ITMI20102408A1 - Sistema e metodo di assistenza alla guida in tempo reale - Google Patents

Description

SISTEMA E METODO DI ASSISTENZA ALLA GUIDA IN TEMPO

REALE

La presente invenzione si riferisce a un sistema e a un metodo di assistenza alla guida in tempo reale, in particolare un sistema e un metodo di assistenza alla guida basati su dispositivi mobili e su un’architettura centralizzata.

La crescita della mobilità di persone e beni ha comportato un costo sociale ed economico che aumenta di anno in anno. La principale causa di tale aumento à ̈ da ricercarsi negli incidenti stradali. Nel corso del 2008 in Italia sono avvenuti 218.963 incidenti stradali, dei quali il 2,16% mortali. Le principali cause sono da ricercare nel mancato rispetto delle regole di precedenza, nella guida distratta e nella velocità troppo elevata, che da sole costituiscono il 44% delle cause di collisioni. In particolare, i motociclisti sono soggetti particolarmente sensibili al tema: benché i motocicli nel loro complesso rappresentino solamente l’8% dei veicoli immatricolati, i motociclisti sono vittime del 26% degli incidenti mortali (fonte: ISTAT, 2008).

Le istituzioni nazionali e internazionali competenti stanno coinvolgendo da tempo i principali produttori di veicoli affinché studino e adottino soluzioni per incrementare la sicurezza stradale. Le soluzioni introdotte nei moderni mezzi di trasporto stradale consistono in sistemi di assistenza alla guida indipendenti che, in particolari condizioni, forniscono un ausilio al guidatore o si sostituiscono completamente a esso.

I sistemi di assistenza alla guida installati a bordo dei veicoli aiutano il guidatore a evitare, o quantomeno ad attenuare, le conseguenze di un incidente attraverso dei sensori che possono individuare la natura e l’importanza di un pericolo imminente. A seconda della pericolosità e del fattore tempo associato al rischio, questi sistemi di assistenza alla guida possono sia allertare rapidamente il guidatore del pericolo imminente, sia eventualmente assisterlo in maniera attiva, intervenendo per evitare l’incidente o quantomeno per attenuarne le conseguenze.

Tuttavia, in molte situazioni di traffico, specialmente se caratterizzate da un’interazione tra più utenti della strada (automobilisti, motociclisti, pedoni, ecc.), risulta pressoché impossibile identificare ed evitare possibili pericoli sfruttando solamente i sensori presenti a bordo del veicolo. Per esempio, tali sensori non sono solitamente in grado di identificare un veicolo fermo dopo una curva cieca. Da queste considerazioni nasce l’esigenza di trovare sistemi e metodi alternativi per risolvere i problemi legati alla sicurezza stradale.

Una delle soluzioni alternative maggiormente utilizzate à ̈ quella che prevede un sistema di comunicazione dedicato tra veicoli, basato su connessioni wireless, che permetta di estendere le possibilità di identificare situazioni pericolose con sufficiente anticipo. Secondo tale sistema, ciascun veicolo à ̈ dotato di un’intelligenza di calcolo (computer) a bordo che, ricevendo in ingresso da appositi sensori una pluralità di segnali relativi al comportamento dei veicoli nel proprio intorno, à ̈ in grado di ricostruire una mappa dinamica della strada e dei mezzi di trasporto presenti su di essa. Analizzando questa informazione strutturata si possono prevedere, in modo autonomo e decentralizzato, situazioni di rischio per il guidatore.

Gli svantaggi di questo sistema risiedono nella necessità di equipaggiare ogni veicolo con adeguati dispositivi elettronici in grado di instaurare una comunicazione dedicata. Tali dispositivi elettronici, che devono essere dotati di una notevole capacità di calcolo, richiedono altresì una specifica progettazione in relazione alla tipologia di veicolo su cui devono essere installati. In definitiva, tali dispositivi elettronici comportano un notevole costo sia per i produttori di veicoli, sia per i fruitori del servizio.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di realizzare un sistema e un metodo di assistenza alla guida in tempo reale, in particolare un sistema e un metodo di assistenza alla guida basati su dispositivi mobili e su un’architettura centralizzata, che siano in grado di risolvere gli inconvenienti sopra citati della tecnica nota in una maniera estremamente semplice, economica e particolarmente funzionale.

Nel dettaglio, à ̈ uno scopo della presente invenzione quello di realizzare un sistema e un metodo di assistenza alla guida in tempo reale capaci di fornire le stesse prestazioni degli attuali sistemi di comunicazione dedicati tra veicoli, pur senza la necessità di prevedere la presenza di specifici dispositivi elettronici installati a bordo dei veicoli stessi.

Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un sistema e un metodo di assistenza alla guida in tempo reale che siano applicabili con facilità a un’ampia gamma di veicoli, tra cui in particolare i motocicli.

Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un sistema e un metodo di assistenza alla guida in tempo reale che siano particolarmente semplici e intuitivi da usare dal punto di vista dell’utente finale.

Questi scopi secondo la presente invenzione vengono raggiunti realizzando un sistema e un metodo di assistenza alla guida in tempo reale, in particolare un sistema e un metodo di assistenza alla guida basati su dispositivi mobili e su un’architettura centralizzata, come esposto nelle rivendicazioni indipendenti.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione sono evidenziate dalle rivendicazioni dipendenti, che sono parte integrante della presente descrizione.

Le caratteristiche e i vantaggi di un sistema e di un metodo di assistenza alla guida in tempo reale secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

la figura 1 Ã ̈ una vista schematica esemplificativa dei componenti di base del sistema di assistenza alla guida in tempo reale secondo la presente invenzione; la figura 2 Ã ̈ uno schema a blocchi che mostra ad alto livello la sequenza temporale delle operazioni effettuate dal sistema e dal metodo di assistenza alla guida in tempo reale secondo la presente invenzione; la figura 3 Ã ̈ uno schema a blocchi che mostra le fasi di un esempio di applicazione del sistema e del metodo di assistenza alla guida in tempo reale secondo la presente invenzione; e

la figura 4 à ̈ una vista schematica dall’alto che illustra l’esempio di applicazione del sistema e del metodo di assistenza alla guida in tempo reale di figura 3.

Con riferimento alle figure, vengono mostrati un sistema e un metodo di assistenza alla guida in tempo reale secondo la presente invenzione. Il sistema di assistenza alla guida secondo la presente invenzione propone un’architettura centralizzata in grado di individuare e prevenire, in tempo reale, situazioni stradali di potenziale pericolo, incrementando la sicurezza stradale.

Il sistema si basa su una rete di comunicazione ottenuta tramite specifici dispositivi di comunicazione mobile, come ad esempio i cosiddetti “smartphone†o “telefoni cellulari intelligenti†. Tali dispositivi di comunicazione mobile sono dispositivi portatili che abbinano funzionalità aggiuntive, tra cui la possibilità di installazione di programmi applicativi, oltre a quelle proprie dei più comuni telefoni cellulari. Nel dettaglio, gli smartphone sono dispositivi elettronici che integrano una o più unità di calcolo, uno o più sistemi di comunicazione wireless<®>(Bluetooth , Wi-Fi, UMTS/GPRS, ecc.), una o più interfacce di comunicazione verso l’utente (display, audio, vibrazione) e utilizzano un sistema operativo (Android, iOS, Symbian o altri) che permette una programmazione di alto livello.

Il sistema secondo l’invenzione comprende innanzitutto un’unità di calcolo centralizzata 10 operativamente connessa, mediante opportuna rete di comunicazione di tipo wireless, a una pluralità di dispositivi di comunicazione mobile 16 presenti a bordo di rispettivi veicoli 12. L’unità di calcolo centralizzata 10 à ̈ in grado di ricevere una serie di informazioni relative allo stato dei veicoli 12 in movimento lungo una rete stradale, nonché di individuare situazioni stradali potenzialmente pericolose per tali veicoli 12. Tra le informazioni acquisite dall’unità di calcolo centralizzata 10 vi sono almeno i dati relativi alla velocità e alle coordinate geografiche di ciascun veicolo.

L’insieme minimo di informazioni relative allo stato di ciascun veicolo 12 viene rilevato direttamente dall’unità GPS integrata nel dispositivo di comunicazione mobile (smartphone) 16. In alternativa, tale insieme minimo di informazioni può essere fornito da un’antenna GPS esterna al dispositivo di comunicazione mobile 16 e a esso connessa tramite sistemi di comunicazione wireless standard (Bluetooth<®>, WiFi).

L’unità di calcolo centralizzata 10 comprende a sua volta:

- un server web 14 connesso a Internet, che funge da interfaccia tra ciascun veicolo 12 e il relativo dispositivo di comunicazione mobile (smartphone) 16 e che riceve ed elabora le informazioni ricevute da ciascun veicolo 12. Tale server web può essere eventualmente ridondato per esigenze di capacità di calcolo;

- un database geografico 18, dotato di mappe digitali appropriate sulle quali vengono posizionati i veicoli 12 in base alle informazioni da essi comunicate. Gli algoritmi di assistenza alla guida vengono eseguiti in funzione del posizionamento di tali veicoli 12 sulla mappa. Il database geografico 18 può essere eventualmente ridondato o partizionato geograficamente per esigenze di capacità di calcolo. Per essere compatibile con il sistema e il metodo di assistenza alla guida in tempo reale secondo la presente invenzione, ciascun veicolo 12 necessita di essere equipaggiato con:

- un dispositivo di comunicazione mobile (smartphone) 16, dotato di scheda di identificazione dell’utilizzatore (Subscriber Identity Module o “SIM†card) e configurato per essere in grado di accedere a Internet e comunicare tramite apposito sistema di comunicazione wireless, preferibilmente UMTS/GPRS. Sullo smartphone 16 deve essere installato e attivo uno specifico programma applicativo in grado di acquisire le informazioni relative allo stato dei veicoli 12 e di scambiare tali informazioni con il server web 14;

- un’antenna GPS 20, o un analogo dispositivo di localizzazione basato su un generico sistema satellitare globale di navigazione (Global Navigation Satellite System o GNSS), in grado di fornire periodicamente, con una frequenza di almeno 1 Hz, la posizione geografica assoluta di ciascun veicolo 12 sul globo terrestre.

Il dispositivo di localizzazione 20 su base satellitare può essere integrato nello smartphone 16 (si consideri che la maggior parte dei moderni smartphone integrano un dispositivo di localizzazione su base satellitare). In alternativa, il dispositivo di localizzazione 20 può essere costituito da un’antenna esterna, collegata allo smartphone 16 tramite apposito protocollo di comunicazione di tipo Bluetooth<®>o Wi-Fi.

Il metodo di assistenza alla guida in tempo reale secondo la presente invenzione prevede quindi una prima fase di acquisizione periodica, tramite lo smartphone 16 e preferibilmente almeno una volta ogni secondo, delle informazioni relative allo stato di ciascun veicolo 12 in movimento lungo la rete stradale, tra cui almeno i dati relativi alla velocità e alla posizione geografica. Le informazioni così ottenute sono inviate all’unità di calcolo centralizzata 10 sfruttando il sistema di comunicazione wireless (UMTS/GPRS) dello smartphone 16.

Il server web 14 dell’unità di calcolo centralizzata 10 riceve le informazioni provenienti da ciascuno smartphone 16 ed effettua sia la memorizzazione di tali informazioni sul database geografico 18, sia un’elaborazione delle informazioni stesse. Alle coordinate geografiche inviate al server web 14 à ̈ associato un vettore sulla mappa digitale, proiettandolo sulla strada che il veicolo 12 sta percorrendo.

Sulla base delle informazioni attuali acquisite (tra cui, ad esempio, precedenti posizioni, velocità, accelerazione, ecc.), viene stimata la posizione futura di ogni veicolo 12 dopo un intervallo di tempo predefinito, dell’ordine di alcuni secondi. Il server web 14 effettua quindi una “analisi di scenario†, ovvero analizza le informazioni relative a ogni singolo veicolo 12 e ai veicoli che si trovano entro una distanza o raggio predefinito da tale singolo veicolo 12 per verificare l’occorrenza di eventuali situazioni di pericolo per i rispettivi guidatori. Il server web 14 procede infine all’invio di eventuali segnali di allerta o di pericolo, via rete UMTS/GPRS, agli smartphone 16 interessati, che possono allertare i guidatori dei veicoli 12 tramite avvisi acustici, visuali oppure ottenuti tramite vibrazione. Tali avvisi possono avere intensità, tono e/o durata variabile a seconda della gravità del pericolo e/o dell’approssimarsi del pericolo stesso.

Si noti che aver delegato le operazioni di calcolo a un server centralizzato 10 rende molto snella la procedura di aggiornamento del relativo software di analisi, così come delle mappe che non devono essere caricate da tutti gli utenti sui propri dispositivi di comunicazione mobile 16. In questo modo gli utenti del sistema secondo l’invenzione possono usufruire di funzioni sempre più evolute senza che siano loro richieste operazioni aggiuntive dopo la prima installazione dell’applicazione sul proprio smartphone 16.

Inoltre, l’architettura di tipo centralizzato rende estremamente agevole per l’unità di calcolo centralizzata 10 collegarsi a servizi esterni, come ad esempio servizi di traffico o meteo in tempo reale, per correlare le analisi di scenario alle informazioni fornite da questi ultimi.

In figura 3 à ̈ riportato un esempio di analisi di scenario, in cui vengono descritte le condizioni da valutare per identificare uno specifico caso d’uso: il sorpasso da parte di un veicolo, rappresentato ad esempio da un motociclo 12’, rispetto a un altro veicolo, rappresentato da un’autovettura 12†.

Nell’esempio illustrato, a partire dalle informazioni relative alla posizione geografica del motociclo 12’, il server web 14 effettua una ricerca di ulteriori veicoli sulla strada percorsa dal motociclo 12’ stesso ed entro una distanza predefinita. Nel caso in cui sia individuata, entro tale distanza predefinita, la presenza dell’autovettura 12†, il server web 14 effettua un’analisi della posizione e della direzione di avanzamento dell’autovettura 12†per stabilire se:

- l’autovettura 12†si muove nella stessa direzione del motociclo 12’, e

- l’autovettura 12†si trova davanti al motociclo 12’.

Qualora entrambe le condizioni di cui sopra siano soddisfatte, il server web 14 acquisisce i dati relativi alla velocità di avanzamento sia del motociclo 12’, sia dell’autovettura 12†, per calcolare entro quanto tempo t, misurato in secondi, il motociclo 12’ raggiungerà l’autovettura 12†. Se il tempo calcolato t à ̈ maggiore di un valore di tempo T_COMFORT predefinito, considerato accettabile affinché il guidatore dell’autovettura 12†abbia la possibilità di accorgersi della presenza del motociclo 12’ e di valutare in maniera autonoma le condizioni per l’esecuzione di eventuali manovre (cambio di corsia, sorpasso, ecc.), il server web 14 non invia alcun segnale agli smartphone 16 in dotazione sul motociclo 12’ e sull’autovettura 12†.

Se il tempo calcolato t à ̈ compreso tra un valore di tempo T_CRITICAL, considerato come la soglia di tempo minima al di sotto della quale à ̈ probabile il verificarsi di situazioni di pericolo per il guidatore del motociclo 12’, e il suddetto valore di tempo T_COMFORT, il server web 14 invia un segnale allo smartphone 16 in dotazione sull’autovettura 12†, ed eventualmente anche allo smartphone 16 in dotazione sul motociclo 12’, per indicare una situazione di rischio non elevato. Se, infine, il tempo calcolato t à ̈ inferiore al valore di tempo T_CRITICAL, il server web 14 invia un segnale allo smartphone 16 in dotazione sull’autovettura 12†, ed eventualmente anche allo smartphone 16 in dotazione sul motociclo 12’, per allertare immediatamente il guidatore dell’autovettura 12†, ed eventualmente anche il guidatore del motociclo 12’, del potenziale rischio di un’eventuale collisione.

Il sistema di assistenza alla guida in tempo reale secondo la presente invenzione può prevedere l’installazione di dispositivi smartphone 16 anche su postazioni fisse lungo la rete stradale, come ad esempio su cartelli indicatori o in corrispondenza di punti critici (incidenti, cantieri, incroci pericolosi, ecc.). In tal modo il server web 14 à ̈ in grado di posizionare automaticamente, sulla mappa del database geografico 18, tali postazioni fisse potenzialmente pericolose e di comunicarne la presenza ai guidatori dei veicoli 12 in avvicinamento.

Si à ̈ così visto che il sistema e il metodo di assistenza alla guida in tempo reale secondo la presente invenzione realizzano gli scopi in precedenza evidenziati.

Il sistema e il metodo di assistenza alla guida in tempo reale secondo la presente invenzione sfruttano le potenzialità e la diffusione dei dispositivi smartphone per realizzare un sistema di comunicazione tra veicoli caratterizzato da un costo marginale praticamente nullo. L’unità di calcolo centralizzata à ̈ responsabile dell’esecuzione delle analisi di scenario, che rappresentano la parte computazionalmente più onerosa. È quindi possibile:

- garantire un’elevata scalabilità, intesa come la possibilità di aumentare il numero di unità di calcolo centralizzate e di database geografici all’aumentare del numero dei veicoli che fruiscono del servizio, andando a separare su base geografica diverse zone del territorio;

- ridurre la complessità del programma applicativo installato sugli smartphone, rendendolo facilmente portabile e mantenibile sui differenti sistemi operativi attualmente previsti per i dispositivi smartphone (Android, iOS, Symbian o altri).

I vantaggi del sistema e del metodo di assistenza alla guida in tempo reale della presente invenzione, rispetto all’implementazione di una comunicazione tra veicoli con hardware dedicato e architettura decentralizzata, sono evidenziabili sia dal punto di vista economico, poiché si elimina completamente il costo di nuovi dispositivi elettronici da installare a bordo del veicolo, sia dal punto di vista della potenziale penetrazione sul mercato del sistema stesso, favorita dalla diffusione degli smartphone e della connettività dati cellulare.

Il sistema e il metodo di assistenza alla guida in tempo reale della presente invenzione così concepiti sono suscettibili in ogni caso di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel medesimo concetto inventivo. L’ambito di tutela dell’invenzione à ̈ pertanto definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di assistenza alla guida in tempo reale comprendente: - un’unità di calcolo centralizzata (10) in grado di ricevere una serie di informazioni relative allo stato di una pluralità di veicoli (12) in movimento lungo una rete stradale, nonché di individuare situazioni stradali potenzialmente pericolose per detti veicoli (12), l’unità di calcolo centralizzata (10) comprendendo a sua volta un server web (14) connesso a Internet, che riceve ed elabora le informazioni ricevute da ciascun veicolo (12), e un database geografico (18), dotato di mappe digitali appropriate sulle quali vengono posizionati i veicoli (12) in base alle informazioni da essi comunicate; - una pluralità di dispositivi di comunicazione mobile (16) presenti a bordo dei rispettivi veicoli (12), i dispositivi di comunicazione mobile (16) essendo dotati ciascuno di una o più unità di calcolo, uno o più programmi applicativi in grado di acquisire le informazioni relative allo stato dei veicoli (12) e di scambiare dette informazioni con il server web (14), e una o più interfacce di comunicazione verso l’utente per la generazione di avvisi che possono allertare i guidatori dei veicoli (12) sulla base delle elaborazioni effettuate dal server web (14).
2. 2. Sistema di assistenza alla guida in tempo reale secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un dispositivo di localizzazione (20) basato su un sistema satellitare globale di navigazione, in grado di rilevare le informazioni relative allo stato di ciascun veicolo (12) e di fornire periodicamente la posizione geografica assoluta di ciascun veicolo (12) sul globo terrestre.
3. 3. Sistema di assistenza alla guida in tempo reale secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di localizzazione (20) à ̈ un’antenna GPS.
4. 4. Sistema di assistenza alla guida in tempo reale secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di localizzazione (20) Ã ̈ integrato nel dispositivo di comunicazione mobile (16).
5. 5. Sistema di assistenza alla guida in tempo reale secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di localizzazione (20) à ̈ costituito da un’antenna esterna, collegata al dispositivo di comunicazione mobile (16) tramite apposito protocollo di comunicazione di tipo Bluetooth<®>o Wi-Fi.
6. 6. Sistema di assistenza alla guida in tempo reale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, comprendente inoltre uno o più dispositivi di comunicazione mobile (16) installati su postazioni fisse lungo la rete stradale per segnalare la presenza di dette postazioni fisse, quando potenzialmente pericolose, ai guidatori dei veicoli (12) in avvicinamento.
7. 7. Sistema di assistenza alla guida in tempo reale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di comunicazione mobile (16) Ã ̈ uno smartphone dotato di un sistema operativo che permette una programmazione di alto livello.
8. 8. Metodo di assistenza alla guida in tempo reale comprendente le fasi di: - acquisizione periodica, tramite una pluralità di dispositivi di comunicazione mobile (16), delle informazioni relative allo stato di una pluralità di veicoli (12) in movimento lungo una rete stradale; - invio delle informazioni così ottenute a un’unità di calcolo centralizzata (10) sfruttando il sistema di comunicazione wireless di ciascun dispositivo di comunicazione mobile (16); - elaborazione delle informazioni da parte dell’unità di calcolo centralizzata (10) per verificare l’occorrenza di eventuali situazioni di pericolo per i guidatori di ciascun veicolo (12); - invio, da parte dell’unità di calcolo centralizzata (10) e tramite il sistema di comunicazione wireless, di segnali di allerta o di pericolo a uno o più dei dispositivi di comunicazione mobile (16) per la generazione di avvisi che possono allertare i guidatori dei veicoli (12).
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui la fase di elaborazione delle informazioni da parte dell’unità di calcolo centralizzata (10) comprende le fasi di: - memorizzazione di dette informazioni su un database geografico (18); - generazione di un vettore su una mappa digitale che corrisponde al percorso di ciascun veicolo (12); - stima, sulla base delle informazioni acquisite, della posizione futura di ciascun veicolo (12) dopo un intervallo di tempo predefinito; - analisi delle informazioni relative a ogni singolo veicolo (12) e ai veicoli che si trovano entro una distanza o raggio predefinito da detto singolo veicolo (12) per verificare l’occorrenza di eventuali situazioni di pericolo per i guidatori.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui la fase di acquisizione periodica delle informazioni relative allo stato di ciascun veicolo (12) avviene tramite un dispositivo di localizzazione (20) basato su un sistema satellitare globale di navigazione.
11. 11. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 10, in cui gli avvisi generati da parte dei dispositivi di comunicazione mobile (16) hanno intensità, tono e/o durata variabile a seconda della gravità del pericolo e/o dell’approssimarsi del pericolo stesso.
12. 12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 11, in cui le informazioni relative allo stato di ciascun veicolo (12) comprendono almeno i dati relativi alla velocità e alla posizione geografica di detto veicolo (12).
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui le informazioni relative allo stato di ciascun veicolo (12) comprendono inoltre i dati relativi all’accelerazione di detto veicolo (12).
14. 14. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 13, in cui gli avvisi generabili da ciascun dispositivo di comunicazione mobile (16) sono di tipo acustico.
15. 15. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 14, in cui gli avvisi generabili da ciascun dispositivo di comunicazione mobile (16) sono di tipo visuale.
16. 16. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 15, in cui gli avvisi generabili da ciascun dispositivo di comunicazione mobile (16) sono ottenuti tramite vibrazione.