Candidato: Guido Carbini Relatore: Prof. Ettore Pennestrì

1. Tesi di LaureaMonitoraggio del comfort vibrazionale secondo la ISO 2631:progetto e realizzazione di un dispositivo low cost con impostazione e validazione di un modello predittivo in funzione delle caratteristiche antropometriche dell'uomo Candidato: Guido Carbini Relatore: Prof. Ettore Pennestrì Correlatori: Ing. Daniele Carnevale Ing. Lorenzo Mariti Facoltà di Ingegneria Meccanica Facoltà di Ingegneria

2. Obiettivi • Creare una strumentazione e una metodica per la misurazione delle vibrazioni come previsto dalla ISO 2631 • Identificare un modello matematico di impronta black-box, che descriva la risposta di un passeggero in un veicolo soggetto a vibrazioni in funzione delle caratteristiche antropometriche della persona • Creare un database di funzioni di trasferimento STH attraverso il quale parametrizzare i coefficienti della stessa in base ai fattori antropometrici significativi per la risposta alle vibrazioni del corpo umano • Correlare i coefficienti della STH con i parametri meccanici Facoltà di Ingegneria

3. Introduzione • WholeBobyVibration Accelerazione • ISO 2631 { Frequenze pericolose per la salute: da 0,5 a 5Hz Natura delle vibrazioni • Come affrontare il problema Modello Ambiente La ISO 2631 fornisce un metodo generale per la misurazione degli effetti di vibrazioni comprese tra 1 e 80Hz sul corpo umano Caratteristiche antropomentriche • Metodo analitico (diretto) { Seat-To-Head transmissibility (STH) Le vibrazioni trasmesse al corpo intero possono provocare sensazioni di disagio o malessere, influenzare le capacità prestazionali umane o presentare un rischio per la salute e la sicurezza • Metodo statistico - • sperimentale (indiretto) Driving-Point Mechanical impedence (DPM) Apparent Mass (AM) Facoltà di Ingegneria

4. ISO 2631 • Definisce i metodi per quantificare le vibrazioni trasmesse al corpo intero (WBV) in relazione a: • la salute umana e il benessere • Fornisce precise indicazioni riguardo il posizionamento dei sensori • la probabilità di percezione delle vibrazioni • Fornisce le curve di ponderazione in frequenza delle accelerazioni in funzione della direzione della vibrazione • l’incidenza del male dei trasporti Facoltà di Ingegneria

5. ISO 2631 • Indice r.m.s. La normativa definisce l'accelerazione quadratica media ponderata in frequenza, come indice della dose di vibrazione assorbite da un individuo in una singola direzione Per contributi di vibrazioni in più direzioni si ricorre alla seguente formula { kz = 1 kx = 1,4 ky = 1,4 con Facoltà di Ingegneria

6. Decreto Legislativo n.187 • Il decreto legislativo definisce dei limiti alla dose di WBV assorbite da un individuo in un periodo di riferimento di 8 ore: • il valore limite di esposizione giornaliero è 1,15 m/s2 • il valore d'azione giornaliero è 0,5 m/s2 • Attraverso la seguente espressione è possibile proiettare l'esposizione alla WBV durante le 8 ore: Facoltà di Ingegneria

7. Come affrontare il problema • Coefficiente di trasmissibilità STH: • Modello di Wan e Schimmels • Modello sperimentale Approccio Black-Box Facoltà di Ingegneria

8. Acquisizione dei Dati • Strumenti Antenna GPS: Garmin 18x USB Accelerometro TriassialePhidget 1059 PC portatile e programma in linguaggio C++ Facoltà di Ingegneria

9. Acquisizione dei Dati • Setup Iniziale Facoltà di Ingegneria

10. Acquisizione dei Dati • Postura del tester • Tracciato per i test Facoltà di Ingegneria

11. Acquisizione dei Dati • Raccolta dati attraverso il software compilato in C++ • Parametri del tester: peso, altezza, sesso, età, corporatura; • Numero di acquisizioni: 256, 512, 2048, 8192; • Controlli: corretto collegamento dei sensori, • calcolo dell’inclinazione iniziale dell’accelerometro; • Acquisizioni delle accelerazioni lungo gli assi x, y e z. Facoltà di Ingegneria

12. Facoltà di Ingegneria Meccanica

13. Accelerazione alla Testa Non Filtrata Accelerazione al Sedile Accelerazione alla Testa Filtrata Accelerazione alla Testa Coefficiente di Trasmissibilità STH Analisi dei Dati • Elaborazione dei dati: • Filtraggio del segnale • Accelerazioni nel dominio della frequenza • Identificazione della fdt dove: nb è il numero di poli al numeratore; na è il numero di poli al denominatore; nc è il numero di poli del polinomio di regressione del rumore; nk è ritardo dei campioni. Facoltà di Ingegneria

14. Analisi dei Dati • Modello Sperimentale • Scelta dei parametri: • Analisi dei Residui • Output: l’accelerazione alla testa solo tramite prove sperimentali • senza conoscere il sistema umano in termini di masse ed • elementi molla-smorzatore • Database dei coefficienti della funzione di trasferimento STH: • Campagna sperimentale effettuata su 40 tester Facoltà di Ingegneria

15. Correlazione • tra le caratteristiche antropometriche degli individui e i coefficienti della funzione di trasferimento STH determinati con la funzione ARMAX di MATLAB; • tra i coefficienti della funzione di trasferimento con la risposta di un sistema meccanico a 3 gradi di libertà per determinare i parametri meccanici massa (mi), molla (ki) e smorzatore (ci) del corpo umano. Facoltà di Ingegneria

16. Correlazione • Database dei valori dei coefficienti del numeratore bie del denominatore ai della funzione di trasferimento Facoltà di Ingegneria

17. Correlazione • Grafici 3D per i parametri del database Facoltà di Ingegneria

18. Correlazione • Tabella riassuntiva dei coefficienti pij per i parametri ai e bi Facoltà di Ingegneria

19. Correlazione • Parametro a2 Facoltà di Ingegneria

20. Correlazione • Sistema meccanico Facoltà di Ingegneria

21. Correlazione Facoltà di Ingegneria

22. Conclusioni • Creare una strumentazionelow-cost • Obiettivi raggiunti • Identificare un modello matematico • Parametrizzare i coefficienti dellaSTH • Correlare i coefficienti STH con i parametri meccanici • Applicazioni • Calcolo dell'indice rms previsto dalla ISO 2631 • Approfondimenti • Variare la frequenza di eccitazione del sistema auto-tester • Utilizzare come sorgente di vibrazioni una pedana vibrante Facoltà di Ingegneria

23. Grazie per l’attenzione Facoltà di Ingegneria