Maple contribuisce alla ricerca di nuove tecnologie per le cinture di sicurezza nelle autovetture

Nel corso degli ultimi 40 anni, la tecnologia messa a punto per limitare il più possibile i danni ai passeggeri degli abitacoli nelle collisioni tra veicoli ha fatto passi da gigante. Le cinture di sicurezza dotate di pretensionatori elettronici rappresentano una delle tecnologie più promettenti e innovative progettate per limitare al massimo i danni ai passeggeri a bordo nel caso di incidenti stradali. La tecnologia tradizionale fa sì che una cintura di sicurezza si tenda sino a circa 10 cm e che agli airbag si aprano immediatamente alcuni millisecondi dopo l’impatto. I più recenti sviluppi tecnologici permettono ora di compiere un importante passo avanti in termini di sicurezza degli occupanti dei veicoli. Studi osservativi riportano che il 10% dei conducenti e il 22% dei passeggeri negli incidenti erano posizionati male nel momento dell’impatto.

Dotare le cinture di sicurezza di pretensionatori elettronici automatici è una soluzione molto valida ed efficace per riportare nella posizione di sicurezza iniziale il passeggero sbalzato in avanti nel veicolo in caso di impatto, se tale impatto è determinato con un sufficiente anticipo. Tale soluzione può ridurre i danni alle persone, contribuendo a ricollocare in posizione sicura l’occupante dell’abitacolo e controllando il movimento del corpo subito prima di un incidente.

Craig Good, partner di Collision Analysis (Calgary) Ltd, laureatosi con Ph.D. presso l’Università di Calgary, ha condotto un progetto di ricerca per chiarire i concetti di biomeccanica alla base di un sistema di pretensionamento elettronico per cinture di sicurezza. Lo scopo è stato quello di misurare sperimentalmente gli effetti delle cinture di sicurezza con pretensionatori su un gruppo eterogeneo di occupanti sbalzati in avanti durante la frenata pre-impatto negli incidenti frontali e di simularne le dinamiche. Lo studio è stato condotto su un piccolo gruppo di volontari che presentavano corporature e pesi diversi.

Good ha utilizzato DynaFlexProTM (DFP) di MaplesoftTM per creare il modello 2D di un occupante, utilizzando per la convalida finale i dati misurati sperimentalmente sui volontari. DFP è un pacchetto software per la modellazione e la simulazione delle dinamiche nei sistemi meccanici multipli. Grazie alle potenti capacità di calcolo di MapleTM, è possibile creare sintetici e validi set di equazioni in forma simbolica, che facilitano la visualizzazione, l’intuizione delle caratteristiche fisiche e la condivisione delle informazioni di un modello.

Dato il movimento dei corpi in tre dimensioni riscontrato durante l’osservazione sperimentale degli occupanti dei veicoli, l’idea iniziale di Good dell’adottare un semplice modello 2D si è rivelata insufficiente. Utilizzando DFP e le tecnologie integrate di Maple, Good ha creato un nuovo modello in 3D, che è risultato talmente semplice e accessibile da poter essere utilizzato nelle fasi di sviluppo del sistema di pretensionamento da un vasto gruppo di ingegneri. Il modello ottenuto è stato costantemente confrontato con i dati dello studio sul campo per assicurare il massimo livello di accuratezza.

Il modello 3D ha permesso a Good di ottenere tutta la flessibilità necessaria per valutare diversi scenari in modo da ottimizzare il sistema di pretensionamento. Ad esempio, è stato possibile simulare anche situazioni diverse aumentando le dimensioni della corporatura dell’occupante dell’abitacolo. “DynaFlexPro si è rivelato il modo più veloce possibile per descrivere e simulare il sistema di pretensionamento”, ha dichiarato Good. “Grazie a questo software, ho potuto generare equazioni di moto molto velocemente e verificare poi tutti i dati. Avrei potuto eseguire queste operazioni manualmente oppure utilizzando un pacchetto software solo numerico, ma sarebbe stato davvero scomodo e faticoso. Utilizzando DFP, ho svolto in un paio di giorni quello che tradizionalmente avrei dovuto fare in alcune settimane di lavoro”.

Il modello creato con DFP ha reso più semplice e veloce l’elaborazione di risultati che includevano anche situazioni molto complesse. Il modello ha permesso di scoprire che il meccanismo di tensionamento utilizzato negli esperimenti con i volontari non era sufficientemente potente per ritenere gruppi di occupanti maschi di corporatura più robusta nel caso di frenate pre-impatto moderatamente brusche, e che un meccanismo di tensionamento più potente e un controllo migliore della velocità del tensionatore automatico erano invece necessari per ottenere una ritenuta migliore su altre tipologie di occupanti, come i gruppi di donne dalla corporatura più minuta.
I produttori di autovetture stanno iniziando a considerare i benefici derivanti dall’includere nelle loro automobili dei sistemi di pretensionamento elettronico per le cinture di sicurezza. Mercedes ha introdotto questa tecnologia nei modelli Classe S e Classe E, scegliendo di attivare i pretensionatori attraverso dei sensori collegati al pedale del freno. Grazie a strumenti come Maple, gli ingegneri possono simulare in modo semplice e rapido nuove tecnologie anche molto complesse. In futuro, strumenti del genere influenzeranno significativamente lo sviluppo dei sistemi di protezione e sicurezza dei passeggeri a bordo nella maggior parte dei veicoli in circolazione.