Studio teorico e pratico di un sistema per la protezione del collo di motociclisti e piloti sportivi

The cervical spine is the part of the body most exposed to injury in a collision motorcycle. The extent of damage can lead to both 'permanent’ disability and to death. In the last few years in the automotive field the HANS® device has been adopted, but the introduction of a similar device is not yet considered for motorcycles. In fact, while in the car due to the repsence of safety belts, it's easy to constrain the collar to the body, but this is not possible for motorcyclists and this involves the creation of a considerable complexity in the implementation of a similar device. The aim of this thesis is the study of a prototype for the protection of the cervical spine of motorcyclists. In particular, this device has been designed to avoid the deleterious translation between the cervical vertebrae and the neck during an impact. The analysis was carried out both in theory through the study of various cinematic devices, both experimentally by carrying out impact tests by a pendulum impacting against am Hybrid III dummy. Static tests were also carried out to determine the unknown parameters of the dummy and the behavior of the device when it reaches the extreme loading limit. A mathematical model which is able to simulate all possible conditions of impact has been developed. Through the comparison between the values measured during the test and the simulations results the unknown model parameters have been identified, and the model has been validated.

Il rachide cervicale rappresenta la parte del corpo umano maggiormente esposta a lesioni in caso di impatto motociclistico. L’entità dei danni può portare sia all’ invalidità permanente sia alla morte. Nonostante queste notevoli conseguenze il collo è anche una delle parti meno protette. Se negli ultimi anni si è avuto, nelle competizioni in ambito automobilistico, una grande diffusione dei collari Hans®, il cui uso è obbligatorio da diversi anni, nel motociclismo è ben lontana l’introduzione di un dispositivo analogo. Infatti, mentre nell’auto grazie alle cinture di sicurezza, è possibile vincolare il collare al corpo, nelle moto ciò, evidentemente, non è possibile: questo comporta la nascita di una notevole complessità nell’implementazione di un dispositivo analogo. Questo lavoro di tesi si pone come obiettivo lo studio di un prototipo per la protezione del rachide cervicale dei motociclisti. In particolare, tale dispositivo è stato pensato per evitare la deleteria traslazione tra le vertebre cervicali e la sovrarotazione del collo durante un impatto. L’analisi è stata condotta sia in via teorica attraverso lo studio cinematico di vari dispositivi, sia in via sperimentale attraverso l’effettuazione di prove di impatto secondo varie direzioni, effettuate facendo impattare un pendolo contro un manichino di tipo Hybrid III. Sono state realizzate anche prove statiche volte a determinare i parametri non noti del manichino e il comportamento del dispositivo quando questo raggiunge la condizione estrema di fine corsa. Successivamente è stato realizzato un modello matematico multibody del sistema (manichino + dispositivo) in grado si simulare tutte le possibili condizioni di impatto. Attraverso il confronto tra le grandezze misurate in laboratorio e le analoghe ricavate dalle simulazioni si è proceduto prima all’identificazione dei parametri non noti, e successivamente, alla validazione del modello.