Sviluppo di un simulatore di guida di autoveicolo per studi di sicurezza preventiva

Questo lavoro di tesi presenta il progetto e la realizzazione di un simulatore di guida di autoveicolo. Questo simulatore è stato sviluppato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione dell’Università di Pisa per condurre studi di sicurezza preventiva ed in particolare per il monitoraggio dello stato psico-fisico di un conducente durante la guida. Questa macchina, che è nella fase finale del suo assemblaggio, durante i test dovrà essere in grado di registrare i segnali relativi alle condizioni di moto del veicolo, le azioni del guidatore e i suoi parametri neurofisiologici. In particolare, in seguito ad uno studio dello stato dell’arte è emerso che il monitoraggio del sistema di sterzo risulta la soluzione più promettente per sviluppare un dispositivo commerciale in grado di rilevare il livello di vigilanza del conducente. Il simulatore è basato su quattro PC, due dedicati alla gestione dello scenario audio-visivo e due destinati all’acquisizione dei segnali di input, all’esecuzione del modello di dinamica del veicolo e alla gestione della simulazione in tempo reale. Il modello di dinamica del veicolo, che rappresenta il ‘cuore’ del simulatore, è stato sviluppato in ambiente Matlab/Simulink®. Esso ha 14 gradi di libertà ed include tutti i principali sottosistemi di un veicolo, ad esempio il motore o il sistema frenante. Per calcolare le equazioni di moto rendendo esplicite le derivate di ordine massimo delle variabili lagrangiane è stata sviluppata una specifica procedura tramite Math Symbloic Toolbox®. Una formulazione non standard per i pneumatici è stata implementata per le simulazioni alle basse velocità di marcia. Il modello è stato validato confrontando i risultati ottenuti da alcune manovre standard con quelli di un software commerciale (Carsim®) e di un modello a 8 gdl appositamente sviluppato. Il modello è stato interfacciato con un sistema di sterzo TRW e pedali sensorizzati. Questi dispositivi sono stati integrati in un telaio di supporto realizzando una postazione di guida ergonomica. Per il progetto di tale struttura è stato impiegato ProEngineering® mentre con Ansys® è stata condotta un’analisi FEM per verificarne la resistenza meccanica. Un sistema di retroazione passiva è stato implementato per consentire il corretto funzionamento dell’EPS. Analogamente, è stato realizzato un sistema con due molle funzionanti in parallelo per ottenere una forza resistente bilineare al pedale del freno. Per il progetto e la validazione di questo sistema è stato effettuato un confronto tra i risultati ottenuti mediante un modello ADAMS® e delle prove sperimentali. Per l’acquisizione dei dati di angolo e coppia dal sistema di sterzo è stata allestita una rete CAN a tre nodi, mentre i segnali dalla pedaliera sono acquisiti utilizzando una scheda di acquisizione National Instrument®. La comunicazione con il software audio e grafico avviene invece tramite rete LAN utilizzando un protocollo di comunicazione UDP. Il modello è gestito in tempo reale utilizzando xPC Target® e Real-Time Workshop®. La posizione spaziale del veicolo, calcolata mediante il modello di dinamica del veicolo, è utilizzata dal software per la riproduzione dello scenario audio-visivo. Sono stati inoltre presentati i risultati di alcune prove preliminari effettuate sia per validare l’intero sistema che per valutarne le prestazioni.