FPGA-Based Dual Learning Model for Wheel Speed Sensor Fault Detection in ABS Systems Using HIL Simulations
Notice bibliographique
Résumé
The rapid evolution of modern vehicles into intelligent and interconnected systems presents new complexities in both functional safety and cybersecurity. In this context, ensuring the reliability and integrity of critical sensor data, such as wheel speed inputs for anti-lock brake systems (ABS), is essential. Effective detection of wheel speed sensor faults not only improves functional safety, but also plays a vital role in keeping system resilience against potential cyber–physical threats. Although data-driven approaches have gained popularity for system development due to their ability to extract meaningful patterns from historical data, a major limitation is the lack of diverse and representative faulty datasets. This study proposes a novel dual learning model, based on Temporal Convolutional Networks (TCN), designed to accurately distinguish between normal and faulty wheel speed sensor behavior within a hardware-in-the-loop (HIL) simulation platform implemented on an FPGA. To address dataset limitations, a TruckSim–MATLAB/Simulink co-simulation environment is used to generate realistic datasets under normal operation and eight representative fault scenarios, yielding up to 5000 labeled sequences (balanced between normal and faulty behaviors) at a sampling rate of 60 Hz. Two TCN models are trained independently to learn normal and faulty dynamics, and fault decisions are made by comparing the reconstruction errors (MSE and MAE) of both models, thus avoiding manually tuned thresholds. On a test set of 1000 sequences (500 normal and 500 faulty) from the 5000 sample configuration, the proposed dual TCN framework achieves a detection accuracy of 97.8%, a precision of 96.5%, a recall of 98.2%, and an F1-score of 97.3%, outperforming a single TCN baseline, which achieves 91.4% accuracy and an 88.9% F1-score. The complete dual TCN architecture is implemented on a Xilinx ZCU102 FPGA evaluation kit (AMD, Santa Clara, CA, USA), while supporting real-time inference in the HIL loop. These results demonstrate that the proposed approach provides accurate, low-latency fault detection suitable for safety-critical ABS applications and contributes to improving both functional safety and cyber-resilience of braking systems.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».