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Era l'agosto 1888 quando Bertha Benz partì per la sua famosa impresa: il primo lungo viaggio in automobile da Mannheim a Pforzheim. La moglie di Carl Benz dimostrò così l'idoneità all'uso quotidiano della Patent-Motorwagen e aprì la strada al successo internazionale dell'automobile. Esattamente 125 anni dopo, nell'agosto 2013, Mercedes-Benz è riuscita a compiere lungo il medesimo percorso un'impresa non meno spettacolare: la vettura sperimentale
S 500 INTELLIGENT DRIVE, sviluppata partendo dalla nuova Classe S Mercedes-Benz, ha coperto completamente in automatico i circa 100 chilometri che separano Mannheim da Pforzheim – e non "in una landa sperduta" come all'epoca di Bertha Benz, ma in mezzo al traffico e in situazioni complesse.
«Con questa Classe S mostriamo dove vogliamo arrivare con "l'Intelligent Drive" e quali ingenti potenzialità sono racchiuse nelle tecnologie disponibili già oggi», afferma Dieter Zetsche, Presidente del Consiglio Direttivo di Daimler AG e Responsabile di Mercedes-Benz Cars. «Sicuramente per andare da Mannheim a Pforzheim con la guida autonoma sarebbe stato molto più semplice prendere l'autostrada. Ma è stato per noi un grande stimolo realizzare la guida autonoma proprio su questo percorso, 125 anni dopo Bertha Benz. Non ci chiameremmo Mercedes-Benz, se non ci ponessimo obiettivi ambiziosi e non riuscissimo poi anche a raggiungerli.»
Guida autonoma con sensori simili a quelli di serie
Per questo progetto, la vettura sperimentale Mercedes-Benz S 500 INTELLIGENT DRIVE è stata equipaggiata con sensori simili a quelli in dotazione sulle vetture di serie della Stella. Utilizzando tecnologie che costituiscono un'evoluzione dei sensori già oggi in uso per la nuova Classe S, i progettisti hanno insegnato a questa vettura all'avanguardia a capire dove si trova, cosa vede e come deve reagire autonomamente. Con il suo "pilota" altamente automatizzato, l'auto trova così da sola la sua strada nel fitto traffico urbano ed extraurbano.
«Le vetture autonome sono per noi un passo importante nel cammino che conduce alla guida senza incidenti», ha commentato Zetsche. «Esse aumentano ulteriormente il comfort e la sicurezza per tutti gli utenti della strada. Questo perché le vetture autonome reagiscono anche quando il guidatore è disattento o qualcosa gli sfugge e lo sollevano da compiti sgradevoli o difficili.»
«L'esito positivo delle prove su strada sulle tracce di Bertha Benz ha dimostrato che la guida altamente automatizzata è possibile anche fuori dai circuiti chiusi al traffico o in situazioni che non sono relativamente prevedibili. Abbiamo acquisito, ed era questo l'obiettivo del progetto, informazioni fondamentali in merito alla direzione in cui dobbiamo perfezionare i nostri attuali sistemi, per poter realizzare la guida autonoma anche al di fuori delle autostrade. Noi stessi ci siamo stupiti di quanto siamo già riusciti a fare con i nostri attuali sensori, ma ora sappiamo anche quanto tempo e quanta fatica ci vuole per insegnare alla vettura a tenere il giusto comportamento in una molteplicità di situazioni stradali», ha commentato Thomas Weber, membro del Consiglio direttivo Daimler, Responsabile della Divisione Ricerca del Gruppo e Responsabile Sviluppo di Mercedes-Benz Cars.
Queste esperienze confluiranno ora nella pianificazione delle future generazioni di vetture che saranno equipaggiate con queste innovative funzionalità in versione evoluta. Thomas Weber ha sottolineato: «Con la nuova Classe S, siamo i primi ad offrire la gestione autonoma della vettura nelle code stradali. Inoltre vogliamo essere i primi ad offrire altre funzioni di guida autonoma sulle vetture di serie. E ci riusciremo entro la fine di questo decennio.»
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Guida autonoma a più livelli
I principali vantaggi della guida autonoma sono evidenti. Essa permette di arrivare velocemente e in modo sicuro e rilassato a destinazione. Soprattutto negli spostamenti quotidiani, in coda, nelle autostrade congestionate in cui vigono limiti di velocità e nei tratti a rischio di incidente, una vettura autonoma può assistere il guidatore e farsi carico delle fastidiose operazioni di routine.
Ciò non significa tuttavia dover rinunciare all'esperienza di guida e al piacere di guidare in prima persona. «I nostri sistemi autonomi offrono al guidatore assistenza e supporto. Chi desidera guidare da solo, potrà farlo in qualsiasi momento anche in futuro», sottolinea il Dr. Weber nella sua funzione di Responsabile Sviluppo all'interno del Consiglio direttivo Daimler. «Un'altra cosa certa è che la guida autonoma non diventerà una realtà dall'oggi al domani, ma un passo alla volta. Con questa prova abbiamo appena compiuto un altro passo importante verso il futuro.»
Per la guida autonoma si distinguono tre livelli, che sono stati definiti da un gruppo di lavoro del VDA (l'associazione delle case automobilistiche tedesche) in collaborazione con il Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt - Istituto Federale Tedesco per la Ricerca Autostradale): guida parzialmente automatizzata, altamente automatizzata e completamente automatizzata.
Nella guida parzialmente automatizzata il guidatore deve tenere costantemente sotto controllo le funzioni automatiche e non può dedicarsi ad attività estranee alla conduzione del veicolo.
Nella guida altamente automatizzata il guidatore non deve più monitorare costantemente il sistema e può quindi svolgere altre attività, seppur in modesta misura. Il sistema riconosce da solo i propri limiti e restituisce prontamente e con sufficiente anticipo la responsabilità della guida al guidatore.
Nella guida completamente automatizzata il sistema è in grado di padroneggiare autonomamente tutte le situazioni; il guidatore non deve tenere sotto controllo il sistema e può occuparsi d'altro. A questo livello la vettura può viaggiare senza guidatore.
La guida parzialmente automatizzata è un piacere di cui i guidatori Mercedes-Benz possono godere già oggi sui nuovi modelli Classe E e Classe S: il nuovo DISTRONIC PLUS con sistema di assistenza allo sterzo e Stop&Go Pilot guida la vettura in modo praticamente automatico nelle code. Questo sistema è il cuore del "Mercedes-Benz Intelligent Drive", l'interconnessione intelligente di tutti i sistemi di sicurezza e per il comfort che, guardando all'obiettivo finale di una guida autonoma, punta innanzitutto alla prevenzione degli incidenti.
Le prove di guida autonoma eseguite con successo sul percorso di Bertha Benz hanno permesso ai ricercatori Daimler di fare esperienze importanti e di comprendere quali sfide devono ancora essere superate per poter arrivare alla guida altamente e completamente automatizzata e cosa, ad esempio, occorre ancora fare affinché un'auto possa spostarsi in modo sicuro anche in situazioni molto complesse, che comprendono semafori, rotatorie, pedoni e veicoli tranviari.
Le prime prove di guida con vetture sperimentali derivate dalla Classe E e dalla Classe S
Senza l'attenzione del pubblico, ma con le dovute autorizzazioni delle autorità e i certificati del TÜV, la sperimentazione del "pilota automatico" è iniziata lungo il percorso di Bertha Benz all'inizio del 2012, con tre vetture sperimentali derivate dalla Classe E e dalla Classe S, che sono state equipaggiate con tutti i sistemi di sicurezza attiva e passiva disponibili.
A bordo di queste vetture sperimentali sono stati utilizzati soltanto sensori che trovano già impiego sulle vetture di serie Mercedes-Benz. Queste tecnologie, infatti, sono già idonee all'uso quotidiano e presentano un costo sostenibile; si tratta dunque di soluzioni più facilmente trasferibili nei futuri modelli di serie. Sono stati comunque perfezionati il numero e la disposizione dei sensori, per ottenere una copertura globale dell'ambiente circostante la vettura in tutte le direzioni e rilevare il massimo numero di informazioni su quanto accade intorno all'auto.
Basandosi sui dati di questi sensori, sulla determinazione della propria posizione e sulle informazioni fornite da una scheda digitale, l'auto a guida autonoma analizza lo spazio libero transitabile e pianifica il proprio percorso. Gli algoritmi necessari allo scopo sono stati sviluppati dal Gruppo di ricerca Mercedes-Benz in collaborazione con l'Istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT).
Rispetto alla versione di serie di una Classe S Mercedes-Benz sono stati apportati gli adattamenti tecnici di seguito elencati.
La larghezza di base (distanza interoculare) della telecamera stereoscopica è stata aumentata, per poter rilevare gli oggetti a grande distanza anche con la telecamera oltre che con il radar.
Due radar a lungo raggio supplementari sono stati installati nei paraurti anteriori laterali per rilevare in anticipo i veicoli provenienti da destra o da sinistra in prossimità degli incroci. Un altro radar a lungo raggio osserva la situazione del traffico dietro alla vettura.
Quattro radar a corto raggio, installati negli angoli della vettura, permettono di riconoscere meglio l'ambiente circostante più vicino e gli altri utenti della strada.
Per rilevare i semafori è stata utilizzata una telecamera a colori, collocata dietro il parabrezza e dotata di un angolo di apertura di 90°.
Un'altra telecamera riprende attraverso il lunotto la zona posteriore per localizzare la vettura, utilizzando come riferimento le caratteristiche note dell'ambiente circostante. Queste caratteristiche ambientali sono state prima registrate su una scheda digitale: il confronto tra le immagini riprese dalla telecamera e i dati memorizzati permette alla vettura di localizzare la propria posizione con una precisione superiore a quella raggiungibile con il solo GPS.
Per il viaggio lungo la rotta di Bertha Benz, Mercedes-Benz ha realizzato in collaborazione con il KIT e con HERE, settore operativo di Nokia specializzato in schede digitali e servizi basati sulla localizzazione, una scheda digitale tridimensionale del percorso da Mannheim a Pforzheim, che risponde in modo specifico alle esigenze di una vettura autonoma. Oltre al tracciato stradale, al numero e senso di marcia delle corsie e ai cartelli stradali, su questa scheda, cui è richiesta una particolare precisione, è memorizzata anche la posizione dei semafori. Questo tipo di schede digitali costituisce un presupposto importante per la guida autonoma. Per tale motivo Mercedes-Benz e HERE continueranno anche in futuro a collaborare nello sviluppo di schede digitali tridimensionali "intelligenti" per vetture autonome.
Il pilota automatico reagisce alle molteplici situazioni del traffico
Il pilota automatico a bordo della vettura sperimentale deve fronteggiare ogni genere di difficoltà sulle strade extraurbane e nel traffico urbano: rotatorie, strettoie a doppio senso di circolazione, ciclisti, manovre di svolta, veicoli parcheggiati in seconda fila o occupando parte della carreggiata, semafori rossi, incroci con precedenza a destra, pedoni che attraversano la strada e veicoli tranviari.
La Classe S a guida autonoma è stata monitorata durante la sperimentazione da autisti di sicurezza appositamente addestrati, che in caso di decisione errata del sistema intervenivano immediatamente, assumendo il controllo della vettura. Poiché il traffico reale non è prevedibile, e dunque nessuna situazione di marcia si è ripetuta identica ad altre precedenti, ogni intervento necessario dell'autista di sicurezza è stato documentato. Queste informazioni sono state poi valutate dal team di sviluppo e sono servite ad ampliare il catalogo di manovre a disposizione della vettura. In questo modo la vettura sperimentale ha potuto, con un processo progressivo di sviluppo, far fronte ad un numero sempre maggiore di situazioni stradali.
Le prove sul percorso di 100 chilometri forniscono informazioni importanti per l'ulteriore sviluppo delle tecnologie e del prodotto. «È risultato, ad esempio, che riconoscere le fasi dei semafori nelle varie condizioni di illuminazione e il corretto abbinamento dei semafori alle corsie di marcia costituisce una grossa sfida», spiega il Prof. Ralf Herrtwich, Responsabile dei sistemi di assetto e di assistenza alla guida nel Settore Ricerca e Presviluppo Daimler. «Non abbiamo però la pretesa che la vettura risolva da sola tutte le situazioni. Se, ad esempio, un camion della nettezza urbana blocca la strada, non vogliamo affatto che la vettura lo superi automaticamente, anche perché in tal caso i sensori dell'auto hanno una visuale limitata. Nelle situazioni di questo tipo la vettura restituisce il controllo al guidatore.»
Per Mercedes-Benz il successo di queste prove di guida autonoma risiede nell'aver messo in luce i punti su cui il team di ricerca e sviluppo dovrà concentrare i propri sforzi. «Ora sappiamo dove dobbiamo ancora migliorare e affinare il catalogo di manovre programmate della vettura, ossia le istruzioni che in base alla situazione vanno impartite allo sterzo, al motore e ai freni, ad esempio per la guida autonoma nelle rotatorie.» Un altro punto critico è la corretta localizzazione della vettura sulla strada, ad esempio per stabilire dove esattamente l'auto debba fermarsi ad un imbocco per vedere il traffico trasversale.
Un aspetto particolarmente complicato per le vetture autonome è la coordinazione ed interazione con gli altri utenti del traffico. Mettersi d'accordo con un veicolo che proviene dal senso opposto su chi dei due deve passare per primo in una strettoia richiede un'elevata capacità di analisi della situazione. «Mentre un guidatore in carne ed ossa si infilerebbe coraggiosamente nella strettoia, la nostra vettura autonoma ha un comportamento piuttosto timoroso», spiega il Prof. Herrtwich. «A volte si creano situazioni comiche, come quando, fermi alle strisce pedonali, i passanti ci fanno cenno di andare – e la nostra auto continua stoicamente a stare ferma, perché quando l'abbiamo programmata non ci aspettavamo tanta cortesia.»
Per consentire ai progettisti di analizzare le decisioni prese dalla vettura sperimentale autonoma nelle varie situazioni di marcia, l'auto registra tutti i dati rilevati dai suoi sensori. Soltanto le immagini riprese in un'ora dalla telecamera stereoscopica equivalgono a 300 Gigabyte di dati. Una parte di questi dati verrà memorizzata anche sulle future vetture di serie. Perché se la vettura autonoma dovesse rimanere coinvolta in un incidente, queste informazioni consentono di ricostruire la dinamica dei fatti.
Le sfide nel cammino verso la guida autonoma
Prima di arrivare all'obiettivo della guida altamente e completamente autonoma si dovranno superare anche ostacoli non prettamente tecnici. Infatti, molto di ciò che già adesso sarebbe fattibile a livello tecnico, oggi non è ancora consentito ovunque sul piano legale.
Ad esempio, il regolamento internazionale UN/ECE n. 79 (Sterzo) ammette soltanto interventi sterzanti correttivi, ma non manovre sterzanti automatiche a velocità superiori ai 10 km/h. La convenzione sulla circolazione stradale di Vienna, su cui si fonda il diritto dell'UE, sancisce che il guidatore deve controllare permanentemente il proprio veicolo e deve poter intervenire in qualsiasi momento. Poiché quando fu varata questa convenzione ancora non si pensava ai veicoli autonomi, è necessaria una precisazione sul significato che va attribuito a tale norma nel caso dei veicoli altamente o completamente automatizzati. In alcuni stati federati degli Stati Uniti d'America, come il Nevada, si è già provveduto a fornire questo tipo di precisazione, per lo meno per regolamentare le prove su strada dei veicoli autonomi.
Un altro presupposto indispensabile per il passaggio ai sistemi parzialmente e altamente automatizzati è la loro accettazione sociale. Come all'epoca dell'invenzione dell'automobile, è prima necessario che aumenti la fiducia nelle capacità tecniche di questi sistemi. Lo conferma anche un recente studio del Mercedes-Benz Customer Research Center, condotto su circa 100 persone di età compresa tra i 18 e i 60 anni. Lo scetticismo iniziale dei partecipanti è scomparso quasi completamente dopo la prima prova nel simulatore di guida autonoma. Persino tra le persone che inizialmente avevano un atteggiamento di rifiuto si è potuto registrare dopo la simulazione un significativo aumento del grado di accettazione.
Una soluzione per avere a disposizione cartine e informazioni sempre aggiornate sugli itinerari viene dalla "comunicazione Car-to-X". Con questa tecnologia i veicoli potrebbero in futuro aiutarsi a vicenda nella creazione in tempo reale di cartine stradali, perché teoricamente ogni auto è in grado di rilevare il percorso compiuto e di memorizzarlo in una banca dati. Le automobili in sosta ad un semaforo rosso potrebbero passare l'informazione agli altri utenti del traffico, oppure potrebbe farlo il semaforo stesso, trasmettendo un segnale ai veicoli che si trovano nelle vicinanze. La comunicazione tra veicoli e con l'ambiente circostante è un aspetto al quale Mercedes-Benz lavora da molti anni e già quest'anno la Casa di Stoccarda, prima fra tutti i costruttori automobilistici, lancerà sul mercato le "funzioni Car-to-X".
PROMETHEUS: lavoro pionieristico verso la guida autonoma
I successi di Mercedes-Benz sul percorso di Bertha Benz sono il più recente risultato di tanti anni di ricerca nel settore della guida autonoma. Una delle prime pietre miliari di questa attività è stato il progetto di ricerca EUREKA-PROMETHEUS („Programme for European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedented Safety“), che fu avviato da Daimler-Benz nel 1986 e le cui vetture di prova alimentarono i titoli dei giornali quando, nel 1994, percorsero in modo quasi del tutto autonomo circa 1.000 km nel normale traffico di un'autostrada a più corsie nel comprensorio di Parigi o quando, nel 1995, coprirono il tragitto Monaco - Copenaghen. Con queste prove Mercedes-Benz dimostrò già quasi vent'anni fa la fattibilità tecnica della guida autonoma in autostrada, con tanto di cambi di corsia, sorpassi e mantenimento della distanza.
Uno dei risultati del progetto PROMETHEUS fu, nel 1998, la produzione in serie del DISTRONIC (TEMPOMAT con regolazione della distanza) per la Classe S. Partendo dal DISTRONIC, Mercedes-Benz sviluppò progressivamente sistemi di assistenza alla guida che riconoscono le situazioni di pericolo, avvisano il guidatore e sono sempre più spesso in grado di intervenire automaticamente. Anche il riconoscimento della segnaletica stradale è stato un risultato del progetto, che entrò nella produzione in serie nel 2005. Il continuo perfezionamento del rilevamento dell'ambiente circostante con l'ausilio di telecamere stereoscopiche, anch'esse testate per la prima volta con il progetto Prometheus, ha posto le basi per la telecamera stereoscopica "6D Vision", introdotta adesso sulla nuova Classe E e Classe S. Questa tecnologia brevettata da Daimler consente di prevedere gli spostamenti in tempo reale degli altri utenti della strada nell'area circostante la vettura.
Dal punto di vista tecnico, un universo separa il progetto Prometheus dalla
Mercedes-Benz S 500 INTELLIGENT DRIVE. «Il progresso lo dobbiamo soprattutto ai moderni hardware e software, che nel corso degli anni sono stati sottoposti ad una tenace opera di perfezionamento», spiega il Responsabile Sviluppo Mercedes-Benz, Thomas Weber. «I moduli tecnici di allora erano troppo grandi, troppo cari e infine anche non abbastanza efficienti e affidabili per l'impiego su vetture di serie. La situazione di oggi è completamente diversa. I nostri moderni sistemi trovano alloggio in centraline di comando compatte, che forniscono prestazioni straordinarie e hanno ciò nonostante un costo sostenibile. Perché soltanto in quest'ultimo caso le funzioni dell'auto autonoma possono essere appannaggio di molti clienti – e in definitiva è proprio questo il nostro obiettivo.»
Sistemi di assistenza alla guida Mercedes-Benz con funzioni di guida parzialmente automatizzate nelle vetture di serie
TEMPOMAT con regolazione della distanza DISTRONIC/DISTRONIC PLUS (1998/2005)
Introdotto nel 1998 e riproposto in versione evoluta nel 2005 con sensori radar perfezionati, il TEMPOMAT con regolazione della distanza mantiene automaticamente la distanza di sicurezza dal veicolo che precede. È in grado di frenare e di accelerare automaticamente.
Sistema frenante PRE-SAFE (2006)
Frena automaticamente la vettura quando incombe la minaccia di un tamponamento (frenata autonoma parziale e d'emergenza).
Blind Spot Assist attivo (2010)
Rileva la presenza di veicoli nella corsia adiacente e, nei cambi di corsia, può limitare il pericolo di collisione frenando le ruote su un lato della vettura.
Sistema antisbandamento attivo (2010)
Grazie all'interconnessione con l'ESP, in caso di superamento involontario di una linea continua o discontinua questo sistema di assistenza frena le ruote sul lato opposto per riportare la vettura in corsia.
Park Assist (2010)
Avvalendosi dello sterzo diretto elettromeccanico, esegue le manovre di sterzata necessarie per l'ingresso in un parcheggio.
DISTRONIC Plus con sistema di assistenza allo sterzo e Stop&Go Pilot (2013)
Aiuta il guidatore non solo a mantenere la distanza desiderata dal veicolo che precede, ma anche a rimanere al centro della carreggiata. Consente pertanto la guida autonoma nella marcia in colonna.
Brake Assist BAS PLUS con sistema di assistenza agli incroci (2013)
Riconosce anche il traffico trasversale e i pedoni, e amplifica la potenza frenante richiesta dal guidatore.