A safe approach to the actuation of a teleoperated vehicle

This thesis work is part of a larger research project conducted at Politecnico di Milano (TEINVEIN project), focused on the analysis of innovative transport systems for the automotive field. In particular, its purpose is entering the creation of a teleoperated vehicle, in a bid to generate a safety marked core-framework, which allows the cooperation of the various components of the system, integrating them and keeping track of their operative state. Considering that the entities either pre-existing or developed in parallel and independently from this work are: a prototype vehicle, provided of a control board able to track reference inputs (mainly steering, accelerator and brake), a sensors-fusion system for planar environment perception and an image transformation and inputs gathering algorithm to help the human operator overcome driving difficulties by means of a forecast of the response delays intrinsic of the application, the aim of this work is that of incorporating all of the informations arriving from such different components to generate the reference commands for the board, combining as best as possible effectiveness and safety. In particular, the discussion will be focused on the various macro-categories of failures which can interest the architecture of a teleoperated vehicle, proposing appropriate solutions, with main care to the problems of management of fluctuations in connection velocity (so as to generate reference values respectful of the manoeuvres required by the remote driver). Moreover, large attention will be paid to an emergency, anti-collision braking logic, which fulfils both the usual purposes of such technologies and the necessity of assessing the overall operative conditions of the vehicle, despite the absence of a predefined desired trajectory. In conclusion, the attention will be focused on the description of the methods used to perform simulation and, most importantly, experimental testing (on the properly set vehicle) of the produced material and on the presentation of the obtained results.

Questo lavoro di tesi va a inserirsi in un ampio progetto di ricerca (il progetto TEINVEIN) condotto al Politecnico di Milano, incentrato sullo studio di trasporti innovativi nel mondo dell'automotive. In particolare, il suo scopo è, prendendo parte alla creazione di un veicolo teleguidato, di generare una struttura di base, improntata alla sicurezza, che permetta la collaborazione dei vari componenti del sistema, integrandone e valutandone il funzionamento. Considerato che le parti del progetto pre-esistenti o sviluppate in modo contemporaneo e indipendente a questo lavoro sono: un veicolo prototipale, dotato di una scheda in grado di attuarlo tramite un controllore deputato all'inseguimento degli input di riferimento ricevuti (principalmente sterzo, acceleratore e freno), un sistema di acquisizione e rielaborazione sensoristica in grado di fornire una rappresentazione planare dell'ambiente circonstante e un software di trasformazione dell'immagine e acquisizione dati in grado di aiutare il pilota nella compensazione delle difficoltà di guida attraverso una stima dei ritardi di risposta intrinsechi dell'applicazione, lo scopo del lavoro è quello di fondere le informazioni giunte da tali componenti per generare i comandi per il veicolo, coniugando il più possibile efficacia e sicurezza. In modo particolare verranno discusse, proponendo appropriate soluzioni, le varie macro-categorie di guasti che possono interessare l'architettura del sistema di guida remota, con speciale attenzione per le problematiche riguardanti la gestione delle fluttuazioni della velocità di comunicazione (a scopo di generare riferimenti che preservino la qualità del funzionamento ripetto ai desideri del pilota remoto). Sarà inoltre descritto un sistema di frenata anticollisione che, oltre ai classici scopi di tali logiche, vada a sopperire alla necessità di valutare lo stato di funzionamento globale del veicolo, nonostante l'assenza di una traiettoria predefinita. Infine, saranno riportati i procedimenti seguiti nel corso di campagne di simulazione e, principalmente, sperimentazione (sull'apposito veicolo) del materiale prodotto, con successiva presentazione dei risultati ottenuti.