Hmi per la guida assistita

L’automazione dei veicoli può ridurre l’elevatissimo numero di decessi stradali che si verifica ogni anno nel mondo. Inoltre contribuisce a ridurre il traffico stradale, ad aumentare il comfort di guida riducendo i consumi e le emissioni inquinanti. Molti veicoli sono già dotati di dispositivi automatici di illuminazione, sistemi intelligenti per il parcheggio assistito e sensori di prossimità, come ad esempio l’auto senza conducente, che per essere immessa sul mercato richiede il superamento di molte barriere e verifiche dal punto di vista legale e tecnico. È facile immaginare come, in un futuro molto prossimo, l’automazione delle auto sarà sempre maggiore, fino a sostituire completamente il conducente nel controllo dell’intera vettura. Particolarmente complesso, nello sviluppo di questi sistemi, è la transizione tra diversi livelli di automazione, alcuni azionati dal conducente, altri dal sistema. Prestigiosi centri di ricerca e istituzioni quali il Dlr (Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt), l’agenzia aerospaziale tedesca, stanno collaborando con i principali produttori per sviluppare l’automazione dei veicoli. I sistemi attualmente in fase di sviluppo dal Dlr prevedono l’integrazione del conducente con i sistemi automatici, in modo che quando questi raggiungono il limite, il guidatore riprende il pieno controllo del veicolo. In un frangente come questo il guidatore deve avere a disposizione tutti i dati e le informazioni in tempo reale e ciò è reso possibile dall’interfaccia uomo-macchina. Il Dlr ha scelto la suite Scade Display di Ansys per sviluppare l’Hmi in un ambiente di simulazione con componenti specifici prestabiliti. Grazie alla simulazione del comportamento del veicolo si possono identificare eventuali difetti negli stadi iniziali del processo per migliorare le performance del sistema.

Il ruolo dell’interfaccia

Un esempio di come opera l’Hmi è dato dal caso in cui il sistema di automazione non rileva le strisce a causa di ingombri lungo il manto stradale. In questo caso, il controllo viene passato al guidatore con la generazione di allarmi acustici, tattili e visivi. Inoltre, l’Hmi effettua anche dei test di controllo per verificare che il conducente abbia preso il possesso dei comandi. Nel caso il guidatore non dovesse reagire, il sistema automatico guida il veicolo nella prima area di stop in sicurezza. Nel caso opposto, se il sistema rileva un pericolo durante il controllo da parte del conducente, invia messaggi per avvertire di fare attenzione. La gestione di questi processi è solo una delle molte funzioni delle interfacce che stanno diventando sempre più articolate. In passato, quando i sistemi erano sviluppati attraverso codici manuali, gli sviluppatori non potevano avere un riscontro fino a che il codice non era completo e funzionante a bordo dell’auto. Questo era costoso e dispendioso in termini di tempo e rendeva difficile apportare correzioni e cambiamenti poiché non era possibile testare il codice prima che fosse fisicamente installato sul veicolo. Inoltre, per fare modifiche al codice dell’Hmi si rendeva necessario un grosso sforzo manuale.

Lo sviluppo basato sulla simulazione

Il tempo necessario per sviluppare e validare l’Hmi è stato ridotto con il passaggio all’utilizzo di Scade Display. Le esigenze funzionali e i test case sono collegati al modello Scade grazie al Requirement Management Gateway integrato. Gli ingegneri del Dlr possono così utilizzare un approccio di progettazione basata su un modello caratterizzato da un ambiente di design a diagramma di blocchi. Le funzionalità dell’Hmi vengono definite con blocchi rappresentativi di algoritmi o sottosistemi. Nell’ambiente Scade è possibile creare una libreria che raggruppa e mostra le funzioni Hmi più comuni in modo che il processo di sviluppo consista nel selezionare e adattare dei blocchi già pronti e connettere input e output. Gli ingegneri possono così simulare il comportamento del modello e avere riscontri immediati sulle performance. Anche i test di verifica sono effettuati nell’ambiente virtuale, più economico e meno complesso del reale, ma altrettanto affidabile. Ad esempio, per ogni nuova iterazione del codice gli ingegneri devono verificare centinaia di scenari differenti per garantire che certe informazioni siano trasmesse sui monitor nei momenti critici, come il passaggio del controllo tra il sistema di automazione e il guidatore. In passato era necessario un processo manuale molto lungo mentre ora il tutto viene svolto grazie a una routine automatica.

La generazione automatica di codice

Dopo la validazione del modello, il generatore di codice Scade KCG fornisce una tracciabilità completa di tutto il processo grazie a una relazione biunivoca tra modello e codice. Quest’ultimo viene prima lanciato in diversi simulatori di guida, incluso quello per la guida dinamica che combina un sistema altamente realistico e immersivo con un cruscotto integrato e un sistema di movimento idraulico per dar vita a un ambiente di guida fedele alla realtà per testare sistemi di automazione del prototipo. Gli ingegneri possono quindi valutare le performance Hmi in scenari di guida simili alla realtà. Dopo queste verifiche viene generato il codice per il veicolo che verrà testato da un copilota virtuale. Scade Suite e Scade Display rendono più semplice la valutazione delle varie alternative di design e consentono di generare numerose alternative di progetto per i diversi veicoli. Gli ingegneri Dlr possono variare l’ordine in cui gli elementi sono posizionati sui display, variando semplicemente la disposizione di blocchi nel modello. In passato questo avrebbe richiesto un enorme lavoro manuale. I software Ansys hanno migliorato il processo di sviluppo di Hmi grazie a controlli e validazioni continue prima nella fase di progettazione, poi nel simulatore e alla fine nel prototipo all’interno dell’ambiente di test. Questo ha permesso di identificare e correggere eventuali errori nelle fasi iniziali del progetto.

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