Il ruolo e il contributo dei simulatori di guida
I simulatori di guida sono degli strumenti complessi che nascono con lo scopo di riprodurre l’ambiente reale in uno spazio ristretto e sicuro, in condizioni controllate e ripetibili. Sviluppati per diversi scopi e diventati strumenti fondamentali per i Progettisti e per i Ricercatori in una vasta gamma di settori, i simulatori di guida sono oggi strumenti sempre più diffusi. La possibilità di utilizzare computer sempre più potenti e affidabili, lo sviluppo della tecnologia hardware e software e il livello di fedeltà raggiunto nella ricostruzione della realtà dai simulatori di guida hanno consentito un loro maggiore impiego anche nell’ambito dell’ingegneria stradale in fase di elaborazione dei progetti sia per verificare la qualità delle scelte effettuate, sia per orientare le scelte stesse verso risultati più efficaci. Oltre all’elevato grado di realismo raggiunto, l’utilizzo di strumenti di simulazione di guida avanzati offre molti altri fattori positivi per l’analisi di aspetti legati alla progettazione stradale, quali:
- la versatilità;
- la facilità e l’efficienza della registrazione dei dati;
- la possibilità di condurre attività sperimentali in condizioni controllate e in totale sicurezza per i guidatori;
- i costi sperimentali contenuti.
Nella letteratura internazionale si reperiscono non pochi contributi scientifici in cui è stato dimostrato che gli strumenti di simulazione di guida possono essere utilizzati come dispositivi efficienti nella progettazione stradale, al fine di sviluppare e affinare contromisure per il miglioramento della sicurezza della circolazione. È opportuno sottolineare che nonostante l’elevato livello di realismo ad oggi raggiunto, un simulatore di guida al fine di risultare uno strumento utile per la ricerca e la progettazione stradale deve essere rigorosamente validato, ovvero è necessario preliminarmente verificare la corrispondenza tra i dati registrati durante le sperimentazioni in realtà virtuale e quelli rilevati nel mondo reale a seguito di prove su campo. Il concetto di validazione è estremamente complesso; in generale rappresenta la capacità di provocare nell’utente alla guida lo stesso tipo di risposta che avrebbe fornito una situazione reale. Il grado di validità di un simulatore di guida va stabilito in funzione del tipo di ricerca a cui lo stesso è destinato. A tal proposito durante la fase di validazione di un simulatore di guida nasce l’esigenza di definire gli indicatori che meglio si prestano a essere utilizzati come termine di confronto tra le azioni rilevate durante la reale attività di guida e quelle registrate in ambiente virtuale. Il processo di validazione vale, pertanto, per la tipologia di studio in esame o per condizioni analoghe; al variare delle condizioni che caratterizzano la sperimentazione è necessario impostare un nuovo processo di validazione, individuando le variabili che descrivono in modo più adeguato possibile la somiglianza tra l’ambiente reale e quello virtuale.
Il centro prove in realtà virtuale
Il Laboratorio per la Sicurezza e l’Infortunistica Stradale (LaSIS) è una Unità di Ricerca dell’Università di Firenze, costituita dal Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale (DICeA) e dal Dipartimento di Ingegneria Industriale (DIEF). L’Unità di Ricerca è dotata di una serie di laboratori che operano nei diversi settori della sicurezza e dell’infortunistica stradale e costituisce il centro di aggregazione e di riferimento dell’Ateneo fiorentino per lo sviluppo della cultura della sicurezza stradale. Il LaSIS è dotato di un Centro Prove in Realtà Virtuale equipaggiato con un simulatore di guida di media-alta fedeltà e in scala reale, provvisto dell’abitacolo completo della vettura Lancia Ypsilon, installato su una piattaforma di Stewart a sei assi che consente l’imbardata, il rollio e il beccheggio del veicolo. Tale sistema di moto riproduce la maggior parte delle accelerazioni che si percepirebbero alla guida di un veicolo reale, in particolare quelle che si risentono quando si effettua una curva o una frenata e quelle provenienti dall’interazione dinamica tra il veicolo e le irregolarità concentrate della pavimentazione stradale. Lo scenario esterno immerge il guidatore in un ambiente di guida realistico che riproduce, con l’ausilio di immagini foto-realistiche e un elevato grado di dettaglio, la strada e l’ambiente circostante (case, veicoli, segnaletica stradale, alberi, ecc.). Gli scenari di guida che si possono simulare sono svariati e comprendono, anche, la guida notturna e in condizioni meteorologiche avverse (pioggia, neve, nebbia). Attraverso gli strumenti software di editing degli scenari è possibile ricostruire, con elevato livello di realismo, un determinato ambiente stradale in esatta corrispondenza alle geometrie dell’infrastruttura, alle condizioni ambientali, al traffico e ad eventuali situazioni singolari determinate da carenza di visibilità, da degrado delle condizioni di contatto ruota strada, da sollecitazioni o disturbi esterni, ecc..
Il software in dotazione permette di gestire simultaneamente un traffico costituito da veicoli autonomi di diverso tipo, nonché pedoni. Ogni veicolo obbedisce ad assegnate regole comportamentali di guida in base alle quali interagisce con gli altri veicoli durante la simulazione. Tali regole possono essere sostituite da altre imposte dalle necessità dello scenario. Per incrementare il realismo dell’ambiente di guida, i veicoli autonomi riproducono la dinamica della cassa mediante il rollio (in curva) o il beccheggio (in fase di accelerazione o di frenatura) e, inoltre, sono in grado di gestire e restituire nell’ambiente virtuale i dispositivi di illuminazione e segnalazione visiva. Infine, per riprodurre degli scenari a elevata densità di traffico è possibile creare uno “swarm” di veicoli autonomi attorno al veicolo interattivo. Lo “swarm” è una tecnica che mira a ottenere traffico sufficiente usando pochi veicoli: non appena un veicolo esce da una circonferenza di raggio selezionabile centrata sul veicolo interattivo, viene fatto rientrare all’interno, in maniera che pochi veicoli equivalgono a un grande numero. Il suono è riprodotto da un sistema audio multicanale in grado di riprodurre sia i suoni correlati alla dinamica del veicolo interattivo che quelli provenienti dagli altri veicoli e/o connessi con fattori ambientali esterni. Due videocamere e un microfono sono installati all’interno del simulacro di veicolo e consentono ai ricercatori di comunicare con i partecipanti, di controllarne lo stato e documentarne il comportamento durante la guida. Un’ulteriore videocamera che riprende la panoramica è posizionata all’esterno del veicolo. I dati registrati riguardano tutti gli input di controllo del guidatore (angolo volante, corsa pedali, indicatori di direzione, marcia inserita, ecc.), quelli del veicolo (velocità, giri motore, posizione, ecc.) e quelli relativi ai veicoli autonomi e a quelli utili per definire il comportamento in relazione agli altri veicoli e all’infrastruttura stradale. In base alle necessità della sperimentazione è possibile scegliere la frequenza di registrazione (massimo 100 Hz) e il tipo di dati da registrare.