Neck protection development and a proposal of the associated standard for the motorcyclists

Motorcyclists (including moped riders) are the most vulnerable road users in terms of injury protection. Though the head and the extremities are the most affected body parts in motorcycle accidents, the occurrence of serious to fatal injuries is often due to the injuries in the cervical spine according to the literature. Although a variety of neck braces exists in the market to protect the neck from being injured in motorcycle accidents, the effectiveness of those neck braces is not clear due to the lack of scientific evidence of the injury reduction. Moreover, the absence of standard test methods makes the quality assessment process of the braces incomplete. Hence, the development of a common regulation should be the main focus in order to evaluate all the neck braces available in the market and also the future neck protective systems. It is important to define a neck injury assessment process based on the impact conditions of motorcycle accidents. However, a lack of accidental and experimental data on injury mechanisms limits the potential of the standard development research. The main objective of this study is to contribute to the development of new personal protective equipment (PPE) focusing on neck protection for the motorcyclists. Moreover, the study aims to provide some ideas to develop the standardization procedures for the future EU standards for neck protectors. New functional prototypes, as neck protective systems, were designed for the motorcyclists. However, more focus has been given on the neck injury mechanisms and new test methods rather than on the development of new neck protectors. For such reason, a new biofidelic finite element (FE) neck model was developed and coupled with Hybrid III head model. In the following steps, a rigid torso was added to the neck model, the neck protective systems were coupled with FE head-neck-torso model and six different test conditions were simulated. The results were analyzed as functions of upper and lower neck forces, head acceleration, head rotation relative to torso, different impact speeds, and available neck injury criteria. The key suggestions provided in this thesis include modification of the ambient impact test method for motorcyclists’ impact protectors, improvement of the design of neck protective systems, advancement of different test methods for neck protectors, investigation for new neck injury assessment process and direction to develop standards for neck protectors.

I motociclisti (compresi i ciclomotori) sono gli utenti della strada più vulnerabili in termini di protezione degli infortuni. Sebbene la testa e le estremità siano le parti del corpo più colpite negli incidenti in moto, il verificarsi di lesioni gravi o mortali è spesso dovuto alle lesioni nella colonna cervicale secondo la letteratura. Sebbene sul mercato esista una varietà di bretelle per proteggere il collo da lesioni in incidenti in moto, l'efficacia di queste bretelle non è chiara a causa della mancanza di prove scientifiche sulla riduzione degli infortuni. Inoltre, l'assenza di metodi di prova standard rende incompleto il processo di valutazione della qualità delle parentesi graffe. Quindi, lo sviluppo di una regolamentazione comune dovrebbe essere l'obiettivo principale per valutare tutti i collari disponibili sul mercato e anche i futuri sistemi di protezione del collo. È importante definire un processo di valutazione della lesione del collo in base alle condizioni di impatto degli incidenti in moto. Tuttavia, la mancanza di dati accidentali e sperimentali sui meccanismi di pregiudizio limita il potenziale della ricerca di sviluppo standard. L'obiettivo principale di questo studio è di contribuire allo sviluppo di nuovi dispositivi di protezione individuale (DPI) incentrati sulla protezione del collo per i motociclisti. Inoltre, lo studio mira a fornire alcune idee per sviluppare le procedure di standardizzazione per i futuri standard UE per i protettori del collo. Nuovi prototipi funzionali, come sistemi di protezione del collo, sono stati progettati per i motociclisti. Tuttavia, è stata data maggiore attenzione ai meccanismi di lesione del collo e ai nuovi metodi di prova piuttosto che allo sviluppo di nuovi protettori del collo. Per questo motivo, è stato sviluppato un nuovo modello di collo a elementi finiti biofidelici (FE), abbinato al modello di testa Hybrid III. Nei seguenti passaggi, un modello rigido del collo è stato aggiunto al modello del collo, i sistemi di protezione del collo sono stati accoppiati con il modello di testa-collo-torso FE e sono state simulate sei diverse condizioni di test. I risultati sono stati analizzati come funzioni delle forze del collo superiore e inferiore, accelerazione della testa, rotazione della testa rispetto al torso, diverse velocità di impatto e criteri di lesione del collo disponibili. I suggerimenti chiave forniti in questa tesi includono la modifica del metodo di prova dell'impatto ambientale per i protettori di impatto dei motociclisti, il miglioramento del design dei sistemi di protezione del collo, l'avanzamento di diversi metodi di prova per i protettori del collo, l'investigazione per il nuovo processo di valutazione del collo e la direzione da sviluppare standard per i protettori del collo.