Cars represent the primary means of passenger transport in the world and road accidents are one of the mainspring of premature human death. Although, a decrease in the number of road deaths is observed throughout the last years. Technology advances in vehicle dynamics control are considered one of the reasons for this trend: road vehicles are nowadays very complex systems, composed of several subsystem which are often interacting among each other. Car manufacturers have been responding to this increasing need for safety by developing electronic systems called Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), and increasingly deploying them on board of commercial vehicles. ADAS are systems designed for two and four-wheeled vehicles which have the goal of increasing comfort and safety during everyday driving; in some cases, such systems are only asked to report information or alert the driver in dangerous situations, while in other cases they directly intervene on the vehicle dynamics to avoid potential hazards. The literature has mostly focused on the prevention of casualties for road vehicles, while only limited interest has been paid to off-highway vehicles. They are also interested by a less established legislation concerning licensing, safety education and minimum age. Even though, the popularity and the diffusion of these vehicles is rising, the open scientific and technical literature is rather scarce on ADAS for this class of vehicles. This is due to several factors: a smaller market and the fact that in most cases, solutions developed for road vehicles are also applicable to this minor class. The research studies of this Thesis propose innovative ADAS for different off-highway vehicles, dealing with a specific environment for each application. In particular, the following case studies are investigated: an Antilocking Braking System (ABS) for snowmobile, a road gradient estimator for an agricultural tractor, an obstacle detection system for a snow groomer, an automatic steering system for an agricultural tractor focused for the navigation in a vineyard. The proposed systems are tested and validated through experimental results.

Le automobili sono al primo posto per quanto riguarda i mezzi di trasporto al mondo. Tuttavia, gli incidenti stradali sono una delle principali cause di decesso. Una riduzione del numero di incidenti fatali riguarda gli ultimi anni grazie anche allo sviluppo tecnologico nell’ambito dei sistemi di controllo della dinamica del veicolo. Oggigiorno, i veicoli consistono in sistemi tecnologicamente avanzati e complessi, composti da diversi sottosistemi capaci di interagire tra di loro. I produttori di auto sono andati incontro alla esigente richiesta di una maggiore sicurezza, sviluppando sistemi di assistenza alla guida ed integrandoli su tutta la loro gamma di veicoli. Questi sistemi, conosciuti anche con l’acronimo ADAS, sono stati sviluppati sia per veicoli a due che a quattro ruote, sia per questioni di sicurezza che per aumentare il comfort alla guida di tutti i giorni. In alcuni casi, il loro compito consiste nel riportare al conducente alcune importanti informazioni sullo stato del veicolo, in modo da fargli evitare situazioni di pericolo. In altri casi, invece, gli ADAS hanno il compito di intervenire, tramite degli attuatori, sulla dinamica del veicolo, con lo scopo di evitare incidenti. La letteratura scientifica si è concentrata principalmente sul prevenire vittime dovute a veicoli stradali, mentre, solo un minore interesse è stato dedicato i veicoli fuoristrada. Questa classe di veicoli è inoltre caratterizzata da una minor numero di regole relative ai permessi di guida, alla sicurezza. La diffusione dei veicoli fuoristrada sta aumentando, tuttavia la relativa letteratura, sia scientifica che tecnica, non è stata sviluppata in modo esteso. Questo è dovuto a diversi fattori, tra cui un mercato più ristretto e il fatto che spesso soluzioni, sviluppate per i veicoli stradali, fossero facilmente adattabili per questa classe. La presente Tesi propone ADAS innovativi per diverse tipologie di veicoli fuoristrada, considerando uno specifico contesto per ogni applicazione. In particolare, sono stati sviluppati i seguenti sistemi: un sistema ABS per motoslitte, uno stimatore della pendenza stradale per un trattore agricolo, un sistema di rilevamento degli ostacoli per un gatto delle nevi, un sistema di sterzo automatico per un trattore agricolo per la navigazione all’interno di una vigna. Tutti i sistemi proposti sono stati testati e validati attraverso dati e prove sperimentali.

Advanced driver assistance systems for off-highway vehicles

ONESTO, LUCA

Abstract

Cars represent the primary means of passenger transport in the world and road accidents are one of the mainspring of premature human death. Although, a decrease in the number of road deaths is observed throughout the last years. Technology advances in vehicle dynamics control are considered one of the reasons for this trend: road vehicles are nowadays very complex systems, composed of several subsystem which are often interacting among each other. Car manufacturers have been responding to this increasing need for safety by developing electronic systems called Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), and increasingly deploying them on board of commercial vehicles. ADAS are systems designed for two and four-wheeled vehicles which have the goal of increasing comfort and safety during everyday driving; in some cases, such systems are only asked to report information or alert the driver in dangerous situations, while in other cases they directly intervene on the vehicle dynamics to avoid potential hazards. The literature has mostly focused on the prevention of casualties for road vehicles, while only limited interest has been paid to off-highway vehicles. They are also interested by a less established legislation concerning licensing, safety education and minimum age. Even though, the popularity and the diffusion of these vehicles is rising, the open scientific and technical literature is rather scarce on ADAS for this class of vehicles. This is due to several factors: a smaller market and the fact that in most cases, solutions developed for road vehicles are also applicable to this minor class. The research studies of this Thesis propose innovative ADAS for different off-highway vehicles, dealing with a specific environment for each application. In particular, the following case studies are investigated: an Antilocking Braking System (ABS) for snowmobile, a road gradient estimator for an agricultural tractor, an obstacle detection system for a snow groomer, an automatic steering system for an agricultural tractor focused for the navigation in a vineyard. The proposed systems are tested and validated through experimental results.
PERNICI, BARBARA
FAGIANO, LORENZO MARIO
14-feb-2020
Le automobili sono al primo posto per quanto riguarda i mezzi di trasporto al mondo. Tuttavia, gli incidenti stradali sono una delle principali cause di decesso. Una riduzione del numero di incidenti fatali riguarda gli ultimi anni grazie anche allo sviluppo tecnologico nell’ambito dei sistemi di controllo della dinamica del veicolo. Oggigiorno, i veicoli consistono in sistemi tecnologicamente avanzati e complessi, composti da diversi sottosistemi capaci di interagire tra di loro. I produttori di auto sono andati incontro alla esigente richiesta di una maggiore sicurezza, sviluppando sistemi di assistenza alla guida ed integrandoli su tutta la loro gamma di veicoli. Questi sistemi, conosciuti anche con l’acronimo ADAS, sono stati sviluppati sia per veicoli a due che a quattro ruote, sia per questioni di sicurezza che per aumentare il comfort alla guida di tutti i giorni. In alcuni casi, il loro compito consiste nel riportare al conducente alcune importanti informazioni sullo stato del veicolo, in modo da fargli evitare situazioni di pericolo. In altri casi, invece, gli ADAS hanno il compito di intervenire, tramite degli attuatori, sulla dinamica del veicolo, con lo scopo di evitare incidenti. La letteratura scientifica si è concentrata principalmente sul prevenire vittime dovute a veicoli stradali, mentre, solo un minore interesse è stato dedicato i veicoli fuoristrada. Questa classe di veicoli è inoltre caratterizzata da una minor numero di regole relative ai permessi di guida, alla sicurezza. La diffusione dei veicoli fuoristrada sta aumentando, tuttavia la relativa letteratura, sia scientifica che tecnica, non è stata sviluppata in modo esteso. Questo è dovuto a diversi fattori, tra cui un mercato più ristretto e il fatto che spesso soluzioni, sviluppate per i veicoli stradali, fossero facilmente adattabili per questa classe. La presente Tesi propone ADAS innovativi per diverse tipologie di veicoli fuoristrada, considerando uno specifico contesto per ogni applicazione. In particolare, sono stati sviluppati i seguenti sistemi: un sistema ABS per motoslitte, uno stimatore della pendenza stradale per un trattore agricolo, un sistema di rilevamento degli ostacoli per un gatto delle nevi, un sistema di sterzo automatico per un trattore agricolo per la navigazione all’interno di una vigna. Tutti i sistemi proposti sono stati testati e validati attraverso dati e prove sperimentali.
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