Scientific area: Informática Industrial
Automotive Road Condition Sensing Accelerator Co-design
Submited 2020-01-28
Student: Ãlvaro Manuel Castro Leite       Number: 75181       Email: alvaroleite01@gmail.com
Start date: 16/09/2019   

Supervisor:
Name: Jorge Miguel Nunes dos Santos Cabral
Email: jcabral@dei.uminho.pt   

Description:

Frequentemente, os condutores não são capazes de reconhecer a degradação de tração do pavimento, resultante do pavimento húmido em comparação com o pavimento seco. Isso pode levar os motoristas a não reduzir suficientemente a velocidade enquanto conduzem em pavimentos de menor atrito. Muitas vezes, os assistentes eletrónicos dos veículos também não reconhecem as mudanças bruscas de atrito no asfalto e, consequentemente, a tração do veículo.

Para que o veiculo perceba rapidamente o estado do piso é necessário que sejam implementados sensores de condição de piso e um sistema de estimação de aderência, que tem como entrada os valores medidos pelo sensor (ou rede de sensores). Atualmente os sensores que aparentam ser mais promissores são os acústicos e os óticos.

No âmbito da deteção da condição do piso com sensor acústico, recorre-se, maioritariamente, ao som produzido pela água a bater nas covas das rodas para se determinar a condição do piso. No entanto este método tem problemas de repetibilidade uma vez que fatores como condições da estrada e pneus influenciam o som produzido.

Outra abordagem passa pela utilização de sensores óticos. Com eles é possível mapear as condições do pavimento num espetro de frequência. Usando o reflexo da superfície, o sistema foi capaz de identificar diferentes tipos de condições como, seco, húmido e gelo. Uma das maiores dificuldades está relacionada com a quantidade de luz no ambiente, fazendo com que os resultados das medições variassem por fatores externos ao sistema.

De modo a diminuir a influência dos fatores externos, começaram a ser propostos modelos que, para além de terem o sensor, também têm um (ou vários) emissor (ou emissores) com frequências no espectro do infravermelho. Utilizando a relação sinal-ruído é possível remover o ruído produzido pelo ambiente, de forma a apenas ficar a reflexão do sinal pretendido.

Sendo este um sistema para ser colocado em veículos automóveis, há uma necessidade de garantir que o sistema é tolerante a falhas. Por causa deste fator todos os requisitos devem ser identificados numa fase inicial do projeto, e levados em consideração no design do sistema. De forma a garantir o ponto previamente descrito, uma abordagem de design viável será o Co-design, onde o hardware e o software são desenhados em conjunto, de forma a mitigar as possibilidades de falhas, usando o hardware (FPGA) para executar tarefas críticas de forma redundante ou para acelerar o processamento de tarefas pesadas do ponto de vista computacional.

Com a aplicação tecnologia FGPA, é possível explorar o paralelismo existente ao nível dos dados e do sistema de controlo, contruído para uma latência reduzida, menor atraso na resposta do sistema e um aumento na fiabilidade, fazendo uso de redundância de implementação no sistema.

 


Objectives:

 

O principal objetivo desta dissertação é desenvolver sistema de controlo e recolha de dados dum sensor de análise de condição de piso baseada em FPGA. Os principais objetivos da dissertação são:

•  Implementação de monitorização da temperatura dos laseres;

•  Design e Implementação dum módulo de disparo de laser;

•  Design e Implementação dum módulo de aquisição de sinal;

•  Aplicação de técnicas de tolerância à falha;

•  Co-simulação do sistema proposto;

•  Integração dum sensor real com o sistema;

•  Recolha de métricas e comparação com outras implementações;

•  Integração com o sistema do veiculo.


Keywords:
co-design; embedded systems; FPGA

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