La leve mejoría de la seguridad apreciada en la configuración con cuatro ocupantes,
no se ve confirmada en los ensayos realizados con solo dos ocupantes. En este caso, es
en la configuración de mayor distancia en la que se registran valores ligeramente
mayores para los criterios de cabeza y cuello, al contrario que en los ensayos con cuatro
ocupantes.
Al igual que en la configuración de cuatro ocupantes, tanto el criterio de aceleración
acumulada en cabeza durante 3ms, como el criterio de momento en extensión del cuello,
están por encima de los límites fijados por el Reglamento de impacto frontal en
turismos.
Región de cuerpo
Criterios
Variación al aumentar distancia
CAC Criterio de Aceptabilidad Cabeza
Empeora
Cabeza
Aceleración acumulada 3ms
Empeora. LESIVO
Esfuerzos en cuello Fx (+)
Ligero empeoramiento
Cuello
Esfuerzos en cuello Fz (Tracción)
Ligero empeoramiento
Cuello Superior Momento OC Y (Extensión)**
Ligero empeoramiento. LESIVO
CAT Criterio de Aceptabilidad Tórax
Ligera mejoría
Tórax
Compresión pecho
Ligera mejoría
Fémures
CAF Criterio de Aceptabilidad Fémur
Ligera mejoría
Rodillas
Desplazamiento de la tibia
Ligera mejoría
Tabla 3. Variación de los criterios de lesión al aumentar la distancia. Butacas con cinturones dos
puntos y ocupantes retenidos.
El único criterio en que se produce una clara mejoría para cualquiera de las dos
configuraciones, es en el correspondiente a los esfuerzos en fémures, si bien en ambos
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INSIA
casos los valores están muy por debajo de los límites establecidos en el Reglamento
ECE R80.
3.8.1.4.
Butacas con cinturón de dos puntos y ocupantes sin cinturón.
En este caso, los resultados no reflejan una clara influencia de la distancia en la
seguridad ofrecida a los ocupantes.
Los resultados obtenidos en los ensayos realizados en ambas configuraciones, no son
muy distintos, y sólo en el caso de los momentos en extensión en el cuello se aprecia un
incremento de los valores obtenidos cuando la distancia entre los asientos es mayor.
En este caso, tanto para la distancia entre asientos corta como para la larga, los
valores registrados de momento en cuello en extensión están por encima del límite
fijado por el ECE R94.
3.8.1.5.
Conclusiones generales sobre la influencia de la distancia.
Como queda patente en los resultados anteriores, el incremento de la distancia entre
asientos no implica una mejora de los niveles de seguridad ofrecidos para todos los
sistemas de retención analizados.
Butacas con cinturón de tres puntos:
Queda claro que el incremento de la distancia entre butacas supone una mejoría en el
caso de utilizar butacas con cinturón de tres puntos, siempre que los ocupantes vayan
retenidos por los mismos. Aunque la seguridad ofrecida por la butacas con cinturones
de tres puntos en la distancia corta es buena, si se incrementa la separación mejora la
seguridad que ofrecen a sus ocupantes.
Butacas con cinturón de dos puntos:
En el caso de butacas con cinturón de dos puntos y ocupantes retenidos, en la
configuración estándar de 680 mm de distancia entre asientos, los niveles de seguridad
ofrecidos son bajos, superando los límites de lesión establecidos por los reglamentos
para los criterios del cuello y la cabeza. El incremento de la distancia supone una
disminución de la seguridad, llegándose a superar alguno de los límites de lesión (cuello
y cabeza).
En butacas con cinturón de dos puntos, los criterios de lesión que exceden los
límites recomendados en la configuración de 680 mm de distancia entre asientos, siguen
estando por encima de los límites de lesión con el incremento de distancia hasta los 730
mm. Si bien es cierto que en la configuración con cuatro ocupantes se aprecia una ligera
mejoría en los criterios de cabeza y cuello, ambos siguen siendo lesivos al aumentar la
distancia. Cuando los ocupantes viajan sin retener o cuando llevan el cinturón
abrochado y no hay nadie en las plazas delanteras, al aumentar la distancia se empeora
la seguridad. En ninguna de las dos distancias ensayadas con los cinturones de dos
puntos, se consigue que todos los criterios de lesión estén por debajo de los límites
establecidos por los reglamentos.
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De los demás criterios, son los relacionados con las extremidades inferiores en los
que se registra una apreciable mejoría. Lógica por otro lado, cuanto más se incrementa
la distancia, menor probabilidad hay de que las piernas impacten con las butacas que les
preceden.
Cabe reseñar que los criterios sobrepasados no son específicos del ECE R80 sino del
ECE R94. Todos los criterios del ECE R80 han dado resultados inferiores a los límites
en una de las butacas ensayadas (Fabricante A). No ocurre lo mismo con la butaca del
fabricante B en la que se han superado los criterios de lesión del Reglamento 80.
En el caso de ocupantes sin retener, el incremento de distancia entre asientos supone
un empeoramiento de la seguridad ofrecida en el caso de butacas de tres puntos y
tampoco se mejora la seguridad en el caso de las butacas con cinturón de dos puntos.
Por lo tanto, y en base a los resultados obtenidos en los ensayos se puede afirmar que
el incremento de distancia ha mejorado la seguridad en las butacas con cinturones de
tres puntos ensayadas, mientras que en el caso de las butacas con cinturones de dos
puntos ensayadas, no se ha observado una mejora de la seguridad al incrementar la
distancia entre butacas.
3.8.2.
CONCLUSIONES DEL ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DEL TIPO DE
SISTEMA DE RETENCIÓN.
Como ya se ha comentado en el informe, el objetivo del proyecto es evaluar la
influencia de la distancia entre asientos en la seguridad. Sin embargo gracias a los
ensayos realizados es posible evaluar qué sistema de retención es el más apropiado
desde el punto de vista de la seguridad ofrecida a los ocupantes.
En este sentido, los resultados no dejan lugar a dudas, al comparar las tres posibles
configuraciones, ocupantes sin retención o retenidos con cinturón de dos o tres puntos,
el que mejor seguridad ofrece a los ocupantes en casi todos los criterios analizados es el
cinturón de tres puntos, solamente en los criterios relacionados con el pecho los
resultados son ligeramente peores, si bien los resultados obtenidos están muy por debajo
de los límites fijados por la reglamentación.
En el caso de ocupantes con cinturón de tres puntos, todos los criterios de lesión
calculados están muy por debajo de los límites fijados por los reglamentos. No sucede
lo mismo en el caso de cinturón de dos puntos, donde en ambas configuraciones de
distancia se ha superado el criterio de momento en extensión del cuello e incluso en la
distancia larga, se supera el de aceleración mantenida en cabeza durante 3ms. Además
los niveles de desplazamiento de la tibia están muy cercanos a los límites
recomendados.
3.8.3.
CONCLUSIONES DEL ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DEL
FABRICANTE DE BUTACAS EN LOS RESULTADOS DEL ESTUDIO.
Habiéndose observado que las butacas con cinturones de dos puntos son las que peor
nivel de protección ofrecen a los ocupantes, superándose los criterios recomendados por
la reglamentación de impacto frontal en turismos, se decidió comprobar con butacas de
otro fabricante si esta tendencia es recurrente. Los resultados del análisis reflejan que el
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uso butacas provenientes de distintos fabricantes puede derivar en diferencias, en
algunos casos importantes, de los niveles de seguridad ofrecidos.
Por lo que respecta a los criterios exigidos por el ECE R80, se ha encontrado una
diferencia importante entre las dos butacas en el resultado del criterio de aceptación de
la cabeza (CAC). En el caso del Fabricante B, ensayo 737-2P-04, el CAC ha dado un
valor muy superior al límite permitido, y casi tres veces superior al del Fabricante A.
Cómo se ha reflejado en el informe detallado, esta disparidad en el comportamiento
de la butaca puede deberse a los ensayos realizados para obtener su homologación. Se
ha comprobado que la butaca del Fabricante B, obtuvo la homologación con la
configuración de un ensayo estático y el ensayo de absorción de energía, mientras que la
configuración de ensayo utilizada en este estudio es la dinámica.
Por lo que respecta a los demás criterios, no hay unas diferencias muy grandes
aunque siguen siendo ligeramente superiores en algún caso e inferiores en otros.
Debido a las diferencias en el método de homologación, no es posible sacar
conclusiones, aunque parece claro que en aquellos criterios diferentes a los de la cabeza,
los resultados son bastante parecidos. Sin embargo las diferencias encontradas en los
criterios de cabeza, son la base utilizada para la recomendación de una revisión del
Reglamento 80, que se incluye en el siguiente punto.
3.8.4.
RECOMENDACIONES PARA LA MEJORA DEL ECE R80.
Los análisis realizados y los resultados obtenidos, permiten realizar algunas
recomendaciones que a tenor de lo visto, pueden servir para incrementar los niveles de
seguridad exigidos por el ECE R80.
3.8.4.6.
Acerca de los criterios de lesión exigidos.
Según lo establecido por el ECE R80, para evaluar la seguridad de los ocupantes en
la configuración de ensayo dinámico, es necesario medir tres criterios de lesión: el
Criterio de Aceptabilidad de la Cabeza, el Criterio de Aceptabilidad del Tórax y el de
esfuerzos en fémures.
En la configuración de impacto frontal, hay más zonas del cuerpo humano que
pueden sufrir lesiones además de la cabeza, el pecho y los fémures. Por ejemplo, en la
configuración de cinturón de dos puntos o cuando no se utilizan cinturones de
seguridad, el cuello es una región que claramente puede sufrir riesgo de presentar
lesiones y sin embargo no se exige ningún criterio de lesión. Existen varios criterios
para evaluar esfuerzos en el cuello en impactos frontales. Por ejemplo, en el
Reglamento ECE R94, se exige evaluar el Nic.
Además, para la cabeza, pecho y fémures existen más criterios asociados, que son
complementarios a los requeridos por el R80 ya que tratan de predecir lesiones
diferentes. Por ejemplo, la aceleración mantenida en cabeza, trata de predecir lesiones
en el encéfalo, mientras que el Criterio de Aceptabilidad de la Cabeza, derivado del
HIC, predice fracturas en el cráneo.
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A tenor de los resultados obtenidos en este estudio, se puede concluir que los
requisitos exigidos por el reglamento para evaluar la seguridad no son suficientes. Se ha
comprobado cómo todos los ensayos realizados con butacas del Fabricante A, cumplen
con todos los requisitos establecidos por el Reglamento ECE R80 y sin embargo, en
algunos de los ensayos realizados en butacas con cinturón de dos puntos, se han
superado los límites en otros criterios de lesión exigidos por el ECE R94, que llevan
asociados lesiones muy graves, como la aceleración acumulada durante 3ms en cabeza o
los criterios de lesión del cuello.
Parece lógico pensar que, si estos criterios son buenos para evaluar la seguridad
ofrecida en impacto frontal en un vehículo de la categoría M1, Reglamento ECE R94,
también deberían serlo para el caso de los ocupantes de uno de la categoría M3.
Máxime, cuando los criterios están asociados a un maniquí especifico en una dirección
de impacto específica y no al tipo de vehículo en el que se realizan los ensayos.
Por todo ello, sería recomendable revisar el Reglamento ECE R80 con el fin de
recoger los criterios de lesión utilizados en otras normativas y que en el presente estudio
se ha demostrado que en los impactos frontales de autocares pueden verse claramente
excedidos por sus ocupantes, de forma que la hora de obtener su homologación, se
garantice una mejor protección de los ocupantes.
3.8.4.7.
Acerca de las dos configuraciones de ensayo permitidas.
Según el ECE R80, la evaluación del asiento y sus anclajes se puede realizar de dos
formas.
Mediante ensayos dinámicos en carro de componentes con maniquíes de impacto,
como los presentados en este estudio, o mediante un ensayo estático para evaluar los
anclajes del asiento, la deformación del respaldo y mediante otra prueba
complementaria de absorción de energía para evaluar el propio asiento.
Los resultados obtenidos en este proyecto, reflejan claramente que estas dos
configuraciones de ensayo no son equivalentes. En este estudio, se ha visto que, en una
butaca homologada en base a un ensayo estático y el de absorción de energía, se han
obtenido niveles en el criterio de aceptación de la cabeza, muy superiores a los límites
permitidos por el propio Reglamento 80. Este aspecto pone en evidencia que no existe
equivalencia entre los ensayos estáticos del R80 con los dinámicos y confirma la
necesidad de mejorar estos ensayos estáticos, reconocida en el propio articulado del
Reglamento 80.
Parece claro que los resultados obtenidos en este estudio, ponen en evidencia la no
equivalencia entre las dos metodologías marcadas en el Reglamento ECE R80. Esta
problemática no es nueva, desde hace ya algún tiempo, existen estudios nacionales, en
los que se hace notar que no existe equivalencia entre las distintas configuraciones.
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3.8.5.
INSIA
POSIBLES MEJORAS REQUERIDAS PARA INCREMENTAR LA
DISTANCIA ENTRE ASIENTOS GARANTIZANDO LA SEGURIDAD DE
LOS OCUPANTES.
A lo largo de las conclusiones del estudio realizado se han ido reflejando los puntos
que se ven favorecidos por el incremento de la distancia entre las butacas de los
autocares, quedando de forma patente reflejada la mejora del confort para los ocupantes.
Como colofón del estudio se recogen en este apartado las recomendaciones para abordar
este incremento de la distancia garantizando la seguridad de los ocupantes.
Si se quiere incrementar la distancia entre las butacas de los autocares de forma que
la seguridad de sus ocupantes no se vea comprometida se pueden aconsejar las dos
siguientes alternativas:
Utilizar butacas con cinturones de tres puntos. Las butacas con cinturones de tres
puntos han demostrado que ofrecen un nivel de seguridad alto y que además los niveles
de seguridad se mejoran al aumentar la distancia entre las butacas.
No se aconseja aumentar la distancia entre butacas cuando estas llevan instalados
cinturones de dos puntos si las butacas están homologadas con las actuales
prescripciones del Reglamento 80. Esta premisa está motivada en que se han observado
repetidamente lesiones en el cuello y en la cabeza y conjuntamente se ha observado una
tendencia según la cual la probabilidad de que produzcan dichas lesiones se ve agravada
al aumentar la distancia entre las butacas.
Para poder incrementar la distancia entre butacas con cinturones de dos puntos sin
comprometer la seguridad de los ocupantes, es necesario que estas butacas mejoren su
capacidad de protección de la cabeza y del cuello, garantizando que no se producirán
lesiones con los niveles de severidad del impacto frontal recogido en el Reglamento 80.
También sería conveniente contemplar la protección de las piernas en choque frontal, ya
que han aparecido configuraciones lesivas, aunque con una frecuencia menos acusada
que en el caso de la cabeza y el cuello.
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Instituto Universitario de Investigación del Automóvil
Crta. Valencia km 7 CAMPUS SUR UPM
28031 Madrid

análisis de la influencia de la distancia entre asientos de vehículos

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