Promuovere la sicurezza nei sistemi di guida automatizzata

I Sistemi di Guida Automatizzati (ADS) stanno diventando sempre più comuni in vari settori, aiutando a risolvere sfide come spostare le persone da un luogo all'altro e consegnare pacchi. Questi sistemi possono sia assistere un conducente che prendere completamente in carico le mansioni di guida. Tuttavia, assicurarsi che questi sistemi funzionino in sicurezza è fondamentale, specialmente per i livelli più alti di automazione.

#Livelli di Automazione

La Society of Automotive Engineers (SAE) ha definito sei livelli di automazione, dal Livello 0 al Livello 5. I Livelli 0-2 comportano supporto al conducente, dove il conducente è responsabile del funzionamento del veicolo. A partire dal Livello 3, l'ADS gestisce il compito di guida ma richiede che il conducente sia pronto a subentrare se necessario. I Livelli 3 e 4 possono operare autonomamente in certe condizioni, ma se quelle condizioni cambiano, hanno bisogno che il conducente intervenga. Al Livello 5, il veicolo può operare senza alcun coinvolgimento umano.

#L'Importanza della Sicurezza

Per garantire la sicurezza, gli ADS devono monitorare continuamente il loro ambiente operativo, noto come Dominio di Progettazione Operativa (ODD). Questo permette al sistema di reagire adeguatamente a qualsiasi cambiamento o problema che si presenta. Gli standard di sicurezza tradizionali come l'ISO 26262 non sono sufficienti per la prossima generazione di ADS. Nuovi standard, come l'ISO 21448, affrontano la sicurezza legata alla funzionalità e alla gestione del rischio. Significa che è fondamentale mantenere il sistema all'interno del suo ambiente progettato per evitare incidenti e garantire la sicurezza.

#Concetto di Sicurezza Proposto

Questo documento introduce un concetto di sicurezza integrato per gli ADS che utilizza una gabbia di affidabilità connessa per monitorare la sicurezza durante l'operazione. La gabbia di affidabilità lavora insieme a un centro di controllo del comando remoto (CCC) che consente un monitoraggio e un intervento da parte di un conducente di sicurezza.

La gabbia di affidabilità ha due ruoli principali: monitora continuamente l'ODD del veicolo utilizzando sensori a bordo e consente la transizione sicura del controllo tra il sistema automatizzato e il conducente di sicurezza remoto.

#Monitoraggio a Bordo: La Gabbia di Affidabilità

La gabbia di affidabilità è composta da due componenti principali: un monitor qualitativo e un meccanismo di controllo della modalità. Il monitor qualitativo è progettato per verificare se l'ADS soddisfa i requisiti di sicurezza osservando potenziali violazioni. Se rileva un problema, il componente di controllo della modalità attiva una risposta operativa di sicurezza, che aiuta l'ADS a reagire in modo sicuro.

#Monitor Qualitativo

Per garantire la sicurezza, il monitor qualitativo controlla due requisiti principali:

1. L'ADS non deve collidere con oggetti statici.
2. I dati della telecamera del veicolo devono essere validi per un'operazione sicura.

Per tenere traccia di questi requisiti, il monitor qualitativo utilizza diversi strumenti:

• Calcolatore della Zona Sicura: Questo strumento calcola un'area sicura attorno al veicolo in base alla sua velocità e direzione.
• Rilevatore LiDAR: Questo rileva ostacoli nel percorso del veicolo utilizzando dati dei sensori.
• Validatore della Telecamera: Questo controlla le immagini raccolte dalla telecamera per assicurarsi che siano chiare e utilizzabili.

#Controllo della Modalità

Il componente di controllo della modalità determina quale azione deve intraprendere il sistema se rileva una violazione dei requisiti di sicurezza. A seconda della situazione, può regolare la modalità di guida. Ad esempio, può passare l'ADS a una modalità più cauta o addirittura attivare un arresto di emergenza se necessario.

Le diverse modalità di guida includono:

• Guida Completamente Autonoma: Il sistema opera in modo indipendente.
• Guida Autonoma Limitata: Il sistema guida ma con restrizioni.
• Guida Manuale Remota: Un conducente di sicurezza guida il veicolo da lontano.
• Guida Manuale in Locazione: Un conducente di sicurezza nel veicolo lo guida.
• Arresto di Emergenza: Questa modalità fa fermare immediatamente il veicolo.

#Monitoraggio Remoto: Il Centro di Controllo del Comando Remoto

Il CCC remoto funge da hub per supervisionare più veicoli. Consente a un conducente di sicurezza di vedere lo stato di ogni veicolo in tempo reale. L'interfaccia all'interno del CCC mostra informazioni importanti come:

• Validità delle immagini della telecamera.
• Stato della missione (attivo, inattivo o completato).
• La modalità di guida attuale.
• Stato della gabbia di affidabilità.

Il CCC fornisce una rappresentazione visiva dell'ambiente circostante del veicolo, aiutando il conducente di sicurezza a comprendere la situazione e agire di conseguenza.

#Studio di Caso: Logistica delle Consegne di Pacchi

Nel progetto VanAssist, i ricercatori miravano a creare un sistema per la consegna automatizzata di pacchi nelle aree urbane. Il modello di consegna tradizionale è inefficiente e può causare congestioni del traffico. Il progetto ha coinvolto una collaborazione tra diverse università e aziende per sviluppare un veicolo di consegna intelligente che opera con basse emissioni ed è in gran parte automatizzato.

L'obiettivo era progettare un veicolo che potesse assistere un addetto alla consegna mentre si muoveva continuamente lungo il suo percorso.

#Panoramica dello Scenario

Il caso d'uso prevedeva il processo di consegna da un parcheggio a più punti di consegna, garantendo la sicurezza attraverso la gabbia di affidabilità e il CCC. Il veicolo guidava autonomamente per ritirare pacchi e poi trasportava l'addetto alla consegna fino alla posizione del destinatario.

#Sfide Affrontate

Mentre il veicolo affrontava vari scenari, la gabbia di affidabilità doveva reagire a situazioni come strade strette o ostacoli nel percorso, attivando arresti di emergenza se necessario. Il conducente di sicurezza remoto valutava la situazione attraverso il CCC e regolava la modalità di guida come richiesto.

#Valutazione del Concetto di Sicurezza

Il concetto di sicurezza è stato testato sia in un ambiente di laboratorio utilizzando un veicolo modello che su un circuito di prova con un veicolo a dimensioni reali.

#Ambiente di Laboratorio

In laboratorio, un veicolo modello più piccolo è stato dotato di sensori come LiDAR e telecamere. Sono stati sviluppati diversi scenari di test per valutare come la gabbia di affidabilità rispondesse a diverse situazioni, verificando le interazioni tra il conducente di sicurezza e l'ADS.

#Pista di Test

Il veicolo a grandezza naturale utilizzato durante i test presentava ulteriori sfide a causa delle sue dimensioni maggiori e dell'impostazione dei sensori a 360 gradi. Assicurare la zona sicura attorno al veicolo era cruciale mentre navigava attraverso vari ambienti esterni.

#Sintesi dei Risultati

Le valutazioni hanno mostrato che il concetto di sicurezza integrato ha funzionato bene. La gabbia di affidabilità ha monitorato con successo i requisiti di sicurezza e ha collaborato con il CCC remoto per garantire operazioni sicure. Il veicolo è stato in grado di reagire in modo appropriato a più situazioni, aiutando a dimostrare l'efficacia del concetto in scenari reali.

#Direzioni Future

Ci sono diverse aree per la ricerca futura. Un obiettivo è migliorare la gabbia di affidabilità per consentire reazioni più sfumate invece di attivare semplicemente arresti di emergenza. Inoltre, studi futuri esploreranno l'inclusione di altri sistemi di consegna, come robot, insieme agli ADS per un processo di consegna più efficiente.

Attraverso gli sforzi collaborativi di varie organizzazioni, questo progetto di ricerca mira a contribuire a operazioni di veicoli automatizzati più sicure ed efficienti negli ambienti urbani, affrontando la crescente necessità di migliorare la logistica delle consegne.