Sistema Triplo Redundante (TMR) para sensores angulares
Hugo Manuel de Moura Freitas · RepositóriUM (Universidade do Minho) · 2024
A utilização de soluções x-by-wire tem-se tornado frequente no ramo da aeronáutica e dos automóveis e consiste na substituição de sistemas mecânicos por sistemas elétricos. Estas soluções são vantajosas visto que diminuem tanto o peso que um sistema mecânico possui bem como a quantidade de manutenção que seria necessária. No entanto, tais sistemas são considerados safety-critical, pois caso ocorra um erro, este pode ter repercursões na segurança humana, tais como a ocorrência de acidentes. O sistema steer-by-wire é um exemplo de uma destas soluções. Este sistema tem o objetivo de substituir a coluna da direção que liga mecanicamente o volante à direção. Uma vez que deixa de existir a coluna do volante, existe a necessidade de existir um sistema que possa intervir na ocorrência de uma falha. Para desenvolver este sistema é necessário recorrer ao desenvolvimento de sistemas tolerantes à falha, sendo os sistemas de tripla redundância (TMR) atualmente os mais utilizados. Deste modo, pretende-se explorar a utilização de três módulos a realizarem a mesma operação em redundância, sendo possível detectar a falha de um dos módulos e agir em conformidade ao cenário apresentado. Na solução desenvolvida nesta dissertação, recorre-se a vários IP TMR da Xilinx, bem como ao AXI DMA e XADC e ao soft-core Microblaze, entre outros, que irão ser implementados na Zybo Z7-10 de modo a demonstrar um sistema TMR steeer-by-wire. Para validar a solução proposta, recorreu-se a testes unitários a cada um dos módulos e IPs, terminando com um demonstrador composto por módulos de TMR que permitem a aquisição, processamento e atuação com o objetivo de implementar uma solução safety-critical, permitindo ainda a injeção de falhas no sistema. O sinal analógico adquirido é um sinal sinusoidal na ordem dos 90 kHz. Desta forma é possível validar tanto a aquisição de sinais de alta frequência bem como o funcionamento da tripla redundância. Após a gradual integração de todos os componentes, foi possível retirar várias conclusões sobre a utilização deste sistema. Foram encontrados vários problemas principalmente na configuração e finalidade do sistema triplo redundante como um todo, bem como na utilização conjunta do IP XADC com o DMA, nomeadamente quando se utilizava mais do que um canal de leitura de sinais no ADC. Concluiu-se que o sistema não seria capaz de se comportar como o esperado nos objetivos inicialmente definidos.