Development and comparison of 5G connected ACC systems

It is estimated that 90% of crashes occur due to human error, mainly induced by poor judgement, distraction or lack of situation awareness. Hence, the development of additional features that aim to increase road safety and to improve driving comfort is the key challenge that many OEMs are currently tackling. The emergence of fast and reliable communication technologies such as 5G facilitates advancements and developments in the field of ADAS. Through the Vodafone 5G Project, Vodafone along with its partners aims to introduce the industry to the potentiality of 5G connectivity through a series of use cases in many sectors of the economy. The aim of the thesis is the study of the potential improvements connectivity can bring to ACC systems in terms of safety, vehicle comfort and traffic conditions. After a detailed analysis of state-of-the-art ACC and CACC systems, two novel algorithms are proposed. The first logic is an improvement of an already existing commercial ACC logic: information about other road vehicles fed by 5G and about potential grip given by smart sensors such as Pirelli Cyber Tyre are utilized to produce a CACC. Afterwards, despite its greater implementation complexity and computational requirements, an MPC-based CACC is developed in order to benefit from its capability of defining an optimal response of the control system in terms of safety and comfort. The developed logics are tested and compared to a commercial ACC in a virtual environment in two real traffic situations with different road friction coefficients. Simulation-based results show the high potential of connectivity and optimal control in increasing traffic safety and comfort.

Si stima che il 90% degli incidenti sia causato da fattori umani, principalmente indotti da errori di valutazione o distrazione. Perciò, la sfida fondamentale che le aziende automobilistiche stanno recentemente fronteggiando è lo sviluppo di funzionalità aggiuntive che permettano di aumentare la sicurezza stradale e di migliorare il comfort di guida. Attraverso il progetto Vodafone 5G, Vodafone in collaborazione con i suoi partner mira a presentare all'industria le potenzialità della connettività 5G attraverso una serie di casi studio riguardanti numerosi settori dell'economia. Scopo della tesi è lo studio dei potenziali miglioramenti che la connettività può portare ai sistemi ACC in termini di sicurezza stradale, comfort di guida e traffico stradale. A seguito di una dettagliata analisi dello stato dell'arte dei sistemi ACC e CACC, si presentano due algoritmi innovativi. La prima logica è un miglioramento di una logica ACC esistente in commercio nella quale la rete 5G e sensori intelligenti quali Pirelli Cyber Tyre vengono utilizzati al fine di ricevere informazioni riguardanti gli altri veicoli e l'aderenza stradale, realizzando in questo modo un sistema CACC. A seguire, si sviluppa un CACC con logica MPC che, nonostante la sua complessità di implementazione e di calcolo, permette di garantire una risposta ottimale in termini di sicurezza e comfort. Entrambe le logiche di controllo sono state testate e comparate ad una logica ACC commerciale in ambiente virtuale con due tipologie di test affini a situazioni di traffico reale per diversi coefficienti di attrito stradale. I risultati delle simulazioni mostrano l'alto potenziale della connettività e del controllo di tipo ottimo di migliorare comfort e sicurezza stradale.