Sistemi per la guida automatica

I sistemi per la guida automatica sono l’ultima frontiera della sicurezza perché, come dice il termine stesso, si propongono, in un futuro prossimo, non solo di aiutare, ma all’evenienza di sostituire del tutto, il conducente. Tecnicamente questa prospettiva non è più futuristica come sarebbe potuta sembrare anche pochi anni fa e attualmente le case automobilistiche stanno sviluppando, e talvolta commercializzando, diversi dispositivi che permettono di gestire in modo più o meno automatico i diversi sottosistemi del veicolo: i freni tramite i sistemi ABS e ESP, lo sterzo grazie ad un servosterzo elettrico, il motore mediante una valvola a farfalla motorizzata, il cambio attraverso degli attuatori elettroidraulici, sono solo alcuni esempi dei principali sistemi che possono già essere gestiti direttamente da una centralina elettronica.

L’integrazione di tutti questi sistemi di gestione dei sottosistemi veicolo con altri in grado di rivelare le condizioni di traffico, permetterà, quindi, di ottenere una guida automatica del mezzo gestita direttamente dalla centralina seguendo delle logiche programmate. In tale ottica i sistemi di guida automatica appartengono di diritto ai sistemi per la sicurezza attiva (oltre che chiaramente preventiva) perché integrano tutti i sistemi precedentemente elencati, anche con quelli per la sicurezza passiva, ed eliminano le fonti di possibili errori introdotte dal “fattore umano” durante la guida.

Attualmente i sistemi già in commercio e definiti di guida automatica, dovrebbero più correttamente essere definiti sistemi di assistenza alla guida perché permettono di svolgere in maniera automatica determinate funzioni ma non sono ancora in grado di sostituire completamente il ruolo del conducente.

ACC (Adaptive Cruise Control)

Il più interessante e diffuso è il sistema adattivo di regolazione automatica della velocità ACC sviluppato da Bosch: questo sistema rappresenta, infatti, il nucleo di partenza da cui sviluppare, in fasi successive, un “vero” sistema di guida automatica.29

L’ACC fondamentalmente è un sistema che permette sia di mantenere automaticamente la distanza di sicurezza dal veicolo che precede, sia di mantenere costante la velocità di viaggio (cruise control), oppure di svolgere contemporaneamente le due funzioni (dando ovviamente la precedenza al primo obiettivo). Per svolgere tali compiti il veicolo è dotato di un sensore che misura la distanza dal veicolo che lo precede e la centralina, in funzione della distanza misurata, può gestire i freni, tramite il sistema ABS/ESP, per rallentare il veicolo

29 _{Sistemi analoghi sono in fase di sviluppo anche da parte di altre case automobilistiche} quali Siemens e Delphi.

o accelerare il mezzo, potendo comandare la valvola a farfalla opportunamente motorizzata e l’iniezione, per ripristinare la velocità di crociera impostata.

Il rivelatore di distanza può essere di tipo laser o più comunemente radar con tecnologia MMIC30 _{entrambi insensibili alle condizioni esterne di visibilità. La}

frequenza di emissione è di 77 GHz e quella di campionamento arriva a 10 Hz, il raggio di azione è di oltre 100 m con angolo di ±30° rispetto all’asse longitudinale del veicolo.

L’attuale generazione di questi sistemi funziona in un range di velocità compreso tra 30 e 200 Km/h; il prossimo step evolutivo sarà quello di estenderne il funzionamento anche alle bassissime velocità fino al completo arresto della vettura per poter utilizzare il sistema anche nel traffico urbano (Figura 2-36).

L’ACC plus (così viene definita la versione che sarà commercializzata da Bosch il prossimo anno) potrà inoltre, una volta che il veicolo è fermo, avvertire il conducente se il mezzo che precede ha ripreso la marcia, ma sarà ovviamente il guidatore a decidere se riprendere la marcia, e se riprenderla in modalità ACC o normale (Borla 2005).

Figura 2-36 L’ACC plus della Bosch

I successivi sviluppi di questi sistemi sono strettamente legati a quelli dei sistemi di visione sia per incrementare la sicurezza preventiva e attiva nella

marcia normale condotta dal guidatore che per realizzare la guida automatica; nel primo caso, infatti, essi permettono di incrementare la sicurezza avvertendo il conducente, ad esempio, se il veicolo esce di carreggiata (per un colpo di sonno o per distrazione) o se in condizioni di scarsa visibilità (oscurità, nebbia) viene rilevato un ostacolo, mentre nel secondo caso essi rappresentano gli “occhi” del sistema automatico.

La tendenza attuale è quella di sviluppare dei sistemi di visione elettronica integrando diverse tecnologie, ognuna per monitorare specificatamente un certo campo visivo ad una certa distanza: si combinano così videosensori basati su una telecamera propriamente detta, sensori ad ultrasuoni, infrarosso e radar (Figura 2-37).

Figura 2-37 Sistema di visione elettronica

FCW (Frontal Crash Warning)

Questo sistema rappresenta in realtà un evoluzione o un’integrazione al precedente, infatti utilizza l’hardware del sistema ACC al quale affianca un sistema di visione, con acquisizione dati tramite telecamera CCD, e le informazioni ottenute da un navigatore satellitare. In questo modo il sistema riesce a ricostruirsi un quadro più completo (velocità e traiettoria) dei veicoli che si trovano nella direzione di marcia. La centralina del sistema implementa inoltre un modello dinamico del veicolo per calcolare i limiti di sicurezza e scegliere la manovra più che conveniente che può consistere nell’agire separatamente o contemporaneamente su sterzo e freni. In particolare si assume (Figura 2-38) che

cambio di traiettoria prevalga sulla riduzione di velocità, tuttavia l’azione più comune è l’intervento simultaneo su entrambi i comandi.

Figura 2-38 Manovre di emergenza in funzione della velocità e del tempo a disposizione

Lane Keeping, LWS e LCS

I sistemi di Lane Keeping, mediante una telecamera digitale CCD, e sfruttando la segnaletica sul terreno sono in grado di individuare i limiti della carreggiata e stabilire se il veicolo si avvicina pericolosamente o supera le linee che delimitano la corsia; in tal caso entra in gioco il Lane Warning System. Questi sistemi vengono però descritti più accuratamente nel prossimo capitolo perché rientrano tra i sistemi che permettono di stabilire, in modo indiretto, le condizioni psicofisiche del conducente.

Il Lane Change Support, invece, assiste il guidatore durante le manovre di cambio corsia, non sostituisce gli specchietti, ma aiuta a ricostruire lo scenario laterale posteriore dove la visibilità è limitata utilizzando dei sensori di prossimità e radar. È impiegato l’impianto Lane Keeping per individuare la posizione del veicolo nella carreggiata. Come sensori interni è controllata la, indicatori di direzione. Quando il conducente vuole cambiare corsia di marcia e aziona il relativo indicatore di direzione, il sistema elabora i dati provenienti dai sensori (compresi velocità del veicolo e velocità d’imbardata) e comunica al conducente la situazione di pericolo tramite segnali visivi (in prossimità del retrovisore della parte in causa), messaggi vocali, vibrazioni del volante.

Curve Speed Assistant

IL CSA, a differenza dell’ESP, interviene prima della percorrenza della curva perché conoscendo la geometria della strada tramite il sistema GPS e considerando la posizione e la velocità del veicolo, oltre alle condizioni di aderenza, è in grado di determinare la velocità limite cui è possibile affrontare la curva e comunicare il pericolo nel caso tale velocità risulti inferiore a quella del veicolo.

Stop and Go

Lo “Stop and Go” provvede ad arrestare e far ripartire l’autovettura nelle condizioni di marcia a singhiozzo esercitando la propria azione di controllo su freni, frizione, acceleratore e cambio. Se si limitasse a svolgere queste funzioni il sistema sarebbe influente solo sulla sicurezza preventiva, invece, grazie a dei sensori di prossimità è anche possibile prevenire un tamponamento se un veicolo si introduce nella fila con una manovra anomala.