Mobility as a service e guida autonoma a basse velocità: project setting e sviluppo del controllo della dinamica laterale

The A2Auto autonomous driving project explores the feasibility of an urban carsharing service based on autonomous, electric vehicles. Conducted with A2A in Brescia, Italy, this research aims to address the numerous challenges of the current private mobility model by creating an efficient, sustainable, and innovative system. The project seeks to revolutionize car-sharing by dynamically adapting vehicles to the urban environment. With respect to robotaxi, the proposed solution operates at low speeds to reach users, who then drive the vehicle to their destination. Subsequently, the vehicle moves to the next user or a charging station. The project focuses on handling critical scenarios to enhance safety and optimize traffic flow. Public road testing is enabled by ministerial authorization, thanks to DM 70/2018, allowing the deployment of a Fiat 500e autonomous prototype, provided stringent technical requirements are met and permits from external authorities are secured. Developing a safe and reliable autonomous driving system requires a deep analysis of the operating dynamics, particularly in urban scenarios characterized by low speeds and heavy traffic. KPIs are defined to assess vehicle performance and technological advancements. The unique dynamics of low-speed scenario necessitate the design of a robust steering control strategy. Among several lateral dynamics control strategies, two approaches were evaluated: the geometric Stanley controller and the dynamic Curvature Preview controller. The first involves a switching logic between the two controllers below a critical speed threshold, calculating the steering command based on lateral and heading errors. The second proposes an innovative extension of the Curvature Preview logic by dynamically reducing the regulator’s integral action as the speed approaches zero, adapting it to low-speed conditions. The second solution was selected for its superior adaptability to the requirements of low-speed urban driving. The proposed control strategy underwent rigorous validation in both simulated and real-world environments. Results demonstrates the lateral dynamics controller’s high performance in reference trajectory tracking, stable control, and smooth steering actions. The project aims to establish a reference model for future advancements in autonomous driving and sustainable urban mobility.

Il progetto A2Auto esplora la fattibilità di un servizio di car-sharing di veicoli autonomi ed elettrici. La ricerca condotta a Brescia in collaborazione con A2A affronta le criticità del modello attuale di mobilità privata, ideando un modello efficiente, sostenibile e innovativo. Il progetto mira a rivoluzionare il car-sharing, adattandolo dinamicamente all’ambiente urbano. Rispetto al robotaxi, la soluzione proposta opera a basse velocità muovendosi autonomamente per raggiungere gli utenti, i quali guidano manualmente fino a destinazione, da cui il veicolo può dirigersi verso punti di ricarica o raggiungere un nuovo utente in sicurezza. La sperimentazione su strada pubblica è possibile grazie al DM 70/2018, che consente al progetto di sviluppare e utilizzare una Fiat 500e, prototipo a guida autonoma, a condizione che siano soddisfatti requisiti tecnici e che siano rilasciati i permessi dagli enti coinvolti. Lo sviluppo richiede un'analisi delle situazioni più critiche dello scenario urbano, caratterizzato da basse velocità e traffico intenso. La definizione dei KPI del progetto è fondamentale per valutare le performance del veicolo e ottimizzare il servizio. In questo scenario il veicolo è sottoposto a dinamiche specifiche di questo range operativo. Risulta molto complessa la progettazione di una strategia di controllo robusta per l’attuazione dello sterzo. A tal fine, sono state valutate due soluzioni per il controllo della dinamica laterale a basse velocità, che sfruttano il controllore geometrico Stanley e il controllore dinamico Curvature Preview (CP): la prima prevede una logica di switch tra i due, quando il veicolo scende sotto una soglia critica di velocità. La seconda logica propone un’estensione del CP, introducendo una soluzione innovativa per la schedulazione dell’azione integrale. Riducendo progressivamente l’aggressività dell’integratore quando la velocità si avvicina allo zero, è possibile modificare il CP adattandolo alle condizioni di bassa velocità. La seconda soluzione è scelta per la capacità di adattarsi ai requisiti della guida urbana. La strategia proposta è validata, prima in simulazione e poi in pista. I risultati dimostrano che il controllore soddisfa le prestazioni necessarie, garantendo un controllo stabile e un comando di sterzo fluido. Il progetto propone un modello di riferimento per futuri sviluppi nella guida autonoma e nella mobilità urbana sostenibile.