Tutti i manichini da crash test presenti nel mondo automotive

Dentro ai manichini da crash test si nasconde una grande tecnologia. Queste riproduzioni di esseri umani di gomma e metallo sono molto più fedeli di quanto si possa immaginare. E costano parecchio, anche diverse centinaia di migliaia di euro, ciascuno! I manichini da crash test sono tanti e diversi a seconda dei Paesi. Qui trovate una panoramica completa su tutti i manichini da crash test del mondo. Ma iniziamo partendo dalle basi.

Articolo aggiornato il 21 dicembre 2020

LA BIOMECCANICA E I MANICHINI DA CRASH TEST

Tutti i manichini usati nei crash test sono costruiti secondo i criteri della biomeccanica, una scienza che studia il corpo umano e le sollecitazioni che i vari organi possono sopportare. I primi manichini destinati alle automobili risalgono agli anni 50, erano umanoidi molto grezzi, costruiti di paglia e sacchi. Le lesioni alla testa si verificavano solamente tramite la rottura del finto cranio: insomma erano piuttosto limitati in quanto a fedeltà. Col passare degli anni sono stati effettuati numerosi studi per perfezionare i manichini da crash test e scoprire i limiti del corpo umano, utilizzando cadaveri, animali e volontari vivi. Tutti questi test, per quanto macabri, hanno contribuito alla creazione di manichini sempre più fedeli agli umani. Oggi infatti ogni manichino da crash test contiene una miriade di sensori che permettono di scoprire se una persona vera sarebbe sopravvissuta all’impatto e con quante lesioni.

I SENSORI E GLI ACCELEROMETRI DEI MANICHINI DA CRASH TEST

I principali sensori dei manichini da crash test sono gli accelerometri, che misurano le accelerazioni di parti importanti dell’organismo, quali il cervello, polmoni e cuore. Dentro ad ogni accelerometro si trova una barretta di metallo fissa da un lato, con alcune resistenze montate sopra. La barretta si flette per via dell’accelerazione dovuta all’impatto e modifica la forma delle resistenze inserite al suo interno. Questa deformazione non fa altro che modificare la tensione in uscita delle resistenze, elaborata in tempo reale dalle apparecchiature di acquisizione. Ad ogni tensione corrisponde un valore di accelerazione ben definito (valore definito in fase di calibrazione, ad esempio ad 1 V corrisponde un “g”, etc.), che ci consentirà di capire a quali lesioni teoriche andrebbe incontro l’occupante. Importante è non tanto il valore assoluto dell’accelerazione ma il tempo di esposizione ad essa. Un’accelerazione alta potrebbe non provocare danni se avviene in un brevissimo tempo (uno dei valori di riferimento utilizzati è l’HIC, Head Injury Criteria).

LE CELLE DI CARICO MISURANO I COLPI RICEVUTI DAI MANICHINI

Un’altra tipologia di sensori sono le celle di carico nei manichini da crash test, queste vengono posizionate sulle zone a rischio di rottura da compressione, quali le ossa. Queste celle funzionano come delle piccole bilance. Tra due elementi in metallo ci sono una o più resistenze che comprimendosi forniscono una certa tensione e poi sono confrontate con uno schema tensione-forza (N). Ci sono, infine, anche degli speciali sensori che rilevano la compressione del torace da parte delle cinture di sicurezza in caso d’impatto frontale, per l’impatto laterale essi oltre alla compressione ne misurano anche la velocità alla quale avviene.

LA FAMIGLIA DI MANICHINI DA CRASH TEST

Per ogni tipo d’impatto si utilizzano manichini da crash test differenti. Ci sono manichini per i crash test frontali, per gli impatti laterali e per i tamponamenti. Diverse anche le dimensioni espresse in percentili:

– 5percentile, ciò significa che solo del 5% della popolazione occidentale sta al di sotto della sua taglia. L’altezza è di 152 cm e il peso di 50 kg, quindi viene usato per simulare una donna di bassa statura;

– 50percentile, in questo caso il 50% della popolazione occidentale sta al di sotto della sua taglia. Il dummy rappresenta un uomo medio, con 175 cm di altezza e 77 kg di peso;

– 95percentile, è attualmente il manichino più grande, e il 95% della popolazione occidentale sta al di sotto della sua taglia. La sua altezza raggiunge i 188 cm, il peso arriva a 100 kg, molto usato in campo militare. Nel campo automotive serve per simulare la presenza di persone di grande statura.

MANICHINI DA CRASH TEST: COME SONO FATTI E QUANTO COSTANO

I manichini da crash test sono costruiti in gomma e metallo ma hanno bisogno di varie accorgimenti per funzionare alla perfezione. Durante ogni singolo crash test devono essere condizionati a una temperatura costante di 20/21 gradi centigradi per fornire in maniera precisa tutti i dati. Inoltre dopo un numero ridotto di test devono essere calibrati. La fase di calibrazione è molto importante poichè da questa dipende la precisione dei dati forniti nelle varie prove. Ogni singolo elemento che compone il dummy viene sottoposto a stress precisi per verificare l’integrità del pezzo e la sua capacità di rilevazione (calibrazione). Nel caso in cui non dovesse funzionare alla perfezione la parte viene sostituita. Il costo di un manichino da crash test varia dai 150.000 ai 250.000 Euro, in base alla tipologia di test che deve rilevare. Quelli più moderni possono superare anche i 300.000 Euro. Ora passiamo a vedere le varie tipologie di manichini, a cosa servono e come sono fatti.

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I MANICHINI DA CRASH TEST FRONTALI

Il manichino da crash test Hybrid III è principalmente utilizzato per verificare le conseguenze degli impatti frontali.

Punti di rilevazione:
Il manichino è strumentato in questi test per verificare le seguenti lesioni:

– l’accelerazione della testa, la tensione, il piegamento e la rotazione del collo, l’accelerazione e la compressione del torace, l’accelerazione del bacino;

– la compressione del femore;

– la pressione sulle ginocchia, sulla tibia e l’integrità di caviglie e piedi.

Le braccia non vengono strumentate, per via del movimento incontrollato che subiscono durante i test frontali.

Pesi e dimensioni:

– Il peso dei manichiani da crash test Hybrid III è molto variabile: il 5percentile (152 cm, 50 kg), il 50percentile (175 cm, 77 kg) e il 95percentile (188 cm, 100 kg).

Attualmente la versione 50percentile è il manichino da crash test frontali utilizzato in tutto il mondo. La versione 5percentile viene utilizzata da JNCAP, da NHTSA e da Euro NCAP.

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I MANICHINI DA CRASH TEST LATERALI

Il manichino da crash test Euro SID II (nome in codice ES-2) è predisposto per la rilevazione delle forze di un impatto laterale.

Punti di rilevazione:

– L’ES-2 riesce a fornire indicazioni precise su accelerazione della testa, tensione, piegamento e rotazione del collo, compressione e velocità di compressione delle costole, pressione sull’addome e pressione sul bacino.

Pesi e dimensioni:

– Il manichino ES-2 è disponibile solamente nella misura 50percentile (175 cm, 77kg) ed è utilizzato per gli impatti laterali di Euro NCAP (fino al 2014), NHTSA (pilota test col carrello), JNCAP, ANCAP, CNCAP e KNCAP.

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Il manichino da crash test SID-IIs è utilizzato per simulare il comportamento di una persona di bassa statura in caso di impatto laterale.

Punti di rilevazione:

– Il SID-IIs rileva le seguenti lesioni durante l’impatto: l’accelerazione della testa, tensione, la flessione e la rotazione del collo, l’accelerazione e la pressione sulla spalla, la compressione con la relativa velocità delle costole, l’accelerazione della cassa toracica, la pressione sull’addome, l’accelerazione e la pressione sul bacino e la pressione sul femore.

Pesi e dimensioni:

– L’unico formato in cui è disponibile il manichino SID-IIs è il 5percentile (152 cm, 50 kg). Questo manichino viene utilizzato nei test di IIHS, per il posto posteriore nel test del carrello e il test del palo NHTSA, e nel test del carrello sul posto posteriore di CNCAP.

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Il manichino da crash test WorldSID nasce per armonizzare lo standard mondiale dei manichini per gli impatti laterali. E’ progettato come uno strumento versatile utile a simulare il corpo umano in un numero elevato di tipologie di impatto laterale.

Punti di rilevazione:

– La testa e il collo del manichino sono dotati di accelerometri e celle di carico sulle vertebre di giunzione. sulla spina dorsale di acciaio sono presenti 1 costola sulle spalle, 3 costole toraciche e 2 costole addominali, che misurano la compressione. Sull’articolazione della spalla c’è una cella di carico che misura la compressione. Ogni costola è dotata anche di accelerometro per misurare l’accelerazione della spinta. Per verificare le lesioni sofferte al bacino sono utilizzati celle di carico sulla zona sacrale-illiaca, un accelerometro per misurare la velocità della spinta sempre nella zona sacrale e due celle di carico per la pressione in zona lombare.

Pesi e dimensioni:

– Il maninchino WorldSID è disponibile come 50percentile (175 cm, 77,5 kg) e come 5percentile (152 cm , 48 kg). Il manichino WorldSID 50percentile è utilizzato dal 2015 nei crash test laterali Euro NCAP.

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I MANICHINI DA CRASH TEST PER TAMPONAMENTI

Il manichino da crash test BioRID-II nasce con uno scopo ben preciso: valutare il rischio di colpo di frusta in caso d’impatto posteriore.

Punti di rilevazione:

– All’interno del manichino troviamo una ricostruzione fedele della colonna vertebrale, 24 vertebre, di cui 5 lombari, 12 toraciche e 7 cervicali. Le vertebre sono intervallate da una speciale gomma che simula la resistenza alla torsione e alla flessione delle vertebre umane. Un sistema di elastici ricrea anche la resistenza della muscolatura umana. Durante l’impatto sono registrati gli spostamenti dalla testa all’ultima vertebra come accelerazione, angolatura e pressione. La combinazione delle letture determinerà il pericolo di subire il colpo di frusta durante l’impatto.

Pesi e dimensioni:

– Il BioRID-II nasce come un 50percentile. Tuttavia in Svezia uno studio su 78 uomini e 76 donne ha verificato la veridicità del percentile. Le persone accomodate al posto guida, passeggero anteriore e posteriore di una Volvo V70 sono state “misurate”. E’ risultato che il percentile di altezza in relazione agli uomini è del 40%, per il peso, sempre sugli uomini si ferma al 35%. Per quanto riguarda le donne il percentile dell’altezza è del 96%, per quanto riguarda il peso è del 69%. Il BioRID-II viene utilizzato da tutti gli NCAP che prevedono il test di tamponamento, che ricordiamo qui: Euro NCAP, IIHS, JNCAP e KNCAP.

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I MANICHINI DA CRASH TEST BAMBINI

Sono varie le tipologie di manichini da crash test bambini che esistono al mondo. Tuttavia qui parleremo della tipologia maggiormente utilizzata dagli NCAP mondiali: la serie P e Q.

I veri nomi sarebbero P1.5 e P3, ma la P sta proprio per Pinocchio. Il manichino P1.5 simula le dimensioni e il peso di un bambino di 18 mesi, i sensori che rilevano le lesioni sono installati nella testa (accelerazione), nel collo (flessione e tensione), nel torace (accelerazione) e nel bacino (accelerazione). Il manichino P3 simula un bambino di 3 anni e rileva il rischio di ferite alla testa (accelerazione), collo (flessione e tensione) e torace (accelerazione).

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Notevolmente migliorati rispetto alla serie P, i nuovi manichini della serie Q introducono importanti novità. Questi manichini sono perfettamente utilizzabili sia nei crash test frontali, che in quelli laterali. Nati nel 2004, simulano bambini di età da 0 a 10 anni. Migliorati notevolmente nelle zone più vulnerabili, quali testa, collo e torace, i nuovi manichini forniscono dati più realistici agli ingegneri sulle lesioni che potrebbero subire i bambini negli incidenti. I manichini da crash test della serie P e Q sono installati sui sedili posteriori delle auto testate da Euro NCAP, ANCAP e Latin NCAP.