4 volvernki utv infl.cg vuelco o2p2015 14p

https://www.researchgate.net/publication/279449206
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Investigación de Influencia de Posición de
Centro de Gravedad al Volcar un Vehículo
Junio de 2015
Andrzej Volvernski
Universidad de Tecnología de Varsovia
POLONIA
Documento Nº15-0153
SST = T/2H = tag φ

2 Influencia sobre vuelco O2P altura centro de gravedad
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RESUMEN
Los vuelcos-tras-choques pertenecen a los siniestros viales del tipo más peligroso. Particular-
mente, los más expuestos son los vehículos con centro de gravedad alto.
La medida básica de la resistencia de un vehículo al vuelco es el SST o SSF, Static Stability
Factor (Factor de Estabilidad Estática); es decir, la relación entre la mitad del ancho entre ruedas
(trocha, huella, T) a la altura del centro de gravedad (H):
SST = T/2H = tang φ.
En el límite del vuelco cuasi-estático se asume que SST no debería ser menor que el coeficiente
de fricción neumático-camino. Esto se deriva de la suposición de que el deslizamiento lateral es
menos peligroso que el vuelco. La mayoría de los coches de pasajeros están diseñados para
evitar el vuelco sobre una superficie plana con la fricción normal. Sin embargo, desde varios
informes se sabe que el límite del vuelco cuasi-estático puede no cumplirse en el caso de los
vehículos con un centro de gravedad alto (posición en relación a la superficie de la calzada):
camiones pesados, camionetas de reparto u ómnibus, especialmente los coches de pisos altos y
los autocares de dos pisos. También otros automóviles especialmente, muy de moda en la ac-
tualidad, SUV y camiones podrían también experimentar el vuelco cuando el coeficiente de fric-
ción neumático – calzada fuera extremadamente alto, es decir, su valor sería mayor que 1 o más.
El vuelco puede ocurrir en una superficie plana, también cuando la altura del centro de gravedad
es superior a la altura asumidas por los proyectistas.
Se describe el método de cálculo del vuelco y se investigó la influencia de la altura del centro de
gravedad en el aumento de la velocidad de ángulo de vuelco. Los cálculos muestran que durante
el vuelco el ángulo de giro del vehículo aumenta progresivamente. Puede observarse que cuanto
más alto esté situado el centro de gravedad, más rápido aumenta el ángulo de giro. Sobre la base
de los resultados de los cálculos se discute si la unidad tiene oportunidad para contrarrestar el
vuelco del vehículo. Está demostrado, que en algunas partes del primer décimo de segundo el
ángulo de rotación es lo suficientemente pequeño como para dar al conductor la oportunidad
para corregir el movimiento del coche con el volante o reducir la velocidad, aun cuando el pro-
ceso de vuelco haya comenzado.
Despiste por hidroplaneo + choque baranda + vuelco + 5 muertos

Andrzej volvernski - Universidad de Tecnología de Varsovia 3
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INTRODUCCIÓN
Los vuelcos-tras-choques son el tipo de más riesgo de siniestros viales. Aunque representan sólo
el 3% de todos los choques, los vuelcos mortales constituyen el 33% de todos [3]. Es la razón del
porqué del problema se discute en muchos informes; por ejemplo: [10], [5], [11], [6]. En particular
los vehículos con altos centros de gravedad están más expuestos a este tipo siniestros. Los más
peligrosos son los vuelcos de autobuses, especialmente con doble Decker, y piso alto [4].
[3] Linstromberg M., Scholpp G., Scherf O. 2005. “Test and Simulation Tools in a Rollover Protection
Development Process”. 19th International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles
(ESV).
Paper No. 05-0122
https://www.researchgate.net/publication/267703620_TEST_AND_SIMULATION_TOOLS_IN_A_ROLLOVER_PR
OTECTION_DEVELOPMENT_PROCESS
[10] Viano D.C., Parenteau, Ch.S. 2004. “Rollover Crash Sensing and Safety Overview”. SAE Technical
Paper No. 2004-01-0342
https://www.sae.org/publications/technical-papers/content/2004-01-0342/
[5] McLean J., Kloeden C., Ponte G. 2007. “Characteristics of Rollover Creshes”. 20th International
Technical
Conference on the Enhanced Safety of Vehicles (ESV). Paper No. 07-0479
https://www.researchgate.net/publication/267548070_CHARACTERISTICS_OF_ROLLOVER_CRASHES
[11] Young D., Grzebieta R.H., Rechnitzer G., Bambach M., Richardson S. 2008. “Rollover Crash safety.
Characteristics and issues”. Accident Reconstruction Newsletter. Issue 95, June 2008
https://www.researchgate.net/publication/254791228_Rollover_Crash_safety_Characteristics_and_issues
[6] NHTSA Report. 2002. “Characteristics of Fatal Rollover Crashes”. NHTSA Technical Report DOT HS
809 438, April 2002
https://crashstats.nhtsa.dot.gov/Api/Public/Publication/809438
[8] Prochowski L., Zielonka K, Muszyński A. 2012. “Analysis of the Process of Double-deck Bus Rollover at
the Avoidance of an Obstacle Having Suddenly Sprung up”. Journal of KONES Powertrain and Transport,
Vol.
19, No. 3, 2012
https://www.researchgate.net/publication/276708667_ANALYSIS_OF_THE_PROCESS_OF_DOUBLE-DECK_BUS
_ROLLOVER_AT_THE_AVOIDANCE_OF_AN_OBSTACLE_HAVING_SUDDENLY_SPRUNG_UP
[9] Prochowski L., Zielonka K. 2014. “Analysis of the risk of double-deck bus rollover at the avoidance of
an
obstacle (analytical approach and computer simulation)”. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance
and
Reliability 2014; 16 (4)
https://www.google.com/search?q=Analysis+of+the+risk+of+double-deck+bus+rollover+at+the+avoidance+of+an+
obsta-
cle+(analytical+approach+and+computer+simulation)&oq=Analysis+of+the+risk+of+double-deck+bus+rollover+at+t
he+avoidance+of+an+obstacle+(analytical+approach+and+computer+simulation)&aqs=chrome..69i57.11242j0j9&s
ourceid=chrome&ie=UTF-8
En la dinámica del vehículo, el vuelco se trata como un caso de pérdida de estabilidad; uno de los
problemas más importantes de la dinámica lateral del vehículo. La pérdida de estabilidad con-
siste en un rápido e incontrolada aumento de la desviación de la trayectoria asumida. La pérdida
de estabilidad es un gran peligro, porque puede provocar la salida del coche de la calzada,
vuelco o choque contra otro vehículo. La pérdida de estabilidad lateral puede ocurrir principal-
mente por alta velocidad en curvas o evitar un obstáculo. Se tratan dos casos:
 Deslizamiento lateral causado por tan gran aumento de las fuerzas exteriores que actúan
sobre el coche (por ejemplo, la fuerza centrífuga, la fuerza del viento lateral) y que no pueden
contrarrestarse por la fricción neumáticos - calzada.
 Vuelco que consiste en la rotación del vehículo sobre su eje longitudinal. Ocurre cuando el
momento en curva de la fuerza centrífuga no puede ser compensado por el momento del
peso del vehículo.

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LÍMITE DE DESLIZAMIENTO LATERAL
El deslizamiento lateral en una calzada no se produce cuando las fuerzas laterales Y que actuan
en el plano del terreno contraequilibran la fuerza lateral externa F, que actçua sobre el vehículo.
Así, el requisito de seguridad es:
LÍMITE CUASI ESTÁTICO DE VUELCO
El vehículo cargado con la fuerza lateral F que actúa en su centro de gravedad se muestra en las
Figuras 1 y 2. Este vehículo es tratado como un cuerpo rígido, lo que significa que la elasticidad
de las suspensiones y los neumáticos no está siendo tomada en consideración. El vuelco del
vehículo no ocurre cuando el momento de F, h puede ser compensado por el momento del peso
del vehículo.

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Donde:
H - centro de gravedad (CG) de altura sobre el suelo, b – Distancia entre ruedas mismo eje.
En la maniobra de curva la fuerza centrífuga es la fuerza lateral, también con el ejercicio según la
ecuación (2)
Así, el requisito de seguridad que impide el vuelco es para que la vertical de las fuerzas que
actúan sobre las ruedas interiores no debe disminuir por debajo de cero (Figura 1). Esto significa
que en estado de equilibrio inestable la fuerza resultante (es decir, la suma de la fuerza centrí-
fuga y la fuerza de gravedad del vehículo mg) no deben cruzar el suelo fuera de la pista, también
rueda fuera de la línea que une las ruedas exteriores de carretera/puntos de contacto (Figura 1).
En el caso de vuelco el coche gira alrededor de esta línea. Así, esta línea puede ser llamada eje
de vuelco.
Figura 1. Las fuerzas que actúan sobre el
coche por las curvas de la condición límite de
vuelco, Fy - fuerza centrífuga, mg - el peso del
vehículo, Y, Z - carretera lateral y vertical de
las fuerzas de reacción, CG - centro de gra-
vedad, h - altura CG sobre terreno, b – ancho
trocha.
vehículo (considerada como un cuerpo rígido)
en su sección en equilibrio inestable

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La velocidad máxima que no causa volcadura del vehículo es
Comúnmente suele suponerse que el deslizamiento lateral es menos peligroso que el vuelco.
También la velocidad máxima calculada a partir del límite de deslizamiento lateral debe ser
menor que la velocidad calculada a partir del límite de vuelco
También
A partir de la fórmula (11) es evidente que el riesgo de vuelco depende por un lado de la altura del
centro de gravedad en relación con el ancho de vía, en el otro desde la condición de la fricción
neumático-cañzada.El valor b/(2h), llamado factor de estabilidad estática (SSF),
SSF es la medida de primer orden de la resistencia del vehículo al vuelco. Sin embargo, la in-
fluencia de la condición de la fricción neumático-calzada es así: A mayor coeficiente de fricción,
mayor posibilidad habrá de que el vehículo vuelque, en lugar de deslizarse.
En la Tabla 1 se indican los datos de diferentes tipos de vehículos automotores. Pueden ser
comparados con los valores del coeficiente de fricción neumático-calzada (Tabla 2). En la ma-
yoría de los casos, los valores del coeficiente de fricción no exceden 0,9. Los vehículos en la
Tabla 1 se caracterizan por SSF > 0,9 y no ser amenazados con vuelco. Sin embargo, en de-
terminadas situaciones el coeficiente de fricción puede alcanzar el valor de 1,0 o más (muy
áspera superficie seca y unos buenos neumáticos) y los coches con relativamente alta posición
CG (camionetas, suvs o camionetas) pueden ser amenazados con vuelco.
Tabla 1
Valores aproximados del factor de estabilidad estática de diferentes tipos de vehículos

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Los ómnibus con CG muy alto (en particular, de dos pisos y de un piso alto) son mucho
menos seguros. Incluso pueden volcar sobre una superficie con un coeficiente de fricción
menor que 0,8, es decir, con el valor que habitualmente se encuentra en los caminos.
Tabla 2
Ejemplos de valores de coeficiente de fricción seco de neumáticos para verano e invierno
Así, el primer requisito de seguridad es evitar el vuelco, y las fuerzas verticales que actúan sobre
las ruedas interiores no debe disminuir por debajo de cero (Figura 1). Esto significa que en es-
tado de equilibrio inestable la fuerza resultante, es decir, la suma de la fuerza centrífuga y la
fuerza de gravedad del vehículo mg no deben cruzar el suelo fuera de la pista, también rueda
fuera de la línea que conecta las ruedas exteriores de camino/puntos de contacto. En el caso de
vuelco el coche gira alrededor de esta línea. Así, esta línea puede ser llamada eje de vuelco.
También puede introducirse el ángulo de vuelco, φroll como un ángulo entre la línea vertical y la
línea trazada desde el centro de gravedad de forma perpendicular al eje de balanceo (Figura 2).
vehículo en su sección en equilibrio ines-
table, cuando la elasticidad de las suspen-
siones y de la elasticidad de los neumáti-
cos son tomados en consideración
ÁNGULO DE VUELCO
Esquema mostrado en la figura 2 no demostrar
todos los factores que influyen en la estabili-
dad lateral del vehículo. Por lo tanto, en la
figura 3 se muestra la influencia del balanceo
de la carrocería causados por la compresión y
el rebote de la suspensión y de la elasticidad
de los neumáticos. Además, se debería observar que debido a respuestas no lineales de sus-
pensiones características su compresión del lado exterior es más pequeño que el rebote en el
interior de la planta. Como resultado de estas influencias el centro de gravedad se mueve hacia
arriba y afuera y el ángulo de vuelco está disminuyendo:

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En consecuencia, la estabilidad del vehículo disminuye y el límite de vuelco puede modificarse
así:
Basado en la comparación de los datos de los cuadros 1 y 2, es posible afirmar que, en la ma-
yoría de los casos se cumple el requisito de no volcar. Sin embargo, no es raro que ocurran
algunos choques con vuelco.
VUELCO POR TROPIEZO
Las estadísticas muestran que alrededor del 63% de todos los accidentes con vuelco está ocu-
rriendo como resultado del golpe de las ruedas del coche en el bordillo de la acera o en el otro
obstáculo semejante ([3], [11]). El vuelco inactivo puede considerarse como el caso especial de
un vuelco cuando los neumáticos se cruzan la superficie con infinitamente alto valor del coefi-
ciente de fricción, por ejemplo, una inestabilidad en el hombro de la calzada o de la acera.
La mecánica de vuelco después del contacto con el bordillo de la acera será discutida por una
situación idealizada cuando tras una pérdida de la adherencia el coche se desliza con la velo-
cidad vy en ángulo recto con el bordillo de la acera y finalmente choca contra el bordillo si-
multáneamente con ambas ruedas de un lado. El movimiento del coche será tratado como el
movimiento plano en el plano perpendicular a su eje longitudinal (Figura 4). En la Figura 4, el eje
de rotación está representado por el punto O. La fuerza del impulso, que aparece como con-
secuencia de los golpes, provoca que el movimiento lateral del coche se convierte en un movi-
miento de rotación alrededor del punto de impacto o (más precisa - acerca de eje de rotación). Se
puede suponer que el coche va a volcar en la energía cinética de su movimiento de rotación será
suficiente para elevar el coche CG en este sentido que el CG se colocará directamente sobre el
eje de rotación (Figura 4). En este caso, el movimiento del vehículo se puede dividir en 2 fases
[2]:
Figura 4. Vuelco del vehículo después de
golpear en el bordillo de la acera
Fase I - El bateo en el bordillo de la acera y la
conversión del movimiento de translación en el
movimiento de rotación. Desde la ley de con-
servación del momento angular surge que el
impulso de rotación del coche después de
golpear Jroll tp debe ser igual a su momento
de impulso alrededor de su eje de rotación antes de golpear mvyh

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En la praxis, el valor de CSV es mayor que el valor calculado según la Ecuación (23) porque en el
cálculo el coche fue tratado como el cuerpo rígido y las pérdidas de energía en los amortigua-
dores y causado por la deflexión de los neumáticos no se tuvieron en cuenta.
El valor crítico de la velocidad de deslizamiento es reconocido como el criterio de evaluación de
la resistencia del vehículo para vuelco como resultado de golpear el bordillo de la acera. En la
Tabla 3 Valores aproximados de CSV son presentados para el mismo grupo de vehículos como
en la Tabla 1. Se puede observar en el cuadro, que en particular en los autobuses a cuenta del
valor muy pequeño de CSV puede voltearse después de chocar contra el obstáculo en la ca-
rretera, incluso a la ligera el patín.

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Tabla 3
Valores aproximados de la Velocidad de Deslizamiento Crítica
CURSO DE VUELCO EN LA SUPERFICIE PLANA
El vehículo que circula en el estado estable (con velocidad lateral constante y velocidad angular
constante) en la superficie plana puede volcarse en el caso cuando la condición se describe con
la fórmula (5) o (6) no se ha cumplido. Esta condición no puede ser cumplido en el caso de co-
ches con la gran altura CG (en relación a la banda de rodadura): camiones, camionetas de re-
parto o autobuses, especialmente en los pisos altos y los autocares de dos pisos. Sin embargo
otros autos en la tabla 1, especialmente muy de moda en la actualidad, SUVs y camiones,
también pueden sufrir un vuelco cuando el neumático a la carretera de coeficiente de fricción
sería muy alto, es decir, su valor sería mayor que 1 o más. El proceso de vuelco comienza
cuando Fy/(mg) > tgφroll. Debido a un gran
valor del momento de inercia del vehículo al-
rededor del eje de balanceo/alabeo del ángulo
de rotación del vehículo φ está aumentando
gradualmente. La determinación del curso de
los cambios de este ángulo permitirá evaluar si
el conductor puede contrarrestar la conversión
cuando el proceso ya haya comenzado.
Figura 5. El coche al volcar en ángulo φ

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Después de agregar los valores de los intervalos de tiempo en calculados para los sucesivos
valores de ángulos de rotación los tiempos de conseguir estos ángulos se pueden calcular. Fi-
nalmente, es posible obtener el curso del ángulo de giro en función del tiempo t.
Cálculos ejemplares del curso de volcadura del vehículo fueron llevados a cabo por los auto-
buses de dos pisos en dos estados de carga: sin pasajeros y con los pasajeros.
En el cálculo se usaron datos de [8] y [9]. Los datos y cálculos preliminares se incluyen en el
Apéndice.

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El ómnibus de pasajeros se caracteriza por mayor masa, centro de gravedad más alto y el mayor
momento de inercia. En los cálculos de un radio de la curva se supone igual a 60 m, y la velo-
cidad del vehículo igual a 80 km/h, que es superior al límite de vuelco para el bus sin pasajeros
(véase el apéndice).
Los resultados de los cálculos se muestran en la figura 6 y se comparan con los valores de los
ángulos de inclinación (Ecuación (13) para ambos estados de carga. En el diagrama, es evidente
que cuanto mayor sea el centro de gravedad se encuentra más rápido aumenta el ángulo de giro.
El vehículo con el aumento de la posición del centro de gravedad alcanza el ángulo de inclinación
en el menor espacio de tiempo, el vehículo con el centro de gravedad más bajo; aquí apropia-
damente en circa 1,05 s y 1,3 s.
Además, el aumento en el ángulo de rotación es progresivo. En algunas partes del primer décimo
segundo el ángulo de rotación es aún pequeño. Por ejemplo, en el caso 1 (bus sin pasajeros) no
excede el valor de 10° durante 0,85 s desde el inicio de un vuelco y para el caso 2 (el autobús con
pasajeros) respectivamente 0,65 s. Proporciona al conductor la posibilidad de corregir el movi-
miento del vehículo con volante o disminuyendo la velocidad. Sin embargo, el conductor dispone
de este tiempo, si el centro de gravedad se ponga mayor (caso 2, un autobús con pasajeros).
Figura 6. El ángulo de rotación del bus como función de tiempo para dos estados de
carga: sin pasajeros (1) y con los pasajeros (2). - Radio de curva de 60 m, la velocidad del
vehículo: 80 km/h

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CONCLUSIONES
La mayoría de los turismos se diseñan para evitar el vuelco sobre una superficie plana con co-
eficiente de fricción normal. Su factor de estabilidad estática es superior a la del neumático a la
carretera de coeficiente de fricción. No obstante, en el caso de estos vehículos el vuelco puede
ocurrir también cuando el coeficiente de rozamiento será extremadamente alta o la altura del
centro de gravedad será mayor que la altura supone por parte de los diseñadores, por ejemplo,
como resultado de la carga incorrecta.
En el caso de vuelco inactivo, que puede considerarse como el caso especial de una volcadura,
cuando los neumáticos se cruzan la superficie con infinitamente alto valor del coeficiente de
rozamiento, la velocidad de deslizamiento crítico es asumida como el criterio de seguridad. Su
valor es de unos 20 km/h para vehículos de pasajeros o, respectivamente, para los vehículos con
menor
Mayor coloca el centro de gravedad (furgonetas, camiones, SUV) y, sobre todo, pequeñas
(menos de 15 km/h) para double deckers- y autobuses de piso alto.
Los cálculos realizados demuestran que durante el período de transición el ángulo de giro del
vehículo aumenta progresivamente. Se puede constatar que la mayor está situado el centro de
gravedad del vehículo al aumentar la velocidad de rotación es mayor. Además se puede afirmar
que, en la fase inicial del vuelco el aumento del ángulo de rotación es lo suficientemente pe-
queño, que está dando al conductor la posibilidad de corregir el movimiento del vehículo.
REFERENCIAS
Heydinger G.J., R.A., Garrott Bixel W.R., Pyne M., J.G., Guenther Hove D. A. 1999. "Mide parámetros
inercial del vehículo - Datos del NHTSA hasta noviembre de 1998". Papel de SAE 1999-01-1336
Huang, M. 2002. "Crash del vehículo mecánica". CRC Press 2002
Scholpp Linstromberg M. G., Scherf O. 2005. "Herramientas de simulación y prueba en un proceso de
desarrollo de protección contra vuelcos". 19ª Conferencia Técnica Internacional sobre la mejora de la
seguridad de los vehículos (ESV). Documento nº 05-0122
Matolcsy M. 2007. "La gravedad de los accidentes de volcadura de Bus". 20ª Conferencia. La ESV. Lyon
2007. Documento nº 07-0989.
McLean, J. C. Kloeden, Ponte G. 2007. "Características de vuelco Creshes". 20ª Conferencia Técnica
Internacional sobre la mejora de la seguridad de los vehículos (ESV). Documento nº 07-0479
Informe de NHTSA. 2002. "Características de vuelco Fatal accidentes". Informe técnico de NHTSA DOT
HS 809 438, abril de 2002
J. A. Renski Pokorski, Sar, H. 2012. "Investigación de adherencia características de diferentes tipos de
neumáticos en diferentes condiciones climáticas". Oficial de KONES Powertrain y transporte, Vol 19,
Nº 3, 2012
L., Zielonka Prochowski K Muszynski, A. 2012. "Análisis del proceso de vuelco de autobuses de dos pisos
en la evitación de un obstáculo habiendo brotado de repente". Oficial de KONES Powertrain y trans-
porte, Vol 19, Nº 3, 2012
Zielonka Prochowski L., K. 2014. "Análisis del riesgo de vuelco de autobuses de dos pisos en la evitación
de un obstáculo (enfoque analítico y simulación de la computadora)". Yo Niezawodnosc Eksploatacja -
Mantenimiento y fiabilidad 2014; 16 (4)
Viano D.C., Parenteau, Ch.S. 2004. "Detección de choque con vuelco e información general acerca de la
seguridad". SAE Technical Paper Nº 2004-01-0342
Jóvenes, D. R.H., Rechnitzer Grzebieta G., M. Bambach, Richardson, S. 2008. "La seguridad de choque
con vuelco. Características y problemas". Boletín de reconstrucción de accidentes. Cuestión 95, junio
de 2008

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APÉNDICE. CÁLCULO

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