Testing e validazione di soluzioni di guida autonoma

Cino Bifulco(1)

ITS& GUIDA AUTONOMAsmart road

TESTING E VALIDAZIONE

DI SOLUZIONI DI GUIDA AUTONOMA

CAMBI DI PARADIGMA E SFIDE PER LE FUTURE OMOLOGAZIONI

Negli ultimi anni, lo sviluppo di veicoli connessi e automatizzati (CAV - Connected and Automated Vehicle) ha avuto una poderosa spinta dagli operatori tecnologici, portando i Produttori mondiali di automobili ad accelerare l’introduzione di livelli crescenti di automazione della guida, partendo dal miglioramento di soluzioni di assistenza alla guida già commercializzate. L’effetto è che tutti i principali attori del settore, chi con maggiore e chi con minore decisione a seconda del posizionamento nella strategia globale dell’innovazione, esplorano l’innovazione nei CAV per mantenere la posizione di mercato. L’automazione finora introdotta nel mondo automotive è ancora agli inizi e la maggior parte delle soluzioni sul mercato funziona al livello più basso (sistemi di assistenza alla guida come cruise control adattivo, frenata di emergenza, mantenimento di corsia, ecc.). Sistemi più avanzati sono già commercializzati e funzionano al livello della cosiddetta automazione parziale: sono in grado di guidare autonomamente in condizioni predefinite e per compiti noti e specifici (parcheggio, marcia autostradale su una corsia, ecc.). A tali livelli, la piena responsabilità del veicolo spetta al conducente, che deve rimanere costantemente nel ciclo di controllo del veicolo al fine di identificare le criticità, valutare le conseguenze e, eventualmente, riprendere il controllo della guida. Gli sviluppi in corso permetteranno di portare in tempi relativamente brevi allo stato della maturità commerciale il livello della automazione condizionale, che cambierà drasticamente la prospettiva di guida: la responsabilità sarà trasferita alla logica automatica di controllo e sarà il veicolo a prevedere ed elaborare le conseguenze del proprio comportamento, proiettandolo nell’ambiente circostante e, se necessario, richiedendo l’intervento da parte del conducente.

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ITS& smart road

In questo contesto, la logica di controllo deve essere più robusta e deve essere stata testata in una grande varietà di condizioni di traffico complesse, poiché il ruolo del conducente come mediatore tra traffico/ambiente e veicolo si riduce di molto ed egli interviene sempre meno pro-attivamente, ritirandosi progressivamente anche dal ruolo di supervisore della guida. In definitiva, l’innovazione in corso, accanto a un cambiamento radicale di concezione della guida e di responsabilità del conducente, propone questioni di testing complesse e costose, soprattutto in chiave di sicurezza delle soluzioni e con lo scopo ultimo di certificare/omologare una generazione di veicoli molto diversi da quelli attuali, che sarà immessa nel mercato in tempo relativamente brevi. La validazione (in prospettiva la omologazione) dei veicoli a crescente livello di automazione dovrà essere sempre più fatta in condizioni di traffico reali e complesse, che divengono quindi un requisito fondamentale sia per i test dei CAV sia per la valutazione dei loro effetti sul traffico, come ormai riconosciuto dalle autorità pubbliche. Ad esempio, negli USA molti Stati permettono da tempo esperimenti su strada; nel Regno Unito, il Governo ha pubblicato un Code of Practice per il testing dei CAV, mentre in Germania la sperimentazione è controllata da un Comitato Tecnico.

A livello europeo, si sta ragionando sulla possibilità di instaurare dei meccanismi di reciproco riconoscimento tra le autorizzazioni alla sperimentazione rilasciate da diversi Stati Membri. In Italia, il recente Decreto Smart Road (D.M. 70 del 28/08/2018) ha introdotto le regole per testare i CAV su strade pubbliche, fissando anche regole specifiche e di pre-test per l’accesso alla sperimentazione su strada, al fine di preservare la sicurezza pubblica. Difatti, la Legge consente di accedere alla sperimentazione certificando la pre-validazione mediante strumenti di simulazione, se caratterizzati da riproduzione realistica del traffico. Come detto, tale necessità si estenderà presto dalla fase della sperimentazione alla fase della omologazione di vetture destinate a essere introdotte sul mercato. Ciononostante, ad oggi, non sono ancora disponibili metodologie scientifiche e strumenti tecnici per un testing appropriato dei CAV in scenari di traffico reali o realistici. Il problema è nuovo e investe due mondi scientifici e due aree disciplinari che fino ad oggi hanno proceduto nel loro sviluppo metodologico e tecnologico in maniera parallela e indipendente: il settore dell’ingegneria dei veicoli da un lato e il settore della ingegneria del traffico e della mobilità dall’altro. Infatti, gli Ingegneri del settore automotive hanno potuto concentrarsi sullo sviluppo del loro sofisticato insieme di strumenti teorici e pratici di validazione virtuale tenendo conto “solo” delle prestazioni desiderate dal conducente, del miglioramento della sua esperienza di guida, della sicurezza del veicolo, del comfort, ecc.. L’introduzione della guida automatica fa irrompere la simulazione del traffico prepotentemente nel campo dello sviluppo, progettazione e testing dei veicoli. Diviene necessario, da questo punto di vista, acquisire una visione di sistema verso soluzioni per l’automazione di guida basate sul traffico e per il traffico. Ad oggi, le modalità standard di testing per la sicurezza passiva e attiva fanno riferimento spesso a procedure di prova messe a punto in maniera volontaria da Associazioni di settore (per esempio, Euroncap), che, per quanto rigorose e severe, non hanno crismi di ufficialità e prevedono procedure adeguate a sistemi di assistenza alla guida relativamente semplici, prove eseguite su pista e in condizioni di traffico assente. Di conseguenza, all’aumentare della complessità delle soluzioni di automazione è verosimile che ogni Car-maker o Fornitore di primo livello farà riferimento a use-case e procedure frutto unicamente della propria esperienza e sensibilità o di know-how esterno (ad esempio di Società di consulenza o dello stesso Consorzio Euroncap). Si tratta al momento, insieme alla conseguente mancanza di una piattaforma consolidata di strumenti dedicati al testing, di uno degli elementi critici per la sperimentazione (prima) e per la omologazione (poi) dell’automazione. In tale contesto, le tecniche di simulazione possono fornire una piattaforma ideale di testing. Attraverso di esse è possibile validare i sistemi in qualsiasi condizione atmosferica e di traffico, replicando qualsiasi manovra e condizione di guida, qualsiasi stato contingente o sistematico del veicolo e del conducente, il tutto in un ambiente sicuro, perfettamente controllato dall’Analista e per qualsiasi condizione iniziale e al contorno, tenendo conto anche di aspetti stocastici. In un certo qual senso, la simulazione può essere considerata più realistica del reale: il numero di ore, chilometri e condizioni di guida testabili in maniera relativamente agevole e economica potrebbe essere superiore a quanto possibile durante test su strada. I successivi e necessari test su pista e su strada, in ambiente pubblico, potrebbero risultare più sicuri, più efficaci e su versioni più mature dei sistemi tecnologici da testare. Similmente, dal punto di vista della omologazione dei veicoli, è cruciale giungere alla disponibilità di soluzioni e procedure ripercorribili e di piattaforme di testing dotate di strumenti riconosciuti, robusti e integrati, in grado di assicurare che le soluzioni di guida automatizzata siano state sottoposte a tutte le prove necessarie per garantire i più elevati standard di sicurezza per ogni intervallo di impiego, a sua volta chiaramente codificato e identificato. È necessaria la definizione degli indicatori di risultato del testing, da identificare rispetto ad una preliminare identificazione degli obiettivi dell’automazione e calcolati dimostrando che le soluzioni implementate intervengono nel modo corretto, senza generare eccezioni e in tutte le condizioni in cui sono impiegabili, anch’esse chiaramente identificate. Il set d’indicatori dovrà altresì permettere di misurare l’effetto dell’automazione in termini di

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aumento del comfort di guida, adozione di stili eco-driving (ecc.) e, dal punto di vista della collettività, in termini di impatto sul deflusso stradale. È necessario identificare i processi di testing, che dovranno essere alimentati sia con riferimento allo scenario di contesto sia con riferimento ad un’ampia gamma di condizioni di traffico. Occorrerà arrivare a prescrivere, secondo la soluzione da testare ed omologare, un numero minimo di ore simulate di guida, scenari e condizioni di uso, nonché le caratteristiche ambientali e di traffico tipiche della simulazione, il numero minimo di ore e le condizioni di prova in pista e su strada, ecc.. Sarà altresì necessario superare la logica dei test per caso di uso, giacché la automazione, a differenza dei sistemi di assistenza alla guida, non interviene in condizioni predefinite (ad esempio frenata di emergenza) ma è attiva con continuità. Anche per tale continuità e per la ampiezza che ne deriva dal punto di vista delle condizioni di test, è necessario identificare una piattaforma in ambiente virtuale, per implementare i passi procedurali e calcolare gli indicatori di risultato in tempo accelerato ma in condizioni realistiche. Sarà necessario analizzare e valutare le caratteristiche dei simulatori di dinamica del veicolo, dei simulatori di traffico, nonché descrivere le variabili di ambiente (meteo, luce, tracciati stradali, condizioni dell’asfalto, ecc.), la simulazione delle comunicazioni V2X (dal veicolo agli altri veicoli, alle infrastrutture, ai pedoni, alle centrali di controllo, ecc.), la simulazione delle logiche di automazione e dei comportamenti di guida, e così via. Si dovrà verificare il corretto mix di approccio in simulazione, al banco, in pista e su strada e dovrà essere indagata e dimostrata la validità degli ambienti di simulazione rispetto ai contesti di traffico reali. Occorrerà inoltre sviluppare e gestire attrezzature di prova di elevata complessità e qualificazione: • strumenti software necessari per la realizzazione di modelli e piattaforme di simulazione microscopica; • piattaforme di simulazione di guida complesse, ambienti che simulino la presenza di infrastrutture stradali dotate di servizi

C-ITS (Cooperative Intelligent Transportation Systems) basati sulle comunicazioni V2X. Il tutto dovrà essere replicato per quanto possibile in ambienti controllati (piste) e poi definitivamente testato (una volta raggiunta una ragionevole sicurezza) su strada. È evidente che un tale enorme sforzo non può essere sostenuto senza mobilitare le migliori energie disponibili e non casualmente la recentissima Agenda europea strategica di ricerca nei trasporti (STRIA - Strategic Transportation Research and Innovation Agenda) annovera tra i propri obiettivi l’individuazione di metodologie, strumenti, procedure e infrastrutture per la omologazione dei veicoli a crescente automazione. Perché l’Italia possa partecipare a tale processo con un ruolo non subalterno è essenziale che si doti il prima possibile di un centro di prova sperimentale, possibilmente sotto il controllo pubblico e la supervisione/direzione delle migliori eccellenze scientifiche nazionali dell’ingegneria dei trasporti, in grado di proporre e realizzare procedure di omologazione di veicoli a crescente automazione, in grado di sperimentare e innovare in campo nazionale per avere voce in capitolo in Europa e per potere poi attuare anche nel nostro Paese le procedure di omologazione che si decideranno in sede comunitaria. La condizione di non potere costruire, o attuare, il processo di omologazione europeo sarebbe un duro colpo per la filiera automotive e manifatturiera del Paese. È evidente che lo sforzo necessario non può essere sostenuto da un solo soggetto e sarebbe auspicabile una unione di intenti di diversi soggetti pubblici e privati, del settore industriale e della ricerca, allo scopo di unire forze e condividere obiettivi nella realizzazione di un laboratorio/centro di prova nazionale. n

GUIDA AUTONOMA

(1) Professore, Membro effettivo dell’Osservatorio Tecnico Nazionale Smart Road presso il Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti

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