Come fa la NASCAR a garantire più sicurezza in pista

Le corse di stock car sono pericolose ed è per questo che la NASCAR fa di tutto per garantire che i piloti ne escano indenni

• Una serie di design senza passi falsi
• La sicurezza della Gen-7 riceve la bandiera verde da Ansys LS-DYNA
• I manichini digitali sbloccano le intuizioni dei crash test
• È ora di cambiare marcia

Lo scorso autunno, il pilota Ryan Preece si è ribaltato lungo il rettilineo posteriore durante la gara della NASCAR Cup Series al Daytona International Speedway. Le reazioni dagli spalti sono state di sussulti, gemiti e lacrime, seguiti da sospiri di sollievo e applausi quando Preece è riuscito, con l’aiuto di qualcuno, a uscire dal finestrino del lato guida per mettersi in salvo.

Durante il replay al rallentatore, si è potuto vedere l’auto di Preece volare, poi capovolgersi in modo incontrollato sull’erba prima di atterrare a testa in giù. Eppure, in qualche modo, il giorno successivo è stato autorizzato a tornare a casa per riposare prima di tornare in pista.

Per molti, l’uscita di scena di Preece è sembrata un vero e proprio miracolo. Tuttavia, sono stati i drastici aggiornamenti della NASCAR in materia di sicurezza, tra cui i sistemi di ritenuta per la testa e il collo, tutte le cinture di sicurezza sui sedili, la struttura dell’abitacolo e le reti per i finestrini, a entrare in gioco quel giorno.

Scoprite come la simulazione consente alla NASCAR di evolvere continuamente i progetti dei veicoli Next Gen per ridurre i rischi in pista.

Indubbiamente le corse di stock car sono pericolose ed è per questo che la NASCAR fa di tutto per garantire che i piloti ne escano sani e salvi. Durante l’episodio 8 della docuserie online di Ansys “Driven by Simulation”, sentirete come la simulazione consente all’organizzazione di corse di evolvere continuamente i progetti dei veicoli Next Gen per ridurre i rischi in pista.

La NASCAR, in collaborazione con piloti, team e produttori, ha costruito una nuova generazione di auto, la NASCAR Next Gen, con l’obiettivo di ridurre ulteriormente i costi per i team e rendere le gare più avvincenti che mai per i fan.

Una serie di design senza passi falsi

È stato detto che la NASCAR è per le corse di auto da corsa quello che la NFL è per il football: entrambe hanno ottenuto un enorme successo nei rispettivi sport. La Cup Series è il principale evento automobilistico della NASCAR, con la sua auto di serie Next Gen costruita su una piattaforma di componenti standardizzati. 

I produttori di un unico fornitore sono responsabili dei nuovi componenti dell’auto e di una carrozzeria in composito di carbonio più flessibile e resistente. I motori e lo stile del veicolo variano tra Chevrolet, Ford e Toyota, che assomigliano rispettivamente a Camaro, Mustang e Camry.

La Gen-7 è l’ultima iterazione della vettura della Cup Series. Presenta due pacchetti di motori V-8, uno che spinge 510 cavalli sui Superspeedway e un altro che spinge 670 cavalli sui circuiti intermedi. Entrambi sono abbinati a un cambio a cinque velocità che offre una gamma più ampia di opzioni di marcia rispetto al suo predecessore a quattro velocità.

Altri miglioramenti includono uno spoiler posteriore a bassa deportanza da 4 pollici (7 pollici per i Superspeedway), un impianto frenante aggiornato e una sospensione posteriore indipendente con ammortizzatori regolabili in tutti e quattro gli angoli per una regolazione fine. 

Charlotte Motor Speedway è una partita “in casa” per la maggior parte dei team NASCAR e si trova nel cuore del paese della NASCAR, con la maggior parte dei team NASCAR che hanno sede nell’area di Charlotte, North Carolina.

L’aspetto forse più interessante della storia della Gen-7, oltre a queste specifiche impressionanti, è la tempistica e la portata della riprogettazione. Accantonando decenni di innovazione, la NASCAR ha costruito una piattaforma completamente nuova che sarebbe stata utilizzata da tutti i team della serie Cup. L’abbandono di vecchi elementi di design (alcuni risalenti agli anni ’60) avrebbe certamente reso la serie più importante per i produttori di apparecchiature originali (OEM) e per i fan. Ma è stata una mossa sicura per la NASCAR? 

Sì, grazie alla simulazione.

“Sui circuiti ci sono molti modi in cui le auto possono schiantarsi, alcuni dei quali non possiamo nemmeno immaginarli”, afferma John Patalak, vicepresidente dell’ingegneria della sicurezza della NASCAR. “Ma con LS-DYNA possiamo eseguirli tutti senza doverci impegnare in un test fisico per avere la certezza di avere un progetto molto robusto”. 

L’esecuzione di Ansys LS-DYNA in Ansys Cloud Direct consente al team di sviluppo della NASCAR di testare, modificare e ottimizzare rapidamente i progetti entro i limiti prima di valutarli in un impianto di crash test.

La sicurezza della Gen-7 riceve la bandiera verde da Ansys LS-DYNA

La guida ad alta velocità richiede tempi di reazione più brevi. Quando ci sono 40 auto che si tallonano a 320 km/h per più di 200 giri, è inevitabile che si verifichino dei problemi. Una volta che ci si è messi in carreggiata, basta una frazione di secondo e un singolo passo falso per provocare un tamponamento. Gli ingegneri della NASCAR ne sono consapevoli, ed è per questo che si affidano alla simulazione per sviluppare e mettere a punto la loro piattaforma di veicoli Next Gen-7 in termini di prestazioni e sicurezza.

L’introduzione del software Ansys si è rivelata un momento cruciale. Per la prima volta nella storia della NASCAR, la maggior parte dei crash test sarebbe stata gestita dalla simulazione. La creazione di una mesh e di un modello completo di auto Ansys LS-DYNA ha permesso al team di valutare immediatamente tutte le diverse modalità d’urto in cui si imbattono le auto da corsa NASCAR, compresi gli urti frontali, gli urti contro il tetto, gli urti laterali, gli urti posteriori e gli urti obliqui.

“Abbiamo l’opportunità di usare LS-DYNA”, dice Patalak. “Possiamo eseguire centinaia o migliaia di simulazioni per valutare tutti i dettagli e le sfumature di come vogliamo che l’auto si comporti prima di impegnarci a spendere quei dollari per le auto da corsa”.

L’esecuzione di LS-DYNA in Ansys Cloud Direct consente al team di sviluppo NASCAR di testare, modificare e ottimizzare rapidamente i progetti entro i limiti prima di valutarli in un impianto di crash test. Se si considera il costo dei crash test fisici (circa 500.000 dollari per test), il risparmio può essere davvero notevole. In questo caso, il guadagno è stato notevole. Dopo oltre 5.000 simulazioni di crash test LS-DYNA, sono bastati pochi crash test fisici per verificare e convalidare il progetto Next-Gen di NASCAR.

I manichini digitali sbloccano le intuizioni dei crash test

Uno dei fattori più importanti per il team durante la valutazione del progetto è la risposta degli occupanti nell’ambiente di gara.

Quindi, se si chiedesse a un manichino da crash test la sua esperienza dopo mesi di test sulla slitta, cosa direbbe?  Beh, niente, ovviamente. Tuttavia, quando si osservano diverse simulazioni di impatti che coinvolgono manichini di crash test in un ambiente virtuale, è facile vedere gli effetti che un incidente avrà su di loro al posto di guida se, ad esempio, colpiscono una barriera con una certa angolazione e velocità.

“Utilizziamo modelli surrogati avanzati del corpo umano nell’ambiente di seduta della NASCAR per valutare il sistema di ritenuta, i sistemi di sicurezza e i diversi sistemi di attenuazione delle lesioni che abbiamo nella nostra auto”, spiega il dottor Sayak Mukherjee, ingegnere della simulazione, sicurezza della NASCAR. “L’idea alla base è quella di ridurre le lesioni al pilota in caso di incidenti in pista”.

La modellazione dei piloti in un ambiente virtuale consente al team di studiare la risposta degli occupanti in diversi scenari di crash test, di esaminare diverse metriche di lesione e di cercare di incorporare i sistemi di sicurezza o di mitigazione che possono ridurre il rischio di lesioni per garantire che tutti ne escano indenni.

È una pratica che è iniziata presto nel processo di progettazione della Next Gen. Elemance, una società di ingegneria dedicata alla progettazione incentrata sull’uomo, ha utilizzato un modello virtuale di corpo umano sviluppato dal Global Human Body Models Consortium (GHBMC) e ha eseguito dei test per la NASCAR con l’aiuto di Ansys LS-OPT, un pacchetto di ottimizzazione della progettazione e di analisi probabilistica.

All’epoca, migliaia di simulazioni di paraurti erano state eseguite con LS-OPT con risultati positivi. La NASCAR era così soddisfatta del risultato che si impegnò a far costruire questi componenti prima dei dati dei crash test fisici, con un notevole risparmio. Tuttavia, l’obiettivo finale della NASCAR in pista è la sicurezza.

“(La simulazione) è molto, molto efficace dal punto di vista dei costi, ma dal mio punto di vista misuro davvero l’importanza dello strumento e i miglioramenti che può apportare al progetto e la fiducia che ci dà in quel progetto”, dice Patalak. “I dollari sono davvero secondari quando si tratta di sicurezza per noi, ma possiamo andare a eseguire un test e non essere letteralmente sorpresi da ciò che accade grazie al lavoro di simulazione”.

È ora di cambiare marcia

Non perdetevi il nono episodio della nostra docuserie online”Driven by Simulation”. Cambieremo marcia per vedere come i fornitori di automobili APTIV e Infineon utilizzano la simulazione per sviluppare i sistemi software e i sistemi di sistemi che definiranno i nostri viaggi in futuro.