Sistemi che monitorizzano i segnali del sistema veicolo

I dispositivi che interpretano i segnali del sistema veicolo per risalire allo stato di vigilanza del conducente sono necessariamente più “indiretti” e quindi meno attendibili di quelli fisici e fisiologici ma presentano altri importanti vantaggi. In particolare sono metodi di misura passivi perché non hanno bisogno di una cooperazione da parte del conducente e sono non intrusivi perché le misure vengono effettuate senza alcun disturbo al conducente e senza l’introduzione nell’abitacolo di dispositivi visibili al conducente stesso o comunque che possano alterare l’ambiente di guida. Le operazioni di rilevamento dei parametri in questione sono normalmente piuttosto semplici: di solito si utilizzano dei sensori elementari non connessi con il conducente e che spesso sono già presenti sul veicolo per svolgere altre funzioni

I principali sistemi che appartengono a questa categoria sono di seguito elencati e successivamente descritti; in particolare, come anticipato, si può effettuare un’importante distinzione tra quelli che si basano su grandezze caratteristiche della dinamica del veicolo (Blum 2002; Technology Magazine 2002; Allen et al. 1998; Le Blanc et al. 1996):

• posizione (rispetto alla carreggiata) e direzione di marcia del veicolo; • andamento della velocità longitudinale e laterale;

• angolo e velocità di imbardata;

• accelerazione e decelerazione longitudinale; • accelerazione laterale;

e quelli che invece valutano le operazioni di guida effettuate dal conducente: • azionamento dei pedali;

• azionamento del cambio; • azionamento del volante.

Relativamente a questa seconda categoria, si sottolinea che, anche se si considerano le azioni effettuate dal conducente, in realtà tutte le misure vengono compiute direttamente sul veicolo e mai sul conducente stesso.

3.6.1 Sistemi che si basano sulla dinamica del veicolo

Questi sistemi sono in assoluto i meno attendibili perché si basano su delle grandezze che sono funzione delle operazioni del conducente che a sua volta sono funzioni dello stato psico-fisico dello stesso, essendo quindi funzione di una funzione della grandezza che interessa monitorare presentano necessariamente notevoli “disturbi” che ne rendono difficilmente interpretabili i risultati. Per questo motivo, normalmente, non vengono utilizzati direttamente per determinare lo stato di vigilanza del conducente ma in combinazione tra loro o con altri metodi appartenenti ad altre categorie. Del resto uno dei vantaggi di questi sistemi è proprio la loro predisposizione ad essere facilmente integrati tra loro e con gli altri sistemi del veicolo (di cui spesso fanno già parte).

Il procedimento utilizzato è in generale molto semplice: tramite dei sensori si ricavano direttamente le grandezze di interesse oppure da quelle rilevate si calcolano le altre tramite operazioni analitiche, si traccia come varia nel tempo la grandezza e si può affermare, in modo molto semplicistico e anche non esatto, che il conducente risulta assonnato se la grandezza registra delle ampie fluttuazioni. In realtà, normalmente, il sistema ha anche una fase di autoapprendimento in cui, partendo dall’ipotesi che il conducente sia vigile all’inizio della guida, stima il valore di soglia da prendere successivamente come riferimento.

Tra i metodi elencati nel paragrafo precedente si descrivono più in dettaglio quelli relativi al lane-keeping e al controllo dell’accelerazione e decelerazione longitudinale.

Lane keeping e posizione del veicolo rispetto alla carreggiata

Attualmente sono molto studiati ed in alcuni casi sono anche già stati introdotti in commercio, dei sistemi che permettono, mediante una telecamera montata davanti al veicolo, di riconoscere la posizione e la direzione di marcia del veicolo rispetto alla segnaletica stradale (Figura 3-18). L’interesse per questi

sistemi nasce soprattutto dal loro possibile impiego nell’ottica dello sviluppo della guida automatica che rappresenta una delle grandi scommesse per il prossimo futuro.

Figura 3-18 Riconoscimento della segnaletica stradale per mezzo di una telecamera

Tuttavia questi sistemi possono essere utilizzati anche per rilevare una direzione di marcia sbagliata, a causa di disattenzione o colpi di sonno, oppure una tendenza sistematica alla deriva, situazione abbastanza tipica per un conducente assonnato.

I limiti di questi dispositivi sono però molti a partire dalla stretta dipendenza dalle condizioni delle righe della segnaletica stradale (Figura 3-19) per cui un loro

impiego può essere preso in considerazione solo se la spesa per i componenti viene ammortizzata utilizzandoli anche per altre funzioni, come appunto la guida automatica.

Figura 3-19 Riconoscimento delle linee della careggiata con diverse tipologie di asfalto

Questo metodo può tenere conto sia della posizione assoluta rispetto alle linea della carreggiata (Figura 3-20) in modo da rilevare una situazione di pericolo

dovuta al veicolo che sta uscendo dalla propria corsia, sia registrare le variazioni di traiettoria rispetto ad una posizione media per rilevare in anticipo una situazione di sonnolenza; in questo caso, infatti, è intuitivo dedurre che il conducente non ha più il veicolo sotto il proprio totale controllo se la traiettoria seguita è caratterizzata da correzioni casuali e di elevata ampiezza. La definizione di una algoritmo in grado di riconoscere una situazione del genere non è però così semplice come potrebbe sembrare intuitivamente.

Figura 3-20 Rilevamento di una situazione di pericolo imminente

Accelerazione e decelerazione longitudinale

Il monitoraggio di questi due segnali è analogo e generalmente complementare (Blum 2002). Mediante gli stessi sensori normalmente utilizzati dai sistemi ABS si conoscono i valori di accelerazione e frenata in funzione del tempo. Dall’andamento dei valori registrati nel tempo ci si può fare un’idea riguardo la condotta di guida del conducente: se si verificano brusche accelerazioni ripetute nel tempo e/o analoghi valori di decelerazione si può giungere alla conclusione che il soggetto ha avuto una alterazione della guida. Si parla, infatti, di alterazione della condotta perché il sistema confronta i valori di accelerazione, e le frequenze con le quali esse avvengono, con i valori settati come soglia o che il sistema ha assunto come tali; in questo ultimo caso, infatti, vuol dire che inizialmente il sistema registra i valori medi di accelerazione e frequenza nelle normali condizioni di guida ossia quando si ha la certezza o la convinzione che il conducente sia in perfette condizioni di vigilanza. Durante il normale funzionamento, invece, il sistema confronta continuamente i parametri rilevati dai sensori con quelli di riferimento e giudica il comportamento del conducente. Per avere una migliore affidabilità è opportuno registrare i parametri di riferimento per ogni singolo conducente, ma anche in diverse condizioni di traffico, in strade diverse etc. Questa è una prerogativa, usata in molti sistemi indiretti che però non è di facile implementazione. Anche questo metodo si presta poco ad un utilizzo singolo, e infatti viene usato in concomitanza con altri sistemi offrendo un apporto utile per discriminare dei casi dubbi (Fukuda et al. 1995).

3.6.2 Sistemi che si basano sulle operazioni di guida

Rispetto ai metodi appena descritti, quelli che prendono in considerazione direttamente le operazioni di guida sono, teoricamente, più affidabili perché più direttamente risentono delle condizioni psico-fisiche del conducente.

In realtà l’unico metodo degno di interesse è quello che prende in considerazione come viene azionato il volante; questo metodo, anzi, per i motivi descritti di seguito si rivela come quello in assoluto più interessante. Per questo motivo viene ampiamente trattato nel paragrafo seguente.

In aggiunta al monitoraggio del volante, un’altra possibilità è quella di monitorare come vengono azionati i pedali. Questo controllo può essere facilmente realizzato sensorizzando questi ultimi, tuttavia i risultati che si ottengono non sono da soli sufficienti per stabilire lo stato del conducente. Tuttavia, come in questo lavoro di ricerca, possono essere impiegati per fornire delle informazioni aggiuntive e discernere dei casi dubbi.