Le auto parlano tra loro

Sono in fase di studio avanzato i sistemi che permettono ai veicoli di scambiarsi automaticamente informazioni sullo stato della strada e sulle condizioni viabilistiche

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Ferruccio Resta

Luglio 2009 – Il nostro senso comune ci insegna tutti i giorni come il disporre di informazioni sempre più aggiornate e dettagliate ci permetta di essere maggiormente consapevoli delle decisioni che siamo tenuti a prendere. Per far fronte a questa quotidiana e diffusa esigenza, la tecnologia si è evoluta per permettere e gestire tale flusso di informazioni. Reti e protocolli di comunicazione, Wi-Fi, Bluetooth ne sono un esempio ormai noto. Da un punto di vista ingegneristico il concetto si può trasferire nel concepire un sistema che abbia propri sensi per acquisire l’informazione, un sistema ‘nervoso’ per trasmetterla e uno intelligente per elaborarla e per definire strategie di intervento. In questo senso si sono evoluti e innovati i sistemi robotici, l’automazione industriale, i sistemi meccatronici, così come i veicoli terrestri e aerei, inducendo una forte spinta all’innovazione tecnologica e alla ricerca scientifica verso sensori integrati, miniaturizzati, energeticamente autonomi e non invasivi. A questi si sono aggiunti sistemi di comunicazione veloci, sicuri e senza connessioni dirette, verso logiche di controllo e di intervento sempre più sofisticate. L’implementazione di tali strategie di controllo è sempre demandata all’uomo e, in molte applicazioni, anche la diretta esecuzione del controllo dell’intervento è eseguito dall’uomo stesso: anche in questo caso l’efficacia e l’efficienza di tali sistemi attivi o della decisione di intervento umano è però riconducibile sempre alla qualità dell’informazione a disposizione.

Informazioni aggiornate
Questa semplice premessa può aiutare a inquadrare l’evoluzione e la direzione dell’innovazione tecnica e tecnologica in molti settori, incluso l’automotive. Il veicolo automobilistico, infatti, si è evoluto introducendo una serie di sensori che oggi sono uno standard. Il sistema Abs, i sistemi di controllo trazione e in generale di stabilità handling (come Vdc ed Esp) sono concepiti come sensori che sentono le condizioni e lo stato della vettura e una centralina elettronica che agisce su freni/motore per eseguire le missioni desiderate. Evidentemente più sensoristica si ha a disposizione e di conseguenza più misure e informazioni si ottengono dalla vettura, più la logica di intervento sarà in grado di operare con precisione e tempestività per il raggiungimento dell’obiettivo. Negli ultimi decenni, ricerca e innovazione si sono così indirizzate allo sviluppo di nuovi sensori miniaturizzati, integrati, autonomi. Ne è un esempio il Ciber Tyre sviluppato da Pirelli e il Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano: un pneumatico con strumentazione integrata in grado di fornire indicazioni sulle azioni tra pneumatico e manto stradale e le condizioni di attrito. Tali informazioni permetteranno di fare un salto di qualità a tutti i sistemi di controllo veicolo che spesso, proprio nell’indeterminatezza delle condizioni di attrito, trovano le loro maggiori incertezze e quindi limiti.

Dalla comunicazione con l’infrastruttura…
D’altro canto il veicolo evolve anche nella sua concezione: oggi assistiamo all’inizio di un processo di sostituzione in parte o in toto del motore a combustione interna, diesel o benzina, verso combustibili fossili alternativi (metano) o verso soluzioni elettriche, ibride o integrate. Tutte le case automobilistiche hanno in fase di studio più o meno avanzato soluzioni elettriche: alcune già a catalogo, altre più prototipali a seconda dei livelli differenti di innovazione. Il gruppo di ricerca Automotive del Politecnico di Milano, guidato da Federico Cheli, ne ha sviluppato e realizzato un prototipo circolante partendo da una vettura di serie e, quindi, con un ridotto impatto sul concept vettura. In queste soluzioni, il sistema di controllo e di monitoraggio deve non solo gestire la dinamica di marcia, ma anche la motorizzazione ibrida e le batterie, così come, in certe applicazioni, anche le emissioni verso l’ambiente. Questi pochi esempi aiutano a chiarire la fame di informazioni di cui il nostro veicolo soffre. Eppure non si sfrutta ancora quello che in altri settori è già consolidato: utilizzare il nostro veicolo come sensore per le altre vetture. In altre parole, oggi la vettura acquisisce le informazioni da sé e spesso ciò significa intervenire troppo tardi. Quest’ultima affermazione effettivamente non è del tutto vera. Esistono momenti e applicazioni in cui la vettura parla con il mondo esterno ovvero l’infrastruttura: le informazioni sul traffico via radio, la segnaletica informativa, il navigatore satellitare o infine il telepass. Sono esempi in cui centralmente l’infrastruttura (o i suoi servizi) comunica con le vetture per fornire informazioni che però non sono continue né in tempo reale e, quindi, non sono utilizzabili dall’utente per aumentare la sicurezza attiva e passiva del veicolo. Proprio per potenziare la mutua interazione tra veicolo e infrastruttura sono stati studiati portali per rendere possibile la diagnostica della vettura in transito (ad esempio, prima dell’ingresso in lunghi tunnel per evitare incendi), sistemi per la tracciabilità della targa e per il riconoscimento del carico, ma sono tutte soluzioni centralizzate che necessitano di un’infrastruttura nodo dell’informazione, della sua gestione e divulgazione e un veicolo che riceve tale informazione e la integra con i sistemi di bordo. Queste condizioni sono di difficile attuazione a breve, in quanto influenzate da un coordinamento tra le case automobilistiche e i gestori dell’infrastruttura.

…al dialogo tra i veicoli
La scelta quindi della raccolta e della diffusione dell’informazione centralizzata può non essere l’unica e la più efficiente. Si pensi, ad esempio, nuovamente ai sensori prima citati per definire le condizioni del manto stradale e alla necessità di disporre della misura il più rapidamente possibile per l’elettronica di dinamica di marcia: condizioni di bagnato, presenza di olio o di umidità consentirebbero di gestire al meglio l’inserimento in curva o la massima velocità. Tale informazione è presente sul veicolo che ci precede e potrebbe fornirla una buona rete locale. Sistemi simili sono in fase di studio e sperimentazione sia presso alcuni centri di ricerca pubblici come il Tno in Olanda e il Vtt in Finlandia sia presso privati come Daimler e Infineon in Germania. L’approccio, però, è significativamente diverso: mentre i privati tendono a sviluppare protocolli di comunicazione chiusi per creare una barriera all’ingresso di altri potenziali player, gli enti pubblici sono a favore di protocolli di comunicazione già affermati in alti settori, quali ad esempio quelli sviluppati in ambito della telefonia mobile (Gprs e Umts), delle reti wireless locali (Wlan, Wi-Fi e WiMax), delle comunicazioni a microonde di corto raggio (Dsrc) e delle comunicazioni ad infrarossi (Ir). Per arrivare ad un protocollo sicuro, unico e aperto, sia gli stati membri sia la Comunità Europea hanno finanziato negli anni circa una ventina di progetti di ricerca, che vanno dal progetto Comis (Communication Using Millimeter Wave System) del 1992 a quello Geonet (Geo-addressing and Geo-routing for Vehicular Communication) iniziato nel 2008.

Non basta una lingua comune
Oggi si è arrivati a definire uno standard internazionale di comunicazione tra i veicoli denominato Calm (Communications, Air-interface, Long and Medium Range) basato su molteplici modalità di comunicazione e metodi di trasmissione funzionanti in parallelo per motivi di ridondanza. Per quanto riguarda le comunicazioni tra veicoli, si stanno diffondendo chiamate V2V (vehicle-to-vehicle) o C2C (car-to-car), ma prima di un’implementazione su larga scala restano da risolvere importanti problemi tecnici. In primo luogo non è pensabile sviluppare una rete che si estenda a tutti i veicoli esistenti. È quindi necessario frammentare la rete in sotto-reti dove ogni singolo nodo (veicolo) funge da server della rete nella fase di definizione della rete stessa e nella fase di ricezione, mentre funge da client nella fase di trasmissione. A questo si aggiunge che, a tutt’oggi, il numero di nodi della rete è limitato (si pensi alle reti di cellulari) mentre nel raggio di qualche centinaio di metri (dimensione minima sotto la quale una rete tra veicoli non avrebbe alcun senso visto che le informazioni scambiate porterebbero a vantaggi marginali) è possibile vi siano diverse centinaia se non addirittura migliaia di veicoli. La topologia della rete è in continuo mutamento, vista la mobilità, anche ad elevata velocità, dei nodi. Questo comporta che il numero di nodi connessi alla sotto-rete locale del singolo veicolo è in continua variazione. Del resto, di tutti i veicoli che circondano il server della sotto-rete, solo alcuni forniscono informazioni utili, ossia solo quelli che si trovano sulla medesima strada. Ciò significa che la rete, pur essendo basata su criteri di distanza dal nodo di riferimento, sarebbe meglio strutturata (nonché meno complessa) se si collegasse con i soli veicoli che si trovano più avanti nella direzione di marcia sulla medesima strada. Una peculiarità che comporta una maggiore ‘intelligenza’ del nodo master. Infine, vista l’apertura che necessariamente tali reti devono presentare, i problemi di sicurezza non sono affatto irrilevanti, in quanto informazioni casualmente (o volutamente) errate potrebbero mettere a repentaglio l’incolumità dei passeggeri e dei veicoli stessi. Se tali problemi non saranno risolti, si dovrà necessariamente far ricorso a reti fisse con le infrastrutture (V2I, ossia vehicle-to-infrastructure) che, pur essendo tecnologicamente più consolidate, presentano a loro volta le problematiche già elencate in precedenza. Probabilmente la soluzione ottima sarà l’interazione tra le reti mobili e quelle fisse: mentre la rete tra veicoli permetterà un rapido aggiornamento delle condizioni di marcia dei veicoli (quali condizioni di aderenza, ostacoli sulla strada…) interfacciandosi direttamente con i sistemi di sicurezza attiva del veicolo (al limite pre-tensionando le cinture di sicurezza o mandando in pressione l’olio dell’impianto frenante per una frenata più incisiva), la rete fissa permetterà di trasferire informazioni quali traffico, tunnel impraticabili, incidenti e condizioni di scarsa visibilità a più elevata distanza, permettendo ai navigatori di prossima generazione di modificare in tempo reale il percorso impostato. Nel prossimo futuro le comunicazioni tra veicoli e tra veicoli e infrastruttura rivoluzioneranno il nostro modo di viaggiare, nonché la sicurezza attiva e passiva dei trasporti.

*Direttore del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano

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- Ultima modifica: 2009-10-02T13:07:58+02:00
da Miti Della Mura
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