Modelling and validation of an adaptive cruise control using a high fidelity dynamic driving simulator

Humans have always sought to foster and improve their way of life, and nowadays one of the most significant variables affecting living standards is transportation. The automotive industry has been concentrating on two key areas since the creation of the first cars: boosting effectiveness to cut expenses, and boost power production (taking environmental concerns as well), attempting to minimize accidents, fatalities, and injuries. These two goals created new requirements that are now part of the process of new car development through simulations. Engineers and scientists are nowadays able to digitally simulate what would occur in the real world, to speed up testing and prevent any mishaps during the design process, which, as a result, reduces development costs and time to market. Driving simulators are adopted in a variety of contexts. They are compatible with Driver In the Loop and the so-called Software/Hardware In the Loop testing. This is done by means of a virtual environment that replicates systems under development, simply using computer models. HiL (Hardware in the Loop), on the other hand, involves some tangible components in the simulation environment, such as sensors, actuators, and so forth. Costs increase as a result, although these tests may occasionally be required. ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) are one of the most promising technology in development, since they are increasing and growing prominence in the automotive industry and decreasing collisions and fatalities on the road. Software programs that can create test scenarios are essential to the entire simulator industry. A simulation scenario should take into account a number of factors, including: • Vehicle editing: the test vehicle should be created with as much accuracy as possible, from the choice of fuel source to the specification of vehicle dynamics parameters, and so forth. • Editing the simulation environment, both from a purely graphic standpoint (urban, extra-urban, highway, etc.) and from the perspective of traffic (the addition of Non Played Characters, such as other cars or pedestrians, may be required). • The method of acquiring simulation outputs, both in real-time and after the simu- ii | Abstract lations, is essential since they are relevant and extremely important. So how they can be logged (e.g., if it requires additional machines or software). Modern cars come with a variety of driver assistance features that improve safety and reduce driver fatigue. The Adaptive Cruise Control (ACC) system has been implemented as a result of recent advances in sensor technology. This system is defined to regulate the vehicle speed. If there is no lead vehicle or if the lead vehicle is moving at a higher speed than the driver had intended, the ACC system should keep a safe distance from it while also maintaining the driver’s planned pace. It should also respond swiftly if the lead car moves and enters in the same lane as the driver. This system though, still shows some issues regarding its safety and comfort. This thesis looks into the complete creation of such advanced system and its testing and validation, using an high fidelity dynamic driving simulator. The work comprehends the issues statement, the modelling of the control system and the testing using the driving simulator software. Finally, the system is tested on the dynamic driving simulator by some testers.

L’umanità ha sempre cercato di migliorare il proprio stile di vita, e oggigiorno una delle principali variabili che modificaano gli standard di vita è senza dubbio quella del trasporto. L’industria automobilistica si è sempre concentrata su due aspetti chiave dalla creazione del primo veicolo: aumentare l’efficienza per ridurre le spese, e aumentare la capacità produttiva (anche per preoccupazioni sull’ambiente), cercando di minimizzare incidenti, fatalità e incidenti. Questi due obbiettivi hanno creato nuovi requisiti che oggi fanno parte del processo produttivo di auto con l’aiuto di simulazioni. Ingegneri e scienziati sono ora mai capaci di simulare digitalmente quello che accadrebbe nel mondo reale, per velocizzare i test e prevenire errori durante la fase di progetto, che riduce costi di produzione e tempo di sviluppo. Simulatori di guida sono utilizzati in una molteplicità di contesti. Sono compatibili con simulazioni Diriver in the Loop, e anche con Software/Hardware in the Loop. Questo è possibile utilizzando un ambiente virtuale che replica gli ambienti lavorativi sotto sviluppo, utilizzando semplici modelli al computer. Simulazioni HiL (Hardware in the Loop), d’altra parte, coinvolgono elementi fisici, come sensori, attuatori e così via. I costi quindi aumen tano di conseguenza, anche se questi test possono essere indispensabili in alcune situazioni, specialmente in campo automobilistico. Sistemi ADAS (Advanced Driver Assistance Sys tem) sono una delle tecnologie più promettenti attualmente in produzione, poichè il loro utilizzo è in aumento e il loro sviluppo è promettente, dato il ridotto numero di collisioni e fatalità in strada. I software per creare scenari sono essenziali per l’intera industria dei simulatori. Un ambiente simulativo deve considerare molti fattori: • Modifica del veicolo: la vettura per i test deve essere creata più realistica possibile, dalla scelta del tipo di motore alle specifiche per la sua dinamica, e così via. • Modifiche all’ambiente della simulazione, sia da un punto di vista grafico (urbano, extra-urbano, autostradale...), sia dal punto di vista del traffico (aggiunta di altri veicoli o pedoni) • L’acquisizione dei dati, sia in tempo reale che non, è essenziale poichè sono relevanti e imponrtati per lo studio dei risultati. Questo vale sia per come caricare i dati e come questi siano accessibili (per esempio se c’è bisogno di altri software o componenti). Auto moderne hanno una varietà di sistemi di aiuto alla guida, che aumentano la sicurezza e riducono la fatica del guidatore. Il Cruise Control Adattivo è stato introdotto in com mercio dopo i recenti sviluppi nella tecnologia sensoristica. Se non sono presenti veicoli di fronte al guidatore o se questi ultimi sono più veloci, il sistema mantiene la velocità impostata dal pilota, sempre mantenendo una distanza di sicurezza. Se il veicolo davanti si muove nella stessa corsia del pilota il sistema deve rispondere rapidamente per evitare incidenti. Questo sistema tuttavia presenta ancora alcune problematiche, riguardanti il suo comfort e sicurezza. Questa tesi comprende la creazione di questo sistema di as sistenza avanzato, e la sua valutazione, usando un simulatore di guida ad alta fedeltà. Questo lavoro comprende la discussione di tali problematiche, il modellaggio del sistema di controllo and il suo testing utilizzando i software del simulatore di guida. Infine, il sistema è stato testato da alcuni tester sul simulaotre di guida dinamico.