Engineering
Navetta autonoma
Viaggia su una navetta elettrica senza conducente in un campus universitario di notte, dopo la pioggia. Sterza con l’inseguimento puro, puntando a un punto più avanti sul percorso con la curvatura 2 sin(alpha)/L_d, esattamente 1/R su un cerchio, rallenta a sqrt(a_lat/kappa) in ogni curva, si ferma sul segno in due fermate entro i limiti di comfort di decelerazione e di jerk, e sorveglia la strada con un ventaglio di raggi lidar. Una passante aspetta sulle strisce: la navetta la vede e le dà la precedenza. Disattiva la regola della precedenza e lei scende in strada 14 m più avanti: l’arresto d’emergenza richiede la distanza della formula chiusa v tau + v^2/2a + v a/2j; dai alla percezione 1,2 s di latenza e la navetta la raggiunge; parcheggia un furgone prima delle strisce e lei resta nascosta finché non è nella corsia. Prova l’asfalto asciutto e le foglie bagnate, e segui ogni joule dalla batteria ai motori, all’aria, agli pneumatici e ai freni, e di ritorno attraverso la rigenerazione.
Cosa succede
Una navetta da 3000 kg (2400 kg e 8 passeggeri) percorre un anello di campus di 116,8 m, 76 + 13π m, con curve di 5 e 8 m. Bicicletta cinematica attorno all’asse posteriore, passo di 3 m: θ’ = v·tan δ/L. L’inseguimento puro punta al punto del percorso L_d = 2 m + 0.6 s·v più avanti e comanda κ = 2 sin α/l_d, esattamente 1/R su un cerchio; il servosterzo ruota al massimo di 0,7 rad/s fino a 35°. Il pianificatore mantiene la velocità di crociera, il limite di curva √(a_lat/κ) con a_lat = 1.2 m/s² (mai sopra μg/2) da quando il punto di mira entra in una curva, e 2 m/s alle strisce mentre qualcuno aspetta accanto; per le curve, la fermata successiva e un ostacolo frena non appena un rallentamento confortevole, jerk di 1,5 m/s³ fino a 0,96 m/s², poi costante, richiede tutta la distanza rimasta, e poi segue v²/2d fino al limite, entro 1,2 m/s² e il limite di jerk. Un lidar 2D sul paraurti emette 121 raggi su 120° a 10 Hz, portata 30 m, rumore di 2 cm da un seme fisso, contro muri, pali, alberi, il furgone e la passante; i ritorni entro 1,5 m dal percorso davanti sono ostacoli. Il pianificatore vede ogni scansione dopo la latenza (0,3 s); se il tempo alla collisione è più breve di quanto richieda un arresto confortevole, frena ad anello aperto con jerk di 20 m/s³ fino a min(6, 0.9μg) m/s² e si ferma in v·τ + v²/2a + v·a/2j − a³/24j² dalla scansione (μ = 0.85, 0.55, 0.3). Il moto è esatto tratto per tratto: jerk costante per al massimo 10 ms con lo sterzo fermo è un arco di cerchio della lunghezza percorsa; l’arresto, la fine della rampa di frenata e gli istanti di latenza sono individuati dentro il passo. Lavoro alle ruote con Gauss a quattro punti: batteria = trazione/0.9 + 2 kW di ausiliari − 0.7 × frenata rigenerata (al massimo 40 kW), il resto della frenata scalda i freni ad attrito; il bilancio si chiude a meno dell’arrotondamento.
Da provare
Guarda un giro: le velocità in curva, gli arresti sul segno alle fermate e la navetta che dà la precedenza alle strisce; disattiva la regola della precedenza e confronta l’arresto con la distanza della formula chiusa; aumenta la latenza finché la navetta raggiunge la passante; scegli il furgone; prova le foglie bagnate; accorcia il tempo di anticipo e guarda lo sterzo.
Il modello e i suoi limiti
Una bicicletta cinematica: niente slittamento degli pneumatici né dinamica laterale, l’attrito limita solo la frenata d’emergenza e il limite di curva; un pianificatore didattico, non un autopilota certificato né una rete neurale. Il lidar scansiona un piano contro cerchi e segmenti, senza disturbi da pioggia, clustering né tracciamento; la passante segue un copione e non viene mai prevista oltre la regola delle strisce; un contatto viene segnalato, non simulato. Il ramo motore o quello rigenerativo è scelto per ogni tratto di 10 ms in base al lavoro netto alle ruote; la batteria è un accumulo di energia con rendimenti costanti. Un anello di campus in scala reale, senza altro traffico.
Equazioni del modulo
Equazioni θ’ = v·tan δ/L, κ_cmd = 2·sin α/l_d, L_d = L0 + k·v, on a circle α = L_d/2R, so κ = 1/R v_curve = √(a_lat/κ), brake when d ≤ D(v, a, v_c); then a = −(v² − v_c²)/2d, |a| ≤ a_c, |da/dt| ≤ j TTC = d/v; emergency if d − 1 m < D_comfort; s_stop = v·τ + v²/2a_e + v·a_e/2j_e − a_e³/24j_e², a_e = min(6, 0.9·μ·g) E_batt = W_trac/η_m + E_aux − η_r·W_regen, W_trac − W_brake = ΔE_k + F_r·s + ∫c·v³ dt
