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Tesi etd-07112007-093837


Thesis type
Tesi di dottorato di ricerca
Author
Malvasi, Alessandro
URN
etd-07112007-093837
Title
Sviluppo di un simulatore di guida di autoveicolo per studi di sicurezza preventiva
Settore scientifico disciplinare
ING-IND/14
Corso di studi
VEICOLI TERRESTRI E SISTEMI DI TRASPORTO
Supervisors
Relatore Ing. Frendo, Francesco
Relatore Prof. Vitale, Emilio
Parole chiave
  • sicurezza preventiva
  • sicurezza attiva
  • real-time
  • monitoraggio del conducente
  • modello di dinamica del veicolo
  • simulatore di guida
Data inizio appello
21/06/2007;
Consultabilità
Completa
Riassunto analitico
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.
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