Negli ultimi anni i progressi effettuati dalla tecnologia, gli
sforzi effettuati dalle case automobilistiche e la sensibilità del legislatore
sui temi della sicurezza, hanno consentito un grosso passo avanti nel settore
sicurezza stradale, in particolare nella sicurezza attiva e passiva dei
veicoli. Nel presente capitolo si cercherà di esporre brevemente i principali
dispositivi di sicurezza attiva (installazione obbligatoria e non) valutandone
l’efficacia nel campo puramente tecnico (componente “veicolo”) e dal punto di
vista del conducente (componente “uomo”). In definitiva, si può concludere
affermando che il miglior dispositivo di sicurezza attiva non si trova sul
veicolo ma nel comportamento prudente e difensivo del conducente.
Premessa
Un
grosso aiuto al guidatore, sia in situazioni di marcia ordinaria che in
situazioni di emergenza, può essere fornito dallo stesso veicolo e dai
dispositivi di sicurezza attiva1 installati a bordo. Questi sistemi di ausilio,
spesso quasi completamente basati sull’elettronica, assistono l’utente durante
la guida migliorando concretamente la sicurezza di marcia. Come vedremo meglio
nel prossimo capitolo, studi specifici e molto approfonditi sugli incidenti
stradali consentono di affermare che il ruolo della componente veicolo nel
sistema UAV (Uomo - Ambiente - Veicolo), come causa o concausa degli
incidenti, è molto bassa. Questo è anche dovuto al livello elevatissimo di
sicurezza attiva e passiva raggiunto dai veicoli stradali. In questo capitolo
vogliamo descrivere brevemente tutti quei dispositivi di sicurezza attiva (di
serie e non) ormai installati e funzionanti su quasi tutti i nuovi veicoli in
commercio.
La sicurezza attiva dei veicoli stradali e i principali dispositivi di
sicurezza
La sicurezza attiva intesa come il complesso delle garanzie
disponibili sul veicolo affinché sia completamente evitata o ridotta una
situazione di pericolo, è affidata a tutti quei dispositivi che, in modo più o
meno appariscente, si interpongono tra l’utente ed il veicolo, consentendo di
correggere errate manovre del conducente, oppure di sfruttare al massimo le
opportunità offerte dalle leggi della fisica e le potenzialità offerte dal
mezzo. In breve potremmo dire che i dispositivi di sicurezza attiva sono
i migliori alleati della prudenza del guidatore. Nella tecnica automobilistica,
per sicurezza attiva si intende:
- sicurezza di marcia, come il risultato di un progetto armonico del
telaio del veicolo (passaruote, sospensioni, organi dello sterzo, impianto
frenante) tale da garantire il comportamento dinamico ottimale del veicolo;
- sicurezza delle condizioni di guida, come la riduzione dei fattori di
sollecitazione fisiologica sul conducente e sui passeggeri. In fase di
progettazione e costruzione del veicolo, vengono ridotte al minimo le
condizioni che provocano rumori, vibrazioni, riflessi di luce e correnti d’aria
che potrebbero avere qualche influsso negativo sul conducente;
- sicurezza percettiva, accorgimenti per la garanzia della corretta
percezione da parte del conducente della strada, dei segnali, dei pericoli,
compresi i dispositivi di illuminazione, di allarme acustico/ottico, sistemi
per la migliore visibilità, specchietti retrovisori e quant’altro;
- sicurezza di comando, ovvero ergonomia del posto di guida (comodità
del sedile e della collocazione della strumentazione, facile intelligibilità
della strumentazione, rispetto delle misure antropometriche). Sistemi che
consentono, anche curando la facilità di accesso al posto guida, un basso
affaticamento del guidatore e, quindi, una più alta sicurezza in fase di guida,
specialmente nei lunghi percorsi. Al fine di elevare il più possibile i livelli
di sicurezza attiva dei veicoli, negli ultimi anni sono stati introdotti
alcuni specifici dispositivi, più o meno noti agli utenti. Nel seguito del
paragrafo si darà una breve descrizione dei principali dispositivi di sicurezza
attiva (DSA) usualmente installati sulle moderne autovetture.
ABS (Antilock Braking System)
L’ABS
è sicuramente il più noto e il più diffuso dispositivo di sicurezza attiva
installato a bordo veicolo. L’ABS è un sistema antibloccaggio delle ruote dei
veicoli, ovvero è un dispositivo automatico di regolazione dell’impianto di
frenatura che, entrando in funzione durante la frenata, evita il bloccaggio
delle ruote (per eccesso di forza frenante applicata) e quindi garantisce
sterzabilità2 e stabilità dinamica al veicolo. Con l’intervento dell’ABS3 il
veicolo frena ma le sue ruote continuano a rotolare al limite di aderenza con
la strada (in quelle particolari situazioni meteorologiche ed ambientali)
riducendo, di fatto, gli spazi di frenata e di arresto4. In pratica, l’ABS, nel
momento in cui i suoi sensori si accorgono che le ruote stanno per bloccarsi,
interviene attivamente sulla pressione dell’impianto frenante (per mezzo di un
attuatore) solo per qualche decimo di secondo, consentendo alla ruota di
tornare nel campo dell’aderenza5. I componenti essenziali dell’ABS sono: il
gruppo idraulico, i sensori6 del numero di giri delle ruote, la centralina
elettronica per l’elaborazione dei segnali nonché per il comando degli
attuatori7 del gruppo idraulico (per modulare automaticamente la frenata) e le
spie di segnalazione. L’intervento dell’ABS è molto utile nella quasi totalità
delle condizioni del fondo stradale e specialmente in caso di pioggia o asfalto
scivoloso. Solo un pilota esperto potrebbe fare meglio, modulando con sapienza
la pressione sul pedale del freno. L’unico caso in cui il dispositivo mostra
dei limiti sembra essere con fondo fortemente innevato (lo spazio di frenata,
in questo caso, risulta essere, lievemente superiore, poiché la neve che si
accumula davanti al pneumatico bloccato, determina maggiori attriti tali da
consentire un arresto in tempi minori). Qualche problema, inoltre, si evidenzia
con fondi completamente ghiacciati. L’ABS, infatti, funzionando, in questo caso
praticamente in continuazione e non facendo mai bloccare le ruote, finirebbe
col non consentire mai il completo arresto di veicolo. Dove possibile, quindi,
in questi casi è meglio disattivare il dispositivo ed affidarsi - più che in
altre condizioni - ad un comportamento di guida estremamente prudente e
difensivo, mantenendo velocità e accelerazioni molto ridotte, con frenate dolci
e progressive.
 EBD (Electronic Brake Distribution)
Questo
sistema è un ripartitore di frenata che, specialmente in curva, dove il rischio
di imbardata è maggiore, riduce la forza frenante sul retrotreno (e comunque
sulle ruote più scariche) evitandone il bloccaggio. L’EDB in genere viene
montato su vetture dotate di ABS, rappresentandone un utile ed efficace
elemento di completamento. È noto che nelle fasi di frenata, il carico sulle
ruote subisce forti squilibri [anche per effetto dei fenomeni di rollio e
beccheggio che vedremo meglio più avanti (v. note n.12 e 13)] a seguito dei
quali il veicolo si piega scaricando maggiori forze sull’una o sull’altra ruota
ovvero su un lato piuttosto che sull’altro. In alcuni casi questo può provocare
il bloccaggio delle ruote posteriori che, essendo meno caricate (per effetto
del beccheggio), hanno una minore aderenza con la strada, con conseguente
perdita di governabilità del veicolo e rischio di imbardata o addirittura
testa-coda (v. nota 11). L’EDB quindi, monitorata la distribuzione di carico e
la sua variazione per mezzo dei sensori, segnala alla centralina elettronica
digitale la situazione che, a sua volta, comanda, per mezzo degli attuatori, la
variazione da effettuare nella pressione dei vari rami del circuito frenante al
fine di garantire le migliori condizioni di frenatura su ogni singola ruota.
Ricordiamo infine che quasi tutte le autovetture oggi in commercio sono dotate
di un ripartitore di frenata più o meno raffinato, in genere si tratta di
sistema anche solo meccanico che riduce la pressione nel circuito frenante sui
freni posteriori. Un sistema molto meno sofisticato rispetto all’elettronica
dell’EDB, ma in ogni caso efficiente.
*Coordinatore sistemi informatici e dati incidenti stradali
Docente di sicurezza
stradale
Ministero dei trasporti
Prevenzione e sicurezza stradale
[Bibliografia]
[01] Prontuario
dell’Autoveicolo, Bosch, Ed. Hoepli, 2° edizione.
[02] Pietro Marturano, Lezioni di Fisica dell’Autoveicolo e Sicurezza
Stradale, Appunti del corso per esaminatori e addetti ai controlli tecnici, Ministero
dei trasporti, 2006.
[03] F.Taggi, P. Marturano - “La percezione del rischio e il rischio
della percezione: il caso della sicurezza stradale”, in F.Taggi (a cura di)
“Aspetti Sanitari della Sicurezza Stradale”, Rapporto progetto DATIS,
Istituto Superiore di Sanità - Ministero dei Trasporti, pp. 355-362, 2003.
[NOTE]
1 - I dispositivi o sistemi di sicurezza
attiva riducono la possibilità che l’incidente si verifichi, riducendo di fatto
la probabilità stessa che l’incidente si verifichi ed agendo in modo palese o
latente al guidatore, a seconda del tipo di dispositivo. Questi differiscono
dai sistemi o dispositivi di protezione passiva, che invece riducono la gravità
dei traumi o dei danni in genere, una volta che l’incidente è avvenuto.
Utilizzando quindi un criterio puramente cronologico connesso con l’evento incidente,
potremmo definire “primari” i dispositivi attivi e “secondari” quelli passivi.
2 - Nel moto di un veicolo stradale, la sterzabilità, cioè la capacità del
veicolo di seguire la traiettoria impostata dalla direzione delle ruote, è
garantita solo se le ruote stesse (anteriori) sono in condizioni di aderenza e
cioè ruotano e non slittano sulla strada. Con le ruote bloccate quindi, il
veicolo non può più essere governato dal guidatore.
3 - Quando, in fase di frenata a fondo, interviene l’ABS, è possibile avvertire
una forte vibrazione del pedale del freno ed uno strano rumore di fondo. Ciò è
assolutamente normale, ed è dovuto al funzionamento stesso del dispositivo che,
in modo molto rapido effettua delle variazioni molto repentine di pressione nel
circuito oleodinamico dell’impianto frenante. Ciò non deve portare il guidatore
ad allentare la pressione sul pedale del freno, dovrebbe invece consentirgli di
capire che la velocità a cui conduceva il veicolo, in quella particolare
situazione, è eccessiva e che pertanto è bene moderarla, per non rischiare di
ritrovarsi in una situazione di pericolo. Un’altra sensazione che si può
avvertire quando l’ABS entra in funzione è quella di sentire il pedale del
freno affondare rapidamente, con la conseguente impressione che il veicolo non
stia più frenando o stia frenando molto poco. Si tratta in questo caso solo di
una spiacevole sensazione psicologica dovuta al fatto che l’impianto frenante
sembra aver perso pressione e quindi efficacia (mentre, invece, è l’ABS che in
quel momento sta modulando la giusta pressione da esercitare sul freno,
togliendoci la possibilità di gestirla maualmente). In altre parole i nostri
sensi si aspetterebbero una risposta più “dura” del pedale del freno con una
diretta proporzionalità tra durezza della risposta del pedale ed efficienza
della frenata, ma come sappiamo, non è così (v. nota n.5).
4 - Lo spazio di frenata è lo spazio percorso dal veicolo dal momento in cui si
preme il pedale del freno al momento in cui il veicolo si arresta e dipende
fondamentalmente dall’efficienza dell’impianto frenante e dalla velocità del
veicolo. Lo spazio di arresto è invece lo spazio percorso dal veicolo dal
momento in cui si percepisce il pericolo al momento in cui il veicolo si
arresta. Lo spazio di arresto è pari alla somma dello spazio di reazione (che
dipende dalla reattività del conducente, dal suo stato psico-fisico e dalla
velocità del veicolo) e dello spazio di frenata.
5 - In estrema sintesi, il principio fisico per cui con l’intervento dell’ABS
gli spazi di frenata sono generalmente inferiori è il seguente: l’aderenza
ruota-strada è maggiore in caso di aderenza (condizione statica) ovvero se non
c’è scorrimento (slittamento del pneumatico sulla strada). Ne consegue che la
forza scaricabile a terra è maggiore in caso di aderenza, con conseguente
frenata più efficiente. In altre parole, con l’intervento dell’ABS, è come se,
durante la frenata ci fossero a distanza di tempo di pochi decimi o centesimi
di secondo, dei continui stop and go del veicolo, con conseguente maggiore
dispendio energetico che si trasforma in una maggiore efficienza della
frenatura.
6 - I sensori sono dei dispositivi che monitorizzano determinare grandezze
fisiche o chimiche convertendole in impulsi elettrici (che successivamente
possono essere utilizzati dalla centralina elettronica per gestire i componenti
del motore, dell’impianto frenante, ecc. per riportare il veicolo nelle
condizioni volute). I sensori possono essere elettrici, magnetici, meccanici o
a fibre ottiche (un piccolo raggio di luce, per esempio, emesso da una fibra
ottica può rilevare il numero di giri di una ruota).
7 - Nella tecnica automobilistica in genere, per “attuatori” si intende il
meccanismo di interfaccia tra l’elaborazione elettrica dei segnali (es.
provenienti dai sensori) ed il processo meccanico di trasformazione. Gli
attuatori convertono segnali di bassissima energia (recanti però importanti
informazioni utili per le regolazioni dei parametri del motore) in segnali di
alta potenza ed in una forma di energia atta e sufficiente ad influenzare un
dato processo (es. diminuire la potenza erogata da un motore agendo sugli
iniettori o aumentare la pressione in un circuito oleodinamico di frenatura per
ridurre gli spazi di frenata). Gli attuatori sono quindi dei convertitori di
segnali (amplificatori) che sfruttano il principio fisico della conversione tra
diverse forme di energia (elettrica, magnetica, meccanica, termica). Gli
attuatori possono essere di tipo elettromeccanico o fluidomeccanico. Il sistema
di sensori ed attuatori costituisce l’interfaccia periferica tra il veicolo e
le sue funzioni fondamentali di trazione, frenatura, assetto e la centralina
elettronica (digitale) che lavora da CPU (central processing unit). Questo
articolo è tratto dal libro “Salute e sicurezza stradale: l’onda lunga del
trauma” a cura di Franco Taggi & Pietro Marturano, 1^ ed., marzo 2007, CAFI
Editore.
Da Il Centauro n.118
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