teza cem auto

8/9/2019 Teza CEM Auto

1/50

UIVERSITATEA TRASILVAIA BRAOV

Facultatea de Inginerie Electric i tiinaCalculatoarelor

coala doctoral Domeniul Inginerie electric

SOLUII MODEREPETRU MSURAREA I COTROLUL

PARAMETRILOR ELECTROMGAETICIAI MEDIULUI DI AUTOVEHICUL

MODER SOLUTIOS FOR MEASURIGAD COTROLLIG ELECTROMAGETIC

PARAMETERS I AUTOMOTIVE EVIROMET

Rezumatul tezei de doctorat

DOCTORADIng. Adrian Marian MAOI

CODUCTOR TIIIFIC

Prof. univ. dr.ing. Elena HELEREA

Braov, 2011


2/50

MIISTERUL EDUCAIEI, CERCETRIITIERETULUI I SPORTULUI

Universitatea Transilvaniadin BraovRECTORAT

500036, Braov, B-dul EROILOR nr. 29, tel./fax +40268410525, +40268412088

www.unitbv.ro

COMPOEAumit prin Ordinul Rectorului Universitii Transilvaniadin Braov

r. 4621 din 16.06.2011

PREEDITE: - Prof. univ. dr. ing. Sorin Aurel MORARUDECAN Fac. de Inginerie Electric i tiina

Calculatoarelor

Universitatea Transilvania din Braov

CODUCTOR TIIIFIC: - Prof. univ. dr. ing. Elena HELEREAUniversitatea Transilvania din Braov

REFEREI: - Prof. univ. dr. ing. Clin MUTEAUUniversitatea Tehnic din Cluj-Napoca

- Conf. univ. dr. ing. Adrian ADSCALIEIUniversitatea Politehnica din Bucureti

- Prof. univ. dr. ing. Ioan-Dnu OLTEAUniversitatea Transilvania din Braov

Data, ora i locul susinerii publice a tezei de doctorat: smbt, 16.07.2011, ora 11,00, n AulaSergiu T. Chiriacescua Universitii Transilvania din Braov, sala U.II.3.

Eventualele aprecieri sau observaii asupra coninutului lucrrii, v rugm s le trimitei n timp util

pe adresa Universitii Transilvania din Braov, Secretariat Doctorate.


3/50


4/50


5/50

Adrian Marian MAOI

1

CUPRISPag.

ITRODUCERE I/ 3

C1. MEDIUL ELECTROMAGETIC - PARAMETRII I REGLEMETRI 1/ 71.1. Conceptul de mediu electromagnetic 1/ 7

1.1.1. Descrierea mediului electromagnetic 1/ 71.1.2. Propagarea undelor electromagnetice 4/ 81.1.3. Impedana de und a mediului i admitana 7/ 91.1.4. Cmp apropiat i cmp ndeprtat 8/ 9

1.2. Tehnici de msurare a parametrilor mediului electromagnetic 10/1.2.1. Modelul dipolului electric 10/1.2.2. Bucla de curent 11/1.2.3. Senzori i sisteme de senzori 12/1.2.4. Metode de msurare a parametrilor mediului electromagnetic 14/

1.3. Determinarea parametrilor mediului electromagnetic 17/ 11

1.3.1. Msurtori de perturbaii electromagnetice n cmp ndeprtat 17/ 111.3.2. Prelucrarea datelor 21/ 121.3.3. Concluzii 23/ 13

1.4. Niveluri limit ale parametrilor mediului electromagnetic 24/

C2. PERTURBAII ELECTROMAGETICE AUTOVEHICULE 25/ 142.1. Tipuri i surse de perturbaii electromagnetice n autovehicule 25/ 14

2.1.1. Clasificarea perturbaiilor electromagnetice 25/ 142.1.2. Surse de perturbaii 27/ 14

2.2. Perturbaii n sistemele auto de comunicaie i comand 27/ 152.2.1. Sisteme de tip bus pentru automobile 27/ 152.2.2. Sisteme electronice de control i comand 36/

2.2.3. Sistemul de aprindere 40/2.2.4. Sisteme radio i de telecomunicaie 42/2.3. Perturbaii n sisteme electrice de acionare ale autovehiculelor 43/ 18

2.3.1. Sistemul de pornire auto 43/2.3.2. Sistemul de ventilaie i climatizare auto 44/ 18

2.4. Cerine actuale privind compatibilitatea electromagnetic la autovehicule 48/

C3. SIMULRI PRIVID PROPAGAREA SEMALELOR PE LIII DE TRASMISIE52/ 21

3.1. Semnale i caracteristici la liniile de transmisie auto 52/ 213.1.1. Semnale de transmisie 52/ 213.1.2. Caracteristicile liniilor transmise 54/

3.2. Descrierea configuraiilor i a modului de abordare 56/ 223.3. Rezultate i interpretri 59/ 23

3.3.1. Atenuri i ntrzieri semnale 59/ 233.3.2. Analiza integritii semnalelor 62/ 253.3.3. Fenomene tranzitorii 67/ 273.3.4. Rezonana n liniile de transmisie 69/ 283.3.5. Asincronism la semnale difereniale 70/ 28


6/50

Rezumat tez de doctorat

2

C4. SISTEM PETRU MOITORIZAREA I COTROLUL PARAMETRILORMEDIULUI ELECTROMAGETIC DI AUTOVEHICULE 73/ 30

4.1. Necesitatea implementrii unui sistem de monitorizare i control a parametrilormediului EM n auto 73/ 30

4.2. Proiectarea i realizarea sistemului de monitorizare 74/ 304.2.1. Stuctura sistemului 74/ 314.2.2. Programul software de monitorizare 75/ 32

4.3. Testarea i validarea sistemului 80/ 344.3.1. Funcia msurare continu 80/ 344.3.2. Alte funcii 81/ 35

4.4. Utilizarea sistemului la monitorizarea parametrilor mediului electromagnetic 82/ 364.4.1. Determinri experimentale 82/ 364.4.2. Prelucrarea datelor 83/ 36

C5. COCLUZII I COTRIBUII ORIGIALE 94/ 395.1. Concluzii finale 94/ 395.2. Contribuii originale 96/ 41

Bibliografie 98/ 42

Rezumat 104/ 44CV 105/ 45

n rezumat s-au pstrat notaiile figurilor, relaiilor i tabelelor din tez.


7/50


8/50


4

- Determinarea influenei factorilor relevani asupra integritii semnalelor.Obiective legate de conceperea i realizarea unui sistem pentru msurare i controlulparametrilor electromagnetici ai mediului din autovehicule

- Definirea funciilor sistemului i dezvoltarea algoritmului de msurare i control;- Realizarea programului de calcul pentru implementarea funciilor sistemului;- Implementarea fizic a sistemului, cu testarea i validarea funcionalitii;- Utilizarea sistemului la monitorizarea parametrilor electromagnetici ntr-o zon urban

aglomerat, pe durata unei zile determinri experimentale;- Aplicarea de metode statistice n vederea caracterizrii mediilor electromagnetice i asurselor de perturbaii prezente n acestea.

Metodologia cercetrilor doctorale

Cercetarea efectuat are la baz lucrri din domeniu compatibilitii electromagnetice i ndomenii conexe: cri, articole, teze, documentaii de produs i norme de compatibilitateelectromagnetic.

Pornind de la expresia transferului de putere asociat variaiei cmpului electromagnetic ide la expresia densitii superficiale de putere transferat ntr-un punct din spaiu sunt obinuteecuaiile de propagare a undelor electromagnetice i relaiile pentru admitana i impedana de und.

Analiza efectuat asupra modelului dipolului electric i al buclei de curent permite stabilireacriteriilor de msurare n cmp apropiat i n cmp ndeprtat, cu o eroare de max. 1 %. Suntinvestigate metodele de msurare cu dipol electric i bucl de curent, precum i metode ce utilizeazsisteme complexe de senzori.

Ca studiu de caz, este propus o metod de msurare a parametrilor mediuluielectromagnetic n zona urban Braov utiliznd un sistem cu anten izotrop. Determinrileexperimentale efectuate n patru zone aglomerate din oraul Braov - Rectorat, Astra, Bartolomeu iBraov Gar - sunt prezentate sintetic iar analiza efectuat a permis identificarea tipurilor de sursede cmp electromagnetic prezente n zonele investigate. Rezultatele obinute sunt comparate cu celeobinute de ctre autor n Bucureti, precum i cu cele obinute de ali cercettori pentru orae dinAmerica.

n continuare, este considerat autovehiculul modern i subansamblele acestuia din punct de

vedere al surselor posibile de perturbaii electromagnetice. Clasificarea tipurilor de sisteme electricei electronice din autovehicul i analiza efectuat arat ca principale surse de surs de perturbaiielectromagnetice conduse i radiate sistemele de comunicaie tip bus. Ca studiu de caz esteinvestigat sistemul de comand i control ca surs de perturbaii radiate i sistemul declimatizare/ventilaie ca surs de perturbaii conduse.

Pornind de la structura sistemelor de comunicaie din autovehicul, sunt propuse configuraiide simulare cu diferite linii de transmisie, semnale i rezistene terminale, n vederea stabiliriiinfluenei diverilor factori asupra integritii semnalelor care se propag n liniile de transmisie dinautovehicul. Analiza rezultatelor simulrii cu programul OrCAD Pspice arat c tipul semnalului,liniei i rezistenei terminale, precum i lungimea i simetria liniei de transmisie au efect asupraintegritii semnalului, atenurii si ntrzierii semnalului, la propagarea acestuia pe linii detransmisie.

n vederea creterii nivelului de siguran funcional a autovehiculului autorul propune unun sistem original de monitorizare a parametrilor mediului electromagnetic din autovehicule, a cruifuncionalitate poate fi extins i la alte medii. Sunt definite funciile i algoritmul de implementarea acestora. Este conceput un program modular n mediul Visual Studio n care sunt implementatefunciile sistemului. Modelul fizic este compus din analizor de spectru, anten de cmp electric de

band larg i unitate de comand cu avertizare acustic. Sistemul de monitorizare realizat a fostvalidat prin testarea funciilor implementate.

Sistemul conceput i realizat este utilizat la monitorizarea parametrilor mediuluielectromagnetic n zona central a oraului Braov. Determinrile experimentale cuprind seturi de


9/50

Adrian Marian MAOI

5

valori ale nivelului puterii cmpului electromagnetic n funcie de frecven, msurate ntr-unautovehicul care a rulat pe parcursul unei zile ntre diferite zone ale oraului. Analiza i prelucrareastatistic a datelor experimentale n programele IBM SPSS i Microsoft Excel, a permiscaracterizarea mediului electromagnetic din zona urban investigat, cu identificarea surselor de

perturbaii existente i cu stabilirea de corelaii specifice ntre rezultatele obinute.

outatea tiinific a rezultatelor obinute

Prezenta cercetare abordeaz problematica parametrilor mediului electromagnetic i asurselor de perturbaii electromagnetice, de interes att pentru asigurarea funcionalitii sistemelortehnice ct i pentru controlul i monitorizarea efectelor biologice. Determinrile experimentaleefectuate indic prezena unui spectru larg de surse de cmp electromagnetic n zone urbaneaglomerate. Importana rezultatelor a fost subliniat n cadrul reuniunii din 2008 a comisiei IEEEEMC TC3, unde s-a propus continuarea msurtorilor i includerea rezultatelor ntr-o baz de datecomun, mondial.

n tez este abordat unitar simularea propagrii semnalelor pe diferite configuraii de sistemebus, cu evidenierea parametrilor relevani privind integritatea semnalelor.

Dezvoltarea unui sistem de monitorizare a parametrilor mediului electromagnetic permiteobinerea de informaii utile n diverse zone ct i dezvoltarea de noi procedee de monitorizare n

vederea creterii gradului de siguran a autovehiculului.Implementarea metodelor statistice de prelucrare a datelor experimentale permite

introducerea de noi parametrii, care s caracterizeze adecvat mediul electromagnetic i sursele deperturbaii.

Valoarea aplicativ a lucrrii

Rezultatele teoretice i experimentale obinute n cadrul prezentei teze de doctorat pot fifolosite ntr-o serie de aplicaii viitoare, precum:- Definirea unor modele de simulare pentru calculul parametrilor circuitelor i componentelor din

autovehicul i alte sisteme;- Caracterizarea mediilor electromagnetice din diferite zone cu surse specifice;- Dezvoltarea de noi metode i proceduri pentru cretere gradului de siguran funcional a

autovehiculelor.

Diseminarea rezultatelor

Rezultatele obinute n timpul pregtirii doctorale s-au concretizat n publicarea unui numrde 11 lucrri de cercetare (6 ca prim autor), coautorul unei cri i realizarea contractului decercetare TD nr. 151/1.10.2007 cu titlul Soluii moderne pentru msurarea i controlul parametrilorelectromagnetici ai mediului din autovehicule.

Structura tezei

Teza este structurat ntr-un numr de cinci capitole, coninnd un numr de 94 relaii, 63figuri, 27 tabele, 90 poziii bibliografice i 3 anexe.

Capitolul 1Mediul electromagnetic - determinarea parametrilor i reglementri,prezintmetoda de obinere a parametrilor mediului electromagnetic pornind de la expresiile transferului de

putere asociat variaiei cmpului electric i magnetic. Sunt obinute relaiile pentru admitana iimpedana de und a mediului i definite zonele de cmp apropiat i cmp ndeprtat, n funcie defrecvena semnalului emis de o surs. Sunt prezentate metode de msurare a parametrilor mediului


10/50


6

electromagnetic, pornind de la dipolul electric i bucla de curent pentru msurarea intensitiicmpului electric i magnetic la frecvene joase i continund cu sisteme complexe multi-senzor.Autorul realizeaz o cercetare a parametrilor mediului electromagnetic n oraul Braov, prinmsurarea intensitii cmpului electromagnetic n patru zone. Sunt prezentate rezultatele iidentificate tipurile de surse n funcie de frecvena semnalelor. Sunt prezentate prevederilenormativului ICNIRP care stabilete limitele maxime de expunere a persoanelor la cmpurielectrice i magnetice n domeniul de frecven 0 300 GHz. Rezultatele determinrilor

experimentale relev c limita impus prin normativul ICNIRP nu este depit.Capitolul 2 - Perturbaii electromagnetice n autovehicule, conine o clasificare aechipamentelor electrice i electronice din autovehicul n corelaie cu tipurile de perturbaii conformcriteriilor de compatibilitate electromagnetic. Sunt prezentate sistemele de tip bus i investigri ale

perturbaiilor conduse i radiate produse de acestea. Sunt descrise sisteme de comand i control,aprindere i telecomunicaii i se concluzioneaz c acestea sunt posibile surse de perturbaiielectromagnetice n autovehicul. Autorul cerceteaz emisiile conduse produse n sistemul declimatizare i ventilaie din autovehicule. Este considerat ntreg circuitul, cu surs de alimentare sirezistoare de sarcin pentru controlul turaiei. Se determin experimental parametrii curentul

perturbator i armonicile componente, datorate colectorului din motorul ventilatorului. Sunt utilizatedou metode pentru modelarea formelor de und obinute. n final, sunt prezentate cerinele decompatibilitate electromagnetic la autovehicule.

Capitolul 3 Simulri privind propagarea semnalelor pe linii de transmisie, se considertipuri de linii de transmisie utilizate n mod curent i tipuri de semnale pentru transmisii de date dinautovehicul. Se simuleaz cu ajutorul programului OrCAD PSpice propagarea semnalelor prin liniide transmisie, n diferite configuraii. Sunt analizate atenuarea i ntrzierea semnalului n diferiteconfiguraii de simulare precum i parametrii care influeneaz integritatea semnalului. Sunt

prezentate concluzii i observaii referitoare la influena anumitor factori precum frecvenasemnalului, tipul liniei, tipul rezistenei terminale i fenomenul de rezonan asupra integritiisemnalului.

Capitolul 4 - Sistem pentru monitorizarea i controlul parametrilor mediuluielectromagnetic din autovehicule, analizeaz necesitatea unui sistem pentru msurarea i controlul

parametrilor mediului electromagnetic din autovehicule i stabilete funciile unui astfel de sistem.Sunt prezentate componentele fizice ale sistemului i caracteristicile fiecruia. Sunt detaliate

schema de funcionare i programul care implementeaz funciile sistemului, realizat n mediulMicrosoft Visual Studio. Sunt testate funciile sistemului i se efectueaz monitorizarea

parametrilor cmpului electromagnetic ntr-un autovehicul ce ruleaz n oraul Braov. Rezultatelesunt analizate i prelucrate cu metode statistice, stabilindu-se indici de corelaie ntre msurtori icaracteristici ale mediilor i surselor investigate.

Capitolul 5 prezint concluziilei contribuiileautorului.

Doresc s adresez mulumiri conductorului tiinific, Prof. univ. dr.ing. Elena HELEREA,pentru ndrumarea, ncurajarea i susinerea pe durata studiilor doctorale.

Mulumesc domnilor Prof. univ. dr.ing. Clin MUTEAU, Prof. univ. dr. ing. Ioan-DnuOLTEA, Conf. univ. dr. ing. Adrian ADSCLIEI, pentru deosebita onoare care mi-au fcut-oacceptnd propunerea de a face parte din comisia de susinere, pentru atenia cu care s-au aplecatasupra lucrrii i pentru sfaturile date.

Mulumesc domnului Decan, Prof. univ. dr. ing. Sorin MORARU i ntregului colectiv alCatedrei de Electrotehnic de la Facultatea de Inginerie i tiina Calculatoarelor pentru sprijinul

i ncurajrile acordate n perioada realizrii lucrrii.Mulumesc familiei mele care prin rbdarea, nelegerea i suportul moral m-au ajutat s

duc la bun sfrit aceast lucrare.


11/50


12/50


8

Prin utilizarea mrimilor complexe n domeniul frecven se reduce complexitatea problemelor. nadevr, derivarea n raport cu timpul se reduce la nmulirea cu termenulj, iar integrarea n timp setraduce cu mprirea cu acelai termen. Este de asemenea posibil considerarea mediilor cu

pierderi, n care rspunsul este ntrziat n raport cu stimulul. n cazul regimului armonic, ntr-unmediu liniar cu pierderi, vectorul intensitate a cmpului electric sinusoidal de pulsaie areexpresia:

=2[ cos + + cos + + cos + ][V/m] (1.7)

unde cu E0x,E0y, E0z, s-au notat proieciile valorii eficace ale intensitii cmpului electric pe celetrei axe ale sistemului cartezian de coordonate.

Componenta dup axa Oxpoate fi scris sub forma:

2 cos + = 2 = [2] [V/m] (1.8)unde fazorulExeste dat de relaia [15]:

= [V/m] (1.9)Procednd asemntor i pentru componentele pe axele Oysi Oz, se obine vectorul fazor :

= + + [V/m] (1.10)

Prin utilizarea mrimilor complexe, termenii dependeni de timp pot fi separai de cei dependeni despaiu. Dup cum se poate observa n relaii, fazorii nu depind de coordonata temporal, variaiafiind exprimat prin factorul ejt. Prin derivarea n raport cu timpul se obine:

= [2] (1.11)

Astfel, prin derivare se obine acelai rezultat ca i n cazul multiplicrii cu termenulj.

1.1.2. Propagarea undelor electromagnetice

ntr-un mediu linear, izotrop, cu pierderi, definit anterior, ecuaia de propagare a undei

electromagnetice este descris de relaia [15]: = = + [V/m3] (1.21)n spaiu tridimensional, ecuaia (1.21) poate fi scris sub forma:

= [V/m3] (1.22)n cazul unui mediu omogen i fr sarcini libere, este valabila relaia = 0, din care rezult = 0i se obine:

= + [V/m3] (1.23)Relaia (1.23) este denumit ecuaia undei sau ecuaia lui Helmholtz.

n cazul undei plane care se propag ntr-un mediu infinit, soluia ecuaiei (1.23) este de tipexponenial: = , unde r este vectorul de poziie, vector fazor constant de

propagare iE0 vectorul fazor al intensitii cmpului electric n punctul = 0.Se poate demonstra c derivarea n raport cu una din coordonate poate fi nlocuit prin nmulirea cucomponenta corespunztoare. Astfel, derivarea pe direcia Oxdevine:

= = [m-1] (1.24)

Rezult c operatorul se poate nlocui cu dup cum urmeaz: = + + = [m-1] (1.25)


13/50

Adrian Marian MAOI

9

Ecuaiile lui Maxwell devin:

= [V/m2] (1.26) = + [A/m2] (1.27) = 0 [V/m2] (1.28)

= 0 [A/m2] (1.29)

Astfel, ecuaia undei lui Helmholtz (1.23) devine [15]:

= + [V/m3] (1.30)Vectorul fazor constant de propagare are forma:

= + [m-1] (1.31)

1.1.3. Impedana de und a mediului i admitana

Introducerea impedanei, respectiv a admitanei de und, ca parametrii caracteristici ai mediului

electromagnetic are la baz dependena dintre fazorii si , exprimat prin relaiile (1.26) i(1.27).Relaiile de interdependen dintre fazorii i pot fi puse n forma:

= = [A/m] (1.46) = = [V/m] (1.47)

unde, si sunt admitana, respectiv, impedana de und.Cei doi fazori sunt legai prin relaia:

= [] (1.48)

i depind de parametrii , si :

= =

(1.49)

n cazul mediului vid i cu aproximaie, n cazul aerului, rezult:

= = 120 = 376,6 [] (1.50)

1.1.4. Cmp apropiat i cmp ndeprtat

Pentru a evidenia condiiile n care se fac determinri ale parametrilor de cmp electromagnetic,este necesar abordarea sistemelor radiante elementare: dipolul electric, respectiv, dipolul magnetic[22], [23].

Dipolul electric elementar (Fig. 1.1.a) este constituit dintr-un conductor de lungime l, parcurs de uncurent sinusoidal variabil n timp, avnd expresia:

= sin. (1.52)Dipolul magnetic elementar (Fig. 1.1.b) este o bucl conductoare de form circular de raz R,


14/50


15/50


16/50


17/50

Adrian Marian MAOI

13

Zona B 163 183 36.8 127.6 71.16Zona C 3.95 5.59 43.6 17.7 146.14Zona D 12.7 74.2 77.4 54.8 76.81

920-970 MHz Zona A 276 238 84.2 199.4 57.77Zona B 61.9 43.2 70.3 58.5 26.11Zona C 81.4 261 252 198.1 58.92Zona D 228 189 107 174.7

38.741800-1840 MHz Zona A 43.4 71.7 152 89.0 70.72Zona B 35.8 30.1 27.8 31.2 14.62Zona C 162 177 226 188.3 20.00Zona D 17.8 115 106 79.6 77.64

2110-2180 MHz Zona A 17.1 24.6 62 34.6 79.36Zona B 14.7 18.8 19 17.5 16.00Zona C 20.8 18.5 49.9 29.7 67.83Zona D 12.2 27.4 22.8 20.8 41.35

Este posibil o identificare a tipurilor de surse de perturbaii electromagnetice, care definesc mediulelectromagnetic din zonele monitorizate. Conform clasificrilor [17], [23] sursele de perturbaiielectromagnetice prezente n zonele investigate pot fi: n domeniul 80 MHz - 110 MHz, transmitoare de radio FM; n domeniul 200 MHz 230 MHz, echipamente pentru telecomunicaii fixe i mobile sau

transmitoare de televiziune n band VHF; n domeniul 550 MHz 580 MHz, transmitoare de televiziune n band UHF; n domeniul 920 MHz 970 MHz, echipamente pentru telecomunicaii mobile; n domeniul 1800 MHz 1840 MHz, echipamente pentru telecomunicaii mobile; n domeniul 2110 MHz-2180 MHz, echipamente radio/astronomie.

Conform studiilor [42] i legislaiei n vigoare n Romnia [43] privind limitarea expuneriipopulaiei la cmpuri electromagnetice n domeniul de frecvene de la 0 Hz la 300 GHz, valorileintensitii cmpului electric din zonele monitorizate sunt sub cele impuse.

Studiile au fost extinse i pentru localitatea Bucureti, n care autorul a investigat patru zone: CasaPresei Libere, Podul Grozveti, Piaa Unirii i Piaa Victoriei. Rezultatele au fost prezentate ncadrul unei ntlniri (workshop) a grupului IEEE EMC Society TC 3, la conferina IEEE EMCDetroit 2008, n comparaie cu rezultate obinute prin msurtori similare n oraele Lincon, Ft.Collins, E. Moline, Wichita (SUA), efectuate de Doug Kramer de la NCEE Labs USA. Studiul arelevat c parametrii mediilor electromagnetice investigate sunt similari i c o completare ametodei propus n standardul ICNIRP este necesar, cu privire la banda de rezoluie ainstrumentului de msurare. Autorul propune o band de rezoluie de 200 kHz pentru msurareaintensitii cmpului electric n domeniul 80 MHz 3 GHz, n urma studiului tipurilor surselor careemit n domeniul de frecven specificat.

1.3.3. Concluzii

Investigarea mediului electromagnetic n patru zone urbane aglomerate din municipiul Braovrelev c efectele surselor de perturbaii depind att de caracteristicile acestora ct i de parametriimediului n care se afl. Interpretarea datelor a evideniat zonele urbane, domeniile de frecven i

perioadele n care perturbaiile electromagnetice sunt semnificative. S-au identificat, princomparaie, diferite tipuri de surse de perturbaii care exist n zonele investigate. Datele obinuteindic valori ale intensitii cmpului electric care nu depesc limitele admisibile impuse dereglementrile n vigoare.


18/50


19/50

Adrian Marian MAOI

15

categorii, ca n Tabelul 2.1 [47]-[56].

Tabelul 2.1. Clasificarea surselor de perturbaii auto n funcie de categoria de sistemeelectrice/electronice.

Sistemeelectricede baz

Sistemeinterconec-tare i

comunicaie

Sistemeelectronicede control

i comand

Instrumentemsurparametri

funcionare

Sistemeelectrice/electronice

auxiliare

Sistemeradio,telecom,

localizare

Vehiculelectric/hibrid

Sistemdeporniremotortermic

SistemdencrcarebaterieSistem

desemnali-zare iiluminat

Sisteme detelecomunicaii tip buspentruautovehicule

Retele IEEE802.11

Alte sistemede transmisiidate(Zigbee)

AprindereInjecieManagem

ent motorTransmisi

eABSSuspensie

activControl

traciune

Stabiliatate

Sistememsuranalogice/digitale

ComputerbordAvertizare

obstacolePresiunepneuri

nchiderecentralizatAlarmVerificarecenturGeamuri,trap,oglinzi,scauneelectriceParcareasistatAercondiionat

Receptorradio

Receptor/emitorGSM, 3G,CDMA,Bluetooth

Receptorsatelit

Echipamentaudio/video

Alte sist.multimedia

Motorpropulsieelectric

Convertoarebidirecionale

ncrcareacumulatori

Frnare

recuperativ

n funcie de tipurile de surse, din punct de vedere al compatibilitii electromagnetice categoriile desisteme electrice i electronice din autovehicul au urmtoarele caracteristici:

Sistemele electrice de baz sunt n general surse de perturbaii permanente i tranzitorii,conduse, de band larg i ngust;

Sistemele de interconectare i comunicaie sunt surse de perturbaii permanente, conduse iradiate, de band larg;

Sistemele electronice de comand i control sunt surse de perturbaii permanente, conduse iradiate, de band ngust i larg;

Sistemele auxiliare sunt surse de perturbaii permanente i tranzitorii, conduse, de bandngust;

Sistemele radio, telecomunicaii i localizare sunt parial surse de perturbaii electromagnetice,permanente, radiate, de band ngust i larg.

2.2. Perturbaii n sistemele auto de comunicaie i comand

2.2.1. Sisteme de tip bus pentru autovehicule

n Fig. 2.3 este prezentat o configuraie uzual de tip bus. Tehnologiile noi din domeniul auto,

precum X-by-Wire, necesit sisteme de transmisie deterministe, cu o toleran ridicat la erori [34]i rezisten sporit la perturbaii electromagnetice. La realizarea unei bune transmisii de datecontribuie att caracteristicile nodurilor (metoda de codare, modulaie, mecanisme de detecie aerorilor) ct i proprietile liniei de transmisie.


20/50


21/50

Adrian Marian MAOI

17

B. Perturbaii radiate la sistemele bus

Un studiu al emisiilor electromagnetice pentru un bus CAN a fost efectuat de autor la UniversitateaTehnic din Dortmund, Germania. Msurtorile au fost efectuate n camera anechoic cu undispozitiv de msur de tip stripline. Scopul studiului este de stabilire a factorilor care influeneaznivelul de perturbaii electromagnetice radiate de bus-uri CAN realizate cu diferite tipuri de cabluri.

Fig. 2.8. Structura sistemului de testare la perturbaii radiate a sistemului bus CAN.

n Fig. 2.8 este prezentat amplasarea echipamentului de msur i a sistemului bus n cameraanecoic. Liniile de transmisie utilizate sunt: un cablu UTP i un cablu format din doi conductori

paraleli, cu o impedan de 120 .Sistemul de msur este conectat cu/fr preamplificator (6) la un test receiver (7). Sistemulmsoar nivelul tensiunii ntre elementele stripline-ului (dBV), generat de emisiileelectromagnetice.

Msurtorile efectuate n domeniul [150 kHz-1 GHz] au evideniat c sistemul bus CAN produceperturbaii radiate semnificative n domeniul [150 kHz-200 MHz], fapt pentru care msurtoridetaliate s-au efectuat n acest domeniu. Pentru msurtori peste 30 MHz, se folosete unamplificator de semnal (6).

C. ConcluziiProblemele de compatibilitate electromagnetic la sistemele de tip bus utilizate n autovehicule audevenit tot mai complexe datorit cerinelor din ce n ce mai exigente legate de mediulelectromagnetic.O combinare a investigaiei teoretice cu cercetarea experimental poate avea rezultate eficiente nmbuntairea caracteristicilor sistemelor de tip bus.Msurtorile arat c un bus de tip CAN produce emisii electromagnetice n domeniul [150 kHz -200 MHz], care pot fi reduse sau controlate prin urmtoarele msuri:

- utilizarea, pentru fiecare tip de aplicaie, a vitezei minime acceptate de transmisie a datelor;- folosirea de linii de transmisie TP n locul celor bifilare;- alegerea adecvat a rezistoarelor terminale de linii ( 120), de preferat cele divizoare;- controlul frecvenei de rezonan corelat cu lungimea cablului.


22/50


23/50

Adrian Marian MAOI

19

Determinrile experimentale sunt prezentate n Tabelul 2.9, unde IDC reprezint componenta decurent continuu absorbit de motor iarIrmseste valoarea eficace a curentului perturbator.

Tabelul 2.9. Determinri experimentale cu privire la perturbaiilemotorului din blocul de ventilaie.

Parametrii Trepte turaie

Treapta 1 Treapta 2 Treapta 3

Ri[] 0.6 1.3 2.6

UDC[V] 11.9 12.4 12.8

IDC[A] 14.7 7.9 4.7

Irms[A] 0.325 0.131 0.058

Armonici de curent

f[kHz]

hk[%]

f[kHz]

hk[%]

f[kHz]

hk[%]

0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0

10096.694.788.279.865.450.844.62715

0.40.81.21.62.02.42.83.23.64.0

10096.491.284.183.580.752.047.328.616.4

0.220.440.660.881.11.321.541.761.982.2

10095.893.788.587.178.448.739.025.213.5

Simularea proceselor s-a realizat cu considerarea armonicilor msurate i prin rezolvarea circuituluicu parametrii echivaleni RLC.Variaia curentului n timp poate fi scris sub forma:

=

(2.6)

unde componenta de ordin keste:

= sin (2.7)unde :

Imax valoarea de vrf a armonicii fundamentale de curent;hk ponderea armonicii n spectrul semnalului (Tabel 2.9);k rangul armonicii.

n Fig. 2.21a este prezentat forma semnalului obinut prin nsumarea ponderat a armonicilorsemnificative determinate, conform teoremei lui Fourier.Simularea confirma ca primele 10 armonici sunt semnificative, semnalul msurat fiind reconstruitcu precizie ridicat.

Pornind de la constatarea ca principala sursa a curentului perturbator este procesul de comutaie lacolector, specific motoarelor de curent continuu cu colector, se poate utiliza modelul circuituluiRLC serie pentru modelarea proceselor de comutaie. Soluia ecuaiei de curent a circuitului RLCserie are expresia [71], [72]:

= sin (2.8)unde factorul de atenuare este:

= (2.9)


24/50


20

a) b)

Fig. 2.21 Unda de curent obinut prin simulare:a) cu considerarea armonicilor; b) cu considerarea parametrilor echivaleni RLC.

n Fig 2.21b este reprezentat soluia n domeniul timp obinut cu relaia (2.8), pentru urmtoriiparametrii:

- Tensiunea de alimentare: U=12.4 V; Rezistenta armaturii:R=1;Inductana armaturii:L=1mH; Capacitate parazita: C=1F.

Concluzii

Curentul perturbator produs de motorul de curent continuu al blocului de ventilaie din auto a fostpus in evidenta la trei trepte de turaie. Sursa acestuia a fost identificata, stabilindu-se ca proceselede comutaie din colector conduc la perturbaii electromagnetice conduse.

Dou modaliti de simulare au fost utilizate pentru a reconstrui semnalul obinut, primul pe baza

ponderii i rangului armonicilor semnificative i al doilea, prin utilizarea parametrilor circuituluiRLC serie n regim tranzitoriu. Precizia simularii raportata la numrul de parametri utilizai estesatisfctoare.

Raportnd procentual valoarea eficace a curentului perturbator la valoarea componentei continue acurentului absorbit de motor se obine un rezultat de maxim 4%. Avnd n vedere ca valoareaeficace a curentului perturbator reprezint maxim 4% din valoarea curentului absorbit de motor,instalarea unui filtru devine necesara doar n cazul instalrii de echipamente cu cerine specialelegate de perturbaii conduse n autovehicul.


25/50

Adrian Marian MAOI

21

Capitolul 3SIMULRI PRIVID PROPAGAREA SEMALELOR PE LIII DETRASMISIE

3.1. Semnale i caracteristici la liniile de transmisie auto

Datorit creterii numrului de sisteme de comand, control i transmisii date utilizate nautovehicul, numrul i frecvena semnalelor au crescut att de mult nct probleme de integritate asemnalelor sunt la ordinea zilei. Integritatea semnalelor depinde att de parametrii acestora, ct i de

parametrii liniilor de transmisie, fiind abordat n cercetri actuale din domeniu [74]-[76].

3.1.1. Semnale de transmisie

Sistemele electrice pentru autovehicul au evoluat n urmtoarele direcii: Sisteme de putere, care pot fi controlate cu semnale de nivel mic, interfaa cu sistemele de

comand realizndu-se cu circuite electronice cu dispozitive semiconductoare;

Sisteme de comand, control i transmisii date, optimizate att ca dimensiuni ct i ca

funcionalitate.n Tabelul 3.1 sunt prezentai parametrii unor semnale utilizate n sisteme de tip bus pentrutransmisii de date n autovehicul. A fost considerat i bus-ul de tip USB versiunea 2.0, acesta fiindutilizat pentru transmisii de date att n autovehicul ct i n alte aplicaii. Parametrii au fost extraidin specificaiile productorilor de echipament pentru transmisii date [63], [77].

Tabelul 3.1. Parametrii semnalelor digitale pentru sisteme de tip bus din autovehicule.

Tipsemnal

Frecvenade lucru

Perioada Timp cretere/descretere tr/tf

Amplitudinemaxim

Transmisie

CAN1Mbit/s

1 MHz 1 ms 150 ns V+=300 mVV-=-300 mV

diferenial

CAN250 kbit/s

250 kHz 4 ms 600 ns V=1 V de modcomun

Flexray10 Mbit/s

10 MHz 100 ns 18,75 ns V+=1 VV-=-1 mV

diferenial

USB480

Mbit/s

480 MHz 2 ns 500 ps V+= 400 mVV-= -400 mV

diferenial

MPC 5534 82 MHz 12,1 ns 2,1 ns min V=3.3 V de modcomun

n Tabelul 3.1, perioada se refer la timpul de transmisie a unui bit de informaie, tri tfla timpul decretere/descretere a semnalului de la 0 logic la 1 logic (aceti parametrii se msoar ntre10 % i 90 % din potenialul final atins pe conductorul util fa de o referin). Unii productori l

msoar ntre 20 % i 80 %.

3.1.2. Caracteristicile liniilor de transmisie

Analiza surselor de perturbaii prezente ntr-un autovehicul relev c sistemele de transmisie date auo pondere nsemnat n producerea de perturbaii conduse, astfel parametrii semnalelor transmise semodific la parcurgerea liniei de transmisie n funcie de caracteristicile acesteia.

Pe baza schemei echivalente cu parametri distribuii, se poate calcula impedana caracteristica aliniei Z i constanta de propagare a undei . Aceast constant a fost definit n capitolul 1 pentru


26/50


22

un mediu oarecare. Pentru linii de transmisie are expresia [86]:

= (3.1) = + + = + (3.2)

Constanta de propagare este o mrime complex ce caracterizeaz linia de transmisie, partea reala reprezentnd coeficientul de atenuare i partea imaginar coeficientul de faz.

n Tabelul 3.2 sunt prezentai parametrii distribuii pentru liniile de transmisie utilizate n mod uzualla autovehicul precum i frecvenele la care au fost determinai [87]-[89].

Tabelul 3.2. Parametrii liniilor de transmisie.

Tip linie Frecvena R[/m] L[H/m] C [F/m] G[S/m] Obs.

LinieCoaxial

1 GHz 3,699 2,763e-7 9,084e-11 4,560e-4 d=0,445 mm,D=1,765 mm, = 2,25

Liniebifilar

1GHz 1,314 3,860e-7 6,503e-11 3,264e-4 d =2 mm D=,6 mm,dielectric

polietilenUTP 806 kHz 0,286 6,753e-7 4,9e-11 4,3e-11 CAT 5

3.2. Descrierea configuraiilor i a modului de abordare

Obiectivele simulrilor sunt: determinarea timpului de propagare i raportarea acestuia la perioada semnalului, necesar

n transmisiile de date sincrone i/sau bidirecionale;

evaluarea integritii diferitelor tipuri de semnale digitale, transmise pe diferite linii (Fig.3.4-3.6), cu evaluarea influenei unor factori ca: frecvena semnalului, tipul liniei irezistena de sarcina a liniei de transmisie;

identificarea i investigarea proceselor tranzitorii i rezonan n structurile analizate.Structurile liniilor de transmisie sunt prezentate n Fig. 3.4, Fig. 3.5 si Fig. 3.6, n care: T1, T2suntlinii de transmisie cu pierderi, Rii Rereprezint rezistenele terminale ale liniei de transmisie, V1iV2sunt sursele de semnal ideale.

V V

LOSSY

T1V1 Re

Ri

Fig. 3.4. Schema tip bus pentru transmiterea semnalului de mod comun pe linia coaxial/bifilar.

V+

Re1

Ri2

Rgi

10G

LOSSY

T1V- Rge

10G

V-

Re2

V2

Ri1

V

V1V

V+

Fig. 3.5. Schema tip bus pentru transmiterea semnalului diferenial pe linia UTP/bifilar.


27/50


28/50


24

= 20log (3.5)unde Uii Uereprezint nivelul tensiunii la intrare respectiv ieire, considerat n timpul transmisieiunui bit 1. Atenuarea a fost calculat numai n cazurile n care transmisia pe liniile considerate nua afectat integritatea semnalelor (Tabelul 3.4).

Tabelul 3.4. Atenuarea semnalului pentru cazurile n careIntegritatea semnalului nu este afectat pe linia de transmisie.

Analiza rezultatelor conduce la urmtoarele concluzii:

Cablul dublu coaxial menine integritatea semnalului, dar introduce o atenuare suplimentar;

Pentru cazurile de simulare S8, S10, S17 i S18, n care este utilizat o linie bifilar detransmisie, se constat ca atenuarea nu variaz semnificativ n funcie de tipul semnalului aplicat:de la 0,131 dB/m la 0,138 dB/m;

Pentru cazurile de simulare S14, S15 i S16, n care variaz lungimea liniei, se calculeazrapoartele lungimilor n cazurile S14 i S16: lS14/lS16= 6,41 i atenurilor: aS14/aS16= 137,2. Seconstata ca lungimea scade de 6,41 ori n timp ce atenuarea scade de 137,2 ori.Acest fenomeneste determinat de condiiile de rezonanta /4 din cazul S16, situaie n care impedana circuituluiscade semnificativ.

B. Analiza duratei ntrzierii semnalelorDurata de propagare a semnalului pe linia de transmisie (l=1m) este de 5 ns n toate cazurileconsiderate. Aceasta valoare este determinat de materialul dielectric, considerat acelai.

Pentru fiecare caz de simulare a fost calculat durata relativ de ntrziere a semnalului, parametru

Codsimulare Ui[V] Ue [V] a[dB/m]

S1 1,3472 1,3075 0,260S2 1,6486 1,6134 0,187S3 1,9869 1,9569 0,132S4 2,2364 2,2103 0,102S5 1,3472 1,3075 0,260S6 2,0002 1,9976 0,011S7 2,0487 1,9071 0,622S8 1,1921 1,1742 0,131S9 1,2001 1,1985 0,012

S10 0,7952 0,7828 0,137S10a - - -S10b - - -S11 - - -S12 0,826 0,798 0,298S13 - - -S14 0,8163 0,7627 0,590S15 - - -S16 0,7999 0,7995 0,0043S17 0,9934 0,9784 0,132S18 0,9219 0,8581 0,623S19 3,4801 3,4251 0,138S20 3,0605 2,8618 0,583


29/50


30/50


26

simulrilor din cazurile S6 i S12 (Fig. 3.8), n care: Frecvena semnalului variaz considerabil, ndomeniu 1 MHz - 480 MHz; Linia de transmisie utilizat este de tip UTP cu Z=110 ; Rezistentade sarcina esteRe=110 ; Semnalul aplicat, n ambele cazuri este de tip diferenial.

n Fig. 3.8 sunt prezentate tensiunile difereniale de intrare/ieire n cazurile de simulare S6 i S12.

a)

b)

Fig. 3.8. Semnalele de tensiune diferenial la intrare/ieire pentru:a) cazul de simulare S6; b) cazul de simulare S12.


31/50

Adrian Marian MAOI

27

Ipotezele de lucru considerate asigur o relevan ridicat a comparaiei, singurele elementevariabile fiind frecvena semnalului i parametrii corelai de aceasta: perioada, timpul cretere itimpul descretere.

n evaluarea integritii semnalului se consider c variaia tensiunii aplicate nu are efect asupraintegritii semnalului, caracteristic semnalului la ieire fiind superpozabil n tensiune.

Analiza rezultatelor conduce la urmtoarele concluzii:

ntrzierea semnalului nu depinde de frecven, pe o lungime de 1 m avnd aceeai valoare,respectiv 5 ns;

n cazul S12, semnalul de ieire Ue pstreaz caracteristicile celui de intrare Ui, integritateasemnalului fiind meninut dac impedanele din circuit sunt egale;

Semnalul de intrare Ue la frecvena f=480 MHz pe linia de transmisie care se comport ca uncircuit rezonant L, C n cazul S12, se produce o cretere a semnalului.

3.3.3. Fenomene tranzitorii

Se consider cazul de simulare S10 din Tabelul 3.3, n care se aplic un semnal diferenial defrecvena f=480 MHz pe o linie de transmisie bifilar, terminata cu o rezistenaR= 87 .

n Fig. 3.11 sunt prezentate tensiunile difereniale de intrare/ieire pentru cazul considerat, pe operioada t= 30 ns.

Fig. 3.11. Semnalele de tensiune diferenial la intrare/ieire n cazul de simulare S10.

La analiza pe o perioad mai ndelungat, s-a constatat ca nu apar i alte fenomene relevante,perioada considerata (30 ns) fiind suficient pentru a evalua fenomenul tranzitoriu. Se noteaz cuTI1, TI2,..., TIn, perioadele semnalului de intrare (fiecare corespunztoare unui bit de informaie),respectiv cu TE1, TE2,..., TEnperioadele semnalului de ieire.


32/50


28

Se observ urmtoarele: Tensiunea la ieire este defazata n urma cu peste 2 perioade fata de cea la intrare. Astfel T E1de

la ieire corespunde TI1, s.a.m.d..

Pe durata aplicrii primilor 5 bii la intrare (TI1- TI5,), la ieirea din linie se propaga numai 3 bii,a cror amplitudine este mai mare dect cea a celor de la intrare;

Dup primii cinci bii transmii cu o amplitudine constanta, tensiunea difereniala la intrare

crete de la 749 mV la 795 mV, dup care rmne constanta. Tensiunea difereniala la ieire rmne constant, n jurul valorii de 780 mV;

Semnalul de intrare sufer o modificare ncepnd cu bitul TI6, dup cum se observ n Fig. 3.11,n care sunt comparate formele de semnal ale tensiunii pentru biii T I5 i TI6. Aceastcaracteristic se menine i pentru biii urmtori aplicai la intrare.

3.3.4. Rezonana n linii de transmisie

Fenomenul de rezonan apare cnd lungimea liniei de transmisie este comparabila cu lungimea deunda a semnalelor transmise, respectiv la /2 i /4. Pentru semnalele utilizate n acest capitol,descrise n Tabelul 3.6, sunt calculate lungimile de und corespunztoare, respectiv lungimile /2

respectiv /4. Studiul este necesar deoarece cnd lungimea liniei este comparabil cu /2 i /4 liniade transmisie se comporta ca o anten, care emite energie n mediul nconjurtor.

Tabelul 3.6. Lungimea liniei de transmisie la rezonan pentru diferite semnale.

Tip semnal Frecven [m]Lungimea liniei la rezonan [m]

/2 /4

CAN 1 Mb/s 1 MHz 300 150 74,9

CAN 250 kb/s 250 kHz 1200 600 300

Flexray 10 MHz 30 15 7,49

USB 480 MHz 0,625 0,312 0,156

MPC 5534 82 MHz 3,66 1,83 0,914

Cazurile S10, S15 i S16, considera o linie bifilar pe care se transmite semnal de tip USB.Lungimea liniei este variat de la 1m (caz S10) la 0,312 m (caz S15) i 0,156 m (caz S16), astfel clinia poate s devin rezonator /2 respectiv /4.

Analiza rezultatelor conduce la urmtoarele concluzii: Fenomenul de rezonan este pronunat n cazul S15;

Simularea nu reflecta n totalitate fenomenele care au loc la rezonan.

3.3.5. Asincronism la semnale difereniale

Transmiterea unui semnal diferenial implica utilizarea unor circuite de transmisie cu conectoricorespunztori i linii de transmisie simetrice. Avnd n vedere c semnalul diferenial este compusdin dou forme de und care se transmit prin conductori diferii, este propus studiul cazurilor n careintre cele doua semnale apare un defazaj. Defazajul poate fi generat de asimetria unor circuite,conectori sau medii de propagare. n cazurile de simulare S10, S10a i S10b se transmite un semnaldiferenial tip USB pe o linie bifilar, ntre cele dou tensiuni aplicate pe conductorii liniei existnddiferite ntrzieri de 0 ns, 0,7 ns, 1 ns. Rezulatele simulrilor S10a i S10b sunt prezentate n Fig.3.13 i comparate cu cele corespunztoare simulrii S10, din Fig. 3.11.


33/50

Adrian Marian MAOI

29

a)

b)

Fig. 3.13. Semnalele de tensiune diferenial la intrare/ieire pentru:a) cazul de simulare S10a; b) cazul de simulare S10b.

Analiza rezultatelor conduce la urmtoarele concluzii: la o ntarziere relativ de 35 % din perioadasemnalului, integritatea semnalului este afectat semnificativ; la o ntrziere relativ de 50 % din

perioada semnalului fenomenul este accentuat, informaia nu mai poate fi extras n niciunul dincazuri din cauza micorrii duratei bitului.


34/50


30

Capitolul 4

SISTEM PETRU MOITORIZAREA I COTROLULPARAMETRILOR MEDIULUI ELECTROMAGETIC DIAUTOVEHICULE

4.1. ecesitatea implementrii unui sistem de monitorizare i control a parametrilormediului EM n auto

Cercetrile actuale efectuate n domeniul CEM relev existena surselor complexe de perturbaiielectromagnetice n autovehicul i a surselor externe care pot influena funcionalitatea sistemelorelectrice i electronice din autovehicul.Importana unui grad ridicat de CEM la autovehicul este accentuata i de introducerea sistemelorelectrice de comanda i control pentru direcie, frnare, acceleraie asistate electric, cu implicaiimajore asupra siguranei funcionale a acestuia.

n lucrarea Active System for Electromagnetic Perturbation Monitoring in Vehicles, publicat ncadrul conferinei DOCEIS 2010 la Lisabona, autorul analizeaz stadiul actual al testrii n

domeniul CEM la autovehicul [90]: conform normativelor UE n vigoare, autovehiculul icomponentele lui trebuie testate att din punct de vedere al emisiilor cat i al susceptivitii la

perturbaii. Testarea se realizeaz n cazul componentelor nainte de asamblarea n autovehicul iarn cazul autovehiculelor, nainte de introducerea lor pe piaa europeana.

Dei tehnicile de msurare/testare CEM au evoluat, urmtoarele aspecte trebuie luate nconsiderare:

Montarea unui sistem de protecie CEM n fiecare autovehicul asigur un grad de siguran mairidicat dect n cazul testrii unor eantioane din loturile de producie;

Avnd n vedere c n utilizare, autovehiculul este expus simultan mai multor surse deperturbaii, de intensitate fix sau variabil, situate n poziii diferite, msurarea n situ aparametrilor mediului electromagnetic ofer un grad sporit de siguran CEM, n comparaie cutestele de laborator sau cele n spaiu liber cu nivel de zgomot electromagnetic redus;

Msurarea parametrilor mediului electromagnetic pe toata durata rulrii autovehiculului permiteidentificarea parametrilor surselor de perturbaii aprute dup producerea i testarea CEM aautovehiculului, cu luarea n considerare a masurilor de reducere a acestora;

Deoarece autovehiculul este un sistem complex, cu mobilitate ridicata, msurarea parametrilormediului electromagnetic pe durata deplasrii asigura un nivel de obiectivitate mai ridicata nestimarea gradului de imunitate dect n cazul aplicrii de cmp electromagnetic n laborator ladistante i pe direcii fixe;

Implementarea unui sistem automat de interpretare a rezultatelor i reacie n context funcional

elimina necesitatea unui specialist la utilizarea sistemului; Autovehiculul electric necesit un grad ridicat de compatibilitate electromagnetic datorit

sistemelor electrice/electronice relevante pentru asigurarea siguranei funcionale a acestuia.

4.2 Proiectarea i realizarea sistemului de monitorizare

Avnd n vedere necesitatea creterii gradului de compatibilitate electromagnetic alautovehiculului, autorul propune proiectarea i implementarea unui sistem activ de monitorizare a


35/50

parametrilor mediului electromagne

Msurarea i procesarea paramet

Ajustarea automata a parametrii

Avertizarea oferului n caz desusceptivitate ale autovehicululu

Oferirea de informaii ctre alt

evitrii de situaii critice n fuautovehicul poate iniia masurioprirea autovehiculului.

Este important de menionat c realaborator CEM ci le completeaz.laborator, de asemenea sistemul de

4.2.1. Stuctura sistemului

Pe baza specificaiilor, s-a realizparametrilor electromagnetici nprezentat n Fig. 4.1 const din ur

Anten de msur Aaronia Hpentru domeniul 680 MHz 8 G

Analizor spectru Aaronia Spec+/- 3 dB, gama dinamic 120 dB

pentru procesare date;

Cablu RF i cablu de conexiune

Unitate de procesare (UP) placporturi: 2xUSB, 2xVGA (dual m

Avertizor acustic.

Fig. 4.1. Structura sistemului

Adrian Marian MAOI

31

tic, cu urmtoarele funcii:

ii mediului electromagnetic;

istemului de msura n funcie de cerine speci

epire a limitei CEM prestabilite, pe baza ca;

e sisteme de comand i control din autove

cionare. Pe baza acestora, unitatea centralde ridicare a gradului de sigurana funcional

lizarea unui astfel de sistem nu exclude dezvoradul de imunitate al autovehiculului se stabilsur se calibreaz n laborator, s.a.m.d.

at un concept nou de sistem integrat pentutovehicul, cu funcionalitate extins. Strutoarele componente:

perlog 6080 - logaritmic periodica, banda lar z);

tran HF-6080 - domeniu de frecven: 1 MHz, detector de vrf i RMS, conectori SMA pent

SB;

a industrial Game+ HitBox 2, procesor 1 GHonitor), 2xIDE, Ethernet;

de msurare a parametrilor mediului electroma

icate;

racteristicilor de

icul, n vederea

de comanda dinsau recomanda

ltarea testelor dete prin teste de

u monitorizareatura sistemului,

g (recomandat

8 GHz, precizieu antena i USB

, 256 Mb RAM,

netic auto.


36/50


32

n Fig. 4.2 este prezentata o vedere de ansamblu asupra sistemului de monitorizare.

Fig. 4.2. Vedere de ansamblu a sistemului de msurare a parametrilor

mediului electromagnetic auto.Alimentarea sistemului de monitorizare este asigurata de o sursa ATX. n cazul montrii peautovehicul, alimentarea se realizeaz cu invertor.

4.2.2. Programul de monitorizare

Diagrama de funcionare a sistemului este prezentata n Fig. 4.3. Acesta este un sistem independentde celelalte subansamble auto.

Fig. 4.3. Diagrama funcionala a sistemului pentru determinarea parametrilor mediului


37/50

Dup iniializarea sistemului i smonitorizarea este oportun. n cazelectromagnetic. Programul permitcu valori limit definite conform nMicrosoft Visual Studio 2010. Lim

n Fig. 4.4 sunt prezentate modulele

Fig. 4.4. Interconmonitorizarea

A. Modulul de setriModulul de setri este utilizat pentraplicaiei este posibil selectarea un

Setari analizor spectru: frecvrezoluie (Bandwidth) n [MHz],i tip cablu (Cable). Tipul deintroduce atenuare (specificat dautomat n fiierul SetariAnalizo

Setari factor de calibrare anten funcie de ctigul antenei. Cde frecventa corespunztor anconsiderai implicit. Factorii de c

Setari limita CEM: permite i

domeniul de frecventa vizat. ncompar valorile obinute n urmdomeniul selectat. n cazul depcadrul modulului de alarma). Va

B. Modulul de scanareModulul de scanare este un progra Preia parametrii din fiierul SetariA

Iniializeaz conexiunea cu analizor

Adrian Marian MAOI

33

electromagnetic din autovehicul.

etarea parametrilor, n blocul de decizie seafirmativ, se trece la msurarea nivelului de pcompararea valorilor obinute pe domeniul dermelor CEM. Implementarea software este reajele de programare utilizate sunt Visual C++

programului i fiierele de setri i generate.

ectarea modulelor programului utilizat pentruarametrilor mediului electromagnetic auto.

generarea a trei fiiere necesare rulrii aplicaieia din opiunile:

nta pornire (Start) i frecventa ieire (Stop)timp scanare (Sampletime) n [ms], nivel refercablu permite introducerea factorilor de coree productor). Dup modificare/setare, param.xml, care va fi disponibil altor module din pro

a: permite introducerea coeficientului de ajusteficienii de ajustare sunt specificai de produc

enei. Daca nu se introduc factori de ajustaorecie sunt salvai automat n fiierul Corectur

troducerea unui ir de valori pentru nivelur

timpul rulrii aplicaiei, dup ajustarea valoria msurrii i coreciei cu valorile limit la fiecirii acestei limite, se iniiaz procedura de alaorile limitei sunt salvate automat n fiierulLim

tip consola cu urmtoarele funcii:alizor.xml;

ul de spectru pe portul USB;

stabilete dactere a cmpului

frecven stabilitlizata n mediul

i Visual C#.

ei. Din meniul

n MHz, bandana (Level) [dB]cie daca acestaetrii sunt salvairam.

are a rezultatelortor, n domeniulre, acetia suntiAntena.xml.

ile de putere n

lor msurate, seare frecven dinrma (detaliata niteStandard.xml.


38/50


34

Transmite rezultatele obinute ctre modulul de comunicaie/alarma.

Comunicaia cu alte module se realizeaz prin socket-uri, ceea ce permite rularea modulului descanare i a celui de comunicaie pe uniti de procesare diferite, utiliznd interfaa TCP/IP.

C. Modulul de comunicaie i alarm

n modul normal de funcionare, programul nu creaz rapoarte pentru msurrile efectuate, ci numain cazul depirii limitei CEM. Pe lng funcionarea normal, exista opiunea de a genera rapoarte

continuu cu datele msurate n format XML. Acestea sunt utile n cazul studiilor legate decaracteristicile anumitor medii electromagnetice. In Fig. 4.7 este prezentat fereastra de rulare amodulului de comunicaie i alarm.

Fig. 4.7. Fereastra Modul comunicaie i alarma.

Fereastra este compus din graficul nivelului puterii n funcie de frecventa, o fereastra pentrucomunicaie (stnga, jos), o fereastra n care se afieaz perechile de valori (f, PdB)valorileinstantanee msurate (mijloc, jos) i o fereastra n care sunt afiate cele mai mari trei valori de

putere din ciclul respectiv de msurare (dreapta, jos). Din meniul Setri se poate activa opiuneade salvare automata a punctelor msurate n modul normal de funcionare.

4.3. Testarea i validarea sistemului

Dup realizarea conexiunilor fizice i instalarea corespunztoare a driver-ului i pachetului delibrrii (framework) Microsoft .et 4.0, s-a testat conformitatea funciilor programului cu cerinele

impuse.4.3.1. Funcia de msurare continu

Sistemul de msurare realizat are funcia de msurare continu a nivelului de putere al perturbaiilorradiate din mediul electromagnetic al autovehicului. Pornirea aplicaiei de monitorizare se poateefectua n doua moduri: Prin selectarea comenzii Setari/Pornire Scanare, dup introducerea parametrilor corespunztori n

Modulul de Setare. Cu aceast comend se iniializeaz Modulul de Comunicatie si Alarma;

Prin rularea direct a modului de Comunicatie i Alarma.


39/50

Adrian Marian MAOI

35

La pornirea modului de Comunicatie i Alarma se ncarc n memorie parametrii modificaianterior. n cazul lipsei modificrilor se ncarc parametrii implicii. Urmtoarea secven const nlansarea execuiei modului de Scanare cu parametrii disponibili.

A. Modulul de scanare introduce parametrii n memoria analizorului de spectru, iniiazmsurtorile, primete datele de msurare de la analizor i le transmite ctre modulul deComunicatie i Alarma. Dup introducerea factorilor de corecie, datele sunt afiate pe grafic, ca n

Fig. 4.7.

B. n meniul modulului de Comunicatie i Alarma este disponibil i funcia de memorare automata datelor msurate. La selectarea opiunii Setari/Salveaza Log Date Scanate, n directorul

LogScanariCompletesunt salvate fiierele XML care conin data ora i nivelul puterii msurate nfuncie de frecvena, pe domeniul stabilit. Setarea poate fi dezactivata tot din meniul Setari almodului.

C. Dup pornirea modului de Scanare, fiecare nivel de putere PdB, msurat la o frecvenf, este: ajustat n funcie de factorul de calibrare al antenei;

afiat pe graficul din modulul de Comunicatie i Alarma;

nregistrat n fiierul de raport dac este activ opiunea de memorare automat a datelor msurate;

comparat cu nivelul limit stabilit n modulul de Setari. n cazul n care valoarea msurat depaestevaloarea limit definit la frecventa respectiv, procedura de Alarma este iniializat.

4.3.2. Alte funcii

n vederea testrii funcionalitii procedurii de alarm se presetaz o limit de -50 dBm pedomeniul de frecventa 100 MHz - 200 MHz. Se pornete modulul de Comunicatie i Alarma. nFig. 4.9 sunt reprezentate nivelurile puterii msurate prin procedura de Alarma, comparativ culimita CEM stabilita pentru intervalul de frecven considerat.

Fig. 4.9. Nivelul puterii msurate n cazul depirii limitei n msurarea continu.

Concluzii:

Cu sistemul de msur conceput se pot efectua msurtori continue de nivel de putere a cmpuluielectromagnetic, cu posibilitatea memorrii datelor obinute dac este necesar;

La remsurarea n punctul de frecven 101,0 MHz, valoarea msurat este diferit de ceainiial. O posibil cauz este i banda de frecven diferita utilizat la msurare, 1 MHz n

primul caz, respectiv 100 kHz n cazul al doilea.


40/50


36

4.4. Utilizarea sistemului la monitorizarea parametrilor mediului electromagnetic

4.4.1. Determinri experimentale

Determinrile experimentale au fost efectuate n timpul rulrii unui autovehicul n zone de circulaieintens din oraul Braov. Autovehiculul s-a deplasat cu o vitez medie de 30 40 km/h ntre

zonele Centru Vechi, Astra, Gar, Bartolomeu, Centru Vechi pe parcursul unei zile. Au fost setaiurmtorii parametrii: Domeniul de frecven: 80 MHz 7 GHz; Pas parcurge domeniu de frecven:1 MHz; Band de rezoluie: 1 MHz; Timp scanare pe frecvena: 50 ms.Durata unei msurri a fost de 3 minute i 30 secunde. n program a fost selectata opiunea degenerare automata a rapoartelor cu datele msurate. Fiecare fiier XML generat conine doucoloane: frecvena la care s-a efectuat msurarea i nivelul puterii msurate. n prealabil a fostintrodus limita CEM conform ICNIRP pentru mediu public. Nu s-a constatat nicio depire aacesteia pe durata determinrilor experimentale.

4.4.2. Prelucrarea datelor

Prelucrarea datelor s-a efectuat utiliznd metode statistice i softurile IBM SPSS i Microsoft Excel.

A. Determinarea numrului de valori valide ale nivelului de putere n ziua msurtorilor s-au obinut n = 20 de seturi de msurtori, notate M1...M20.

Fiecare set de msurtori conine un ir de perechi de date (frecvena fi, nivel de putere PdB);

Numrul total de perechi de date este dat de domeniul de frecven [80 MHz 7 GHz] n care s-afcut monitorizarea i de pasul de msurare (1 MHz). Rezult numrul total de puncte de msur,respectiv de valori ale nivelului de putere:

= 6920 = 138400 (4.1) Din prelucrarea datelor rezult numrul total de valori valide ale nivelului de putere NPdB val i

numrul total de valori invalide NPdB inval. Ponderea valorilor valide ale nivelului de putere fa de numrul total de valori se calculeaz cu

relaia:

= NPB NPB 100 [%] (4.2)Din acestea 98,2% sunt valori invalide, ceea ce indic un grad sczut de ocupare a spectruluielectromagentic n domeniul de frecven considerat.

B. Frecvena apariiei valorilor valide, variabilitate prezen sursePentru fiecare din cele 20 de seturi de msurtori s-a calculat frecvena absolut de apariie FAafiecrei valori PdB [dBm] valide (ceea ce indic prezenta unei surse de cmp) i s-a raportat

procentual la numrul de valori valideFAv(pentru verificare trebuie s rezulte 100%) i totale FAt.ValoareaFAs-a obinut prin numrare iarFAviFAtutiliznd relaiile:

= 100 [%] (4.3)= 100 [%] (4.4)

Calculele au fost efectuate pentru toate cele 20 de seturi de msuratori. n Fig. 4.11 suntreprezentate frecvenele relative de apariie a valorilor valideFAtobinute.


41/50

Adrian Marian MAOI

37

Fig. 4.11. Frecvena relativ de apariie a valorilor valide corespunztoare fiecrui set demsuratori.

Observaii:

Gradul de ocupare a spectrului de frecven considerat variaz de la 0,85 % la 2,92 %;

Avnd n vedere c msurtorile s-au efectuat succesiv n timp i spaiu, diferena ntre doufrecvene FAt succesive variaz relativ puin. Frecvena de apariie a surselor de cmp variazmai mult ntre seturile de msurtori M1 i M2, cu 1,835 %, ceea ce indic faptul c o partesemnificativ din sursele care emit n spaiul msurtorii M1 nu mai sunt prezente n spaiulmsurtorii M2;

Diferenele ntre dou valori FAt consecutive (care reprezint zone apropiate geografic) suntmici, ceea ce conduce la concluzia c nivelul puterii cmpului electromagnetic nu variaz brusc

pe distante scurte.

C. Corelaii ntre msurtoriLa calcularea indicilor de corelaie (Fig. 4.12) s-au eliminat valorile invalide din msurtori,expresiile abaterilor medii pentru un ir de datex, respectiv, dou iruri de datexiy,fiind:

= (4.5)= (4.6)

unde: sxxeste abaterea medie ptratic a unui ir de valori iarsxyabaterea medie ntre dou iruri.

Fig. 4.12. Reprezentarea indicilor de corelaientre seturile de msurtori.

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

2.50%

3.00%

3.50%

M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10M11M12M13M14M15M16M17M18M19M20

Frecventa relativa valori valide

02

46

810

1214

1618

20

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0

5

10

15

20

M0

->M20

Indice

corelatie

r

M0->M20


42/50


38

Se constat c indicii de corelaie tind spre 1, ceea ce confirm c valorile valide msurate se afl nintervale apropiate.

D. Analiza cmpului electromagnetic pe domenii de frecvenAvnd n vedere c sursele de cmp electromagnetic emit n benzi stabilite de frecven pe oanumit arie geografic, este important analiza nivelului de putere pe domenii specifice, n maimulte zone. n vederea evalurii prezenei unei surse de band larg (msurtorile sunt efectuate cu

band de rezoluie de 1 MHz) n mediul electromagnetic investigat s-a procedat astfel:

S-a considerat fiecare frecven n parte din domeniul 80 MHz 7 GHz, cu pas de 1 MHz;

De fiecare dat s-a analizat numrul valorilor valide la frecvena curent pentru cele 20 msurtori;

n funcie de numrul valorilor valide pe frecven s-au considerat cazurile n care acesta depsetejumtate din numrul valorilor msurate. Acest criteriu selecteaz sursele prezente n mai mult dejumtate din zonele n care s-au efectuat msurtori;

n fiecare caz s-au calculat indicii de variaie.

Sunt considerate seriile n care numrul de valori valide pe frecven depete jumtate dinnumrul valorilor msurate. Din acestea s-au selectat frecvene reprezentative pentru diferite tipuride servicii pentru care s-au determinat parametrii caracteristici ai mediului electromagnetic din aria

investigat (Tabelul 4.7).

Tabelul 4.7. Parametrii caracteristici ai mediului electromagnetic din aria investigat,la diferite frecvene.

f [MHz] 80 140 300 687 943 1990 2111 5008

PdB med [dBm] -61.6 -53.5 -75.9 -59.55 -68.5 -82.6 -75 -88.8

s[dBm] 6.70 3.51 4.27 4.072 7.80 5.62 6.08 6.47

m [dBm] -47 -50 -68 -61.5 -47 -68 -63 -64.5

[dBm] 29.99 15.72 19.10 18.21 34.88 25.16 27.22 28.96PdB min [dBm] -120 -120 -120 -120 -120 -120 -120 -120

PdB max [dBm] -45 -47 -64 -32 -38 -64 -44 -62

CV[%] 48,7 29,39 25,17 30,59 50,92 30,46 36,3 32,61

Coeficientul de variabilitate CV, calculat ca raport procental ntre abaterea standard s i mediaaritmetic PdB med are valori ntre 25,17 % i 50.92%. Indicii de variaie au fost calculai lafrecvenele: 140 MHz, 300 MHz, 687 MHz, 943 MHz, 1990 MHz, 2111 MHz i 5008 MHz. n

Tabelul 4.7 sunt prezentai comparativ indicii relevani de variaie a semnalului pe frecven, pentrucazurile considerate.


43/50

Adrian Marian MAOI

39

Capitolul 5

COCLUZII I COTRIBUII ORIGIALE

5.1. Concluzii

Capitolul 1

Realizarea sintezei cu privire la parametrii relevani ai mediului electromagnetic a condus lainvestigarea metodelor de msurare a acestora. Pornind de la modelul dipolului electric elementar ial buclei de curent, au fost analizate sisteme i metode complexe de msurare a parametrilormediului electromagnetic.

Autorul propune o metod de investigare a parametrilor mediului electromagnetic n domeniul defrecven 80 MHz 3 GHz bazat pe sistemul portabil de msurare cu anten izotrop.

Determinrile experimentale au fost realizate n patru locaii ale zonei urbane Braov, consideratde interes din punct de vedere electromagnetic datorit numrului mare de servicii oferite care

implic utilizarea spectrului electromagnetic.

Rezultatele obinute const n perechi de valori frecven intensitatea cmpului electric, msuratela trei intervale orare pe parcursul unei zile, n cele patru locaii considerate.

Prelucrarea rezultatelor a permis att identificarea zonelor cu niveluri ridicate ale intensitiicmpului electric, ct i a tipurilor de surse prezente n locaiile alese. S-a constatat c valorilemsurate nu depesc valorile limit stabilite prin norma ICNIRP.

Prezentarea rezultatelor obinute n comparaie cu rezultate similare pentru oraele Bucureti(investigare realizat de autor), Lincon, Ft. Collins, E. Moline, Wichita (SUA), n cadrul workshop-ului organizat de comisia IEEE EMC Society TC3 la conferina IEEE EMC Detroit 2008, a

evideniat c parametrii mediilor electromagnetice investigate sunt similari i c o completare ametodei propus n standardul ICNIRP este necesar, cu privire la banda de rezoluie ainstrumentului de msurare.

Autorul propune o band de rezoluie de 200 kHz pentru msurarea intensitii cmpului electric ndomeniul 80 MHz 3 GHz.

Capitolul 2

Clasificarea sintetic a surselor de perturbaii din autovehicule a fost corelat cu tipurile deperturbaii prezentate.

Au fost investigate tipurile de sisteme electrice i electronice din autovehicul i s-a constatat c

acestea pot fi att surse de perturbaii conduse, ct i surse de perturbaii radiate.

Analiza metodelor de determinare a caracteristicilor surselor de perturbaii din autovehicul a relevatc sistemele de comunicaie i control din autovehicul sunt surse importante de perturbaii.

Autorul propune investigarea perturbaiilor conduse a sistemului de ventilaie/climatizare, deoareceacesta funcioneaz pe aproximativ toat perioada de rulare a autovehiculului. Sursa de perturbaiiconduse din acest sistem este motorul de curent continuu al blocului ventilator.

Curentul perturbator produs de motorul de curent continuu al blocului de ventilaie din auto a fost


44/50


40

pus in evidenta la trei trepte de turaie. S-a obinut un raport procentual ntre valoarea eficace acurentului perturbator i valoarea curentului absorbit de motor de 4%, indice relevant n contextulnecesitii instalrii unui filtru de semnal.

Au fost utilizate dou modaliti de simulare pentru a modela semnalul msurat, primul pe bazaponderii i rangului armonicilor semnificative i al doilea, prin utilizarea parametrilor circuituluiRLC serie n regim tranzitoriu. Precizia simulrilor raportat la numrul de parametri utilizai este

satisfctoare.

Capitolul 3

Simularea i compararea rezultatelor cu determinri experimentale din studii similare a propagriisemnalelor pe linii de transmisie a permis identificarea i caracterizarea parametrilor careinflueneaz procesul de transmisie a datelor.

n acest scop, autorul propune trei topologii de reea corespunztoare transmisiei de date n sistemede tip bus. Modelele iau n considerare tipuri si caracteristici pentru: linia de transmisie, semnalulaplicat i rezistorul terminal al liniei. La linia de transmisie sunt considerate pierderile.

Semnalele i liniile utilizate sunt tipice pentru aplicaii de transmisie date n autovehicul.

Rezultatele obinute cu programul de simulare OrCAD PSpice conduc la urmtoarele concluzii:

atenuarea semnalului depinde de tipul de cablu i frecvena semnalului. Atenuarea a fostdeterminat n cazurile n care integritatea semnalului nu a fost afectat;

ntrzierea semnalului depinde tipul i lungimea liniei de transmisie. n cazurile consideratentrzierea semnalului a fost de 5 ns/m. Prin raportarea acesteia la perioada semnalului, s-aobinut ntrzierea relativ a semnalului, care este semnificativ la frecvene ridicate;

parametrii care influeneaz integritatea semnalelor sunt frecvena, tipul liniei i rezistorulterminal utilizat. Distorsiuni considerabile ale formei semnalului transmis au fost obinute pentruo variaie semnificativ a rezistenei terminale;

La propagarea semnalului pe linia de transmisie apar o serie de fenomene tranzitorii, caremodific caracteristicile semnalelor de intrare i ieire. n cazul transmisiei unui semnal de 480MHz pe o linie bifilar, perioada de variaie a tensiunilor difereniale de intrare/ieire dureaz 12ns;

Fenomenul de rezonan apare cnd lungimea liniei de transmisie este comparabil cu /2 i /4.n aceste cazuri se constat o reducere a tensiunii de intrare, ceea ce reflect impedana sczuta aliniei i disiparea ridicat de energie n circuit. Rezultatele obinute ns nu reflect n totalitatefenomenul de radiaie.

Lungimea inegal a conductorilor liniei, precum i procese de comutaie n sursele de semnaldiferenial pot conduce la asincronism. n cazul ntrzierii uneia din componentele semnalului

diferenial, integritatea semnalului la ieirea din linie este afectat semnificativ, datele transmisefiind imposibil de extras din semnal.

Capitolul 4

Autorul a conceput si realizat un sistem pentru monitorizarea parametrilor mediului electromagneticdin autovehicule pornind de la necesitile tot mai mari de cretere a gradului de compatibilitateelectromagnetic n domeniul auto.

Sistemul este compus din anten, analizor de spectru, unitate de procesare si avertizor acustic.


45/50

Adrian Marian MAOI

41

Funciile de msurare continu a parametrilor mediului electromagnetic i cele implementate nprocedura de alarm au fost testate, funcionalitatea acestora fiind conforme cu specificaiilestabilite.

Sistemul dezvoltat a fost utilizat pentru a monitoriza nivelul de putere al cmpului electromagneticn aria oraului Brasov, pe durata unei zile. Rezultatele sunt prezentate i prelucrate statistic.Prelucrarea datelor a condus la urmtoarele concluzii:

n domeniul de frecven 80 MHz 7 GHz, ponderea valorilor valide ale nivelului puteriicmpului electromagnetic este n medie de 1,8 %, ceea ce indic un grad sczut de ocupare aspectrului electromagnetic;

ponderea valorilor valide ale nivelului puterii variaz n funcie de zon i timp de msurare, dela 0,85 la 2,92 %;

prin calculul matricii de corelaie ntre msurtori, s-a stabilit c indicii de corelaie au valoriridicate, ceea de confirm existena unor caracteristici similare ale surselor de cmpelectromagnetic n zonele investigate;

coeficientul de variabilitate al nivelului puterii de cmp electromagnetic, calculat pe fiecarefrecven (corespunztor unei surse cu prezen ridicat n zonele investigate) are valori de pn

la 50,92 %, ceea ce indic o distribuie neuniform a semnalului emis.

Automatizarea procesului de msurare a parametrilor mediului electromagnetic si prelucrareastatistic datelor in situ, permit mbuntirea gradului de compatibilitate a autovehiculelor isimplificarea utilizrii sistemelor de monitorizare.

5.2. Contribuii originale

Contribuiile originale ale autorului sunt:

- Conceperea i realizarea unui sistem de monitorizare a parametrilor mediului electromagneticdin autovehicul destinat s mbunteasc nivelul acestuia de compatibilitate;

- Implementarea unui algoritm de comand i control automat pentru sistemul de msurareconceput, care permite funcionarea autonom;

- Utilizarea metodelor statistice pentru caracterizarea seturilor de valori obinute prin msurareaparametrilor mediului electromagnetic, cu scopul de a stabili corelaii ntre acestea i asimplifica raportarea rezultatelor;

- Determinarea experimental a parametrilor mediului electromagnetic din zona urban Braov icompararea acestora cu parametrii specifici altor zone din Romnia i America;

- Completarea metodei de msurare a parametrilor mediului electromagnetic specificat nstandardul ICNIRP;

- Determinarea experimental i modelarea parametrilor sistemului de ventilaie/climatizare din

autovehicul, ca surs de perturbaii electromagnetice;- Simularea propagrii semnalelor pe liniile de transmisie utilizate n autovehicul i stabilirea

parametrilor care influeneaz integritatea semnalelor.


46/50


42

BIBLIOGRAFIE SELECTIVA1. Nicolaide, A.:Bazele Fizice ale Electrotehnicii, Vol. I, editura Scrisul Romanesc, Craiova, 1983.2. Maxwell, J.C.: Tratat Elementar de Electricitate (Elementary Treatise on Electricity), Clarendon

Press Series, Oxford, 1881, Traducere in limba romana, de prof.univ.dr. Ion Dima, prefata acad.Prof. Ioan Ursu, editura Stiintifica si Enciclopedica, Bucuresti, 1989, ISBN: 973-29-0005-9.

3. Peier, D.: Elektromagnetische Vertrglichkeit. Problemstellung und Lsungsanstze, HthigVerlag Heidelberg, 1990, ISBN: 3-7785-1774-0.

4. Ignea, A.: Introducere n compatibilitate electromagnetic. Editura de Vest, Timioara, 1998,246 p., ISBN: 973-36-0310-4.6. Schwab, A.J.: Compatibilitate Electromagnetica, ediia a 3 a revizuita, Traducere din limba

german de Marinescu, A., Editura Tehnica, Bucureti, 1996, ISBN: 973-31-0756-5.7. Adscliei, A., Ball, R. R., Cretu, M. s.a.: Electromagnetic Compatibility Testing and

Measurement. Practical Manual, ISBN 0 902683 55, Warwick University, 2002.8. Schwab, A.J.:Begriffswelt der Feldtheorie, 5. Auflage, editura Springer, 1997, Karlsruhe, ISBN:

3-540-63487-89. Sotir, A., Mosoiu, T., Samoilescu, G., Constantinescu, M.: Compatibilitate Electromagnetica

Baze Teoretice - Ecranarea Antipeturbativa, editura Academiei Navale Mircea cel Batran,2001, Constanta.

13. Nicolaide, A., Panaitescu, A.: The energetic properties of the electromagnetic field, Revue

Roumaine des Sciences Techniques, seria Electrotehnica si Energetica, nr. 53, EdituraAcademiei Romane, 2008.

14. * * * More on EMC Terminology. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol.EMC-29, No. 3, August 1987, pp. 202-205.

15. Gardiol, F.: Traite dElectricite, vol. 3: Electromagnetisme, editura Georgi, St-Saphorin,Elvetia, 1979, ISBN: 2-604-00031-8.

24. Peier, D.: Elektromagnetische Vertrglichkeit. Problemstellung und Lsungsanstze. HthigVerlag Heidelberg, 1990, ISBN: 3-7785-1774-0.

33. Lupini , C. A.:Multiplex Bus Progression, Proceedings of SAE World Congress, Detroit USA,2001.

34. Gerhard, Pohlmann: Flexray - EMV-bedingte Grenzen der funktionalen Sicherheit von X-by-Wire Systemen, Presentation at Automotive Day (event), 23.03.2006, Dortmund.

35. Helerea, E., Aciu, L., Matoi, A.: Energie si Ingineria Mediului, Editura UniversitatiiTransilvaniadin Brasov, 2007, ISBN 987-973-588-064-1 (romana), ISBN 978-973-598-065-8(engleza).

36. * * * International Electrotechnical Commission: CISPR 25: Vehicles, Boats, and InternalCombustion Engine Driven Devices-Radio Disturbance CharacteristicsLimits and Methods of

Measurement for the Protection of Receivers Installed in the Vehicle/Boat/Device, Draft ThirdEdition, 2004.

39. Miller, P., OHara, M.: Comparison of automotive unit EMC test techniques, IEEE Colloquia:Electromagnetic Compatibility for Automotive Electronics Proceedings, 1999, pag. 6-9.

41. Marinescu, A. Scornea, A., Ursea, L.: EMC Progress in Romania, Proceedsings ofElectromagnetic Compatibility EMC 2006, Zurich, Elvetia, 2006, ISBN: 3-9522990-3-0.

43. * * *: ICNIRP Guidelines for Limiting Exposure to Time-Varying Electric, Magnetic, andElectromagnetic Fields (up to 300 GHz),International Commission on Non-Ionizing RadiationProtection, 1998, Health Physics Society.

44. Matoi, A., Helerea, E.: Investigarea Mediului Electromagnetic din Zone Urbane, ConferinaScience Research and Education - AFASES 2008, 2008, ISBN: 978-973-8415-56-0, pp. 546-553.

45. ***: Commission Directive 2004/104/EC of 14 October 2004 adapting to technical progressCouncil Directive 72/245/EEC relating to the radio interference (electromagnetic compatibility)of vehicles, publicata in Jurnalul Oficial al Uniunii Europene, 13.11.2004

46. Ribbens, W., B.: Understanding Automotive Electronics,editia a 5-a, Editura Newness, SUA,


47/50

Adrian Marian MAOI

43

2001, ISBN: 07506-7008-847. Cirstea, M.N.: Applied Electronics Automotive, Editura Universitatii Transilvania Brasov,

Brasov, 2002, ISBN: 973-635-052-5.55. Enache, V.: Echipament Electric si Electronic pentru Autovehicule, Editura Universitii

Transilvania din Brasov, Braov, 2001.56. Baican, R., Enache, V.: Automobilul modern, editura Universitatii Transilvania din Brasov,

Brasov, 2008, ISBN: 978-973-598-367-3.

63. ***:Philips XP application note for TJA 1050high speed CA transceiver, foaie de catalog,2006.65. Labussiere-Dorgan, C., Sicard, S.E., et all: Modeling the Electromagnetic Emission of a

Microcontroller Using a Single Model, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility,vol. 50, nr. 5., 2008, pp. 22-3.

66. ***: Electronic Communications Committee (ECC): The European Table of FrequencyAllocations and Utilisations in the Frequency range 9 khz to 3000 Ghz, 2009.

68. Topa, I. et. al.: Elemente de executie electrice, editura MATRIX ROM, 2005,Bucuresti,Romania.

69. Kaller, R., Allenbach, J.: Traction electrique, Presses Polytechniques et UniversitairesRomandes, Lausanne, Switzerland, 1995.

70. Matoi, A., Musat, R., Calin, M. D.: EMC Aspects Regarding Air Conditioning and Climate

Control System Of the Vehicle, International Journal of Electrical Engineering in Transportation,vol. 4, no. 2, 2008, F90010 Belfort, France, pg. 35-40.

72. Bidian, D. S.:Electrotehnica, Editura Lux Libris, Brasov, 1997.73. Williams, T.:EMC for Product Designers, 4thedition, editura Newness, Cornwall, Great Britain

(2007).77. ***: Flexray Consortium: Flexray Electrical Physical Layer Application otes, Versiunea 2.1,

Revizie B, 2006.78. Kanagawa, M.K.: Common Mode Filter, United States Patent Application Publication, nr. US

2011/0074525, martie 2011.79. Lacy, C., Toffolon, S.C., Howe, S.: Universal Serial Bus (USB) 2.0 Legacy Full Speed and Low

Speed (FS/LS) Mode Driver, United States Patent Application Publication, nr. US 7522659 B2,2009.

85. Clayton, R.P.: A Brief History of Work in Transmission Lines for EMC Applications, IEEETransactions on EMC, vol. 49, nr. 2, 2007.

88. Ulaby, F.T.: Fundamentals of Applied Electromagnetics, editia a 5-a, editura Prentice-Hall,USA, 2004.

89. Ruzhou Feng, S.: Method for Managing Line Topology, United States Patent ApplicationPublication, nr. US 2011/0058502 A1, 2011.

90. Matoi, A.,Helerea, E.:Active System for Electromagnetic Perturbation Monitoring in Vehicles,Proceedings of the IEEE Doctoral Conference on Computing, Electrical and Industrial Systems,Lisabona, 2010.

91. Maoi, A., Helerea E.: Electromagnetic Environment and Pollution. International Conference ofBENA, Brasov, July, 2008. Scientiffic Buletin of Transilvania University, 2008, Brasov.

92. Matoi A.M.,Lungoci C., Helerea E.: Automotive Bus Systems and EMC Aspects. Proceedingsof the 31-st Annual Congress of the American-Romanian Academy of Arts and Sciences,Brasov, 1-5 August 2007, ISBN 978-2-553-01412-3, Press International Politechnique, Quebec,Canada, 243-245.

93. Matoi A., Helerea E.: Electromagnetic compatibility aspects on automotive bus system.Scientific Bulletin of the Politehnica University of Timisoara Transation on PowerEngineering. The 7th International Power Systems Conference PSC, Tom 52(66) Special IssueISSN 1582-7194, 2007, p. 385-392


48/50


44

SOLUII MODERE PETRU MSURAREA I COTROLULPARAMETRILOR ELECTROMGAETICI

AI MEDIULUI DI AUTOVEHICUL

Rezumat

Teza de doctorat abordeaz autovehiculul modern ca surs de cmp electromagnetic i sistemsusceptiv la perturbaii. Problema propus spre rezolvare este creterea gradului de siguranfuncional a autovehiculului, n contextul extinderii permanente a spectrului electromagnetic i adiversificrii surselor de perturbaii.

Obiectivul principal al tezei const n conceperea i realizarea unui sistem pentru monitorizarea icontrolul parametrilor mediului electromagnetic din autovehicul.

Dup stabilirea parametrilor mediului electromagnetic, a surselor de perturbaii din autovehicul, afost simulat propagarea semnalelor pe linii de tip bus, n vederea stabilirii influenei anumitorfactori asupra integritii semnalelor.

Autorul a conceput i realizat un sistem pentru monitorizarea parametrilor mediului electromagnetic

din autovehicul pornind de la necesitile tot mai mari de cretere a gradului de compatibilitateelectromagnetic n domeniul auto. Sistemul a fost testat i validat, apoi utilizat la msurarea

parametrilor mediului electromagnetic ntr-un autovehicul rulat pe o zon urban.

Metodele statistice utilizate au permis caracterizarea mediilor electromagnetice din ariileinvestigate, prin indici reprezentativi.

MODER SOLUTIOS FOR MEASURIG AD COTROLLIGELECTROMAGETIC PARAMETERS I AUTOMOTIVE EVIROMET

AbstractThe thesis approaches the modern automobile both as electromagnetic field source and systemsusceptive to perturbations. The problem to solve consists of increasing the functional safety degreeof the vehicle, in the context of permanent extension of occupied electromagnetic spectrum andsource diversity.

The main objective of the thesis is developing a system for monitoring and controllingelectromagnetic parameters in automotive environment.

After establishing the parameters of electromagnetic environment, perturbation sources in a vehicle,the propagation of signals through bus lines has been simulated, in order to establish the influenceof certain factors upon signal integrity.

The author has designed and built a system for monitoring the parameters of electromagneticenvironment in automobiles, taking into consideration the increasing requirements regardingelectromagnetic compatibility in automotive domain. The system has been tested, validated andthen used for determining electromagnetic environments parameters in a vehicle running in anurban area.

The utilised statistical methods allowed caracterizing electromagnetic environments frominvestigated areas through representative indexes.


49/50

Adrian Marian MAOI

45

Curriculum Vitae

Nume ADRIAMARIAMATOI

Adresa STR.1MAI,BL 32,SC A ,AP.3,CORABIA,JUD.OLT,RO-235300Telefon +40740795441E-mail [email protected]

Cetatenie Romana

Data nasterii 10.12.1982

STUDII Data (de la la) 1997-2001

Institutia Colegiul ational Alexandru I. Cuza, Corabia, Romania

Profil Informatica intensiva

Data (de la la) 2001 2006 Institutia Universitatea Transilvania Brasov

Facultatea de Inginerie Electrica si Stiinta Calculatoarelor

Profil Inginerie Electrica si Calculatoare (engleza)

Grad obtinut Inginer diplomat

Data (de la la) 2006 prezent Institutia Universitatea Transilvania Brasov

Facultatea de Inginerie Electrica si Stiinta Calculatoarelor Profil Compatibilitate electromagnetica

Grad obtinut Doctorand cu frecventa

Data (de la la) 01. 03. 2006 20.09.2006 Institutia Institutul de Inalta Tensiune si Compatibilitate Electromagnetica,

Friedrich-Whler-Weg, 444227 Dortmund, Germania

Domeniu ElectrotehnicaActivitate Proiect de diploma

Data(de la - la) 01. 07. 2005 - 30. 09. 2005 Institutia Institutul pentru Automatica si Comunicatii, Magdeburg

Steinfeldstr. 3, D-39179 Barleben, Germania

Activitate Practicant

EXPERIETA

Data (de la la) 01. 03. 2006 20.09.2006 Institutia Institutul de Inalta Tensiune si Compatibilitate Electromagnetica,

Friedrich-Whler-Weg, 444227 Dortmund, Germania Activitate Programator

Functie Colaborator

Data (de la la) 01. 10. 2006 30.03.2007 Institutia EMC Test NRW, Dortmund, Germania

Activitate Testare in domeniul compatibilitate electromagnetica Functie

Din 2007

ColaboratorMembru al Asociatiei de Compatibilitate Electromagnetica din RomaniaMembru IEEE, sectia CEM


50/50


Director proiect TD nr. 151/1.10.2007 cu titlul Soluii moderne pentrumsurarea i controlul parametrilor electromagnetici ai mediului dinautovehicule

Membru in proiectul CNCSIS 429/2006-2008: Modelri i simulriprivind comportarea in regim dinamic a materialelor magnetice cuproprieti controlate

Membru n proiectul CEEX nr. 2-CEx06-8-85/2006-2008, Materialemagnetice cu performane superioare utilizate n constructia mainilorelectrice

LIMBA MATERNA Romn

LIMBI STRAINE Engleza, Francez, German cursiv

teza cem auto

Documents