analisis respuesta canal_red_alimentacion_vehiculo
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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
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Introducción
Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010
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
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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
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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
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Índice
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Introducción
Análisis según hipótesis de canal invariante
Modelo de canal invariante en el tiempo Configuración de medida Elección de puntos de acceso y canales Canales LTI medidos
Análisis según hipótesis de canal variante
Conclusiones
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Análisis según hipótesis de canal invariante
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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
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( )( )
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)
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Análisis según hipótesis de canal invariante
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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:
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Cables del
analizador
de redesBNC con
bananas
Planos de
referenciaConectores
Transición
Análisis según hipótesis de canal invariante
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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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Análisis según hipótesis de canal invariante
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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:
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Índice
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Introducción
Análisis según hipótesis de canal invariante
Análisis según hipótesis de canal variante
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
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Análisis según hipótesis de canal variante
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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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Análisis según hipótesis de canal variante
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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
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Análisis según hipótesis de canal variante
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-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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Análisis según hipótesis de canal variante
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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
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Análisis según hipótesis de canal variante
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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
...
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Análisis según hipótesis de canal variante
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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
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-50 0 50-10
-5
0
5
10
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Tiempo (ms)A
mp
litu
d (
V))
Ciclo del motor
Elegir punto de disparo
Análisis según hipótesis de canal variante
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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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Análisis según hipótesis de canal variante
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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
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Introducción
Análisis según hipótesis de canal invariante
Análisis según hipótesis de canal variante
Conclusiones
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Conclusiones
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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
Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010
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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