Laboratorio per la Sicurezza e l Infortunistica Stradale PROCEDURA PER IL CALCOLO DELL ENERGIA DI DEFORMAZIONE DISSIPATA NEGLI URTI MOTO-AUTO

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1 Laboratorio per la Sicurezza e l Infortunistica Stradale PROCDURA PR IL CALCOLO DLL NRGIA DI DFORMAZION DISSIPATA NGLI URTI MOTO-AUTO aprile 0

2 Introduzione L energia cinetica dissipata durante la collisione è un parametro essenziale per la ricostruzione dell incidente stradale. La conoscenza di tale valore, oltre a fornire un controllo per l applicazione del metodo della quantità di moto, permette di stimare la velocità relativa dei due veicoli all urto. Purtroppo, negli incidenti con mezzi a due ruote, spesso non si dispongono di strumenti efficaci per la determinazione dell energia dissipata. Sull auto si producono generalmente deformazioni localizzate che possono coinvolgere parti, come ad esempio la zona delle ruote, con rigidezze completamente differenti rispetto a quelle su cui normalmente vengono eseguite le prove di crash. In tali zone i metodi classici di valutazione dell energia di deformazione non sono applicabili a causa della mancanza di ampi database di riferimento. Anche per il mezzo a due ruote non sempre ci sono elementi utili per quantificarne l energia di deformazione. Il presente opuscolo si propone di illustrare una procedura di calcolo, derivante da un approccio semiempirico, per valutare l energia cinetica dissipata in deformazioni in entrambi i veicoli in un urto tra mezzi a due ruote e autoveicoli. Applicabilità del metodo Il metodo in oggetto è applicabile negli urti in cui il motoveicolo colpisce con la sua parte frontale una qualsiasi zona dell autoveicolo. La procedura può essere applicata soltanto nei casi in cui l accorciamento del passo non superi 45 centimetri (quando la forca anteriore non può più deformarsi) e nel caso in cui la front structure della moto risulta praticamente integra. nergia dissipata dal motociclo L energia dissipata dal motociclo viene calcolata attraverso una equazione empirica che approssima in modo lineare l andamento tra nergy quivalent Speed (S) e accorciamento del passo. L equazione appena citata è il risultato di numerose campagne di prove sperimentali svolte contro barriera rigida. In letteratura tecnica sono presenti due test che si differenziano tra loro per la metodologia con cui viene portato il motociclo ad impattare contro la barriera. Nel dettaglio si ha:

3 . La prova del pendolo: il motociclo viene agganciato ad un cavo collegato ad un primo braccio telescopico, mentre un secondo braccio telescopico viene utilizzato per portare in sospensione il mezzo. Raggiunta l altezza desiderata, attraverso un sistema di sgancio automatico, viene liberato il veicolo il quale va ad impattare contro la barriera rigida inamovibile. Figura Crash test di motocicli contro barriera rigida: prova del pendolo.. La prova di traino: il motociclo viene trainato fino alla barriera mediante un braccio meccanico che collega il mezzo a due ruote ad un autoveicolo. Il motociclo giunto in prossimità della barriera viene sganciato dal traino e impatta liberamente contro l ostacolo fisso. Figura - Crash test di motocicli contro barriera rigida: prova di traino. Per ampliare i dati di letteratura tecnica sono stati svolti dal laboratorio LaSIS (Università degli Studi di Firenze) altri crash test contro barriera rigida inamovibile. In queste campagne di prove 3

4 S (m/s) Procedura per il calcolo dell energia di deformazione dissipata negli urti Moto-Auto l avanzamento del motoveicolo verso la barriera è garantito da una corda fissata per un capo all anteriore della moto e per l altro ad un elastico che richiama a se il mezzo. L equilibrio del mezzo a due ruote è assicurato da due bracci di sostegno dotati alle proprie estremità di ruote, che si distaccano automaticamente prima dell urto. Figura 3 Sistema di lancio utilizzato dal LaSIS nei crash test moto-barriera. Considerando i dati sia di letteratura sia quelli ottenuti dalle prove svolte presso il LaSIS, effettuando una opportuna scrematura delle prove ritenute anomale, si ottiene un andamento dell S in funzione dell accorciamento del passo del mezzo a due ruote pressoché lineare (figura 4) 5,0 0,0 5,0 0,0 5,0 0,0 0,000 0,00 0,00 0,300 0,400 0,500 accorciamento passo (m) Figura 4 Correlazione sperimentale tra accorciamento del passo dei veicoli a due ruote e S. Il valore dell nergy quivalent Speed aumenta all aumentare della deformazione secondo la relazione: 4

5 S b0 bp (.0) con b 0=,68 b =38, L energia dissipata dal motoveicolo è pari a: con dm m M S m M (,68 38, p) (.) m M=massa del solo motoveicolo nergia dissipata dall autoveicolo Determinata sperimentalmente la correlazione tra accorciamento del passo e S del mezzo a due ruote, la valutazione dell energia dissipata dall auto può essere effettuata con l applicazione del metodo del Triangolo. Con tale approccio, grazie all introduzione del coefficiente di forma k, è possibile esprimere l energia di deformazione, per tutte le geometrie di danno, come: d FR kc (.3) Approssimando il danno sull auto, nell urto moto/auto, come un danno di forma triangolare, l energia di deformazione che tale mezzo dissipa nell urto è facilmente calcolabile una volta nota la forza che i due mezzi si scambiano nell impatto. La forza che i due veicoli si scambiano è pari a: F R m M b b b 0 p (.4) L energia di deformazione dissipata dall autoveicolo è dunque: da mm 6 0, 45, pkc con δ=deformazione elastica (δ=0.07 zona frontale; δ= zona posteriore; δ= zona laterale). (.5) D. Vangi, F. Begani (0). Performance of triangle method for evaluating energy loss in vehicle collisions. PROCDINGS OF TH INSTITUTION OF MCHANICAL NGINRS. PART D, JOURNAL OF AUTOMOBIL NGINRING, ISSN:

6 Dall analisi dei crash test tra moto e auto è emerso che una quota parte di deformazione sull autoveicolo non è attribuibile al contatto ruota-auto e quindi al piegamento delle forche anteriori del mezzo a due ruote. A seconda della geometria dei veicoli coinvolti e della velocità con cui il mezzo a due ruote impatta sull autoveicolo, sull auto si possono generare delle deformazioni che si generano al di sopra dell altezza del cerchione della moto. Queste sono legate al movimento compiuto dal motociclo durante la fase d urto. Tale fase è caratterizzata dai seguenti step:. Contatto tra la ruota del motoveicolo e la vettura;. Deformazione delle forche anteriori del motoveicolo; 3. Rotazione del mezzo intorno al punto di contatto; 4. Contatto tra la parte alta del motoveicolo (gruppo ottico, scudo) e la vettura. X X-p X-p Figura 5 Fasi dell urto tra moto e auto. 6

7 Negli autoveicoli in cui il danno che si estende ad una quota da terra superiore a quella del cerchione della moto, per il calcolo dell energia dissipata si introduce un fattore moltiplicativo (λ) che corregge l energia dissipata dall autoveicolo. mm 0, 45, p kc da 6 (.6) con λ=0,9 C+,6 (.7) Per come è determinato sperimentalmente, λ tiene conto anche delle deformazioni che si generano nella parte alta del motoveicolo. Procedura di applicazione Negli urti che vedono coinvolti auto e moto si può seguire la seguente procedura per determinare l energia di deformazione dissipata dai veicoli:. Misurazione del passo del motoveicolo incidentato. Questa deve essere effettuata da entrambi i lati del mezzo e, qualora il risultato fosse differente, si assume come valore la media tra i due misurati. Figura 6 Misurazione del passo del motoveicolo incidentato.. Calcolo dell energia di deformazione dissipata della moto con la relazione.. 3. Misurazione del danno sull autoveicolo incidentato (profondità dell intrusione C). 7

8 Figura 7 Misurazione della deformazione sull autoveicolo. 4. ventuale calcolo del fattore correttivo λ che tenga presente della deformazione sull autoveicolo non assoggettabile al piegamento delle forche anteriori del motociclo con la relazione Calcolo dell energia di deformazione dissipata dell autoveicolo attraverso la.6. sempio Veicolo A Suzuki GSX 400 Veicolo B Renault Velocità: 96km/h Massa: 90kg Δp: 0,38m Velocità: 0km/h Massa: 050kg C: 0,40m 8

9 m m Applicazione del metodo dm M S M (,68 38, p) 8, 0 Assumendo: k=0,564 (urto triangolare sull autoveicolo) δ=0,0364 (urto sulla zona frontale dell autoveicolo) λ=,5 (autoveicolo deformato nella parte alta) m kj 0, 45,6p kc 4, da M 8 5, dtot dm da 8 kj Assumendo: p=,6 (passo dell autoveicolo) L=4,45 (lunghezza dell autoveicolo) h=0,88 (distanza tra il baricentro dell autoveicolo e retta di impulso) J=809 (J=0,478 m A L p) k =,7 (k =J/m A) γ= 0,69 (γ=k /k +h ) m Ae=m A γ m Ce=m A m M/(m A+m M) dtot VM 6,5m / s 95,3km/ h m Ce kj 9