Analisis respuesta canal_red_alimentacion_vehiculo

Análisis de la respuesta de canal de la red de alimentación de un vehículo

A. B. Vallejo-Mora, J. J. Sánchez-Martínez, F. J. Cañete, J. A. Cortés y L. DíezIngeniería de Comunicaciones, Universidad de Málaga

Índice

Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010

Introducción

Tecnología PLC y ventajas Aplicaciones anteriores y nueva Protocolos existentes Similitudes con aplicación en interiores Trabajo realizado en vehículos

Análisis según hipótesis de canal invariante

Análisis según hipótesis de canal variante

Conclusiones

2

Introducción


Aplicaciones anteriores:

1. Integración en red de área extensa “ última milla”2. Red de área local (LAN)

Nueva aplicación:

Uso cableado de alimentación de vehículo para transmitir datos

Tecnología PLC (Power Line Communications)

Transmisión de datos por la red eléctrica

Protocolos existentes: comunicación entre los diferentes sensores y el sistema de control central

CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network) y FlexRay buses dedicados

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Introducción


Ventajas de PLC en vehículos

No es necesario buses dedicados red de alimentación Ahorro material, mano de obra, combustible Incorporación fácil de nuevas funcionalidades

Red de alimentación como red de comunicación:

En principio, red redundante Funciones de confort y no de seguridad Si se demuestra fiabilidad se pueden reducir o eliminar los buses

dedicados Otros ámbitos aeroespacial, ferroviario, naval y aeronáutico

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Introducción


Similitudes con aplicación en interiores:

Topología arborescente Cuadro distribución en viviendas equivalente a batería en vehículos Desadaptaciones de impedancia propagación multicamino Respuesta en frecuencia con desvanecimientos profundos

Estudios de canales PLC en interiores:

Características del canal Modelos para obtener respuestas en frecuencia representativas

Trabajo realizado en vehículos:

Medidas de canales en diferentes estados de motor (apagado, ralentí y 2000 rpm)

Análisis de 2 modelos de comportamiento del canal variante e invariante en el tiempo

5

Índice


Introducción


Modelo de canal invariante en el tiempo Configuración de medida Elección de puntos de acceso y canales Canales LTI medidos


Conclusiones

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Modelo de canal invariante en el tiempo:

Sistema lineal e invariante en el tiempo (LTI) caracterizado por su respuesta impulsiva h(t) o por su respuesta en frecuencia H(f)

Relación entrada-salida:h(t)

H(f)x(t) y(t)

0

( ) ( ) ( )y t h x t d

H(f) queda determinada en función de parámetros S del canal medido

21

11

( )( )

1 ( )

S fH f

S f

Modelo que representa cierto estado de la red de alimentación si se activa o desactiva algún dispositivo, cambia la H(f)

7



Medida de canales de la red de alimentación de un vehículo para 3 estados de motor (apagado, ralentí y 2000 rpm)

• Bw= [0.3-100] MHz• Nº de puntos= 1601• Bw de FI= 1 kHz• Factor de promediado= 16

Parámetros del analizador de redes:

Planos de

referencia

Analizador de

redes

Canal medido engloba el enlace de la red de alimentación seleccionado, los cables BNC-bananas, transición y conectores

Configuración de medida:

8

Cables del

analizador

de redesBNC con

bananas

Planos de

referenciaConectores

Transición



Elección de canales:

Transmisor Receptores

Batería Encendedor, luz marcha atrás

Encendedor Batería

Alimentación radio Luz intermitente, encendedor

Luz intermitente Alimentación radio, luz de cruce

Transmisor Receptores

Luz marcha atrás Fusible B

Luz de posición Fusible A, luz marcha atrás

Luz de cruce Iluminación radio

Fusible B Batería

Compartimento del

motor

Luz

intermitente

delantera

derecha

Luz de cruce

izquierda

Batería

- +

Luz de

marcha

atrás

derecha

Luz de

posición

trasera

izquierda

Caja

fusibles

Encendedor

Cabina del pasajeroCompartimento

trasero

Radio

AlimentaciónIluminación

Puntos de acceso

Uniformemente distribuidos

Conexión directa a batería o bajo contacto

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Canales LTI medidos:

No pasa a través de la batería Un único canal Menor atenuación Desvanecimientos suaves Diferencias de 2 dB con velocidad

Pasa a través de la batería Resto de canales (11) Mayor atenuación factor

limitante el paso por batería Desvanecimientos profundos Diferencias de 25 dB con velocidad

Tipos

Camino directo: alimentación radio-encendedor(A) Apagado (B) Ralentí (C) 2000 rpm

Camino indirecto: luz de cruce-iluminación radio(D) Apagado (E) Ralentí (F) 2000 rpm

1. Canal directo:

2. Canal indirecto:

10

Índice


Introducción



Señales de sincronismo Modelo de canal variante en el tiempo Modelo de aproximación de variación lenta del canal Configuración y procedimiento de medida Canales LPTV medidos

Conclusiones

11



Consideraciones:

Alimentación en estado apagado bateríaAlimentación en estado encendido alternador

Alternador genera señal alterna que se transforma en continua mediante un rectificador alimentación de dispositivos

Impedancia del alternador puede variar con la velocidad del motor posible variación de H(t,f) con velocidad del motor

Impedancia del alternador puede variar para velocidad dada de motor debido a variaciones de tensión de la señal alterna posible variación de H(t,f) con señal alterna (ciclo del motor)

Necesario señal de sincronismo

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Señales de sincronismo:

Fase de inyección combustible entra en cilindros del motor

Señales de interés: señal de cuentarrevoluciones y señal de fase

Señal cuentarrevoluciones indica revoluciones por minuto del motor

Señal de fase permite sincronismo con los 4 cilindros

Mediante estas señales, la Unidad de Control Electrónico (ECU) controla el comienzo y duración de la inyección de combustible

13



-100 -50 0 50 100-15

-10

-5

0

5

10

15

Tiempo (ms)

Am

plitu

d (

V))

Ciclo del motor

Cilindro 1 Cilindro 2 Cilindro 3 Cilindro 4

-50 0 50-10

-5

0

5

10

15

Tiempo (ms)

Am

plitu

d (

V))

Ciclo del motor

Señal de cuentarrevoluciones Señal de fase

Ciclo motor inyección de los 4 cilindros y duración dependiente de revoluciones del motor

Ciclo motor 8 periodos de señal de cuentarrevoluciones, 1 periodo de señal de fase

Ralentí 2000 rpm

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Modelo de canal variante en el tiempo:

h(t,u)

H(t,f)x(t) y(t)

Sistema lineal variante periódicamente con el tiempo (LPTV) caracterizado por su respuesta impulsiva h(t,u) o por su respuesta en frecuencia H(t,f)

Relación entrada-salida:

( ) ( , ) ( )y t h t u x u du

Respuesta al impulso h(t,u) en el instante t obtenida a partir del impulso aplicado en el instante u

Como respuesta en frecuencia del canal presenta comportamiento cíclico (periodo T0 ) se cumple

0 0( , ) ( , )h t t h t nT t nT

15



Modelo basado en la variación lenta del canal intervalos de invarianzaen un periodo T0 (respuesta del canal no cambia)

Canal LPTV determinado por un conjunto de sistemas LTI de respuestas al impulso hl(t)

Respuestas impulsivas de sistemas LTI relacionadas con respuestas al impulso de sistema LPTV

Parámetros:

Modelo de aproximación de variación lenta del canal:

L intervalos de invarianza

Duración de intervalos de invarianza

( ) ( , )l l lh t h l T t l T

0/

lT T L

[0... 1]l L

h0(t)

h1(t)

hL-1(t)

x(t) y(t)

0

1

1L

...

16



Uso de analizador de redes y osciloscopio

Osciloscopio utilizado como mecanismo de disparo del barrido del analizador de redes

Señal de fase como sincronismo se dispara trigger siempre con

el mismo pico de los dos existentes dentro de un periodo

Configuración de medida:

Planos de

referencia

Analizador de

redes Osciloscopio

TRIG

OUT

TRIG

IN

17

-50 0 50-10

-5

0

5

10

15

Tiempo (ms)A

mp

litu

d (

V))

Ciclo del motor

Elegir punto de disparo



Procedimiento de medida:

1

1f1

0f ...1

2f1

1Lf ...1

/ 2Lf2

0f ...2

1f2

2f2

1Lf ...2

/ 2Lf

Ciclo de motor 1 Ciclo de motor 2

100

0f ...100

1f100

2f100

1Lf ...100

/ 2Lf

Ciclo de motor 100

f1601 puntos

1

1f1

0f

1

1Lf

2

0f

2

1f100

0f

100

1f

100

1Lf

...

Frecuencia

2

1Lf

Inte

rva

los d

e

inva

ria

nza

... ...

...

...

...1

1f̂

1

0f

1

1ˆLf

2

0f

2

1f̂

100

0f

100

1f̂

100

1ˆLf

Frecuencia

2

1ˆLf ...

...

...

... ...

f 'f L f

Interpolación

lineal

Inte

rva

los d

e

inva

ria

nza

10 medidas consecutivas de B=10 MHz:N= 1601 puntos, C= 100 ciclos, L=16 intervalos invarianza

T0= 145.6 ms, TB=14.56 sΔf= 6.25 kHz, Δf’=100 kHz

Btotal= [0.3 – 100.3] MHz

Objetivo: Determinar variación periódica

Ralentí

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Mayor atenuación en canal indirecto

Las variaciones cíclicas del módulo de H(t,f) son irrelevantes, al contrario que en la red eléctrica de viviendas que superan los 10 dB

Canales LPTV medidos:

|H(t,f)| (dB)

Fre

cu

en

cia

(M

Hz)

Índice del intervalo de invarianza

0 5 10 15

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-25

-20

-15

-10

-5

|H(t,f)| (dB)

Fre

cu

en

cia

(M

Hz)

Índice del intervalo de invarianza

0 5 10 15

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

Camino indirecto: luz de cruce-iluminación radioCamino directo: alimentación radio-encendedor

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Índice


Introducción



Conclusiones

20

Conclusiones


Evaluación de dos modelos de comportamiento de la respuesta en frecuencia de canales establecidos en la red de alimentación de un vehículo modelo lineal e invariante en el tiempo (LTI) y modelo lineal variante periódicamente en el tiempo (LPTV)

Se han utilizado medidas reales de canal realizadas en la red de alimentación de un vehículo Fiat Coupé

Se ha comprobado que las respuestas en frecuencia de los diferentes canales presentan variaciones cíclicas no significativas respecto al ciclo del motor modelo LPTV no es apropiado

Modelo LTI conveniente para canales en red de alimentación de vehículos

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Agradecimientos


Este trabajo ha sido subvencionado por la Junta de Andalucía bajo el proyecto nº TIC-03007

Los autores agradecen la colaboración de Fiat Málaga

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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