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Auto a guida automatizzata, sperimentazione non sulle strade comuni

La modellazione e la simulazione consentono una notevole riduzione dei tempi e dei costi

04-06-2018 06:00

Auto a guida automatizzata, sperimentazione non sulle strade comuni

 

 

 Il percorso verso la guida autonoma (cioè senza conducente e in ogni condizione, livello SAE5; prestazioni di cui dovrà essere responsabile il costruttore, in attesa della normativa) dei veicoli si presenta lungo e tortuoso, comporta investimenti notevoli, e si sta rivelando sia pericoloso sia gestito in modo incauto. La confusione mediatica tra guida autonoma e guida automatizzata non aiuta, con i fabbricanti che sui siti parlano di vetture che si guidano da sole per pagine e pagine, salvo poi inserire delle puntualizzazioni qua e là precisando che il conducente deve stare comunque alla guida e pronto a intervenire immediatamente (ma allora che la compra a fare?).

Un valido aiuto nel raggiungere l’obiettivo di una guida autonoma sicura (vale a dire a incidenti zero, poiché un sistema automatico non è previsto abbia le limitazioni degli essere umani. Comprereste un PC che può sbagliare le addizioni?) e affidabile (vale a dire che non si guasti) può arrivare  dalla simulazione, processo che permette di testare virtualmente le varie componenti del sistema con tempi e costi nettamente inferiori rispetto ai test fisici su strada; che andrebbero effettuati solo “dopo” che il tutto è stato testato a sufficienza in percorsi protetti.

 Uno degli elementi alla base del funzionamento dell’insieme che permette l’automatizzazione della guida è il radar la cui applicazione, tra l’altro, come avviene per altri componenti utilizzati per la guida automatizzata, trova già impiego sulle vetture di serie più costose. Il mercato infatti si sta già frammentando in due: tra chi può permettersi vetture con ADAS e chi può permettersi solo vetture a basso costo e quindi meno sicure. Una discriminazione di censo letale che esiste da decenni.

  “I sistemi radar forniscono importanti input ai sensori per abilitare un’operatività sicura e affidabile dei veicoli autonomi – spiega Shawn Carpenter, manager di prodotto, elettroniche ad alta frequenza di  Ansys – Garantire che questi sistemi funzionino senza interferenze, coprano le aree desiderate, non incorrano in problematiche di installazione e forniscano accurati input al sistema di controllo richiede l’utilizzo di una simulazione avanzata. I veicoli autonomi richiedono la continua evoluzione dei sensori del veicolo, che rappresentano “gli occhi e le orecchie” del sistema di controllo, in grado di percepire le caratteristiche operative del veicolo e dell’ambiente in cui si muove. I sensori “alimentano”  questi sistemi con dati relativi allo status attuale e all’eventuale evoluzione dell’ambiente circostante. Sia il funzionamento che la sicurezza dipendono dalla precisione del sistema”. E dalle scelte di programmazione, aggiungiamo noi. La donna uccisa da una vettura negli USA era stata avvistata da più di cento metri, ma è stato scelto di non far reagire subito il sistema; supponiamo per non rallentare la marcia del veicolo; trasfondendo così nella programmazione le abitudini rischiose dei conducenti incauti.

  I sensori veicolari che forniscono i più importanti dati sensoriali ambientali per un veicolo autonomo possono essere raggruppati in quattro categorie: telecamere a spettro nel visibile, dispositivi laser-ranging (lidar), sensori a ultrasuoni e sensori radio frequency ranging (radar). Ci chiediamo perché non siano usate telecamere a infrarossi, che rendono più evidenti gli esseri umani e “vedono” anche al buio, ma la tendenza dei costruttori a risparmiare sarà sicuramente corretta dalle prossime normative.

 Per il suo funzionamento il radar (a microonde) automobilistico utilizza le onde elettromagnetich millimetriche che rilevano a lungo raggio oggetti e ostacoli, e quindi è possibile  per tracciare la velocità e la direzione dei vari elementi, dai pedoni, agli altri veicoli, guardrail…, intorno al veicolo.

 Tre invece le principali classi di radar utilizzate nei sistemi di sicurezza attiva per automobili: Short-range radar (SRR) per allarmi in prossimità di collisioni e per supportare le funzionalità di parcheggio assistito. Medium-range radar (MRR) per controllare gli angoli del veicolo, eseguire il rilevamento di punti ciechi, osservare il cambio  di corsia di altri veicoli ed evitare collisioni laterali o negli angoli.   Long-range radar (LRR) per sensori “lungimiranti”, cruise control adattivo (ACC) e funzioni di rilevamento precoce di collisione.

Una vettura altamente automatizzata ha capacità di percezione ben maggiori del singolo essere umano. Nulla le dovrebbe sfuggire, e questo consente di evitare al 100% incidenti che invece un essere umano potrebbe causare per carenze visive e di attenzione. Se quindi si verificano incidenti è perché le specifiche tecniche di elaborazione di questo mare di segnali sono poco caute, non tengono conto dei vincoli del Codice della Strada, o sbagliate.

 

“I radar automobilistici di oggi usano  una tecnologia che 20 anni fa poteva essere reperita solo nei laboratori di ricerca avanzata dei settori aerospaziale e difesa – aggiunge lo specialista della Ansys – Affinché i produttoi di automobili possano ottenere i massimi benefici di questa tecnologia – tra cui integrazione a livello di chip, miniaturizzazione di package e sensori, numero inferiore di parti, minor consumo energetico e prestazioni più elevate – devono utilizzare modellazione e simulazione in modo ottimale per soddisfare i ritmi frenetici imposti dalle “tabelle di marcia” dello sviluppo e requisiti di performance davvero impegnativi. La simulazione radar può essere impiegata per progettare singoli componenti (antenna e array), sviluppare un sistema – comprese installazioni radar e veicolo – o progettare perfino un prototipo digitale: un sistema virtuale di sistemi radar multipli, il veicolo stesso e il suo ambiente”.  Che siano presenti ritmi frenetici di sviluppo è comprensibile, vista la competizione tra case, ma questi ritmi si scontreranno contro la necessità di rispettare le normative, che ancora non ci sono o sono inadeguate in precisione o estensione.

  Secondo la Ansys, la modellazione e la simulazione offrono enormi opportunità per risparmiare tempo e costi nella progettazione e sviluppo dei sensori radar poiché grazie alla simulazione, gli ingegneri sono in grado di prototipare e “sintonizzare” virtualmente le topologie dell’antenna in tempi brevi, senza necessità di fabbricazione. Possono testare le varianti dell’antenna in modo efficace ed efficiente per capire il loro comportamento in una varietà di condizioni strutturali e ambientali ed ottimizzare gli elementi e gli array di antenne multicanale con sforzi e costi minimi, oltre a realizzare un unico prototipo da testare alla fine.

  “Una volta sviluppato, il progetto – o prototipo – va valutato come se fosse installato sul veicolo. – aggiunge Carpenter – Molti sensori radar sono montati sul paraurti posteriore o nella parte frontale (fascia). Gli effetti di prossimità  del progetto possono influenzare le prestazioni del radar, in particolare la capacità dell’antenna di focalizzarne l’energia. Il costruttore sviluppa un progetto di paraurti e fasce che deve essere sia aerodinamico che esteticamente gradito agli acquirenti. Le particolari caratteristiche di una forma che soddisfano requisiti estetici potrebbero tuttavia avere un impatto negativo sulle prestazioni di un sensore radar integrato o nascosto. In passato, gli effetti dell’interazione radar-fascia e radar-paraurti venivano valutati attraverso la cooperazione tra il produttore del sensore e il costruttore del veicolo ed era un processo iterativo basato sulla prototipazione trial-and-error, che comportava tempi e costi di sviluppo considerevoli in caso di retooling dei prototipi se l’auto doveva essere riprogettata. La modellazione e la simulazione riducono questo processo da nove mesi a pochi giorni”.

 

I radar quindi svolgono un ruolo centrale nei sistemi di sicurezza e devono essere testati con i sistemi di controllo del veicolo e gli algoritmi per convalidarne il funzionamento e, secondo la Ansys, senza il beneficio della modellazione e della simulazione, ciò richiederebbe di “percorrere molte miglia” di test.   Grazie a questi processi quindi i test possono essere eseguiti per qualsiasi scenario immaginabile. Anche perché non è concepibile autorizzare i test su strade normalmente trafficate senza adeguate protezioni, in modo che il veicolo non possa danneggiare altri. Si rischia che nel settore della guida automatizzata si ripeta quanto accaduto nell’informatica di massa, dove le normative vengono emesse con decenni di ritardo. Si pensi al GDPR per la riservatezza, entrato in vigore nella UE il 25 maggio 2018, “solo” trent’anni dopo l’inizio del World Wide Web. Solo che in questo caso si è persa la riservatezza, sulle strade si sono già perse delle vite.)

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