Progettazione del sistema di controllo per un dispositivo di illuminazione avanzato

Advanced motorcycle lighting systems must operate under dynamic riding conditions and limited visibility, where vehicle motion, physical constraints, and real-time computational limitations significantly affect the effectiveness of the projected light beam. Traditional motorcycle headlight systems are generally static or introduce only limited adaptations by activating auxiliary light elements once the maneuver has already been completed. This thesis presents the design and experimental validation of an embedded adaptive lighting system based on a high-resolution LED matrix, capable of dynamically controlling the orientation and distribution of the light beam. The proposed approach integrates physical modeling, state estimation, prediction, and control within a real-time oriented software architecture. A control-oriented dynamic model of the motorcycle longitudinal and pitch dynamics is developed using a simplified half-vehicle representation. In the presence of modeling uncertainties and partial state availability, an Extended Kalman Filter with augmented state formulation is adopted to estimate the internal system states and parameterize unmodeled dynamics. A simplified state prediction strategy is further introduced to compensate for actuation delays and support anticipative control actions. The embedded software architecture is designed to manage the high data throughput of the LED matrix under strict computational constraints. Dedicated algorithms for matrix processing, including clustering, efficient image rotation techniques, and compensation strategies for optical effects, are implemented to reduce computational load while preserving beam accuracy. Experimental results obtained on the physical system validate the proposed architecture and confirm the feasibility of adaptive beam control on an embedded platform under realistic operating conditions.

I sistemi di illuminazione motociclistici avanzati devono operare in condizioni di guida dinamiche e di visibilità ridotta, in cui il moto del veicolo, i vincoli fisici e le limitazioni computazionali in tempo reale influenzano significativamente l'efficacia del fascio luminoso. I sistemi di illuminazione tradizionali sono generalmente statici oppure introducono adattamenti limitati, attivando elementi luminosi ausiliari solo a manovra già completata. La presente tesi presenta la progettazione e la validazione sperimentale di un sistema di illuminazione adattivo embedded basato su una matrice di LED ad alta risoluzione, in grado di controllare dinamicamente l'orientamento e la distribuzione del fascio luminoso. L'approccio proposto integra modellazione fisica, stima dello stato, predizione e controllo all'interno di un'architettura software orientata al real-time. Viene sviluppato un modello dinamico orientato al controllo della dinamica longitudinale e di beccheggio del motociclo, basato su una rappresentazione semplificata di tipo half-vehicle. In presenza di incertezze di modellazione e disponibilità parziale dello stato, un filtro di Kalman esteso con formulazione di stato aumentato è adottato per stimare gli stati interni e parametrizzare dinamiche non modellate. Una strategia di predizione degli stati semplificata è inoltre introdotta per compensare i ritardi di attuazione e supportare azioni di controllo anticipative. L'architettura software embedded è progettata per gestire l'elevato throughput di dati della matrice LED nel rispetto di stringenti vincoli computazionali. Algoritmi dedicati per l'elaborazione della matrice luminosa, inclusi metodi di clusterizzazione e tecniche efficienti di rotazione delle immagini, nonché strategie di compensazione degli effetti ottici, sono implementati per ridurre il carico computazionale preservando l'accuratezza del fascio. I risultati sperimentali ottenuti sul sistema fisico validano l'architettura proposta e confermano la fattibilità di un controllo adattivo del fascio luminoso su una piattaforma embedded in condizioni operative realistiche.