Paseo del bajo

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Volcadura de ómnibus- Introducción
La volcadura de ómnibus es uno de los más importantes riesgos para la seguridad de los pasajeros y de la
tripulación que viajan en un ómnibus. En los últimos años se observó que después de los vuelcos y al defor-
marse, la estructura corporal amenaza seriamente la vida de los pasajeros. Por lo tanto, la fuerza dinámica
de las partes del ómnibus volcado se convirtió en una cuestión importante para los fabricantes de ómnibus y
autocares.
En la India, la tendencia general observada en el mercado es que los fabricantes de equipos originales
(OEM) venden lejos sus chasis. El diseño de la carrocería del ómnibus y su construcción se realiza por terce-
ros. Sin saberlo, muchos fabricantes de ómnibus emplean diseños pobres, lo que se traduce en una gran
cantidad de accidentes mortales, principalmente los vuelcos. Las estructuras corporales de los ómnibus exis-
tente no están adecuadamente diseñadas, son subóptimas e inseguras. En gran medida se usa madera en la
construcción de órganos del ómnibus.
La causa de la muerte o lesión en vuelco de ómnibus es principalmente debida a la intrusión de la estructura
interna del espacio reservada a la supervivencia de los pasajeros. Por lo tanto, el cuerpo del ómnibus (su-
perestructura) debe ser lo suficientemente fuerte como para absorber la energía del impacto causado por la
volcadura del ómnibus, y la deformación resultante de la superestructura no debería resultar en meterse en
el mínimo espacio de supervivencia de los pasaje-
ros.
Fig.1 Vuelco de ómnibus
Los órganos del gobierno regularon los requisitos de
resistencia de los órganos de ómnibus, abandonan-
do las normas sobre automóviles como AIS-052 &
AIS-031. Estas normas garantizan la fortaleza y
seguridad de la superestructura en caso de un vuelco.
Tipos de vuelcos de ómnibus
Principalmente hay 2 posibles casos de accidentes con vuelco de ómnibus.
Fig.2 Casos de vuelcos de ómnibus
El caso que debe considerarse depende principalmente del uso del vehículo. Un ómnibus de la ciudad debe
moverse sobre calles y avenidas de buena calidad, y que la posibilidad de vuelco sea únicamente durante las
curvas tomadas a alta velocidad. Para el caso de vuelco se seleccionó el 2 (en el suelo). Por otro lado si es
un ómnibus interurbano turístico, la probabilidad de vuelco en una zanja es alta. Por lo tanto se selecciona el
Caso-1 (bus vuelca en una zanja de 80 m de profundidad).

2. Sin embargo, el requisito de resistencia estructural está impulsado principalmente por las normas AIS-031,
que asegura la resistencia de la superestructura de tal manera que ninguna parte de la estructura se inmis-
cuya en el espacio residual del pasajero en caso de vuelcos.
La física detrás del vuelco de ómnibus
El vuelco de ómnibus es un fenómeno en el cual el ómnibus completamente cargados vuelca alrededor de un
eje paralelo a la dirección longitudinal del ómnibus, pasando por el borde exterior del neumático exterior (de-
recho/izquierdo/Delantero/trasero) sobre el suelo.
Ocurre debido a un choque o durante un viraje a alta velocidad. Al doblar un vehículo en una esquina actúan
sobre él tres fuerzas: de neumáticos (la fuerza centrípeta), efectos de la inercia (la fuerza centrífuga) y la
gravedad. Las fuerzas de la curva desde los neumáticos empujan al vehículo hacia el centro de la curva.
Esta fuerza actúa a nivel del suelo, por debajo del centro de masas. La fuerza de la inercia actúa horizontal-
mente a través del centro de masa del vehículo, lejos del centro de la vuelta. Estas dos fuerzas hacen que el
vehículo vuelque hacia el exterior de la curva. La fuerza del peso del vehículo actúa hacia abajo a través del
centro de masa en la dirección opuesta. Cuando el neumático y las fuerzas de inercia son suficientes para
vencer la fuerza de la gravedad, el vehículo comienza a girar.
Los métodos de análisis de vuelco de ómnibus
Pruebas Físicas
Durante las pruebas físicas, el ómnibus colocado en la plataforma se inclina sobre el punto de rotación (es-
pecificado por AIS-031) con la velocidad angular de no más de 0.087 rads/s. En algún ángulo específico, el
CG del ómnibus se desequilibra y el ómnibus vuelca en la zanja de 80 cm de profundidad debido a su propia
gravedad. La intrusión de la estructura lateral en el espacio residual se controla manualmente según regla-
mentos y en función criterios de la AIS-031.
Ingeniería Asistida por Ordenador - Simulación de vuelco de ómnibus
En este método el caso real es simulado hasta un punto suficientemente preciso para confirmar la protección
contra vuelcos. Es un rentable y menos laborioso proceso. Además, el ómnibus de simulación dinámica en
comparación con las pruebas físicas da suficiente margen para optimar la estructura de la carrocería del óm-
nibus, que además ayuda a reducir el peso total del
ómnibus.
Convencionalmente, muchos fabricantes de carroce-
ría prefieren las pruebas reales, de enormes costos
y tiempo. Para obtener el mismo resultado, es acon-
sejable la simulación dinámica.
Para la simulación dinámica de ómnibus se requiere
una velocidad angular final del ómnibus durante el
impacto en tierra y el espacio restante según la defi-
nición de AIS-031.

3. Creación del espacio residual
Fig.3 espacio residual
1. Espacio residual (espacio de supervivencia) se creó en el ómnibus según AIS-031, Fig.3.
2. La posición del punto "R" en la Fig.3 deberá ser asumido a 50 cm por encima del suelo debajo de los
pies del acompañante, de 30 cm de la superficie interior del lateral del vehículo y a 10 cm por delante del
respaldo del asiento, en el Center-Line de los asientos exteriores.
3. Altura del espacio residual debe ser como mínimo de 75 cm.
Cinemática del vuelco de ómnibus
Esto explica la posición de los puntos de rotación sobre los vuelcos de ómnibus y cálculo de velocidad angu-
lar con la que se vuelca el ómnibus de la zanja.
Fig.4 Cinemática de vuelco de ómnibus
1. Primera rotación (θ1, la posición A a la B): El ómnibus junto con tapones deben girar alrededor del punto
inferior del tope de rueda trasera (O1) hasta el CoG de ómnibus alcanza la altura máxima (posición ines-
table).
2. Segunda rotación (θ2, la posición de B a C): El ómnibus excluyendo los tapones deben girar alrededor del
punto más superior (O2) del tope trasero (altura punto = 8 cm) hasta que toque la planta de impacto. (No-
ta: Mantenga 1-1,5 mm de separación entre planta y en parte el impacto que viene primero en contacto)
 Velocidad angular se calcula mediante la fórmula: (Ver Fig.5)

4. 1/2 IRA
2 ω
= m * g * ∆H
Donde,
I= ICOG RA_XX + Misa * D2
(masa Momento de inercia sobre eje de rotación)
∆H = altura entre Max. CoG y Final
D = Distancia entre el diente y el segundo punto de rotación O2
Ω= Velocidad angular
M = masa total del bus.
G = Aceleración debida a la gravedad
CAE- Simulación de vuelco de ómnibus
La simulación del vuelco de un ómnibus pude realizarse de varias maneras (red 1D/2D/3D) según diversos
softwares, pero el método y software más apropiados se consideran en términos de precisión y velocidad de
la solución. La simulación CAE incluye cuatro pasos principales, preparación de CAD, cinemáticas del vuel-
co, espacio residual, plataforma de preprocesamiento, solución de la plataforma y postprocesamiento.
Preprocesamiento de cubierta
1. Precisa de elementos finitos de mallas 2D modelo está preparado desde el modelo CAD del ómnibus
súper estructura y chasis.
2. Es decir, conexiones de soldadura y pernos se modela utilizando elementos 1D.
3. Todos los componentes montados en la estructura están engranados o utilizarse como masa concentra-
da de malla (0D).
4. El peso global & CoG del ómnibus se concilia con el ómnibus.
5. Asignación de las propiedades de los materiales.
6. Aplicación de gravedad de carga a nivel mundial CoG de ómnibus y velocidad angular para todos los
componentes del bus.
7. La asignación de tiempo de terminación del paso del tiempo requerido para la simulación y los archivos
de salida necesarios para un procesamiento posterior.
Solución
 La cubierta preparados deben importarse en solver y número de CPU necesarias para ejecutar debe ser
mencionado.
 Compruebe los errores; corrija errores y volver a ejecutar el análisis.
 Verificar para la misa además e incremento porcentual en masa.
 Ejecutar la solución, esto generalmente toma 24 horas para resolver el modelo matemático.
Post-procesamiento
 Verificar el balance de energía, es decir, la energía total, energía interna, energía cinética, energía de
pared rígida y deslizando la energía de cada componente de la interfaz de ómnibus.

5. Fig.5 Balance energético
 Medición de separación:
Fig.6 Medición de la separación entre el espacio residual
y pilares
 Si la separación es de más de 5 mm, entonces
la estructura no está penetrando en los espacios
residuales y pasa AIS-031.
 Si la distancia es inferior a 5 mm, entonces la
estructura falla y sería necesario adoptar con-
tramedidas adecuadas.
Factores que afectan el compor-
tamiento del vuelco de ómnibus.
Posición del centro de gravedad (CG)
Mientras gira, la estabilidad del ómnibus depende de
la posición de su CG. Si la altura CG es mayor, el
ómnibus será más propenso a vuelcos de otro con
CG bajo. También, al aumentar la altura, el radio de
giro aumentará, lo que aumenta la energía cinética
de la estructura antes del impacto resultante, más
daños a la superestructura.
Fig.7 Posición de CoG
Por lo tanto, durante la fase de diseño se debería tomar la precaución apropiada para asegurar el mínimo de
altura del CG.

6. Número y la posición de los pilares
Como los pilares estructurales absorben la energía durante el impacto de vuelco, es necesario optimizar el nº
de pilares. Más de pilares añaden peso innecesario y menos pilares fallarán en la simulación dinámica.
Sección transversal de tubos
La rigidez de la estructura depende principalmente de la sección transversal de los tubos utilizados en la
estructura. Si el ómnibus está falla en los análisis de vuelcos, la solidez de la estructura puede aumentarse
mediante el aumento de la sección transversal (amplitud, anchura o grosor) de miembros cruciales en análi-
sis de vuelco.
Propiedades del material
Cuanto más fuerte sea el material, mayor será la oposición del ómnibus al vuelco. El material debe absorber
más energía de impacto por deformación en lugar roturas. El aluminio puede usarse para los paneles elásti-
cos, que pesan menos y absorben más energía.
Optimización del refuerzo
Fig.8 Ubicaciones falla
La superestructura falla en los puntos de la superes-
tructura marcados, Figura 9. Para evitar esto, se
puede aumentar la sección transversal del tubo,
pero eso aumentará el peso total del ómnibus.
Por lo tanto, se aconsejan refuerzos locales para
agregar menos peso y aumentar la resistencia del
ómnibus contra vuelcos.
Rushikesh Savant
Estructuras Avanzadas India Pvt Ltd es una compa-
ñía de desarrollo de productos de automoción inde-
pendiente con sede en Bangalore, India, con opera-
ciones en India, China y los Estados Unidos.
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