Sistemas de seguridad estructural

Vehículos eléctricos (EVs) dependen de avanzados sistemas de seguridad estructural para absorber la energía del choque, preservar el compartimento de los pasajeros y proteger el paquete de baterías de alto voltaje. Estos sistemas forman la base de la seguridad pasiva, trabajando junto a airbags y cinturones de seguridad para prevenir lesiones durante una colisión. Los vehículos eléctricos modernos utilizan una combinación de materiales de alta resistencia, zonas de deformación programada y celdas de seguridad rígidas para gestionar eficazmente las fuerzas de impacto.

Este capítulo explica cómo funcionan los sistemas de seguridad estructural, cómo difieren entre vehículos eléctricos y vehículos de combustión interna, y cómo la tecnología ha evolucionado en las últimas tres décadas.

¿Qué son los sistemas de seguridad estructural?

Los sistemas de seguridad estructural son los componentes diseñados de la carrocería del vehículo destinados a controlar cómo se comporta la estructura durante una colisión. Su propósito es triple:

1. Absorber energía durante un choque mediante deformación controlada.
2. Mantener la célula de seguridad estable donde los ocupantes estén protegidos.
3. Desviar las cargas de choque lejos de componentes críticos como el paquete de baterías.

Los elementos clave incluyen:

Zonas de deformación programadas

Secciones delanteras y traseras diseñadas para deformarse de manera predecible. Al colapsar en etapas, retrasan el pulso de choque y reducen las fuerzas sobre los pasajeros.

Célula de seguridad del pasajero

Un compartimento rígido y reforzado que permanece intacto durante una colisión. Se utilizan acero de alta resistencia, refuerzos de boro y pilares de sección cerrada para proteger el espacio de supervivencia de los ocupantes.

Estructuras para impactos laterales

Vigas laterales, refuerzos de las puertas y travesaños del piso que evitan la intrusión durante choques laterales, uno de los tipos de accidente más desafiantes.

Estructura de protección de la batería

Exclusivo de los EVs, esto incluye:

• Marcos rígidos alrededor del paquete de baterías
• Recintos resistentes a choques
• Rutas de carga que desvían las fuerzas alrededor de la batería—no hacia ella—

Ingeniería de rutas de carga

El enrutamiento estratégico de las fuerzas de choque a través de las partes más resistentes de la carrocería para asegurar que la energía se distribuya en lugar de concentrarse. Esto ayuda a que la estructura se deforme de manera controlada y predecible.

Por qué importan los sistemas de seguridad estructural

Los sistemas de seguridad estructural a menudo pueden marcar la diferencia entre lesiones leves y potencialmente mortales. Importan porque:

• Reducen las fuerzas máximas sobre el cuerpo, disminuyendo el riesgo de lesiones graves.
• Evitan la intrusión en la cabina, lo cual es crítico para la supervivencia de los ocupantes.
• Protegen la batería, minimizando el riesgo de eventos térmicos después de un choque.
• Influyen en el desempeño en pruebas de choque, impactando directamente las calificaciones de Euro NCAP, NHTSA e IIHS.

Con las pruebas de choque modernas cada vez más exigentes, el rendimiento estructural es ahora uno de los principales diferenciadores entre los vehículos de alto rendimiento y los de bajo rendimiento.

Cómo los EVs cambiaron el diseño de la seguridad estructural

Los vehículos eléctricos han cambiado fundamentalmente la forma en que los ingenieros diseñan las estructuras de los vehículos. El paquete de baterías es a la vez una oportunidad y un desafío.

Beneficios Introducidos por la arquitectura EV

• Los fuertes y planos paquetes de baterías aumentan la rigidez del piso, mejorando la rigidez torsional general.
• La ausencia de un motor grande abre nuevas posibilidades para zonas de deformación programada frontales más largas y efectivas.
• Un centro de gravedad más bajo reduce el riesgo de vuelco, permitiendo estructuras más optimizadas para la gestión de la energía de impacto.

Desafíos

• La protección de la batería es crítica—la intrusión debe evitarse a toda costa.
• Los cambios en la distribución de peso modifican las rutas de carga, lo que requiere rediseñar las estructuras de choque tradicionales.
• Los impactos en el bajo del vehículo, como golpes de escombros, deben abordarse con escudos protectores y marcos reforzados.

Como resultado, los EVs suelen usar más aluminio, acero de ultra alta resistencia y materiales compuestos en comparación con los vehículos de combustión interna.

Tendencias en los sistemas de seguridad estructural

La seguridad estructural está evolucionando rápidamente a medida que los fabricantes de automóviles abordan protocolos de prueba más estrictos y nuevas arquitecturas EV.

1. Estructuras de carrocería multimateriales

Se combinan acero de alta resistencia, acero conformado en caliente, aluminio y materiales compuestos para lograr relaciones óptimas de resistencia-peso.

2. Megafundiciones y grandes secciones estructurales

Popularizadas por Tesla y ahora extendidas por la industria, las megafundiciones traseras y delanteras:

• Reducen el número de soldaduras y juntas.
• Mejoran la consistencia de las rutas de carga.
• Aumentan la previsibilidad de los choques.

3. Integración de la batería como elemento estructural

Los vehículos eléctricos más recientes utilizan diseños cell-to-pack y paquetes de baterías estructurales que aumentan la rigidez al mismo tiempo que reducen el peso.

4. Simulación avanzada y modelado de choques impulsado por IA

Los ingenieros utilizan miles de simulaciones digitales de choque para optimizar las estructuras antes de construir prototipos.

5. Protección mejorada contra impactos laterales

Impulsados por pruebas más exigentes de IIHS y Euro NCAP, los vehículos ahora emplean vigas de puertas más resistentes, umbrales elevados y pilares B reforzados.

6. Enfoque en la reparabilidad

Algunos fabricantes ahora diseñan piezas estructurales con secciones reparables o estructuras de choque modulares para reducir los costos de seguro.

Evolución en los últimos 30 años

La seguridad estructural ha cambiado drásticamente en tres décadas:

Años 90

• Las zonas de deformación programada eran más simples y menos optimizadas.
• La protección contra impactos laterales era mínima.
• La rigidez de la cabina variaba mucho entre modelos.
• Los materiales estructurales eran en su mayoría acero dulce o convencional.

Años 2000

• Los aceros de alta resistencia se volvieron comunes.
• Euro NCAP impulsó mejoras rápidas.
• Se ampliaron las normas de impactos laterales y vuelcos.
• Las células de seguridad del pasajero se fortalecieron significativamente.

Años 2010

• El acero de ultra alta resistencia y el acero conformado en caliente se convirtieron en estándar.
• Los EVs introdujeron nuevas ideas de empaquetado y estructuras de protección de la batería.
• Las simulaciones de choque aceleraron los ciclos de desarrollo.

Años 2020 y más allá

• Los paquetes de baterías estructurales y las megafundiciones redefinen la arquitectura del vehículo.
• Las plataformas centradas en EV permiten zonas de deformación programada más eficientes.
• Las regulaciones de choque más estrictas impulsan la innovación en la ingeniería de rutas de carga.
• Los fabricantes optimizan las estructuras no solo para la seguridad, sino también para el peso, el costo y la reparabilidad.

Los siguientes videos muestran pruebas de choque de vehículos antiguos frente a nuevos para demostrar el avance de la seguridad ante impactos.

¿Realmente importa la seguridad estructural?

Sí. El rendimiento estructural es uno de los mejores predictores de los resultados reales de los choques. Incluso con sistemas avanzados de asistencia a la conducción, los accidentes siguen ocurriendo y, cuando lo hacen, una estructura fuerte es la última línea de defensa.

Para los EVs, la seguridad estructural también influye directamente en:

• Protección de la batería
• Costos de reparación
• Calificaciones de seguros
• Puntuaciones en pruebas de choque
• Durabilidad del vehículo a largo plazo

Una estructura bien diseñada puede convertir un choque grave en un accidente sobrevivible.