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Caratterizzazione dei parametri del modello di collisione di Kudlich-Slibar per crash-test di urti small-overlap

Caratterizzazione dei parametri del modello di collisione di Kudlich-Slibar per crash-test di urti small-overlap

 Lo scopo del lavoro, presentato alla 27° conferenza annuale di EVU Europa (2018) e sviluppato da Francesco Del Cesta, Andrea Del Cesta e Niccolò Galeotti, è quello di valutare la possibilità di ricostruire incidenti stradali di tipo small-overlap, utilizzando il modello di collisione impulsivo di Kudlich-Slibar. Gli urti small-overlap sono una collisioni frontali tra autoveicoli, con piccola superficie d'impatto ed estremamente difficile da ricostruire, a causa delle incertezze sui parametri da attribuire al modello. Nel presente lavoro sono stati ricostruiti oltre 60 crash-test mediante PC-Crash e cercando similitudini nei parametri.

Uno degli obiettivi principali nel processo di ricostruzione degli incidenti stradali è il calcolo della velocità dei veicoli all'urto. Per ottenere questo dato, è necessario definire dei modelli matematici (validati e con limiti di applicabilità ben definiti), i quali consentono di descrivere l'effetto dell'impatto in termini di: variazioni di velocità traslazionale, velocità angolare ed energia assorbita a seguito dell'urto.

Oggi, il modello di collisione impulsivo di Kudlich-Slibar rappresenta uno dei più semplici ed impiegati modelli investigativi per la ricostruzione degli incidenti automobilistici (per la sua semplicità nell'implementazione, la sua affidabilità e la sua capacità di riprodurre gli effetti di diversi tipi di collisione). Il parametro principale di questo modello di collisione è il coefficiente di restituzione, che indica il rapporto tra il modulo dell'impulso di restituzione e l'impulso di compressione, generati a seguito dell'impatto. Per urti cosiddetti pieni, in letteratura sono disponibili valori sperimentali affidabili del coefficiente di restituzione, definiti in funzione della velocità relativa all'urto.

Per quanto riguarda gli urti di tipo small-overlap, definiti come una particolare tipologia di collisioni tra autoveicoli tali da non coinvolgere i longheroni del telaio (per l'elevato offset tra i veicoli e per la ridotta superficie d'impatto), i valori del coefficiente di restituzione e degli altri parametri da assegnare non risultano invece altrettanto ben definiti. Tali collisioni sono tuttavia generalmente ritenute di fondamentale importanza, in quanto a seguito di numerosi studi statistici è emerso che costituiscono una percentuale molto significativa tra i sinistri mortali tra autoveicoli (per questo motivo oggi, viene prestata molta più attenzione dalle case costruttrici nello sviluppo di telai studiati per garantire un adeguato livello di sicurezza nel caso di urti small-overlap).

Lo scopo degli autori del presente articolo (sviluppato sulla base della tesi di laurea magistrale dell'Ing. Niccolò Galeotti), è stato quello di individuare valori statisticamente rilevanti per i parametri da assegnare al modello di Kudlich-Slibar nel caso di urti small-overlap. 

Un possibile approccio è quello di eseguire l'analisi manualmente e calcolare analiticamente il coefficiente di restituzione (una volta definito il piano di contatto adatto ed il punto di impatto), sulla base dei dati di telemetria di crash-test di riferimento, il quale è caratterizzato tuttavia da elevati errori di calcolo, a causa dell'incertezza nella scelta del piano di contatto e del punto d'urto (individuabili sostanzialmente "ad occhio").
Pertanto, è stato deciso di procedere cercando di ricostruire un certo numero di crash-test di urti small-overlap mediante il software di simulazione PC-Crash, in modo tale da ricercare i set di parametri di collisione tali da minimizzare una funzione di errore, definita sulla base dei dati a disposizione (posizioni statiche ed intermedie, velocità angolare post-urto e velocità traslazionale post-urto).

Per prima cosa, sono stati ricercati dati relativi a prove di crash di collisioni small-overlap, basando il presente studio su crash-test svolti da IIHS (Insurance Institute for Highway Safety) e DSD (Dr.Steffan Datentechnik GmbH). Da entrambe le fonti, sono stati raccolti dati su collisioni frontali contro barriera (auto-barriera) e tra autoveicoli (auto-auto). In particolare, i crash-test discussi nel presente sono caratterizzati da una sovrapposizione tra il 20% e il 28%, una velocità iniziale media di 63 km/h per impatti auto-barriera (8,5 km/h di deviazione standard) e 111 km/h per urti auto-auto (22 km/h di deviazione standard).
Successivamente, per ciascuno dei crash-test di riferimento, sono state sviluppate delle simulazioni su PC-Crash, definendo le caratteristiche geometriche-inerziali dei veicoli, parametri di collisione di primo tentativo e le posizioni intermedie e finali relative alla fase post-urto (ottenute dall'estrazione dei frame dei video delle prove). I valori finali dei parametri sono ottenuti mediante l'impiego di un algoritmo di ottimizzazione (basato su tecniche di Design of Experiments), implementato su Excel ed operante direttamente sulle simulazioni in PC-Crash.

Infine, dall'analisi dei valori ottenuti dalle simulazioni è emerso che:
  • Il modello di collisione di Kudlich-Slibar rappresenta un ottimo strumento anche per l'analisi di urti small-overlap, avendo riscontrato range di valori ben definiti per i parametri (per assegnate condizioni di sovrapposizione delle sagome e velocità dei veicoli all'urto);
  • Sono stati verificati valori del coefficiente di restituzione solitamente negativi nel caso in cui si verifica il distacco della ruota anteriore e positivi negli altri casi;
  • Per urti auto-auto si hanno solitamente valori del coefficiente di attrito più alti che negli urti auto-barriera;
  • Non sono state riscontrate significative correlazioni tra i valori assunti dai parametri del modello (es. coefficiente di attrito/coefficiente di restituzione);


Di seguito è riportato il link del sito della 27° conferenza annuale di EVU-Europa (2018)

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Lunedì, 14 Ottobre 2019

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