Il WP4 – Sistemi Autonomi - è incentrato sullo sviluppo e applicazione di tecnologie innovative per la mobilità sostenibile delle persone. In particolare, la ricerca si propone di progettare sistemi per la guida assistita (ADAS - Advanced Driver Assistance Systems) e per la guida autonoma connessa, attraverso lo sviluppo di algoritmi di automazione e la creazione di un sistema di comunicazione veicolo-veicolo e veicolo-infrastruttura (V2X). Il WP4 prevede la messa a punto di un prototipo dimostratore rappresentato da uno shuttle urbano elettrico. Su questo dimostratore vengono implementate e finalizzate le soluzioni innovative sviluppate all’interno del progetto inserendole in un veicolo a minimo impatto ambientale. Allo scopo di valutare le diverse soluzioni implementative ad oggi proposte per i sistemi a guida autonoma sia in termini di meccanismi di localizzazione (che variano da sistemi basati sul solo utilizzo delle telecamere a soluzioni basate su informazioni provenienti da diversi di sensori) che di soluzioni di connettività (dagli approcci con connettività V2I e V2V ad alta velocità ed affidabilità basata su 5G, a metodi basati sull’autosufficienza del singolo veicolo per limitare il più possibile rischi di cybersecurity), il prototipo è dotato di sensori ridondati e la possibilità di ricevere ed inviare informazioni secondo diversi standard. Parallelamente, il WP4 analizza e verifica l’impatto di tecnologie innovative per l’introduzione di materiali con un migliore rapporto tra peso e resistenza e maggiori capacità di assorbimento di energia. Tutte le attività del WP4 sono svolte tenendo sempre presente il ruolo centrale della persona che si traduce nell’attenzione al comfort e allo sviluppo di nuove HMI (Human-Machine Interface). Queste ultime, in particolare, rappresentano uno strumento fondamentale per consentire agli utenti di dialogare con il sistema autonomo e sviluppare fiducia nello stesso.

Le attività del WP4 gravitano attorno ad un veicolo dimostratore: si tratta di un pullmino elettrico a zero emissioni per il trasporto di una decina di persone che nel corso del progetto viene attrezzato con componenti e sistemi di controllo per trasformarlo in uno shuttle urbano a guida autonoma. Secondo il Mckinsey Center for Future Mobility (MCFM), la mobilità condivisa sotto forma di veicoli elettrici autonomi sarà diffusa nel prossimo futuro con l'obiettivo di rendere la mobilità urbana e suburbana più efficiente, conveniente e rispettosa dell'ambiente. Le previsioni per la diffusione delle navette autonome in condivisione indicano che, entro il 2030, potrebbero conquistare tra il 10 e il 25% del mercato in base a regolamenti o incentivi. Inoltre, i servizi di mobilità condivisa potrebbero fornire soluzioni efficienti per le persone con disabilità che non sono in grado di utilizzare i mezzi di trasporto individuali, come incoraggiato anche dal quadro etico dell'UE sulla mobilità automatizzata e che ad oggi si trovano di fatto esclusi dai servizi di trasporto pubblico locale. L’attuazione di tali obiettivi, comporta lo sviluppo dell’architettura di controllo del veicolo per implementare logiche che portino ad una progressiva automatizzazione delle operazioni di guida del veicolo, comprensive di feature basate sulla connettività V2X. La peculiarità del dimostratore in oggetto è la sua modularità e possibilità di operare in diverse modalità consentendo di testare le diverse soluzioni invia di sviluppo. La dotazione sensoristica ridondante è pensata esattamente in quest’ottica: essa infatti consente di valutare differenti set up e configurazioni possibili allo scopo di stabilire una serie di requisiti minimi e campi di applicabilità. Inoltre, lo studio include lo sviluppo di modelli matematici per valutare l’effetto dell’installazione di componenti alleggeriti su prestazioni e autonomia e l’impatto di materiali ad alto assorbimento di energia di deformazione sulla sicurezza passiva.

Il dimostratore scelto è rappresentativo di una categoria di veicoli elettrici, condivisi e per il trasporto pubblico. Questa peculiarità permette di analizzare tale caso studio specifico (indicato dagli analisti quale uno dei prossimi trend legati alla mobilità urbana come accennato in precedenza). In particolare, lo studio dell’interazione tra i passeggeri e le specifiche necessità nella realizzazione di un servizio di trasporto pubblico autonomo, sono tra i risultati indagabili più interessanti e per i quali vi è grande richiesta e attenzione.

Un altro aspetto fondamentale è relativo all’ideazione di soluzioni che permettano agli utenti di maturare fiducia nel sistema di guida autonomo: a tal fine un’interfaccia uomo-macchina innovativa permette la condivisione con gli utenti delle informazioni che il sistema impiega per guidare il veicolo e la comunicazione delle azioni che intraprenderà negli istanti successivi, dando evidenza delle proprie intenzioni di manovra e allertando gli utenti in caso di pericolo. Sempre nell’ottica di minimizzare il disorientamento degli utenti causati dall’assenza di un conducente, è stata sviluppato un sistema di interazione con canali di comunicazione audio video e con un dispositivo di interazione senza contatto con feedback tattile ad ultrasuoni che, tramite il riconoscimento di specifici gesti delle mani, abilita diverse funzionalità del mezzo. L’intero sistema di interazione è stato implementato e validato facendo ampio uso delle tecnologie di realtà virtuale, permettendo di esplorare diverse soluzioni tecniche prima dell’implementazione sul veicolo per la validazione sul campo.

Lo studio dei sistemi di controllo di guida ha portato alla definizione di una architettura informatica modulare per l’acquisizione delle informazioni provenienti da tutti i sensori presenti sul veicolo e per consentire ai diversi sistemi di elaborazione di bordo poter accedere alle informazioni. Tale architettura è basata su implementazioni open-source tipiche dell’ambito robotico per consentire una facile integrazione con elementi nuovi che potrebbero essere aggiunti in futuro. È prevista la realizzazione di un sistema di comunicazione tra l’architettura del prototipo ed una infrastruttura esterna mediante rete mobile allo scopo di rendere disponibili informazioni dall’ambiente all’interno del veicolo, come ad esempio un impianto semaforico. L’adattamento delle logiche di controllo progettate in simulazione alla piattaforma del veicolo consentiranno di percepire l’ambiente circostante, decidere le azioni da compiere e inviare gli input di controllo al sistema di attuazione.

L’attività relativa all’impiego di tecnologie innovative nel veicolo dimostratore viene svolta prevalentemente per via numerica: è stato sviluppato un modello modulare dello shuttle, comprensivo di modelli per il motore elettrico, le batterie e logica di controllo della velocità. Il modello è finalizzato a prevedere l’autonomia del veicolo pensando al suo impiego come shuttle all’interno del campus universitario. Il profilo missione impostato consiste quindi in una serie di fermate opportunamente distanziate, tra le quali lo shuttle segue un profilo di velocità preimpostato. Lo shuttle può incontrare sul suo percorso altri utenti, in generale pedoni ma non solo, che possono costringerlo a rallentare o comunque scostarsi in parte dal profilo missione base. Il modello consente di stimare l'autonomia del veicolo e può essere impiegato in tempo reale per capire come programmare le soste di ricarica. Accanto a questo, attraverso modelli ad elementi finiti del paraurti, si valuta l’impatto dell’introduzione di elementi in materiale auxetico sulla sicurezza passiva e sull’autonomia del veicolo. Il materiale auxetico, presentando un coefficiente di Poisson negativo, consente di addensare il materiale in una zona di impatto riducendo il rischio di intrusione nell'abitacolo.

L’architettura di controllo del pullmino è stata definita e verificata in ambiente simulato. Sono stati condotti test per acquisire i segnali dai sensori installati sul veicolo (telecamera, lidar, GPS) integrando le informazioni degli stessi per ricostruire l’ambiente in cui questo si muove. Sono previste prove in campo per verificare la comunicazione del veicolo con l’infrastruttura, in particolare la comunicazione bidirezionale tra un sistema di controllo semaforico ed il veicolo stesso. Oltre alla semplice comunicazione i test vertono sulla possibilità di preferenziare i cicli semaforici in funzione della presenza o meno del veicolo in prossimità del semaforo e mostrare tali informazioni ai passeggeri. Infine sono previste prove di attuazione del veicolo per mezzo dei sistemi di bordo allo scopo di verificare la catena hardware/software sviluppata per il controllo attivo del prototipo.