Analysis and development of intelligent systems for safety improvement in vehicles

Traditionally, road safety was related to vehicles' dynamics control. With the introduction of advanced driver assistance systems (ADAS's), safety paradigms changes in their definition. Safety and efficiency are not more only related in the considered vehicles' dynamics control, but new type of interactions have to be considered. This thesis deals with the study of this new interaction, in particular the vehicle to environment, the vehicle to vehicle and the vehicle to driver interaction. For the three case studies, was considered a specific problem which belongs to the considered interaction. The main advantages of being linked with the road infrastructure is the notification of unexpected events. Most of the applications, such as traffic coordination, are focused on improving the road driveability, but the are some systems which aim is the road safety. Automatic collision notification systems are the first commercialized system which implements a interaction between vehicles and infrastructure (represented by emergency authorities). For four-wheeled vehicle there are many developed techniques, but in two-wheeled vehicles there is a lack of these device. In order to avoid on board hardware installation and to make the procedure as general as possible, a common new generation smartphone was used as measurement and control unit. By adopting smartphone is also possible to perform a direct call to emergency authorities without adding other dedicated device. The study of interaction between vehicles is the first step in order to develop ADAS's. The main problem of these systems is the definition of the use case. For traditional control systems is more easy to define the working condition and there is no need to define the environment reaction because the actors are only the driver and the vehicle. In ADAS's development, there isn't a clear definition of the control objective and there are many participants to the driving scene because it is needed to taking into consideration also others vehicle behavior. The proposed method is a tool-chain for the extraction of driving scenarios from real long run acquisition. Moreover, is used a non common formalism, the context free grammar, which are widely used in computer engineering field for detecting the membership of a specific sentence to a given grammar. Lastly, is studied the vehicle to driver interaction. Traditional systems consider the driver only as the input reference generator and the vehicle has to react and eventually inform the driver of its action. With the growth of ADAS's, this interaction becomes bidirectional, thus also the vehicle can infer information from the driver and use it for adapt its behavior. With the possibility of informing the driver, with haptic system or simple indicator, it is also possible to advise the driver of the wrong maneuver and in a implicit way improve users' ability. In this context, by considering an electric pedal assisted bicycle, it is developed a procedure for detecting and penalizing dangerous maneuvers with the support of a smartphones' sensors.

Tradizionalmente, il problema della sicurezza stradale è legata al controllo della dinamica dei veicoli. Con l'introduzione di sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS), i paradigmi di sicurezza sono cambiati nella loro definizione. Sicurezza ed efficacia non sono più solamente legati al controllo della dinamica dei veicoli considerati, ma devono essere considerati nuovi tipi di interazioni. Questa tesi si occupa dello studio di queste nuove interazioni, in particolare veicolo-ambiente, veicolo-veicolo e veicolo-conducente. Per i tre casi di studio, è stato considerato un problema specifico che appartiene alla interazione considerata. Il principale vantaggio di essere collegati con l'infrastruttura stradale è la notifica di eventi imprevisti. La maggior parte delle applicazioni, come il coordinamento del traffico, si concentrano sul miglioramento della guidabilità su strada, ma esistono alcuni sistemi che mirano alla sicurezza stradale. Sistemi automatici di notifica incidente sono stati il primo tipo di sistema commercializzato che implementa una interazione tra i veicoli e l'infrastruttura (rappresentata dalle autorità di emergenza). Per un veicolo a quattro ruote ci sono molte tecniche sviluppate, ma in veicoli a due ruote vi è una mancanza di questi dispositivi. Al fine di evitare l'installazione di hardware a bordo e per rendere la procedura più generale possibile, è stato utilizzato un comune smartphone di nuova generazione come sensore e controllo. Con l'adozione di uno smartphone è anche possibile effettuare una chiamata diretta alle autorità di emergenza senza aggiungere un altro dispositivo dedicato. Lo studio delle interazioni tra veicoli è il primo passo per sviluppare ADAS. Il problema principale di questi sistemi è la definizione del caso d'uso. Per i sistemi di controllo tradizionali è più facile definire la condizione di lavoro e non è necessario definire la reazione dell'ambiente perché gli attori sono soltanto il conducente e il veicolo. Nello sviluppo di ADAS, non c'è una chiara definizione degli obiettivi di controllo e ci sono molti partecipanti alla scena di guida perché è necessario prendere in considerazione anche il comportamento degli altri veicoli. Il metodo proposto è uno tool-chain per l'estrazione di scenari di guida da un'acquisizione long run reale. Inoltre, viene utilizzato un formalismo non comune, la grammatica libera dal contesto, che è ampiamente usata nel campo dell'ingegneria informatica per rilevare l'appartenenza di una frase specifica ad una determinata grammatica. Infine, è studiata l'interazione veicolo conducente. I sistemi tradizionali considerano il conducente solo come un generatore di riferimento di ingresso e il veicolo deve reagire e poi informare il conducente della sua azione. Con la crescita degli ADAS, questa interazione diventa bidirezionale, quindi anche il veicolo può dedurre informazioni dal driver e usarlo per adattare il suo comportamento. Con la possibilità di informare il conducente, con il sistema tattile o semplice indicatore, è anche possibile avvisare il conducente della manovra sbagliata e in modo implicito migliorare la capacità degli utenti. In questo contesto, considerando una bicicletta a pedalata assistita, si è sviluppata una procedura per individuare e sanzionare manovre pericolose con il supporto dei sensori di uno smartphone.