Il Progetto di costituzione del Laboratorio per la Sicurezza e l Infortunistica Stradale (LaSIS) dell Università di Firenze

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1 Il Progetto di costituzione del Laboratorio per la Sicurezza e l Infortunistica Stradale (LaSIS) dell Università di Firenze Lorenzo DOMENICHINI - Dario VANGI OBIETTIVI E MOTIVAZIONI Secondo la rilevazione Aci/Istat, in Toscana si verificano oltre incidenti stradali ogni anno, con circa feriti e oltre 520 decessi. Questo fenomeno rappresenta la causa di morte più frequente per la popolazione giovanile e interessa particolarmente le aree urbane e, tra le maggiori colpite, l area metropolitana fiorentina. La sicurezza della mobilità, oltre ad essere un importante problema sociale, presenta anche importanti risvolti economici. I costi sociali del 2000, presentati dalla Regione Toscana, ammontano ad un totale di 1619 milioni di euro, suddivisi in costi sanitari per ricoveri, riabilitazione, pronto soccorso, costi dovuti alla mancata produzione temporanea e definitiva dei feriti e deceduti, costi umani o biologici intangibili, danni materiali, amministrativi e giudiziari. I costi sociali ed economici degli incidenti della strada devono e possono essere ridotti anche attraverso l applicazione di tecnologie avanzate ed innovative nel campo sia delle infrastrutture sia dei veicoli e attraverso approcci preventivi ed educativi, specialmente nei confronti dei giovani, che incidano sulla causa primaria degli incidenti, costituita dal fattore umano. Oggi la prevenzione dell incidentalità è svolta, oltre che dalle aziende del settore automotive per il miglioramento della sicurezza di veicoli e componenti della infrastruttura, dagli Enti Locali proprietari delle strade, con campagne di informazione/prevenzione e interventi sulla viabilità (limitatori di velocità, rotatorie, segnaletica, ecc) inserite in singole azioni o in azioni coordinate tra più enti. Gestire la sicurezza stradale nell ottica del miglioramento della sostenibilità del sistema di trasporto stradale richiede, tra l altro, da una parte di disporre di competenze e strumentazioni avanzate per il supporto alle attività di prevenzione e dall altra di approfondire le conoscenze nel campo della sicurezza stradale per lo sviluppo di sempre più efficaci strumenti di protezione e prevenzione. L Università di Firenze è da tempo impegnata nel campo della sicurezza e dell infortunistica stradale, sia sul piano della formazione che della ricerca. Nel campo della formazione sono attivi un Master di I livello in Sicurezza stradale e un Corso di perfezionamento in Ricostruzione degli incidenti stradali, presso la Facoltà di Ingegneria. Nel campo della ricerca si sono costituiti gruppi di lavoro, all interno dei Dipartimenti di Meccanica e Tecnologie Industriali e di Ingegneria Civile, con elevate competenze, di ottimo livello e visibilità internazionale sul tema della sicurezza ed infortunistica stradale. Sulle tematiche legate alla sicurezza stradale i ricercatori dei due citati Dipartimenti hanno attratto risorse finanziarie valutabili in circa 2 milioni di euro negli ultimi 6 anni, attraverso progetti e ricerche finanziate dalla UE, dal MURST e da aziende private. Con il progetto di costituzione di un Laboratorio per la Sicurezza e l Infortunistica Stradale (LaSIS) l Università degli Studi di Firenze e le Aziende ed Enti territoriali che ad esso intendono aderire si propongono di mettere a sistema, coordinandosi in uno sforzo sinergico, esperienze e competenze per offrire un contributo significativo allo sviluppo delle tematiche della sicurezza stradale. Il progetto consiste nella realizzazione di un Laboratorio finalizzato alla formazione e alla ricerca sulla sicurezza e l infortunistica stradale, nel quale confluiscano le attività attualmente svolte da gruppi di ricerca operanti in sedi e laboratori dei Dipartimenti di Meccanica e Tecnologie Industriali e di Ingegneria Civile, così da potenziarne le attività attraverso anche l acquisizione di strumenti e metodi d indagine tecnologicamente avanzati. Con il progetto si vuole realizzare una struttura multifunzionale, per mezzo della quale la ricerca scientifica possa trovare una immediata applicazione pratica su problemi tangibili e gli Enti possano non solo trovare delle risposte ma diventare a loro volta soggetti proponenti di argomenti di studio e fruitori di servizi. Progetti di sviluppo particolarmente qualificanti previsti con la realizzazione del Centro sono: un simulatore avanzato di guida per studiare ed 16 N

2 approfondire la ricerca comportamentale e l ottimizzazione del sistema strada veicolo nel campo, in particolare, della sicurezza dei mezzi a 2 ruote e dei veicoli pesanti; un impianto per prove d urto in vera grandezza su veicoli a bassa velocità per lo sviluppo di temi di ricerca e sistemi di collaudo di attrezzature di arredo urbano, di dissuasione di velocità e per prove su veicoli a due ruote; Il progetto prevede, quindi, la costituzione di un centro con competenze multidisciplinari di elevato profilo scientifico, dotato di attrezzature avanzate: per favorire il processo di diminuzione dell incidentalità stradale e delle sue conseguenze per la ricerca sulle tematiche della sicurezza dei veicoli, delle infrastrutture e delle problematiche legate alla viabilità e all interazione veicolo uomo - strada per la formazione professionale per l educazione e la prevenzione per la realizzazione di strumenti innovativi riproducibili, oggetto di brevettazione e possibili spin off per offrire servizi sul territorio agli enti pubblici e privati nel campo della sicurezza stradale ATTIVITÀ DEL LaSIS Le attività del LaSIS possono essere inquadrate sotto tre distinte aree: Formazione Il CeSIS permette di svolgere in modo innovativo ed efficace attività di educazione, formazione professionale in collaborazione o commissionate da terzi. Le tematiche affrontate comprenderanno: Formazione alla guida sicura e prevenzione, specialmente utilizzabile da soggetti svantaggiati Formazione alla guida sicura, per conducenti professionisti o non, conducenti di mezzi di soccorso/polizia, orientata a scuole guida, scuole di polizia, progetti di formazione per studenti, ecc. Per ridurre l influenza sulla incidentalità del fattore umano, attraverso, ad esempio, programmi di educazione e formazione alla guida sicura, risulta molto utile potere verificare e valutare con parametri e criteri oggettivi, la prestazione del conducente in termini di sicurezza, definire cioè la qualità di guida in termini di guida sicura. Attraverso il simulatore si possono verificare, in modo virtuale ed in situazioni critiche predefinite, i comportamenti e le reazioni dei singoli soggetti quantificando, su di una scala predefinita, la capacità posseduta dai vari soggetti, in termini di sicurezza di guida. Tali metodologie risultano efficaci e complementari con i corsi di guida sicura in pista. Possono inoltre essere svolte verifiche di idoneità alla guida per utenti con alcune abilità ridotte o anziani, attraverso una simulazione realistica della guida nel traffico cittadino, esercitazioni, valutazione della propria capacità motoria e prova su strada delle vetture modificate; si potrà inoltre usufruire del LaSIS per testare nuovi adattamenti rispetto a quelli già posseduti, orientato ai centri di mobilità, commissioni mediche locali per le patenti, motorizzazione civile. Possono inoltre essere svolti programmi di ricondizionamento alla guida per guidatori a cui è stata sospesa la patente per incidenti, o anche al fine di stabilire il passaggio a determinate classi assicurative. Sviluppo di una nuova cultura della sicurezza stradale facilmente spendibile con le nuove generazioni Il LaSIS si presta in modo ottimale all educazione stradale dei giovani, portati più ad una cultura del fare che del sapere, in cui ad un approccio teorico sui rischi e pericoli potenziali della guida si contrappone la possibilità di provare direttamente la propria abilità di guida e le proprie reazioni nelle situazioni critiche, in modo ludico e coinvolgente, permettendo una quantificazione oggettiva della propria prestazione di guida. Parallelamente, assistere alle prove di crash può fornire una chiara percezione di quello che accade realmente in un incidente stradale producendo un forte effetto emotivo. La fruizione degli strumenti del LaSIS può essere inserita in piani pilota di educazione stradale per giovani e giovanissimi all interno delle scuole e per identificare regole comportamentali, su un campione di persone significativo, che potranno essere oggetto di campagne più ampie per la prevenzione dei sinistri stradali. Sviluppo di metodologie per l individuazione e l apprendimento di stili di guida per il miglioramento della qualità di guida Particolarmente utile per aziende di trasporto pubblico, aziende di trasporto merci ed in generale ad aziende con parco veicoli numeroso, risultano le possibilità offerte dal simulatore di guida che consente di mettere a punto una metodologia ed uno stile di guida per i vari veicoli orientato, oltre che alla sicurezza, al risparmio energetico e al comfort di guida, con possibilità di valutazione della performance di guida degli autisti. Incrementare la qualità di guida significa: riduzione di incidentalità, riduzione degli stress meccanici dei mezzi, riduzione dei consumi e quindi non solo risparmio economico ma anche minore impatto ambientale e dei costi relativi. Studi condotti dal Dipartimento di Meccanica e Tecnologie Industriali di Firenze, in collaborazione con tre aziende di trasporto pubblico nazionali, hanno infatti dimostrato che uno stile ottimale di guida permette risparmi energetici fino al 20 % ed una più elevata qualità del servizio percepita dagli utenti dei mezzi di trasporto pubblici. Sviluppo di nuovi strumenti didattici e di studio per i corsi di laurea esistenti L impianto sarà utilizzato a fini didattici sia nell ambito dei Corsi di Laurea in Ingegneria, nei Corsi di Perfezionamento e nei Master attivati dalla Facoltà di Ingegneria, sia durante giornate di studio legate a specifici aspetti dell infortunistica e della sicurezza stradale. Servizi Il LaSIS permette di svolgere in modo innovativo ed efficace attività di servizio e di ricerca applicata in collaborazione o commissionate da terzi. I soggetti potenzialmente interessati a svolgere ricerche o attività presso il laboratorio si possono individuare sia nel territorio, sia in ambito nazionale od europeo; essi possono individuarsi in: centri di ricerca privati o pubblici, enti proprietari della strada, uffici di programmazione e progettazione della viabilità, costruttori di sistemi di sicurezza attiva e passiva dei veicoli, costruttori di autoveicoli, centri di mobilità, commissioni mediche locali per le patenti, motorizzazione civile, compagnie assicurative, associazioni di infortunistica stradale, scuole guida, aziende di trasporto pubblico o privato, aziende private con parco auto numeroso, associazioni dei consumatori, ecc. Le attività di servizio che potranno essere svolte nel centro comprendono: N

3 Analisi di incidentalità, cause e fattori di rischio Studi per la ricostruzione degli incidenti Studi di mobilità Sviluppo di modelli di simulazione numerica di reti di trasporto Sviluppo di simulazioni di prove d urto Sperimentazione in scala reale Analisi di sicurezza di tracciati stradali Verifica dell efficacia di interventi finalizzati a migliorare la sicurezza stradale Verifica dell efficacia di interventi finalizzati a migliorare la riduzione dei consumi energetici Verifica condizioni di guida su tracciati di progetto o esistenti Verifica modalità installazione barriere Verifica efficacia segnaletica/illuminazione Verifica sistemi di sicurezza sul veicolo Supporto per campagne di prevenzione Supporto per corsi per patenti di servizio/guida di emergenza Supporto per corsi di guida sicura Supporto per corsi per esperti in sicurezza stradale Supporto per corsi per esperti in ricostruzione degli incidenti stradali Supporto per corsi su aspetti specifici legati alla sicurezza stradale Ricerca Il centro, avvalendosi delle competenze tecnico scientifiche del mondo accademico, permette una aggregazione tra soggetti a livello locale su tematiche di ampio respiro, anche a livello europeo. Infatti, la partecipazione alle ricerche con gli strumenti avanzati del centro permette, anche a soggetti che per loro natura operano a livello territoriale nell ambito della sicurezza stradale di inserirsi in progetti di carattere europeo su tematiche ampie, contribuendo a creare quel valore aggiunto tipico dell interazione tra mondo della ricerca, mondo del lavoro e mercato. I temi principali della ricerca riguardano la sicurezza attiva e passiva del veicolo, delle infrastrutture, i sistemi integrati veicolo/strada e gli aspetti biomeccanici degli incidenti. Si possono, in particolare, individuare i seguenti punti di intervento: Sviluppo di una nuova metodologia di approccio al problema della sicurezza utilizzando strumenti tecnologici innovativi ed efficaci. Le statistiche indicano il fattore umano come la causa principale dei sinistri stradali. Per ottenere la massima efficacia, gli interventi di prevenzione devono essere tarati sulle risposte psico-fisiologiche del conducente e degli utenti della strada, e non essere questi ad adeguarsi alle proposte che la tecnologia propone. Questa metodologia operativa è assolutamente innovativa e costituisce un rovesciamento del tradizionale approccio alla sicurezza stradale. Purtroppo lo studio e l analisi del comportamento umano nella guida non può essere simulato al computer ma solo attraverso prove al vero o con simulatori di guida. In questo ultimo caso si ha un grande vantaggio rispetto alla guida reale: le reazioni delle persone alla guida possono essere osservate molto da vicino sia nelle normali condizioni di guida sia in situazioni critiche, permettendo di testare soluzioni tecniche per la prevenzione dell incidentalità in condizioni di sicurezza e di ripetibilità. In questa ottica si inquadra il progetto di realizzazione di un simulatore di guida avanzato, finalizzato allo studio del comportamento di guida e allo studio di soluzioni per la sicurezza basate sull interazione veicolouomo-ambiente. Per realizzare questi obiettivi il simulatore in progetto è del tipo full-motion, per rendere la simulazione il più possibile aderente alla realtà, con particolare attenzione alla rappresentazione tridimensionale degli scenari ed alla modellazione della dinamica dell autoveicolo. Attraverso opportuni modelli di dinamica del veicolo, implementati nel software di gestione del simulatore, è possibile simulare sia autoveicoli che mezzi pesanti o, ancora, mezzi speciali o con dispositivi di guida particolari, quali ad esempio quelli destinati ai soggetti diversamente abili. Tale tipo di simulatore si differenzia dai modelli di tipo statico o semi statico, i quali permettono una rappresentazione tridimensionale dello scenario esterno o anche interno all abitacolo (realtà virtuale totalmente immersiva), senza tuttavia riprodurre i movimenti del veicolo e di conseguenza le accelerazioni e sensazioni sperimentate dal conducente durante la guida. Tali simulatori, pur utilizzati per diversi scopi, quali la valutazione dell architettura e dell ergonomia degli interni dei veicoli, la risposta più o meno grossolana del guidatore agli stimoli esterni della guida, non permettono però allo sperimentatore di riprodurre con realismo le condizioni della guida, i movimenti del veicolo, le caratteristiche meccaniche del veicolo percepibili dal guidatore e di valutare le reazioni del guidatore di fronte agli imprevisti o nelle situazioni più critiche. Il simulatore proposto si pone, al contrario, come uno strumento di grandi potenzialità, in grado di riprodurre tutte le caratteristiche e sensazioni della guida, dal cambio ai freni alle sospensioni, su qualsiasi scenario stradale, nel traffico cittadino, nelle autostrade, in montagna, nella nebbia, con sole basso, ecc.. Tale strumento rientra tra i pochi simulatori al mondo di analoghe prestazioni; si annoverano tra questi quello realizzato da Mercedes-Benz, pionieristico, alla fine anni 80, quello realizzato con il contributo della NHT- SA (Ente per la sicurezza stradale USA) presso la Iowa University, quello realizzato da Subaru, da Renault e da Opel. Fornire nuovi strumenti per lo studio dei fattori di rischio relativi alla sicurezza stradale Gli strumenti del LaSIS permettono di analizzare l influenza nella guida di fattori quali: l uso di telefoni mobili e delle auto radio; uso ed abuso di alcool, droghe e farmaci; il carico di lavoro indotto dai sistemi di interazione strada - veicolo - utente stanchezza derivante dalla durata della guida, privazione del sonno e/o dalle condizioni di traffico; risposte del guidatore legate alla tipologia delle infrastrutture e del tracciato stradale: intersezioni regolate da diritto di precedenza, rotatorie, innesti, condizioni di visibilità ridotte ecc. Risposte del guidatore in relazione alla segnaletica e cartellonistica stradale fissa o a messaggio variabile; ottimizzazione della stessa. Attraverso le prove al vero di crash potranno inoltre essere testate le caratteristiche e l aggressività di alcune infrastrutture ed arredi urbani (quali cartellonistica, transenne, spartitraffico, cordoli ecc.) valutandone il fattore di rischio nei confronti, ad esempio, dei mezzi a 2 ruote, per la qualifica di tali elementi e per lo sviluppo di nuove soluzioni a minore impatto. Potranno altresì essere validati i modelli numerici di analisi del comportamento dei veicoli e delle infrastrutture. Fornire strumenti innovativi per lo studio sul comfort, l ergonomia e la sicurezza dei veicoli. 18 N

4 Il LaSIS consente lo sviluppo di sistemi di sicurezza attiva e/o passiva dei veicoli basati sull interazione uomo infrastruttura veicolo, di infrastrutture/arredi della viabilità urbana, ricerche sul comfort, l ergonomia e più in generale sulla guidabilità dei veicoli. Il simulatore permette di testare nuove tecnologie e strumenti di ausilio alla guida (ad esempio sensori di controllo della distanza di sicurezza, sistemi di riconoscimento degli stati di attenzione attenuata, controlli dell impostazione delle traiettorie, ecc.) in un sistema di realtà virtuale. Inoltre gli strumenti del LaSIS potranno fornire grande impulso alla progettazione e valutazione dei dispositivi speciali per la guida dei soggetti diversamente abili, permettendo una ottimizzazione degli stessi in situazioni di guida virtuale e con adattamenti personalizzati per l utente. Fornire nuovi strumenti di analisi per la ricostruzione dei sinistri L analisi e la ricostruzione degli incidenti stradali rappresenta il punto di partenza per l individuazione di una strategia di miglioramento della sicurezza su strada. Gli strumenti del LaSIS permettono di studiare le caratteristiche strutturali e il comportamento dei veicoli, dei conducenti e delle infrastrutture durante le fasi dell incidente, mettere a punto modelli e strumenti SW per la ricostruzione della dinamica degli incidenti stradali. Il simulatore potrà costituire anche uno strumento per la formazione dei periti ricostruttori, che potranno, oltre che disporre dei risultati delle ricerche relative al fattore umano, sperimentare essi stessi situazioni critiche e analizzarne le conseguenze, attraverso sessioni mirate. Il simulatore permette di analizzare gli effettivi tempi psicotecnici di reazione e comportamenti di guida in varie situazioni, innovando, ad esempio, la prassi usuale che vede la ricostruzione degli incidenti basata su tempi di reazione fissi, valutati soggettivamente e spesso del tutto inadeguati alla situazione e lontani dai valori reali. Mettere a punto nuovi strumenti di analisi di sistemi di sicurezza passiva delle infrastrutture Analisi del comportamento di dispositivi di ritenuta stradali in funzione delle caratteristiche di installazione sulla viabilità esistente. La pista per prove d urto a bassa velocità di cui sarà dotato il LaSIS consentirà la calibrazione e la validazione dei modelli numerici messi a punto Sviluppare nuove tecnologie nel campo della sicurezza stradale brevettabili ed eventualmente riproducibili su applicazioni industriali La messa a punto degli strumenti del LaSIS ed il loro successivo utilizzo fornisce l occasione per lo sviluppo sia di tecniche innovative, HW e SW, relative alla simulazione di guida, sia per lo sviluppo di sistemi di sicurezza attiva e/o passiva dei veicoli basati sull interazione uomo infrastruttura veicolo, che di infrastrutture/arredi della viabilità urbana. Queste conoscenze in ambito universitario possono inoltre costituire la base per il lancio di spin off tecnologici finalizzati alla produzione di componenti/tecniche per la sicurezza stradale. DOTAZIONI DEL LaSIS Il Laboratorio nasce dalla confluenza di competenze e dotazioni dei gruppi di ricerca che fanno capo ai Dipartimenti promotori del progetto. In tal senso il Laboratorio nasce con una serie di laboratori e strumentazioni già acquisite e con attrezzature da acquisire. Tra le dotazioni già acquisite vi sono: Laboratorio stradale - simulazioni numeriche Laboratorio stradale - sperimentale Laboratorio di meccanica - simulazioni numeriche Laboratorio di meccanica - sperimentale Le dotazioni da acquisire sono: Simulatore di guida Il simulatore è un sofisticato strumento in grado di simulare la guida e rendere realistiche tutte le sensazioni del conducente, dalla visione ai movimenti, accelerazioni e vibrazioni. I campi di applicazione tipici del simulatore sono: Valutazione ed addestramento del conducente Addestramento per scuola guida Prove per scuola guida sicura Riconoscimento dello stile di guida del conducente (valutazione del grado di rischio ad esso correlato) Valutazione della qualità e sicurezza della guida del conducente Possibilità di simulare differenti condizioni di traffico, visibilità, tempo atmosferico e tipo di veicolo Simulazione di eventi chiave specifici Studi sui veicoli Provare prototipi di nuovi elementi del veicolo e verificare il feedback degli utenti Testare nuovi sistemi ed apparecchiature tramite prototipi virtuali, ricavando delle indicazioni, prima della realizzazione di un prototipo reale Provare nuovi sistemi di illuminazione dinamica Studi sulle infrastrutture stradali Simulare diversi percorsi stradali, autostradali, in tunnel, con intersezioni di diverso tipo, con diversi tipi e densità di veicoli (auto, camion, moto, pedoni) Generare vere e proprie rete stradali e testare in virtuale, in fase di progetto, le modifiche da apportare a situazioni esistenti per verificarne l efficacia Test sull efficacia della segnaletica stradale Valutazione interfaccia uomo-macchina Prove sull ergonomia delle apparecchiature di guida Testare l efficienza di apparecchiature per l incremento della sicurezza Prove sulle modifiche per l incremento del comfort di guida Sperimentare nuovi sistemi per la guida assistita Valutazioni sul traffico Simulazione di guida in differenti condizioni di traffico e su differenti tipi di percorso Cambiamento delle condizioni di traffico in tempo reale Fornire al conducente informazioni sul traffico durante la guida Studi sul Fattore Umano Studiare il comportamento di guida del conducente in differenti condizioni: sonnolenza, ebbrezza, stress, fatica Monitorare i tempi di reazione in determinate situazioni di pericolo simulate (attraversamento pedonale, incidente, tamponamento a catena..) Analizzare i diversi comportamenti di evitabilità di diversi conducenti nella stessa situazione critica Studio dei movimenti oculari (eye tracking) Registrare dati dei sensori e del video per una analisi successiva e riproporli all utente Interfacce Telematiche Testare elementi di interfaccia telematica e servizio di informazioni: GPS, Radio, Navigatori etc. N

5 Impianto per prove di crash L impianto per prove di crash consente di approfondire lo studio sugli altri due fattori della terna che sta alla base della sicurezza stradale: ambiente-uomo-veicolo; in questo senso l impianto si pone come elemento complementare rispetto al simulatore, consentendo di progettare e mettere a punto interventi per la sicurezza stradale attraverso una analisi congiunta dei suddetti tre fattori. Grazie alla flessibilità dell impianto, che viene progettato per potere svolgere numerosi tipi di prove, è possibile, infatti, analizzare il comportamento strutturale dei veicoli, sia a 4 che a 2 ruote, durante un urto, le sollecitazioni sugli occupanti e l interazione dei veicoli con le infrastrutture stradali di tipo cittadino. L impianto è costituito da una pista all aperto per l accelerazione del veicolo o slitta, una zona per la preparazione/analisi degli stessi e una cabina per il comando e controllo di tutte le operazioni e per l acquisizione di tutti i dati durante lo svolgimento delle prove. L impianto prevede la possibilità di eseguire varie tipologie di prove su veicoli a 2, 3 e 4 ruote, tra cui: urti frontali o posteriori contro barriera inamovibile, perpendicolare al veicolo od angolata e/o sfalsata (offset), urti veicolo contro veicolo con le medesime varianti, pole test, test su elementi di infrastrutture urbane (cartellonistica, transenne, spartitraffico, cordoli ecc.), sled test con slitta e sedile accelerata per test su manichini/volontari. Tutte le fasi preparatorie, l attrezzaggio pre-test, nonché i rilievi post urto sui veicoli possono essere effettuati nell area preposta adiacente alla zona di lancio. L impianto sarà corredato da strumentazione per l acquisizione dei dati della prova (accelerometri, celle di carico, videocamere hi-speed, misuratori di velocità, ecc.) e da un sistema computerizzato per la gestione di tutte le operazioni per la prova. Lorenzo DOMENICHINI, vedasi nota biografica nel n 3/07. Dario VANGI, vedasi nota biografica nel n 3/ N