A cura di MIUR - Direzione Generale per il coordinamento la promozione e la valorizzazione della ricerca

From traditional to autonomous cars, how the vehicles of the future are designed

From traditional to autonomous cars, how the vehicles of the future are designed

Giandomenico Caruso is a researcher at the Department of Mechanical Engineering of Politecnico di Milano and is one of the coordinators of i.Drive, the laboratory that involves three departments at Politecnico: ABC-Department of Architecture, Built Environment and Construction Engineering, DEIB- Department of Electronics, Information and Bioengineering, and DMEC-Department of Mechanical Engineering. The multidisciplinary approach of the Laboratory aims to provide tools for carrying out research on the new assisted, remote and autonomous driving scenarios.

Nell’immaginario collettivo l’utilizzo del veicolo autonomo sembra ormai imminente. In realtà, la transizione dalla guida “manuale” a una completamente autonoma non avverrà in maniera così repentina. Le roadmap internazionali sullo sviluppo dei veicoli autonomi prevedono che il passaggio avverrà in maniera graduale e ipotizzano che i veicoli autonomi saranno evoluti al punto da poter essere usati in tutti gli ambiti di guida solo dopo il 2030.

Nel periodo transitorio sono quindi previsti livelli di automazione intermedi in cui il ruolo del guidatore sarà via via sempre meno predominante rispetto ai sistemi di assistenza alla guida installati sul veicolo. La SAE-Society of Automotive Engineers, in un documento del 2014, ha proposto una classificazione dei veicoli autonomi basati su dei livelli di automazione, all’interno dei quali vengono definiti i ruoli che conducente e sistema di guida autonoma devono avere. La classificazione è in continua evoluzione (l’ultima revisione è del 15 giugno 2018) e parte dal livello 0 (guida manuale) per arrivare al livello L5 (guida completamente autonoma). È importante notare che nella classificazione non si parla esplicitamente ed esclusivamente di veicoli autonomi, in quanto anche le infrastrutture e l’influenza delle condizioni ambientali/atmosferiche diventano parti integranti di un unico sistema.

Quali saranno allora gli scenari di guida che ci si aspettano in un prossimo futuro? I veicoli e le infrastrutture saranno sempre più “intelligenti” e interconnessi, capaci di affrontare gli imprevisti grazie a sistemi di predizione basati sul monitoraggio costante delle condizioni di guida. Di conseguenza il conducente sarà sempre meno chiamato a intervenire sul veicolo e questo porterà a un graduale cambiamento di quelle che sono le abitudini di guida, creando maggiore interazione tra veicolo, strada e ambiente esterno.

Ma saremo davvero pronti ad utilizzare queste tecnologie? E come impatteranno sulla vita di tutti giorni? Già oggi gli attuali sistemi di assistenza alla guida - ADAS - potrebbero presentare alcuni potenziali svantaggi in termini di usabilità e efficacia. L’uso degli ADAS impone carichi cognitivi e visivi che potrebbero interferire con le risorse attentive che gestiscono l’attività di guida primaria e avere un impatto negativo sulle prestazioni di guida.

Anche le condizioni di traffico influenzano in maniera significativa le capacità di guida. Condizioni di traffico intenso, infatti, aumentano il carico di lavoro del conducente, che potrebbe interferire nell'interazione con gli ADAS e ridurre ancora una volta le risorse del conducente nell’attività di guida primaria. Al contrario, guidare in condizioni di traffico nullo o in un contesto di guida monotono potrebbe ridurre la prontezza del guidatore e compromettere la reattività nell’affrontare un evento imprevisto.

Progettare le auto del futuro richiederà quindi l’utilizzo di strumenti di sviluppo che permettano di prevedere tutte le possibili implicazioni che queste nuove tecnologie possono avere nella vita di tutti i giorni. È necessario capire come gli stimoli provenienti dai sistemi di assistenza alla guida, dalle infrastrutture e in generale dall’ambiente esterno vengono interpretati ed elaborati dal conducente per poterne prevedere il comportamento. Alcuni parametri fisiologici, come il battito cardiaco, la frequenza respiratoria, la risposta galvanica della pelle, permettono, ad esempio, di monitorare lo stato di stress nel compiere una determinata azione in un determinato contesto. L’acquisizione, l’elaborazione e l’interpretazione di questi dati, può quindi essere di supporto alla progettazione dei sistemi di guida assistita e guida autonoma al fine di adeguare il funzionamento alle reali capacità del conducente.

In questo contesto si inserisce il laboratorio i.Drive del Politecnico di Milano, che ha come obiettivo lo sviluppo di una serie di attività di ricerca in grado di fornire strumenti di validazione e verifica nel campo della progettazione dei sistemi di trasporto, della modellistica comportamentale, del design interno del veicolo, dell’urbanistica, dei sistemi di sicurezza attivi alla guida, etc. La particolarità del laboratorio consiste nella sinergia di due componenti fondamentali: un simulatore di guida e un veicolo instrumentato. Grazie al primo sono possibili studi su larga scala, replicabili, validati sul campo. Grazie al secondo è possibile acquisire i dati necessari alla costruzione di scenari di guida reali, nonché dati di riferimento psico-fisiologici su cui validare modelli comportamentali in modo dinamico.

Gli studi condotti in questi anni hanno permesso di validare una metodologia in grado di monitorare il comportamento e le reazioni del guidatore, alla fatica e allo stress di guida congiuntamente alla tipologia e condizioni del percorso. In futuro, la stessa metodologia potrebbe essere utilizzata direttamente all’interno del veicolo al fine di adattare il comportamento autonomo non solo al contesto di guida, alle condizioni di traffico e atmosferiche ma anche a quelle del conducente.

Giandomenico Caruso, ricercatore presso il dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano