SOLUłII MODERNE PENTRU MĂSURAREA ŞI...

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRAŞOV

Facultatea de Inginerie Electrică şi ŞtiinŃa Calculatoarelor

Şcoala doctorală – Domeniul Inginerie electrică

SOLUłII MODERNE PENTRU MĂSURAREA ŞI CONTROLUL

PARAMETRILOR ELECTROMAGNETICI AI MEDIULUI DIN AUTOVEHICUL

MODERN SOLUTIONS FOR MEASURING AND CONTROLLING ELECTROMAGNETIC

PARAMETERS IN AUTOMOTIVE ENVIRONMENT

Rezumatul tezei de doctorat

DOCTORAND Ing. Adrian Marian MAłOI

CONDUCĂTOR ŞTIINłIFIC

Prof. univ. dr.ing. Elena HELEREA

Braşov, 2011

MINISTERUL EDUCAłIEI, CERCETĂRII TINERETULUI ŞI SPORTULUI

Universitatea Transilvania din Braşov RECTORAT

500036, Braşov, B-dul EROILOR nr. 29, tel./fax +40268410525, +40268412088 www.unitbv.ro

COMPONENłA Numită prin Ordinul Rectorului UniversităŃii Transilvania din Braşov

Nr. 4621 din 16.06.2011

PREŞEDINTE: - Prof. univ. dr. ing. Sorin Aurel MORARU

DECAN – Fac. de Inginerie Electrică şi ŞtiinŃa

Calculatoarelor

Universitatea Transilvania din Braşov

CONDUCĂTOR ŞTIINłIFIC: - Prof. univ. dr. ing. Elena HELEREA Universitatea Transilvania din Braşov REFERENłI: - Prof. univ. dr. ing. Călin MUNTEANU Universitatea „Tehnică” din Cluj-Napoca

- Conf. univ. dr. ing. Adrian ADĂSCĂLIłEI Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi

- Prof. univ. dr. ing. Ioan-DănuŃ OLTEAN Universitatea Transilvania din Braşov

Data, ora şi locul susŃinerii publice a tezei de doctorat: sâmbǎtǎ, 16.07.2011, ora 11,00, în Aula

Sergiu T. Chiriacescu a UniversităŃii Transilvania din Braşov, sala U.II.3. Eventualele aprecieri sau observaŃii asupra conŃinutului lucrării, vă rugăm să le trimiteŃi în timp util

pe adresa UniversităŃii Transilvania din Braşov, Secretariat Doctorate.

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRAŞOV

Facultatea de Inginerie Electrică şi ŞtiinŃa Calculatoarelor

Şcoala doctorală – Domeniul Inginerie electrică

Ing. Adrian Marian MAłOI

SOLUłII MODERNE PENTRU MĂSURAREA ŞI CONTROLUL

PARAMETRILOR ELECTROMAGNETICI AI MEDIULUI DIN AUTOVEHICUL

MODERN SOLUTIONS FOR MEASURING AND

CONTROLLING ELECTROMAGNETIC PARAMETERS IN AUTOMOTIVE ENVIRONMENT

Rezumatul tezei de doctorat

Summary of PhD Thesis

Braşov 2011

1

CUPRINS Pag.

INTRODUCERE I/ 3 C1. MEDIUL ELECTROMAGNETIC - PARAMETRII ŞI REGLEMENTĂRI 1/ 7 1.1. Conceptul de mediu electromagnetic 1/ 7 1.1.1. Descrierea mediului electromagnetic 1/ 7 1.1.2. Propagarea undelor electromagnetice 4/ 8 1.1.3. ImpedanŃa de undă a mediului şi admitanŃa 7/ 9 1.1.4. Câmp apropiat şi câmp îndepărtat 8/ 9 1.2. Tehnici de măsurare a parametrilor mediului electromagnetic 10/ 1.2.1. Modelul dipolului electric 10/ 1.2.2. Bucla de curent 11/ 1.2.3. Senzori şi sisteme de senzori 12/ 1.2.4. Metode de măsurare a parametrilor mediului electromagnetic 14/ 1.3. Determinarea parametrilor mediului electromagnetic 17/ 11 1.3.1. Măsurători de perturbaŃii electromagnetice în câmp îndepărtat 17/ 11 1.3.2. Prelucrarea datelor 21/ 12 1.3.3. Concluzii 23/ 13 1.4. Niveluri limită ale parametrilor mediului electromagnetic 24/ C2. PERTURBAłII ELECTROMAGNETICE ÎN AUTOVEHICULE 25/ 14 2.1. Tipuri şi surse de perturbaŃii electromagnetice în autovehicule 25/ 14 2.1.1. Clasificarea perturbaŃiilor electromagnetice 25/ 14 2.1.2. Surse de perturbaŃii 27/ 14 2.2. PerturbaŃii în sistemele auto de comunicaŃie şi comandă 27/ 15 2.2.1. Sisteme de tip bus pentru automobile 27/ 15 2.2.2. Sisteme electronice de control şi comandă 36/ 2.2.3. Sistemul de aprindere 40/ 2.2.4. Sisteme radio şi de telecomunicaŃie 42/ 2.3. PerturbaŃii în sisteme electrice de acŃionare ale autovehiculelor 43/ 18 2.3.1. Sistemul de pornire auto 43/ 2.3.2. Sistemul de ventilaŃie şi climatizare auto 44/ 18 2.4. CerinŃe actuale privind compatibilitatea electromagnetică la autovehicule 48/ C3. SIMULĂRI PRIVIND PROPAGAREA SEMNALELOR PE LINII DE TRANSMISIE 52/ 21 3.1. Semnale şi caracteristici la liniile de transmisie auto 52/ 21 3.1.1. Semnale de transmisie 52/ 21 3.1.2. Caracteristicile liniilor transmise 54/ 3.2. Descrierea configuraŃiilor şi a modului de abordare 56/ 22 3.3. Rezultate şi interpretări 59/ 23 3.3.1. Atenuări şi întârzieri semnale 59/ 23 3.3.2. Analiza integrităŃii semnalelor 62/ 25 3.3.3. Fenomene tranzitorii 67/ 27 3.3.4. RezonanŃa în liniile de transmisie 69/ 28 3.3.5. Asincronism la semnale diferenŃiale 70/ 28

2

C4. SISTEM PENTRU MONITORIZAREA ŞI CONTROLUL PARAMETRILOR MEDIULUI ELECTROMAGNETIC DIN AUTOVEHICULE 73/ 30

4.1. Necesitatea implementării unui sistem de monitorizare şi control a parametrilor mediului EM în auto 73/ 30

4.2. Proiectarea şi realizarea sistemului de monitorizare 74/ 30 4.2.1. Stuctura sistemului 74/ 31 4.2.2. Programul software de monitorizare 75/ 32 4.3. Testarea şi validarea sistemului 80/ 34 4.3.1. FuncŃia măsurare continuă 80/ 34 4.3.2. Alte funcŃii 81/ 35 4.4. Utilizarea sistemului la monitorizarea parametrilor mediului electromagnetic 82/ 36 4.4.1. Determinări experimentale 82/ 36 4.4.2. Prelucrarea datelor 83/ 36 C5. CONCLUZII ŞI CONTRIBUłII ORIGINALE 94/ 39 5.1. Concluzii finale 94/ 39 5.2. ContribuŃii originale 96/ 41 Bibliografie 98/ 42 Rezumat 104/ 44 CV 105/ 45

În rezumat s-au păstrat notaŃiile figurilor, relaŃiilor şi tabelelor din teză.

SoluŃii moderne pentru măsurarea şi controlul parametrilor electromagnetici ai mediului din autovehicul

3

INTRODUCERE Actualitatea şi necesitatea temei

Domeniul compatibiliate electromagnetică este unul relativ nou, apărut odată cu accentuarea problemelor de funcŃionare ale sistemelor electrice şi electronice în anumite medii electromagnetice. Măsurarea şi controlul parametrilor mediului electromagnetic reprezintă subiecte de actualitate atât în contextul rezolvării situaŃiilor de incompatibilitate la sistemele tehnice cât şi al evaluării efectelor asupra fiinŃelor vii. Necesitatea temei este impusă de creşterea gradului de ocupare a spectrului electromagnetic, diversificarea surselor de perturbaŃii electromagnetice, perspectiva utilizării autovehiculului electric la scară largă şi introducerea în transport a sistemelor pentru comandă şi control susceptibile la perturbaŃii electromagnetice. Având în vedere că sistemele de comandă şi control electrice şi electronice au un rol important în siguranŃa funcŃională a autovehicului, este necesară creşterea nivelului de siguranŃă funcŃională a autovehiculului. Problema propusă spre rezolvare Deşi la ora actuală există sisteme pentru testarea autovehiculelor din punct de vedere al compatibilităŃii electromagnetice, un grad ridicat de siguranŃă funcŃională este dificil de asigurat numai prin măsurători de laborator efectuate înainte de punerea în funcŃiune a autovehiculului. Problema propusă spre rezolvare este creşterea gradului de siguranŃă funcŃională a autovehiculelor, în contextul extinderii permanente a spectrului electromagnetic şi a diversificării surselor de perturbaŃii. Obiectivele tezei Obiectivul principal al tezei constă în conceperea şi realizarea unui sistem pentru monitorizarea şi controlul parametrilor mediului electromagnetic din autovehicul. Obiective de sinteză

- Identificarea şi caracterizarea parametrilor mediului electromagnetic; - Sinteza cu privire la metodele de măsurare a parametrilor surselor de perturbaŃii din

autovehicul; - Identificarea şi caracterizarea surselor de perturbaŃii din autovehicul; - Identificarea parametrilor liniilor de transmisie utilizate în autovehicul precum şi a

tipurilor de semnale utilizate în transmisii de date în vederea caracterizării lor ca surse de perturbaŃii conduse şi radiate în autovehicul;

- Identificarea şi prezentarea cerinŃelor de compatibilitate electromagnetică în mediul public, ocupaŃional şi la autovehicul.

Obiective legate de măsurarea parametrilor mediului electromagnetic - Măsurarea parametrilor electromagnetici în zone urbane aglomerate; - Compararea rezultatelor obŃinute cu rezultate similare din alte zone; - Identificarea tipurilor de surse din zonele investigate.

Obiective legate de modelarea analitică a propagării semnalelor pe linii de transmisie uzuale în autovehicul

- Alcătuirea unui set de configuraŃii care să pună în evidenŃă factorii relevanŃi în propagarea semnalelor pe linii de transmisie tip bus la autovehicul, precum şi influenŃa acestora asupra integrităŃii semnalelor;

- Simularea propagării semnalelor pe liniile de transmisie în vederea obŃinerii atenuării şi întârzierii semnalelor în cazurile considerate;

Rezumatul tezei de doctorat Adrian Marian MAłOI

4

- Determinarea influenŃei factorilor relevanŃi asupra integrităŃii semnalelor. Obiective legate de conceperea şi realizarea unui sistem pentru măsurare şi controlul parametrilor electromagnetici ai mediului din autovehicule

- Definirea funcŃiilor sistemului şi dezvoltarea algoritmului de măsurare şi control; - Realizarea programului de calcul pentru implementarea funcŃiilor sistemului; - Implementarea fizică a sistemului, cu testarea şi validarea funcŃionalităŃii; - Utilizarea sistemului la monitorizarea parametrilor electromagnetici într-o zonă urbană

aglomerată, pe durata unei zile – determinări experimentale; - Aplicarea de metode statistice în vederea caracterizării mediilor electromagnetice şi a

surselor de perturbaŃii prezente în acestea.

Metodologia cercetărilor doctorale Cercetarea efectuată are la bază lucrări din domeniu compatibilităŃii electromagnetice şi în domenii conexe: cărŃi, articole, teze, documentaŃii de produs şi norme de compatibilitate electromagnetică. Pornind de la expresia transferului de putere asociată variaŃiei câmpului electromagnetic şi de la expresia densităŃii superficiale de putere transferată într-un punct din spaŃiu sunt obŃinute ecuaŃiile de propagare a undelor electromagnetice şi relaŃiile pentru admitanŃa şi impedanŃa de undă. Analiza efectuată asupra modelului dipolului electric şi al buclei de curent permite stabilirea criteriilor de măsurare în câmp apropiat şi în câmp îndepărtat, cu o eroare de max. 1 %. Sunt investigate metodele de măsurare cu dipol electric şi buclă de curent, precum şi metode ce utilizează sisteme complexe de senzori. Ca studiu de caz, este propusă o metodă de măsurare a parametrilor mediului electromagnetic în zona urbană Braşov utilizând un sistem cu antenă izotropă. Determinările experimentale efectuate în patru zone aglomerate din oraşul Braşov - Rectorat, Astra, Bartolomeu şi Braşov Gară - sunt prezentate sintetic iar analiza efectuată a permis identificarea tipurilor de surse de câmp electromagnetic prezente în zonele investigate. Rezultatele obŃinute sunt comparate cu cele obŃinute de către autor în Bucureşti, precum şi cu cele obŃinute de alŃi cercetători pentru oraşe din America. În continuare, este considerat autovehiculul modern şi subansamblele acestuia din punct de vedere al surselor posibile de perturbaŃii electromagnetice. Clasificarea tipurilor de sisteme electrice şi electronice din autovehicul şi analiza efectuată arată ca principale surse de sursă de perturbaŃii electromagnetice conduse şi radiate sistemele de comunicaŃie tip bus. Ca studiu de caz este investigat sistemul de comandă şi control ca sursă de perturbaŃii radiate şi sistemul de climatizare/ventilaŃie ca sursă de perturbaŃii conduse. Pornind de la structura sistemelor de comunicaŃie din autovehicul, sunt propuse configuraŃii de simulare cu diferite linii de transmisie, semnale şi rezistenŃe terminale, în vederea stabilirii influenŃei diverşilor factori asupra integrităŃii semnalelor care se propagă în liniile de transmisie din autovehicul. Analiza rezultatelor simulării cu programul OrCAD Pspice arată că tipul semnalului, liniei şi rezistenŃei terminale, precum şi lungimea şi simetria liniei de transmisie au efect asupra integrităŃii semnalului, atenuării si întârzierii semnalului, la propagarea acestuia pe linii de transmisie. În vederea creşterii nivelului de siguranŃă funcŃională a autovehiculului autorul propune un un sistem original de monitorizare a parametrilor mediului electromagnetic din autovehicule, a cărui funcŃionalitate poate fi extinsă şi la alte medii. Sunt definite funcŃiile şi algoritmul de implementare a acestora. Este conceput un program modular în mediul Visual Studio în care sunt implementate funcŃiile sistemului. Modelul fizic este compus din analizor de spectru, antenă de câmp electric de bandă largă şi unitate de comandă cu avertizare acustică. Sistemul de monitorizare realizat a fost validat prin testarea funcŃiilor implementate. Sistemul conceput şi realizat este utilizat la monitorizarea parametrilor mediului electromagnetic în zona centrală a oraşului Braşov. Determinările experimentale cuprind seturi de valori ale nivelului puterii câmpului electromagnetic în funcŃie de frecvenŃă, măsurate într-un autovehicul care a rulat pe parcursul unei zile între diferite zone ale oraşului. Analiza şi prelucrarea statistică a datelor


5

experimentale în programele IBM SPSS şi Microsoft Excel, a permis caracterizarea mediului electromagnetic din zona urbană investigată, cu identificarea surselor de perturbaŃii existente şi cu stabilirea de corelaŃii specifice între rezultatele obŃinute. Noutatea ştiinŃifică a rezultatelor obŃinute Prezenta cercetare abordează problematica parametrilor mediului electromagnetic şi a surselor de perturbaŃii electromagnetice, de interes atât pentru asigurarea funcŃionalităŃii sistemelor tehnice cât şi pentru controlul şi monitorizarea efectelor biologice. Determinările experimentale efectuate indică prezenŃa unui spectru larg de surse de câmp electromagnetic în zone urbane aglomerate. ImportanŃa rezultatelor a fost subliniată în cadrul reuniunii din 2008 a comisiei IEEE EMC TC3, unde s-a propus continuarea măsurătorilor şi includerea rezultatelor într-o bază de date comună, mondială. În teză este abordată unitar simularea propagării semnalelor pe diferite configuraŃii de sisteme bus, cu evidenŃierea parametrilor relevanŃi privind integritatea semnalelor. Dezvoltarea unui sistem de monitorizare a parametrilor mediului electromagnetic permite obŃinerea de informaŃii utile în diverse zone cât şi dezvoltarea de noi procedee de monitorizare în vederea creşterii gradului de siguranŃă a autovehiculului. Implementarea metodelor statistice de prelucrare a datelor experimentale permite introducerea de noi parametrii, care să caracterizeze adecvat mediul electromagnetic şi sursele de perturbaŃii.

Valoarea aplicativă a lucrării Rezultatele teoretice şi experimentale obŃinute în cadrul prezentei teze de doctorat pot fi folosite într-o serie de aplicaŃii viitoare, precum: - Definirea unor modele de simulare pentru calculul parametrilor circuitelor şi componentelor din

autovehicul şi alte sisteme; - Caracterizarea mediilor electromagnetice din diferite zone cu surse specifice; - Dezvoltarea de noi metode şi proceduri pentru creştere gradului de siguranŃă funcŃională a

autovehiculelor. Diseminarea rezultatelor Rezultatele obŃinute în timpul pregătirii doctorale s-au concretizat în publicarea unui număr de 11 lucrări de cercetare (6 ca prim autor), coautorul unei cărŃi şi realizarea contractului de cercetare TD nr. 151/1.10.2007 cu titlul „SoluŃii moderne pentru măsurarea şi controlul parametrilor electromagnetici ai mediului din autovehicule”.

Structura tezei Teza este structurată într-un număr de cinci capitole, conŃinând un număr de 94 relaŃii, 63 figuri, 27 tabele, 90 poziŃii bibliografice şi 3 anexe.

Capitolul 1 – Mediul electromagnetic - determinarea parametrilor şi reglementări, prezintă metoda de obŃinere a parametrilor mediului electromagnetic pornind de la expresiile transferului de putere asociat variaŃiei câmpului electric şi magnetic. Sunt obŃinute relaŃiile pentru admitanŃa şi impedanŃa de undă a mediului şi definite zonele de câmp apropiat şi câmp îndepărtat, în funcŃie de frecvenŃa semnalului emis de o sursă. Sunt prezentate metode de măsurare a parametrilor mediului electromagnetic, pornind de la dipolul electric şi bucla de curent pentru măsurarea intensităŃii câmpului electric şi magnetic la frecvenŃe joase şi continuând cu sisteme complexe multi-senzor. Autorul realizează o cercetare a parametrilor mediului electromagnetic în oraşul Braşov, prin


6

măsurarea intensităŃii câmpului electromagnetic în patru zone. Sunt prezentate rezultatele şi identificate tipurile de surse în funcŃie de frecvenŃa semnalelor. Sunt prezentate prevederile normativului ICNIRP care stabileşte limitele maxime de expunere a persoanelor la câmpuri electrice şi magnetice în domeniul de frecvenŃă 0 – 300 GHz. Rezultatele determinărilor experimentale relevă că limita impusă prin normativul ICNIRP nu este depăşită.

Capitolul 2 - PerturbaŃii electromagnetice în autovehicule, conŃine o clasificare a echipamentelor electrice şi electronice din autovehicul în corelaŃie cu tipurile de perturbaŃii conform criteriilor de compatibilitate electromagnetică. Sunt prezentate sistemele de tip bus şi investigări ale perturbaŃiilor conduse şi radiate produse de acestea. Sunt descrise sisteme de comandă şi control, aprindere şi telecomunicaŃii şi se concluzionează că acestea sunt posibile surse de perturbaŃii electromagnetice în autovehicul. Autorul cercetează emisiile conduse produse în sistemul de climatizare şi ventilaŃie din autovehicule. Este considerat întreg circuitul, cu sursă de alimentare si rezistoare de sarcină pentru controlul turaŃiei. Se determină experimental parametrii curentul perturbator şi armonicile componente, datorate colectorului din motorul ventilatorului. Sunt utilizate două metode pentru modelarea formelor de undă obŃinute. În final, sunt prezentate cerinŃele de compatibilitate electromagnetică la autovehicule.

Capitolul 3 – Simulări privind propagarea semnalelor pe linii de transmisie, se consideră tipuri de linii de transmisie utilizate în mod curent şi tipuri de semnale pentru transmisii de date din autovehicul. Se simulează cu ajutorul programului OrCAD PSpice propagarea semnalelor prin linii de transmisie, în diferite configuraŃii. Sunt analizate atenuarea şi întârzierea semnalului în diferite configuraŃii de simulare precum şi parametrii care influenŃează integritatea semnalului. Sunt prezentate concluzii şi observaŃii referitoare la influenŃa anumitor factori precum frecvenŃa semnalului, tipul liniei, tipul rezistenŃei terminale şi fenomenul de rezonanŃă asupra integrităŃii semnalului.

Capitolul 4 - Sistem pentru monitorizarea şi controlul parametrilor mediului electromagnetic din autovehicule, analizează necesitatea unui sistem pentru măsurarea şi controlul parametrilor mediului electromagnetic din autovehicule şi stabileşte funcŃiile unui astfel de sistem. Sunt prezentate componentele fizice ale sistemului şi caracteristicile fiecăruia. Sunt detaliate schema de funcŃionare şi programul care implementează funcŃiile sistemului, realizat în mediul Microsoft Visual Studio. Sunt testate funcŃiile sistemului şi se efectuează monitorizarea parametrilor câmpului electromagnetic într-un autovehicul ce rulează în oraşul Braşov. Rezultatele sunt analizate şi prelucrate cu metode statistice, stabilindu-se indici de corelaŃie între măsurători şi caracteristici ale mediilor şi surselor investigate.

Capitolul 5 prezintă concluziile şi contribuŃiile autorului. Doresc să adresez mulŃumiri conducătorului ştiinŃific, Prof. univ. dr.ing. Elena HELEREA, pentru îndrumarea, încurajarea şi susŃinerea pe durata studiilor doctorale.

MulŃumesc domnilor Prof. univ. dr.ing. Călin MUNTEANU, Prof. univ. dr. ing. Ioan-DănuŃ OLTEAN, Conf. univ. dr. ing. Adrian ADĂSCĂLIłEI, pentru deosebita onoare care mi-au făcut-o acceptând propunerea de a face parte din comisia de susŃinere, pentru atenŃia cu care s-au aplecat asupra lucrării şi pentru sfaturile date.

MulŃumesc domnului Decan, Prof. univ. dr. ing. Sorin MORARU şi întregului colectiv al Catedrei de Electrotehnică de la Facultatea de Inginerie şi ŞtiinŃa Calculatoarelor pentru sprijinul şi încurajările acordate în perioada realizării lucrării.

MulŃumesc familiei mele care prin răbdarea, înŃelegerea şi suportul moral m-au ajutat să duc la bun sfârşit această lucrare.


7

Capitolul 1

MEDIUL ELECTROMAGNETIC - DETERMINAREA PARAMETRILOR ŞI REGLEMENTĂRI

1.1. Conceptul de mediu electromagnetic

Primele cunoştinŃe despre fenomenele electrice şi magnetice se referă la magnetismul natural şi la electrizarea prin frecare. În antichitate era cunoscut magnetismul, în special magnetismul natural al oxidului de fier denumit magnetită, deoarece se extrăgea din apropierea localităŃii Magnesia din Asia Mică. De asemenea, a fost pusă în evidenŃă electrizarea prin frecare a chihlimbarului, numit în limba greacă electron [1]. După multiple cercetări experimentale efectuate în secolele XVII-XVIII şi elaborarea unor teorii cvasi-ştiinŃifice apoi, a unor teorii clasice, în sensul stabilirii unor relaŃii între fenomenele electrice şi cele magnetice, James Clerk Maxwell în lucrarea Tratat elementar de electricitate [2] trage concluzia că “aceste două clase de fenomene sunt legate între ele; ştiinŃa relaŃiilor, cunoscute până în prezent, între diferitele fenomene ale acestor clase, constituie electromagnetismul”.

Odată cu mărirea domeniului frecvenŃelor de lucru, utilizarea pe scară tot mai largă a sistemelor electronice de comunicare, control şi automatizare şi cu creşterea tendinŃei de miniaturizare a dimensiunilor sistemelor tehnice, s-au intensificat problemele de mediu şi aspectele legate de interferenŃa electromagnetică (EMI). PerturbaŃiile electromagnetice (EM) influenŃează prin conducŃie şi prin radiaŃie buna funcŃionare a echipamentelor electrice şi electronice [3]-[9] şi au efecte nefavorabile asupra mediului ambiant şi asupra materiei vii [10], [11]. Efectele surselor de perturbaŃii depind atât de caracteristicile acestora, cât şi de parametrii mediului. De aceea este necesară investigarea acestora, în directă conexiune cu conceptul de mediu electromagnetic.

1.1.1. Descrierea mediului electromagnetic

În accepŃiunea generală aspectul electromagnetic al mediului (ambiant, de lucru) este definit prin parametrii care caracterizează interacŃiunile electromagnetice: forŃe electrice şi magnetice, intensităŃi de câmp electromagnetic, energie şi putere [12],[13]. Unele studii privind compatibilitatea electromagnetică (CEM) fac referire la mediul electromagnetic, ca spaŃiul din apropierea sistemelor electrice şi electronice în care au loc interacŃiuni EM [14]. Studiile actuale consideră [12] existenŃa mai multor modalităŃi de caracterizare a mediul electromagnetic, intenŃionat şi neintenŃionat, prin elemente specifice:

• descrierea naturii câmpurilor electromagnetice aplicate,

• determinarea intensităŃii câmpului electric în jurul surselor de perturbaŃii electromagnetice,

• descrierea caracteristicilor surselor,

• tipurile de efecte pe care le pot produce, etc. Natura electrică, magnetică sau electromagnetică a câmpului se stabileşte atât în funcŃie de tipul şi caracteristicile sursei de câmp, cât şi în funcŃie de distanŃa faŃă de sursă a sistemului sau instrumentului de măsură.


8

Prin utilizarea mărimilor complexe în domeniul frecvenŃă se reduce complexitatea problemelor. În adevăr, derivarea în raport cu timpul se reduce la înmulŃirea cu termenul jω, iar integrarea în timp se traduce cu împărŃirea cu acelaşi termen. Este de asemenea posibilă considerarea mediilor cu pierderi, în care răspunsul este întârziat în raport cu stimulul. În cazul regimului armonic, într-un mediu liniar cu pierderi, vectorul intensitate a câmpului electric sinusoidal de pulsaŃie ω are expresia:

√2 cos cos cos , (1.7)

unde cu E0x, E0y, E0z, s-au notat proiecŃiile valorii eficace ale intensităŃii câmpului electric pe cele trei axe ale sistemului cartezian de coordonate.

Componenta după axa Ox poate fi scrisă sub forma:

√2 cosω φ √2 !"#$%& √2 !", (1.8)

unde fazorul Ex este dat de relaŃia [15]:

'%. (1.9)

Procedând asemănător şi pentru componentele pe axele Oy si Oz, se obŃine vectorul fazor :

. (1.10)

Prin utilizarea mărimilor complexe, termenii dependenŃi de timp pot fi separaŃi de cei dependenŃi de spaŃiu. După cum se poate observa în relaŃii, fazorii nu depind de coordonata temporală, variaŃia fiind exprimată prin factorul ejωt. Prin derivarea în raport cu timpul se obŃine:

((" √2) !". (1.11)

Astfel, prin derivare se obŃine acelaşi rezultat ca şi în cazul multiplicării cu termenul jω.

1.1.2. Propagarea undelor electromagnetice

Într-un mediu linear, izotrop, cu pierderi, definit anterior, ecuaŃia de propagare a undei electromagnetice este descrisă de relaŃia [15]:

* + * + ,jωµ* + . ,jωµjωε 0. (1.21)

În spaŃiu tridimensional, ecuaŃia (1.21) poate fi scrisă sub forma: * + * + ** · , *2. (1.22)

În cazul unui mediu omogen şi fără sarcini libere, este valabila relaŃia * · 0, din care rezultă * · 0 şi se obŃine: *2 )µ)4 0. (1.23)

RelaŃia (1.23) este denumită ecuaŃia undei sau ecuaŃia lui Helmholtz.

În cazul undei plane care se propagă într-un mediu infinit, soluŃia ecuaŃiei (1.23) este de tip exponenŃial, 5 678 , unde r este vectorul de poziŃie, γ – vector fazor constantă de propagare şi E0 – vectorul fazor al intensităŃii câmpului electric în punctul 5 0.

Se poate demonstra că derivarea în raport cu una din coordonate poate fi înlocuită prin înmulŃirea cu componenta γ corespunzătoare. Astfel, derivarea pe direcŃia Ox devine:

(( 678 (

( 96:;%<;=<;>?@ ,γ678. (1.24)

În cazul soluŃiei de mai sus, rezultă:

B5 ,75. (1.25)

EcuaŃiile lui Maxwell devin:


9

7 + jωµ. (1.26)

7 + . ,jωε σ (1.27)

7 · 0 (1.28)

7 + . 0. (1.29)

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

:7 · 7? ,ω2εµ jωµσ. (1.30)

Vectorul fazor constantă de propagare γ are forma:

7 D jE. (1.31)

1.1.3. ImpedanŃa de undă a mediului şi admitanŃa

Introducerea impedanŃei, respectiv a admitanŃei de undă, ca parametrii caracteristici ai mediului electromagnetic are la bază dependenŃa dintre fazorii şi . , exprimată prin relaŃiile (1.26) şi

(1.27). RelaŃiile de interdependenŃă dintre fazorii şi . pot fi puse în forma:

. 7 !µ

+ FG + . (1.46)

67 !H<I + . ,JG + .. (1.47)

unde, FG şi JG sunt admitanŃa, respectiv, impedanŃa de undă.

Cei doi fazori sunt legaŃi prin relaŃia:

JG KFL. (1.48)

şi depind de parametrii µ, ε şi σ:

JG KFL M !µ

!H<I (1.49)

În cazul mediului vid şi cu aproximaŃie, în cazul aerului, rezultă:

N KOP MQP

HP R 120π 376,6 [Ω]. (1.50)

1.1.4. Câmp apropiat şi câmp îndepărtat

Pentru a evidenŃia condiŃiile în care se fac determinări ale parametrilor de câmp electromagnetic, este necesară 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 un curent sinusoidal variabil în timp, având expresia:

X Y sin ω . (1.52)

Dipolul magnetic elementar (Fig. 1.1.b) este o buclă conductoare de formă circulară de rază R, parcursă, de asemenea, de un curent sinusoidal variabil în timp.


10

Fig. 1.1. Surse elementare de câmp electromagnetic: (a) dipolul electric; (b) dipolul magnetic.

Prin prelucrarea ecuaŃiilor câmpului electromagnetic în coordonate polare, într-un punct P situat la o distanŃă r faŃă de originea sistemului de coordonate, se stabilesc următoarele [23]:

1. Câmpurile determinate de dipoli electrici şi magnetici au trei componente: o o componentă în direcŃia de propagare a vectorului de poziŃie, o două componente perpendiculare una pe cealaltă, ambele perpendiculare pe direcŃia de

propagare a vectorului de poziŃie.

În plus, amplitudinile componentelor într-un punct din spaŃiu depind de distanŃa r faŃă de dipol astfel: daca kr<<1, termenii proporŃionali cu 1/r3 sunt predominanŃi, iar daca kr>>1, sunt predominanŃi termenii proporŃionali cu 1/r.

2. La distanŃă mică faŃă de sursă, Ńinând seama de notaŃia k=2π/λ, condiŃia kr<<1 poate fi pusa sub forma r<<λ/2π, expresiile rezultate din neglijarea termenilor nesemnificativi descriind situaŃia din apropierea sursei, zonă de câmp apropiat, denumită şi zonă Fresnel.

3. La distanŃă mare faŃă de sursă, în zona de câmp îndepărtat denumita şi zonă Fraunhoffer, condiŃia este ca r>>λ/2π.

4. CondiŃiile care se pun pentru definirea zonelor la o antenă dipol în cazul unei erori de 1%, bazate pe criteriul anterior prezentat sunt: - pentru zona de câmp îndepărtat:

5 \ 16λ. (1.59)

- pentru zona de câmp apropiat: 5 ^ 0,0016 λ. (1.60)

Astfel, impedanŃa de undă a mediului în câmp apropiat are expresia: - în apropierea unui dipol electric:

|N`| Na bacdef gP

hi K2jHki, (1.61)

- în apropierea unui dipol magnetic:

|N`| Nd 9aedc

@ Nl5 2πµo5. (1.62)

1.3. Determinarea parametrilor mediului electromagnetic


11

Cercetarea efectuată de autor vizează stabilirea nivelurilor câmpului electromagnetic şi identificarea surselor de perturbaŃii electromagnetice în domeniul de frecvenŃă 80 MHz – 3 GHz din zone urbane aglomerate şi caracterizarea mediului electromagnetic din vecinătatea acestora. Ca studiu de caz s-a ales zona urbană a municipiului Braşov.

1.3.1. Măsurători de perturbaŃii electromagnetice în câmp îndepărtat

Pentru caracterizarea mediului electromagnetic s-a utilizat metoda de măsurare a componentei electrice a câmpului electromagnetic.

Domeniul de frecvenŃă vizat de măsurători este 80 MHz – 3 GHz, pentru care distanŃa minimă de măsurare faŃă de sursele de câmp este cuprinsă în domeniul (1,6 – 60) m. Măsurătorile au fost efectuate cu următorii parametrii:

• Banda de rezoluŃie: 200 kHz; • Pas de frecvenŃă: 1 MHz; • Timp de scanare: 250 ms; • Nivel de prag: + 5 dB faŃă de zgomot (obŃinut prin calibrare); • DistanŃa antenei faŃă de planul de referinŃă: 1,5 m.

Schema de măsurare în câmp îndepărtat (se prevede o distanŃă minimă de 60 m faŃă de orice sursă de perturbaŃii) este prezentată în Fig. 1.10.

a) b)

Fig. 1.10. Măsurarea intensităŃii câmpului electric: a) Structura sistemului de măsură; b) Vedere a sistemului portabil.

Pentru investigarea parametrilor mediului electromagnetic au fost alese patru zone aglomerate ale municipiului Braşov: Zona A – Astra Braşov, Zona B – Bartolomeu Braşov, Zona C – Gară Braşov, Zona D – Rectorat Braşov. Măsurarea nivelului de emisii electromagnetice s-a efectuat la orele 9.00, 12.00 şi 16.00. Pe durata măsurătorilor s-au monitorizat parametrii mediului ambiant (umiditate şi temperatură), care nu au prezentat variaŃii semnificative. În Fig. 1.11 este prezentat spectrul intensităŃii câmpului electric în valori de vârf la ora 9.00 în zona Astra Braşov. În Anexa 1 este prezentat setul complet de date privind intensitatea câmpului electric în funcŃie de frecvenŃă pentru zonele urbane Astra, Bartolomeu, Gară şi Rectorat ale municipiului Braşov măsurate în trei momente ale zilei: 9.00, 12.00 şi 16.00.


12

Fig. 1.11. Intensitatea câmpului electric (valori de vârf) în zona Astra-Braşov, ora 9.00.

1.3.2. Prelucrarea datelor

În Tabelul 1.1 sunt prezentate nivelurile maxime ale valorilor de vârf ale intensităŃii câmpului electric Ev,max, pentru intervalele de frecvenŃă considerate, măsurate la orele 9,00; 12,00; 16,00, în cele 4 zone urbane considerate.

Pentru fiecare interval de frecvenŃă considerat, s-au calculate mediile şi abaterea valorilor obŃinute în cele trei momente de timp de măsurare, cu relaŃiile:

p,qrs Kt · ∑ p,qvw,xthyK . (1.68)

z a|,~,6 a|,a|,

· 100 % . (1.69)

Pentru anumite intervale de frecvenŃă şi zone se observă o abatere semnificativă faŃă de valoarea medie a intensităŃii câmpului electric. Aceasta impune o investigare mai amănunŃită a zonelor, pentru stabilirea exactă a tipului de surse de perturbaŃii, fixe sau mobile precum şi comportamentul acestora în timp.

Tabelul 1.1. Intensitatea maximă a câmpului electric pe diferite intervale de frecvenŃă

în zonele urbane supravegheate.

Domeniul de frecvenŃă

Zona urbană investigată

Ev,max. [mV/m]

Ev, med

[mV/m] A [%]

Ora 9,00

Ora 12,00

Ora 16,00

Media Abaterea

80-110 MHz Zona A 14.44 15.6 7.68 12.6 38.92 Zona B 44.5 50.1 17 37.2 54.30 Zona C 19.6 22.1 22.5 21.4 8.41 Zona D 76.1 42.2 32.1 50.1 51.80

200-230 MHz Zona A 18.2 17 10.2 15.1 32.60 Zona B 96.7 96.2 8.93 67.3 86.73 Zona C 8.2 11.4 19.1 12.9 48.06 Zona D 29.7 30.1 30.9 30.2 2.21

550-580 MHz Zona A 12.2 14.6 17.2 14.7 17.27 Zona B 163 183 36.8 127.6 71.16 Zona C 3.95 5.59 43.6 17.7 146.14

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

80

17

8

27

6

37

4

47

2

57

0

66

8

76

6

86

4

96

2

10

60

11

58

12

56

13

54

14

52

15

50

16

48

17

46

18

44

19

42

20

40

21

38

22

36

23

34

24

32

25

30

26

28

27

26

28

24

29

22

E [V

/m]

f / MHz

Zona Astra-Brasov, 18.03.2008, ora 9.00


13

Zona D 12.7 74.2 77.4 54.8 76.81 920-970 MHz Zona A 276 238 84.2 199.4 57.77

Zona B 61.9 43.2 70.3 58.5 26.11 Zona C 81.4 261 252 198.1 58.92 Zona D 228 189 107 174.7 38.74

1800-1840 MHz Zona A 43.4 71.7 152 89.0 70.72 Zona B 35.8 30.1 27.8 31.2 14.62 Zona C 162 177 226 188.3 20.00 Zona D 17.8 115 106 79.6 77.64

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

Este posibilă o identificare a tipurilor de surse de perturbaŃii electromagnetice, care definesc mediul electromagnetic din zonele monitorizate. Conform clasificărilor [17], [23] sursele de perturbaŃii electromagnetice prezente în zonele investigate pot fi:

În domeniul 80 MHz - 110 MHz, transmiŃătoare de radio FM; În domeniul 200 MHz – 230 MHz, echipamente pentru telecomunicaŃii fixe şi mobile sau

transmiŃătoare de televiziune în bandă VHF; În domeniul 550 MHz – 580 MHz, transmiŃătoare de televiziune în bandă UHF; În domeniul 920 MHz – 970 MHz, echipamente pentru telecomunicaŃii mobile; În domeniul 1800 MHz – 1840 MHz, echipamente pentru telecomunicaŃii mobile; În domeniul 2110 MHz-2180 MHz, echipamente radio/astronomie.

Conform studiilor [42] şi legislaŃiei în vigoare în România [43] privind limitarea expunerii populaŃiei la câmpuri electromagnetice în domeniul de frecvenŃe de la 0 Hz la 300 GHz, valorile intensităŃii câmpului electric din zonele monitorizate sunt sub cele impuse.

Studiile au fost extinse şi pentru localitatea Bucureşti, în care autorul a investigat patru zone: Casa Presei Libere, Podul Grozăveşti, PiaŃa Unirii şi PiaŃa Victoriei. Rezultatele au fost prezentate în cadrul unei întâlniri (workshop) a grupului IEEE EMC Society TC 3, la conferinŃa IEEE EMC Detroit 2008, în comparaŃie cu rezultate obŃinute prin măsurători similare în oraşele Lincon, Ft. Collins, E. Moline, Wichita (SUA), efectuate de Doug Kramer de la NCEE Labs USA. Studiul a relevat că parametrii mediilor electromagnetice investigate sunt similari şi că o completare a metodei propusă în standardul ICNIRP este necesară, cu privire la banda de rezoluŃie a instrumentului de măsurare. Autorul propune o bandă de rezoluŃie de 200 kHz pentru măsurarea intensităŃii câmpului electric în domeniul 80 MHz – 3 GHz, în urma studiului tipurilor surselor care emit în domeniul de frecvenŃă specificat.

1.3.3. Concluzii

Investigarea mediului electromagnetic în patru zone urbane aglomerate din municipiul Braşov relevă că efectele surselor de perturbaŃii depind atât de caracteristicile acestora cât şi de parametrii mediului în care se află. Interpretarea datelor a evidenŃiat zonele urbane, domeniile de frecvenŃă şi perioadele în care perturbaŃiile electromagnetice sunt semnificative. S-au identificat, prin comparaŃie, diferite tipuri de surse de perturbaŃii care există în zonele investigate. Datele obŃinute indică valori ale intensităŃii câmpului electric care nu depăşesc limitele admisibile impuse de reglementările în vigoare.

Rezumatul tezei de doctorat Adrian Marian

Capitolul 2 PERTURBAłII ELECTROMAGNETICE ÎN AUTOVEHICULE

2.1. Tipuri şi surse de perturbaŃii electromagnetice în autovehicule

Conform Directivei 2004/104/EC, perturbaŃie electromagnetică este considerată orice fenomen electromagnetic care poate degrada performanŃa unui vehicul, subansamblu al acestuia sau unitate tehnică separată, echipament sau subansamblu al acestuia care opere[45].

2.1.1. Clasificarea perturbaŃiilor electromagnetice

În literatura de specialitate există mai multe clasificări ale perturbaŃiilor electromagnetice, în funcŃie de frecvenŃa semnalelor generate, perioadă, amplitudine, c[4], [6]. În Fig. 2.1 sunt prezentate clasificări ale perturbaŃiilor electromagnetice cu diferite criterii: durata perturbaŃiei, frecvenŃa semnalelor, mediu de propagare, modul de producere, bandǎ de frecvenŃǎ ocupatǎ.

Fig. 2.1. Clasificarea perturbaŃiilor electromagnetice cu criteriile: semnalelor, mediu de propagare, modul de producere şi bandǎ de frecvenŃǎ ocupatǎ

În cazul sistemelor electrice auto, odatdigitale, a sistemelor de automatizare şi control, care au dus la îmbunǎtǎŃirea performanŃelor, creşterea nivelului de siguranŃă, protecŃie şi confort a pasagerilor şi la implementarea unor de protecŃie a mediului înconjurător, spectrul şi caracteristicile perturbaŃiilor electromagnetice smodificat, astfel:

• s-a extins domeniul perturbaŃiilor permanente

• a crescut ponderea perturbaŃiilor pe frecvenŃǎ înaltǎ

• au apǎrut surse de perturbaŃii conduse şi, concomitent, radiate

• a crescut numǎrul surselor de perturbaŃii de bandǎ largǎ, odatǎ cu dezvoltarea sistemelor de comunicaŃie.

2.1.2. Surse de perturbaŃii

În vederea stabilirii naturii şi intensităŃii perturbaŃiilor emise de echipamentele electrice/electronice este necesara o clasificare sintetică şi caracterizare a acestora. Subansambele electrice şi electronice ale unui vehicul modern pot fi investigate si

- Permanente

- Tranzitorii

- Inalta frecventa

- Joasa frecventa


PERTURBAłII ELECTROMAGNETICE ÎN AUTOVEHICULE

2.1. Tipuri şi surse de perturbaŃii electromagnetice în autovehicule

Conform Directivei 2004/104/EC, perturbaŃie electromagnetică este considerată orice fenomen electromagnetic care poate degrada performanŃa unui vehicul, subansamblu al acestuia sau unitate tehnică separată, echipament sau subansamblu al acestuia care operează în vecinătatea unui vehicul

2.1.1. Clasificarea perturbaŃiilor electromagnetice

În literatura de specialitate există mai multe clasificări ale perturbaŃiilor electromagnetice, în funcŃie de frecvenŃa semnalelor generate, perioadă, amplitudine, cuplaj (de mod comun/diferenŃial), etc. [4], [6]. În Fig. 2.1 sunt prezentate clasificări ale perturbaŃiilor electromagnetice cu diferite criterii: durata perturbaŃiei, frecvenŃa semnalelor, mediu de propagare, modul de producere, bandǎ de

Fig. 2.1. Clasificarea perturbaŃiilor electromagnetice cu criteriile: durata perturbaŃiei, frecvenŃa

semnalelor, mediu de propagare, modul de producere şi bandǎ de frecvenŃǎ ocupatǎ

În cazul sistemelor electrice auto, odatǎ cu diversificarea aplicaŃiilor tehnice, utilizarea tehnologiilor digitale, a sistemelor de automatizare şi control, care au dus la îmbunǎtǎŃirea performanŃelor, creşterea nivelului de siguranŃă, protecŃie şi confort a pasagerilor şi la implementarea unor de protecŃie a mediului înconjurător, spectrul şi caracteristicile perturbaŃiilor electromagnetice s

a extins domeniul perturbaŃiilor permanente,

a crescut ponderea perturbaŃiilor pe frecvenŃǎ înaltǎ,

rturbaŃii conduse şi, concomitent, radiate,

ǎrul surselor de perturbaŃii de bandǎ largǎ, odatǎ cu dezvoltarea sistemelor de

În vederea stabilirii naturii şi intensităŃii perturbaŃiilor emise de echipamentele electrice/electronice este necesara o clasificare sintetică şi caracterizare a acestora. Subansambele electrice şi electronice ale unui vehicul modern pot fi investigate sistemic din punct de vedere CEM, clasificate în

Perturbatii electro -

magnetice

Inalta frecventa

Joasa frecventa

- Conduse

- Radiate- Naturale/

- Artificiale

- Banda larga

- Banda ingusta


PERTURBAłII ELECTROMAGNETICE ÎN AUTOVEHICULE

Conform Directivei 2004/104/EC, perturbaŃie electromagnetică este considerată orice fenomen electromagnetic care poate degrada performanŃa unui vehicul, subansamblu al acestuia sau unitate

ază în vecinătatea unui vehicul

În literatura de specialitate există mai multe clasificări ale perturbaŃiilor electromagnetice, în funcŃie uplaj (de mod comun/diferenŃial), etc.

[4], [6]. În Fig. 2.1 sunt prezentate clasificări ale perturbaŃiilor electromagnetice cu diferite criterii: durata perturbaŃiei, frecvenŃa semnalelor, mediu de propagare, modul de producere, bandǎ de

durata perturbaŃiei, frecvenŃa semnalelor, mediu de propagare, modul de producere şi bandǎ de frecvenŃǎ ocupatǎ.

cu diversificarea aplicaŃiilor tehnice, utilizarea tehnologiilor digitale, a sistemelor de automatizare şi control, care au dus la îmbunǎtǎŃirea performanŃelor, creşterea nivelului de siguranŃă, protecŃie şi confort a pasagerilor şi la implementarea unor mǎsuri de protecŃie a mediului înconjurător, spectrul şi caracteristicile perturbaŃiilor electromagnetice s-au

ǎrul surselor de perturbaŃii de bandǎ largǎ, odatǎ cu dezvoltarea sistemelor de

În vederea stabilirii naturii şi intensităŃii perturbaŃiilor emise de echipamentele electrice/electronice este necesara o clasificare sintetică şi caracterizare a acestora. Subansambele electrice şi electronice

stemic din punct de vedere CEM, clasificate în


15

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

Tabelul 2.1. Clasificarea surselor de perturbaŃii auto în funcŃie de categoria de sisteme

electrice/electronice. Sisteme electrice de bază

Sisteme interconec-tare şi comunicaŃie

Sisteme electronice de control şi comandă

Instrumente măsură parametri funcŃionare

Sisteme electrice/ electronice auxiliare

Sisteme radio, telecom, localizare

Vehicul electric/ hibrid

• Sistem de pornire motor termic

• Sistem de încărcare baterie

• Sistem de semnali-zare şi iluminat

• Sisteme de telecomunicaŃii tip bus pentru autovehicule

• Retele IEEE 802.11

• Alte sisteme de transmisii date (Zigbee)

• Aprindere • InjecŃie • Managem

ent motor • Transmisi

e • ABS • Suspensie

activă • Control

tracŃiune • Stabiliatat

e

• Sisteme măsură analogice/ digitale

• Computer bord

• Avertizare obstacole

• Presiune pneuri

• Închidere centralizată

• Alarmă • Verificare

centură • Geamuri,

trapă, oglinzi, scaune electrice

• Parcare asistată

• Aer condiŃionat

• Receptor radio

• Receptor/ emiŃător GSM, 3G, CDMA, Bluetooth

• Receptor satelit

• Echipament audio/video

• Alte sist. multimedia

• Motor propulsie electric

• Convertoare bidirecŃionale

• Încărcare

acumulatori

• Frânare recuperativă

În funcŃie de tipurile de surse, din punct de vedere al compatibilităŃii electromagnetice categoriile de sisteme electrice şi electronice din autovehicul au următoarele caracteristici:

• Sistemele electrice de bază sunt în general surse de perturbaŃii permanente şi tranzitorii, conduse, de bandă largă şi îngustă;

• Sistemele de interconectare şi comunicaŃie sunt surse de perturbaŃii permanente, conduse şi radiate, de bandă largă;

• Sistemele electronice de comandă şi control sunt surse de perturbaŃii permanente, conduse şi radiate, de bandă îngustă şi largă;

• Sistemele auxiliare sunt surse de perturbaŃii permanente şi tranzitorii, conduse, de bandă îngustă;

• Sistemele radio, telecomunicaŃii şi localizare sunt parŃial surse de perturbaŃii electromagnetice, permanente, radiate, de bandă îngustă şi largă.

2.2. PerturbaŃii în sistemele auto de comunicaŃie şi comandă

2.2.1. Sisteme de tip bus pentru autovehicule

În Fig. 2.3 este prezentată o configuraŃie uzuală de tip bus. Tehnologiile noi din domeniul auto, precum X-by-Wire, necesită sisteme de transmisie deterministe, cu o toleranŃă ridicată la erori [34] şi rezistenŃă sporită la perturbaŃii electromagnetice. La realizarea unei bune transmisii de date contribuie atât caracteristicile nodurilor (metoda de codare, modulaŃie, mecanisme de detecŃie a erorilor) cât şi proprietăŃile liniei de transmisie.


16

Fig.2.3. ConfiguraŃie de tip bus.

Lupini în [33] clasifică sistemele de tip bus utilizate în automobile cu criteriul viteza de transmisie a datelor - cauza majora ale emisiilor radiate. Transmisia nu se realizează continuu ci este declanşată de anumite evenimente (event-driven).

A. PerturbaŃii conduse la sisteme bus Studiul perturbaŃiilor electromagnetice generate de sistemele de tip bus a fost şi este un subiect de actualitate datorită ponderii acestora în electronica vehiculului modern. Există cercetări privind analiza emisiilor conduse ale sistemelor bus. Astfel, Mihraban şi coautorii [59] investighează fenomenele de producere şi transmisie ale emisiilor EM în funcŃie de mediul în care sunt amplasate. Sunt dezvoltate modele funcŃionale şi sunt studiate interacŃiunile între interfeŃele CAN (transceiver) şi cablurile torsadate neecranate (UTP).

În [59] schema de principiu pentru măsurarea perturbaŃiilor conduse (Fig. 2.4), realizată conform metodei din IEC 61967-4-A1 [62], utilizează pentru conectarea receptorului de măsură o reŃea de cuplare de 150 Ω. Transmisia semnalelor pe magistrală se realizează cu semnale diferenŃiale intre conductorii CAN_H (High) şi CAN_L (Low).

Fig. 2.4. Schema de principiu pentru măsurarea perturbaŃiilor conduse [59].

Rezultatul determinărilor experimentale pentru un transceiver CAN de viteză este prezentat în Fig. 2.5. Deşi s-au luat măsuri pentru reducerea perturbaŃiilor acestea sunt prezente, datorită caracteristicii asimetrice de comutare a circuitelor de comandă pentru CAN_H şi CAN_L. PerturbaŃiile rezultate se regăsesc în curenŃii de mod comun care apar în circuitele exterioare.

Fig. 2.5. PerturbaŃii conduse măsurăte ale unui transceiver CAN de viteza [59].


17

B. PerturbaŃii radiate la sistemele bus

Un studiu al emisiilor electromagnetice pentru un bus CAN a fost efectuat de autor la Universitatea Tehnică din Dortmund, Germania. Măsurătorile au fost efectuate în camera anechoică cu un dispozitiv de măsură de tip stripline. Scopul studiului este de stabilire a factorilor care influenŃează nivelul de perturbaŃii electromagnetice radiate de bus-uri CAN realizate cu diferite tipuri de cabluri.

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

În Fig. 2.8 este prezentată amplasarea echipamentului de măsură şi a sistemului bus în camera anecoică. Liniile de transmisie utilizate sunt: un cablu UTP şi un cablu format din doi conductori paraleli, cu o impedanŃă de 120 Ω.

Sistemul de măsură este conectat cu/fără preamplificator (6) la un test receiver (7). Sistemul măsoară nivelul tensiunii între elementele stripline-ului (dBµV), generată de emisiile electromagnetice.

Măsurătorile efectuate în domeniul [150 kHz-1 GHz] au evidenŃiat că sistemul bus CAN produce perturbaŃii radiate semnificative în domeniul [150 kHz-200 MHz], fapt pentru care măsurători detaliate s-au efectuat în acest domeniu. Pentru măsurători peste 30 MHz, se foloseşte un amplificator de semnal (6).

C. Concluzii Problemele de compatibilitate electromagnetică la sistemele de tip bus utilizate în autovehicule au devenit tot mai complexe datorită cerinŃelor din ce în ce mai exigente legate de mediul electromagnetic. O combinare a investigaŃiei teoretice cu cercetarea experimentală poate avea rezultate eficiente în îmbunătaŃirea caracteristicilor sistemelor de tip bus. Măsurătorile arată că un bus de tip CAN produce emisii electromagnetice în domeniul [150 kHz - 200 MHz], care pot fi reduse sau controlate prin următoarele măsuri:

- utilizarea, pentru fiecare tip de aplicaŃie, a vitezei minime acceptate de transmisie a datelor; - folosirea de linii de transmisie TP în locul celor bifilare; - alegerea adecvată a rezistoarelor terminale de linii ( 120Ω), de preferat cele divizoare; - controlul frecvenŃei de rezonanŃă corelată cu lungimea cablului.


2.3. PerturbaŃii în sistemele electrice de ac

2.3.2. Sistemul de ventilaŃie şi climatizare auto

Investigarea perturbaŃiilor conduse în cazul sistemului dde autor si prezentata în [70]. Unul din actuatorii cheie în acest sistem este blocul de ventilaintroducerea aerului cald cât şi a celui rece în habitaclu. Blocul de venaproape pe toata durata rulării autovehiculului. Blocul este alcmotor de curent continuu, ca în Fig. 4a. Avcircuitul electric [67], [68], [69], au loc procese generatoare de perturbaŃii electromagnetice în circuitul acestuia.

a) Fig. 2.19. a) Modelul sistemului de ventila

a) vedere general

Schema de masură (Fig. 2.19b) permite determinarea curentului perturbator la cele trei turaŃii, prin măsurarea căderii de tensiune pe rezistoarele de sarcin

Pentru a determina şi analiza perturbaŃiile produse de motorul blocului vena realizat un model experimental (Fig. 2.19b) compus din:curent continuu; Rs – rezistor serie utilizat pentru pornirea motorului; sarcină pentru controlul turaŃiei; determinarea componentelor de curent armonic în circuit şi cCăderile de tensiune pe rezistoarele de sarcinprezentate în Fig. 2.20a respectiv Fig. 2.20b.

a) Fig. 2.20.Căderea de tensiune măsurat

variaŃia în timp; b) spectrul semnalului m


2.3. PerturbaŃii în sistemele electrice de acŃionare ale autovehiculelor

2.3.2. Sistemul de ventilaŃie şi climatizare auto

Investigarea perturbaŃiilor conduse în cazul sistemului de ventilaŃie climatizare auto a fost efectuată

Unul din actuatorii cheie în acest sistem este blocul de ventilaŃie, acesta fiind utilizat att şi a celui rece în habitaclu. Blocul de ventilaŃie este în funcrii autovehiculului. Blocul este alcătuit dintr-o elice ac

motor de curent continuu, ca în Fig. 4a. Având în vedere ca rotorul este conectat prin perii la [69], au loc procese generatoare de perturbaŃii electromagnetice în

b)

Modelul sistemului de ventilaŃie-climatizare auto: a) vedere generală;b) schema electrică

(Fig. 2.19b) permite determinarea curentului perturbator la cele trei turaŃii, prin surarea căderii de tensiune pe rezistoarele de sarcină (R1, R2 şi R3) utilizând osciloscopul.

Pentru a determina şi analiza perturbaŃiile produse de motorul blocului ventilator din autovehicul, sa realizat un model experimental (Fig. 2.19b) compus din: E – acumulator 12V; M

rezistor serie utilizat pentru pornirea motorului; R1, R2, R3

iei; A – ampermetru; V – voltmetru; Osc – osciloscop pentru determinarea componentelor de curent armonic în circuit şi căderea de tensiune pe osciloscop.

derile de tensiune pe rezistoarele de sarcină n2 şi componentele spectrale ale acestui semnal sunt ate în Fig. 2.20a respectiv Fig. 2.20b.

b)

surată pe rezistoarele de sarcină pentru Treapta 2 de turaia în timp; b) spectrul semnalului măsurat.


e ventilaŃie climatizare auto a fost efectuată

ie, acesta fiind utilizat atât pentru ie este în funcŃiune

o elice acŃionată cu un nd în vedere ca rotorul este conectat prin perii la

[69], au loc procese generatoare de perturbaŃii electromagnetice în

(Fig. 2.19b) permite determinarea curentului perturbator la cele trei turaŃii, prin ) utilizând osciloscopul.

tilator din autovehicul, s-acumulator 12V; M – motor de

3 – rezistoare de osciloscop pentru

derea de tensiune pe osciloscop. şi componentele spectrale ale acestui semnal sunt

pentru Treapta 2 de turaŃie: a)


19

Determinările experimentale sunt prezentate în Tabelul 2.9, unde IDC reprezintă componenta de curent continuu absorbit de motor iar Irms este valoarea eficace a curentului perturbator. Tabelul 2.9. Determinări experimentale cu privire la perturbaŃiile motorului din blocul de ventilaŃie.

Parametrii Trepte turaŃie

Treapta 1 Treapta 2 Treapta 3

Ri [Ω] 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

[%]

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

100 96.6 94.7 88.2 79.8 65.4 50.8 44.6 27 15

0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0

100 96.4 91.2 84.1 83.5 80.7 52.0 47.3 28.6 16.4

0.22 0.44 0.66 0.88 1.1 1.32 1.54 1.76 1.98 2.2

100 95.8 93.7 88.5 87.1 78.4 48.7 39.0 25.2 13.5

Simularea proceselor s-a realizat cu considerarea armonicilor măsurate şi prin rezolvarea circuitului cu parametrii echivalenŃi RLC. VariaŃia curentului în timp poate fi scrisă sub forma:

X ∑ Xhhy . (2.6)

unde componenta de ordin k este:

Xh Y · h · sinl. (2.7)

unde : Imax – valoarea de vârf a armonicii fundamentale de curent; hk – ponderea armonicii în spectrul semnalului (Tabel 2.9); k – rangul armonicii.

În Fig. 2.21a este prezentată forma semnalului obŃinut prin însumarea ponderată a armonicilor semnificative determinate, conform teoremei lui Fourier. Simularea confirma ca primele 10 armonici sunt semnificative, semnalul măsurat fiind reconstruit cu precizie ridicatǎ. Pornind de la constatarea ca principala sursa a curentului perturbator este procesul de comutaŃie la colector, specific motoarelor de curent continuu cu colector, se poate utiliza modelul circuitului RLC serie pentru modelarea proceselor de comutaŃie. SoluŃia ecuaŃiei de curent a circuitului RLC serie are expresia [71], [72]:

X !· · 6·" · sinω · ,

(2.8)

unde factorul de atenuare este:

δ 2·.

(2.9)


20

a) b)

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

În Fig 2.21b este reprezentată soluŃia în domeniul timp obŃinută cu relaŃia (2.8), pentru următorii parametrii:

- Tensiunea de alimentare: U = 12.4 V; Rezistenta armaturii: R = 1Ω; InductanŃa armăturii: L = 1 mH; Capacitate parazita: C = 1 µF.

Concluzii

Curentul perturbator produs de motorul de curent continuu al blocului de ventilaŃie din auto a fost pus in evidenta la trei trepte de turaŃie. Sursa acestuia a fost identificata, stabilindu-se ca procesele de comutaŃie din colector conduc la perturbaŃii electromagnetice conduse.

Două modalităŃi de simulare au fost utilizate pentru a reconstrui semnalul obŃinut, primul pe baza ponderii şi rangului armonicilor semnificative şi al doilea, prin utilizarea parametrilor circuitului RLC serie în regim tranzitoriu. Precizia simularii raportata la numărul de parametri utilizaŃi este satisfăcătoare.

Raportând procentual valoarea eficace a curentului perturbator la valoarea componentei continue a curentului absorbit de motor se obŃine un rezultat de maxim 4%. Având în vedere ca valoarea eficace a curentului perturbator reprezintă maxim 4% din valoarea curentului absorbit de motor, instalarea unui filtru devine necesara doar în cazul instalării de echipamente cu cerinŃe speciale legate de perturbaŃii conduse în autovehicul.


21

Capitolul 3 SIMULĂRI PRIVIND PROPAGAREA SEMNALELOR PE LINII DE TRANSMISIE

3.1. Semnale şi caracteristici la liniile de transmisie auto

Datorită creşterii numărului de sisteme de comandă, control şi transmisii date utilizate în autovehicul, numărul şi frecvenŃa semnalelor au crescut atât de mult încât probleme de integritate a semnalelor sunt la ordinea zilei. Integritatea semnalelor depinde atât de parametrii acestora, cât şi de parametrii liniilor de transmisie, fiind abordată în cercetări actuale din domeniu [74]-[76].

3.1.1. Semnale de transmisie

Sistemele electrice pentru autovehicul au evoluat în următoarele direcŃii: • Sisteme de putere, care pot fi controlate cu semnale de nivel mic, interfaŃa cu sistemele de

comandă realizându-se cu circuite electronice cu dispozitive semiconductoare;

• Sisteme de comandă, control şi transmisii date, optimizate atât ca dimensiuni cât şi ca funcŃionalitate.

În Tabelul 3.1 sunt prezentaŃi parametrii unor semnale utilizate în sisteme de tip bus pentru transmisii de date în autovehicul. A fost considerat şi bus-ul de tip USB versiunea 2.0, acesta fiind utilizat pentru transmisii de date atât în autovehicul cât şi în alte aplicaŃii. Parametrii au fost extraşi din specificaŃiile producătorilor de echipament pentru transmisii date [63], [77].

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

Tip semnal

FrecvenŃa de lucru

Perioada Timp creştere/ descreştere tr/tf

Amplitudine maximă

Transmisie

CAN 1Mbit/s

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

diferenŃială

CAN 250 kbit/s

250 kHz 4 ms 600 ns V=1 V de mod comun

Flexray 10 Mbit/s

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

diferenŃială

USB 480 Mbit/s

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

diferenŃială

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

În Tabelul 3.1, perioada se referă la timpul de transmisie a unui bit de informaŃie, tr şi tf la timpul de creştere/descreştere a semnalului de la „0” logic la „1” logic (aceşti parametrii se măsoară între 10 % şi 90 % din potenŃialul final atins pe conductorul util faŃă de o referinŃă). Unii producători îl măsoară între 20 % şi 80 %.

3.1.2. Caracteristicile liniilor de transmisie

Analiza surselor de perturbaŃii prezente într-un autovehicul relevă că sistemele de transmisie date au o pondere însemnată în producerea de perturbaŃii conduse, astfel parametrii semnalelor transmise se modifică la parcurgerea liniei de transmisie în funcŃie de caracteristicile acesteia.

Pe baza schemei echivalente cu parametri distribuiŃi, se poate calcula impedanŃa caracteristica a liniei Z şi constanta de propagare a undei γ. Această constantă a fost definită în capitolul 1 pentru


22

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

N M< !< !, (3.1)

γ jω jω α jβ. (3.2)

Constanta de propagare γ este o mărime complexă ce caracterizează linia de transmisie, partea reala α reprezentând coeficientul de atenuare şi partea imaginară β coeficientul de fază.

În Tabelul 3.2 sunt prezentaŃi parametrii distribuiŃi pentru liniile de transmisie utilizate în mod uzual la autovehicul precum şi frecvenŃele la care au fost determinaŃi [87]-[89].

Tabelul 3.2. Parametrii liniilor de transmisie.

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

Linie Coaxială

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

Linie bifilară

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

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

3.2. Descrierea configuraŃiilor şi a modului de abordare

Obiectivele simulǎrilor sunt: • determinarea timpului de propagare şi raportarea acestuia la perioada semnalului, necesară

în transmisiile de date sincrone şi/sau bidirecŃionale;

• evaluarea integrităŃii diferitelor tipuri de semnale digitale, transmise pe diferite linii (Fig. 3.4-3.6), cu evaluarea influenŃei unor factori ca: frecvenŃa semnalului, tipul liniei şi rezistenŃa de sarcina a liniei de transmisie;

• identificarea şi investigarea proceselor tranzitorii şi rezonanŃă în structurile analizate. Structurile liniilor de transmisie sunt prezentate în Fig. 3.4, Fig. 3.5 si Fig. 3.6, în care: T1 , T2 sunt linii de transmisie cu pierderi, Ri şi Re reprezintă rezistenŃele terminale ale liniei de transmisie, V1 şi V2 sunt sursele de semnal ideale.

V V

LOSSY

T1V1 Re

Ri

Fig. 3.4. Schema tip bus pentru transmiterea semnalului de mod comun pe linia coaxială/bifilară.

V+

Re1

Ri2

Rgi

10G

LOSSY

T1

V- Rge

10G

V-

Re2

V2

Ri1

V

V1

V

V+

Fig. 3.5. Schema tip bus pentru transmiterea semnalului diferenŃial pe linia UTP/bifilară.


23

V+

LOSSY

T2

V-

V1

V2

Ri2

50

Re2

50

Re1

50

V

Ri1

50

V

LOSSY

T1

V+

V-

Fig. 3.6. Schema tip bus pentru transmiterea semnalului diferenŃial pe linie coaxială dublă.

Aceste schemele de conexiuni permit determinarea curenŃilor în orice nod al reŃelei şi a tensiunilor între oricare două noduri. În Tabelul 3.3 sunt prezentate cazurile de simulare propuse. Simulările sunt efectuate cu programul de analiză OrCAD Pspice.

Tabelul 3.3. Variante de simulare- surse, linii şi rezistoare terminale.

Cod simulare

Sursa Tip linie transmisie RezistenŃă terminală

ObsevaŃii

S1 CAN 1 Mbit/s

Linie bifilară

87 Ω-50% l = 1m S2 87 Ω-30% l = 1m S3 87 Ω l = 1m S4 87 Ω+30% l = 1m S5 87 Ω+50% l = 1m S6 UTP 110 Ω l = 1m S7 Coaxiala dublă 50 Ω l = 1m S8 Flexray 10 Mbit Linie bifilară 87 Ω l = 1m S9 UTP 110 Ω l = 1m S10

USB 2.0

Linie bifilară

87 Ω l = 1m S10a 87 Ω l = 1m* S10b 87 Ω l = 1m** S11

UTP 110 Ω-30% l = 1m

S12 110 Ω l = 1m S13 110 Ω+50% l = 1m S14 Coaxială dublă 50 Ω l = 1m S15

Linie bifilară 87 Ω l = 0,312 m

S16 87 Ω l = 0,156 m S17 CAN 250 kbit Linie bifilară 87 Ω l = 1m S18 Coaxial 50 Ω l = 1m S19 MPC 5534 Linie bifilară 87 Ω l = 1m S20 Coaxială 50 Ω l = 1m

* semnale diferenŃiale intrare defazate în timp cu 0,7 ns ** semnale diferenŃiale intrare defazate în timp cu 1 ns.

3.3. Rezultate şi interpretări

3.3.1. Atenuări şi întârzieri semnale

A. Analiza atenuării semnalelor Pentru fiecare situaŃie simulată s-a analizat integritatea semnalului transmis şi s-a determinat atenuarea semnalelor utilizând relaŃia:


24

20log , (3.5)

unde Ui şi Ue reprezintă nivelul tensiunii la intrare respectiv ieşire, considerat în timpul transmisiei unui bit „1”. Atenuarea a fost calculată numai în cazurile în care transmisia pe liniile considerate nu a afectat integritatea semnalelor (Tabelul 3.4).

Tabelul 3.4. Atenuarea semnalului pentru cazurile în care Integritatea semnalului nu este afectată pe linia de transmisie.

Analiza rezultatelor conduce la următoarele concluzii:

• Cablul dublu coaxial menŃine integritatea semnalului, dar introduce o atenuare suplimentară;

• Pentru cazurile de simulare S8, S10, S17 şi S18, în care este utilizată o linie bifilară de transmisie, se constată ca atenuarea nu variază semnificativ în funcŃie de tipul semnalului aplicat: de la 0,131 dB/m la 0,138 dB/m;

• Pentru cazurile de simulare S14, S15 şi S16, în care variază lungimea liniei, se calculează rapoartele lungimilor în cazurile S14 şi S16: lS14/lS16= 6,41 şi atenuărilor: aS14/aS16= 137,2. Se constata ca lungimea scade de 6,41 ori în timp ce atenuarea scade de 137,2 ori. Acest fenomen este determinat de condiŃiile de rezonanta λ/4 din cazul S16, situaŃie în care impedanŃa circuitului scade semnificativ.

B. Analiza duratei întârzierii semnalelor Durata de propagare a semnalului pe linia de transmisie (l = 1m) este de 5 ns în toate cazurile considerate. Aceasta valoare este determinată de materialul dielectric, considerat acelaşi.

Pentru fiecare caz de simulare a fost calculată durata relativă de întârziere a semnalului, parametru care prezintă importanŃă în transmisiile de date sincrone, calculată cu relaŃia:

Cod simulare

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

S1 1,3472 1,3075 0,260 S2 1,6486 1,6134 0,187 S3 1,9869 1,9569 0,132 S4 2,2364 2,2103 0,102 S5 1,3472 1,3075 0,260 S6 2,0002 1,9976 0,011 S7 2,0487 1,9071 0,622 S8 1,1921 1,1742 0,131 S9 1,2001 1,1985 0,012 S10 0,7952 0,7828 0,137 S10a - - - S10b - - - S11 - - - S12 0,826 0,798 0,298 S13 - - - S14 0,8163 0,7627 0,590 S15 - - - S16 0,7999 0,7995 0,0043 S17 0,9934 0,9784 0,132 S18 0,9219 0,8581 0,623 S19 3,4801 3,4251 0,138 S20 3,0605 2,8618 0,583


25

" · 100 %, (3.6)

unde: ti - durata relativă de întârziere a semnalului transmis, raportată la perioadă; tp – durata de propagare; T – perioada semnalului considerat.

În Tabelul 3.5 sunt prezentate întârzierile relative ale semnalelor raportate la perioada semnalelor considerate.

Tabelul 3. 5. Întârzierile relative ale semnalelor în cazurile de simulare considerate.

Cod simulare

tp [s] T [s] ti [%]

S1 5,00E-09 1,00E-06 0,50 S2 5,00E-09 1,00E-06 0,50 S3 5,00E-09 1,00E-06 0,50 S4 5,00E-09 1,00E-06 0,50 S5 5,00E-09 1,00E-06 0,50 S6 5,00E-09 1,00E-06 0,50 S7 5,00E-09 1,00E-06 0,50 S8 5,00E-09 1,00E-07 5,00 S9 5,00E-09 1,00E-07 5,00

S10 5,00E-09 2,00E-09 250,00 S10a 5,00E-09 2,00E-09 250,00 S10b 5,00E-09 2,00E-09 250,00 S11 5,00E-09 2,00E-09 250,00 S12 5,00E-09 2,00E-09 250,00 S13 5,00E-09 2,00E-09 250,00 S14 5,00E-09 2,00E-09 250,00 S15 1,56E-09 2,00E-09 78,00 S16 0,78E-09 2,00E-09 39,00 S17 5,00E-09 4,00E-06 0,13 S18 5,00E-09 4,00E-06 0,13 S19 5,00E-09 1,21E-08 41,32 S20 5,00E-09 1,21E-08 41,32

Analiza reultatelor conduce la următoarele concluzii: În cazul semnalelor CAN 1Mbit/s şi CAN 250 kb/s durata relativă de întârziere a semnalului este nesemnificativă, valorile situându-se sub 1%; În cazul semnalului MPC 5534 semnalul prezintă o durată relativa de întârziere de 41,32%;

În cazul semnalului USB, întârzierea semnalului pe unitate de lungime depăşeşte de 2,5 ori perioada acestuia. Această întârziere trebuie luată în considerare la definirea mediului de transmisie şi a timpilor de sincronizare a transmisiilor de date.

3.3.2. Analiza integrităŃii semnalelor

Parametrii care influenŃează integritatea semnalului sunt: FrecvenŃa semnalului; Tipul liniei; Rezistorul terminal. A. InfluenŃa frecvenŃei semnalului Pentru a determina influenŃa frecvenŃei asupra integrităŃii semnalului s-au analizat rezultatele simulărilor din cazurile S6 şi S12 (Fig. 3.8), în care: FrecvenŃa semnalului variază considerabil, în domeniu 1 MHz - 480 MHz; Linia de transmisie utilizată este de tip UTP cu Z=110 Ω; Rezistenta


26

de sarcina este Re=110 Ω; Semnalul aplicat, în ambele cazuri este de tip diferenŃial.

În Fig. 3.8 sunt prezentate tensiunile diferenŃiale de intrare/ieşire în cazurile de simulare S6 şi S12.

a)

b)

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

Ipotezele de lucru considerate asigură o relevanŃă ridicată a comparaŃiei, singurele elemente variabile fiind frecvenŃa semnalului şi parametrii corelaŃi de aceasta: perioada, timpul creştere şi


27

timpul descreştere.

În evaluarea integrităŃii semnalului se consideră că variaŃia tensiunii aplicate nu are efect asupra integrităŃii semnalului, caracteristică semnalului la ieşire fiind superpozabilă în tensiune.

Analiza rezultatelor conduce la următoarele concluzii: • Întârzierea semnalului nu depinde de frecvenŃă, pe o lungime de 1 m având aceeaşi valoare,

respectiv 5 ns;

• În cazul S12, semnalul de ieşire Ue păstrează caracteristicile celui de intrare Ui, integritatea semnalului fiind menŃinută dacă impedanŃele din circuit sunt egale;

• Semnalul de intrare Ue la frecvenŃa f = 480 MHz pe linia de transmisie care se comportă ca un circuit rezonant L, C în cazul S12, se produce o creştere a semnalului.

3.3.3. Fenomene tranzitorii

Se consideră cazul de simulare S10 din Tabelul 3.3, în care se aplică un semnal diferenŃial de frecvenŃa f=480 MHz pe o linie de transmisie bifilară, terminata cu o rezistenŃa R= 87 Ω.

În Fig. 3.11 sunt prezentate tensiunile diferenŃiale de intrare/ieşire pentru cazul considerat, pe o perioada t= 30 ns.

Fig. 3.11. Semnalele de tensiune diferenŃială la intrare/ieşire în cazul de simulare S10.

La analiza pe o perioadă mai îndelungată, s-a constatat ca nu apar şi alte fenomene relevante, perioada considerata (30 ns) fiind suficientă pentru a evalua fenomenul tranzitoriu. Se notează cu TI1, TI2,..., TIn, perioadele semnalului de intrare (fiecare corespunzătoare unui bit de informaŃie), respectiv cu TE1, TE2,..., TEn perioadele semnalului de ieşire.

Se observă următoarele:


28

• Tensiunea la ieşire este defazata în urma cu peste 2 perioade fata de cea la intrare. Astfel TE1 de la ieşire corespunde TI1, s.a.m.d..

• Pe durata aplicării primilor 5 biŃi la intrare (TI1 - TI5,), la ieşirea din linie se propaga numai 3 biŃi, a cǎror amplitudine este mai mare decât cea a celor de la intrare;

• După primii cinci biŃi transmişi cu o amplitudine constanta, tensiunea diferenŃiala la intrare creşte de la 749 mV la 795 mV, după care rǎmâne constanta.

• Tensiunea diferenŃiala la ieşire rămâne constantă, în jurul valorii de 780 mV;

• Semnalul de intrare suferǎ o modificare începând cu bitul TI6, după cum se observǎ în Fig. 3.11, în care sunt comparate formele de semnal ale tensiunii pentru biŃii TI5 şi TI6. Aceastǎ caracteristicǎ se menŃine şi pentru biŃii urmǎtori aplicaŃi la intrare.

3.3.4. RezonanŃa în linii de transmisie

Fenomenul de rezonanŃă apare când lungimea liniei de transmisie este comparabila cu lungimea de unda a semnalelor transmise, respectiv la λ/2 şi λ/4. Pentru semnalele utilizate în acest capitol, descrise în Tabelul 3.6, sunt calculate lungimile de undă corespunzătoare, respectiv lungimile λ/2 respectiv λ/4. Studiul este necesar deoarece când lungimea liniei este comparabilă cu λ/2 şi λ/4 linia de transmisie se comporta ca o antenă, care emite energie în mediul înconjurător.

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

Tip semnal FrecvenŃă λ [m] Lungimea liniei la rezonanŃă [m]

λ/2 λ/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 şi S16, considera o linie bifilară pe care se transmite semnal de tip USB. Lungimea liniei este variată de la 1m (caz S10) la 0,312 m (caz S15) şi 0,156 m (caz S16), astfel că linia poate să devină rezonator λ/2 respectiv λ/4.

Analiza rezultatelor conduce la următoarele concluzii: • Fenomenul de rezonanŃă este pronunŃat în cazul S15;

• Simularea nu reflecta în totalitate fenomenele care au loc la rezonanŃă.

3.3.5. Asincronism la semnale diferenŃiale

Transmiterea unui semnal diferenŃial implica utilizarea unor circuite de transmisie cu conectori corespunzători şi linii de transmisie simetrice. Având în vedere că semnalul diferenŃial este compus din două forme de undă care se transmit prin conductori diferiŃi, este propus studiul cazurilor în care intre cele doua semnale apare un defazaj. Defazajul poate fi generat de asimetria unor circuite, conectori sau medii de propagare. În cazurile de simulare S10, S10a şi S10b se transmite un semnal diferenŃial tip USB pe o linie bifilară, între cele două tensiuni aplicate pe conductorii liniei existând diferite întârzieri de 0 ns, 0,7 ns, 1 ns. Rezulatele simulărilor S10a şi S10b sunt prezentate în Fig. 3.13 şi comparate cu cele corespunzătoare simulării S10, din Fig. 3.11.


29

a)

b)

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

Analiza rezultatelor conduce la următoarele concluzii: la o întarziere relativă de 35 % din perioada semnalului, integritatea semnalului este afectată semnificativ; la o întărziere relativă de 50 % din perioada semnalului fenomenul este accentuat, informaŃia nu mai poate fi extrasă în niciunul din cazuri din cauza micşorării duratei bitului.


30

Capitolul 4

SISTEM PENTRU MONITORIZAREA ŞI CONTROLUL PARAMETRILOR MEDIULUI ELECTROMAGNETIC DIN AUTOVEHICULE

4.1. Necesitatea implementǎrii unui sistem de monitorizare şi control a parametrilor mediului EM în auto

Cercetările actuale efectuate în domeniul CEM relevă existenŃa surselor complexe de perturbaŃii electromagnetice în autovehicul şi a surselor externe care pot influenŃa funcŃionalitatea sistemelor electrice şi electronice din autovehicul. ImportanŃa unui grad ridicat de CEM la autovehicul este accentuata şi de introducerea sistemelor electrice de comanda şi control pentru direcŃie, frânare, acceleraŃie asistate electric, cu implicaŃii majore asupra siguranŃei funcŃionale a acestuia.

În lucrarea “Active System for Electromagnetic Perturbation Monitoring in Vehicles”, publicatǎ în cadrul conferinŃei DOCEIS 2010 la Lisabona, autorul analizeazǎ stadiul actual al testării în domeniul CEM la autovehicul [90]: conform normativelor UE în vigoare, autovehiculul şi componentele lui trebuie testate atât din punct de vedere al emisiilor cat şi al susceptivităŃii la perturbaŃii. Testarea se realizează în cazul componentelor înainte de asamblarea în autovehicul iar în cazul autovehiculelor, înainte de introducerea lor pe piaŃa europeana.

Deşi tehnicile de măsurare/testare CEM au evoluat, următoarele aspecte trebuie luate în considerare:

• Montarea unui sistem de protecŃie CEM în fiecare autovehicul asigură un grad de siguranŃă mai ridicat decât în cazul testării unor eşantioane din loturile de producŃie;

• Având în vedere că în utilizare, autovehiculul este expus simultan mai multor surse de perturbaŃii, de intensitate fixă sau variabilă, situate în poziŃii diferite, măsurarea în situ a parametrilor mediului electromagnetic oferă un grad sporit de siguranŃă CEM, în comparaŃie cu testele de laborator sau cele în spaŃiu liber cu nivel de zgomot electromagnetic redus;

• Măsurarea parametrilor mediului electromagnetic pe toata durata rulării autovehiculului permite identificarea parametrilor surselor de perturbaŃii apărute după producerea şi testarea CEM a autovehiculului, cu luarea în considerare a masurilor de reducere a acestora;

• Deoarece autovehiculul este un sistem complex, cu mobilitate ridicata, măsurarea parametrilor mediului electromagnetic pe durata deplasării asigura un nivel de obiectivitate mai ridicata în estimarea gradului de imunitate decât în cazul aplicării de câmp electromagnetic în laborator la distante şi pe direcŃii fixe;

• Implementarea unui sistem automat de interpretare a rezultatelor şi reacŃie în context funcŃional elimina necesitatea unui specialist la utilizarea sistemului;

• Autovehiculul electric necesită un grad ridicat de compatibilitate electromagnetică datorită sistemelor electrice/electronice relevante pentru asigurarea siguranŃei funcŃionale a acestuia.

4.2 Proiectarea şi realizarea sistemului de monitorizare

Având în vedere necesitatea creşterii gradului de compatibilitate electromagnetică al autovehiculului, autorul propune proiectarea şi implementarea unui sistem activ de monitorizare a

SoluŃii moderne pentru măsurarea şi controlul parametrilor electromagnetici ai

parametrilor mediului electromagnetic, cu următoarele funcŃii:

• Măsurarea şi procesarea parametrii mediului electromagnetic;

• Ajustarea automata a parametrii sistemului de măsura în funcŃie de cerinŃe specificate;

• Avertizarea şoferului în caz de depăşire a limitei CEM prestabilite, pe baza caracteristicilor de susceptivitate ale autovehiculului;

• Oferirea de informaŃii cǎtre alte sisteme de comandă şi control din autovehicul, în vederea evitării de situaŃii critice în funcŃionare. Pe baza acestora, unitatea centrală de comanda din autovehicul poate iniŃia masuri de ridicare a gradului de siguranŃa funcŃionala sau recomanda oprirea autovehiculului.

Este important de menŃionat că realizarea unui astfel de sistem nu excludlaborator CEM ci le completează. Gradul de imunitate al autovehiculului se stabileşte prin teste de laborator, de asemenea sistemul de măsură se calibrează în laborator, s.a.m.d.

4.2.1. Stuctura sistemului

Pe baza specificaŃiilor, s-a realizat un concept nou de sistem integrat pentru monitorizarea parametrilor electromagnetici în autovehicul, cu funcŃionalitate extinsprezentatǎ în Fig. 4.1 constǎ din următoarele componente:

• Antenǎ de mǎsurǎ – Aaronia Hyperlog 6080 pentru domeniul 680 MHz – 8 GHz);

• Analizor spectru – Aaronia Spectran HF+/- 3 dB, gama dinamicǎ 120 dB, detector de vpentru procesare date;

• Cablu RF şi cablu de conexiune USB;

• Unitate de procesare (UP) – placa industrialporturi: 2xUSB, 2xVGA (dual monitor), 2xIDE, Ethernet;

• Avertizor acustic.

Fig. 4.1. Structura sistemului de măsurare a parametrilor mediului electromagnetic auto. În Fig. 4.2 este prezentata o vedere de ansamblu asupra sistemului de monitorizare.


parametrilor mediului electromagnetic, cu următoarele funcŃii:

Măsurarea şi procesarea parametrii mediului electromagnetic;

Ajustarea automata a parametrii sistemului de măsura în funcŃie de cerinŃe specificate;

ertizarea şoferului în caz de depăşire a limitei CEM prestabilite, pe baza caracteristicilor de susceptivitate ale autovehiculului;

Oferirea de informaŃii cǎtre alte sisteme de comandă şi control din autovehicul, în vederea funcŃionare. Pe baza acestora, unitatea centrală de comanda din

autovehicul poate iniŃia masuri de ridicare a gradului de siguranŃa funcŃionala sau recomanda

Este important de menŃionat că realizarea unui astfel de sistem nu exclude dezvoltarea testelor de laborator CEM ci le completează. Gradul de imunitate al autovehiculului se stabileşte prin teste de laborator, de asemenea sistemul de măsură se calibrează în laborator, s.a.m.d.

a realizat un concept nou de sistem integrat pentru monitorizarea parametrilor electromagnetici în autovehicul, cu funcŃionalitate extinsǎ. Structura sistemului,

din următoarele componente:

Aaronia Hyperlog 6080 - logaritmic periodica, banda larg8 GHz);

Aaronia Spectran HF-6080 - domeniu de frecvenŃǎ: 1 MHz –120 dB, detector de vârf şi RMS, conectori SMA pentru antena şi USB

ablu de conexiune USB;

placa industrialǎ Game+ HitBox 2, procesor 1 GHz, 256 Mb RAM, porturi: 2xUSB, 2xVGA (dual monitor), 2xIDE, Ethernet;

Fig. 4.1. Structura sistemului de măsurare a parametrilor mediului electromagnetic auto.

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

mediului din autovehicul

Ajustarea automata a parametrii sistemului de măsura în funcŃie de cerinŃe specificate;

ertizarea şoferului în caz de depăşire a limitei CEM prestabilite, pe baza caracteristicilor de

Oferirea de informaŃii cǎtre alte sisteme de comandă şi control din autovehicul, în vederea funcŃionare. Pe baza acestora, unitatea centrală de comanda din

autovehicul poate iniŃia masuri de ridicare a gradului de siguranŃa funcŃionala sau recomanda

e dezvoltarea testelor de laborator CEM ci le completează. Gradul de imunitate al autovehiculului se stabileşte prin teste de

a realizat un concept nou de sistem integrat pentru monitorizarea . Structura sistemului,

garitmic periodica, banda largǎ (recomandatǎ

– 8 GHz, precizie f şi RMS, conectori SMA pentru antena şi USB

Game+ HitBox 2, procesor 1 GHz, 256 Mb RAM,

Fig. 4.1. Structura sistemului de măsurare a parametrilor mediului electromagnetic auto.


32

Fig. 4.2. Vedere de ansamblu a sistemului de măsurare a parametrilor mediului electromagnetic auto.

Alimentarea sistemului de monitorizare este asigurata de o sursa ATX. În cazul montării pe autovehicul, alimentarea se realizează cu invertor.

4.2.2. Programul de monitorizare

Diagrama de funcŃionare a sistemului este prezentata în Fig. 4.3. Acesta este un sistem independent de celelalte subansamble auto.

Fig. 4.3. Diagrama funcŃionala a sistemului pentru determinarea parametrilor mediului electromagnetic din autovehicul.

SoluŃii moderne pentru măsurarea şi controlul parametrilor electromagnetici ai

După iniŃializarea sistemului şi setarea parametrilor, în blocul de decizie se stabileşte dacă monitorizarea este oportună. în caz afirmativ, se trece la măsurarea nivelului de putere a câmpului electromagnetic. Programul permite compararea valorilor obŃinute pe domeniul cu valori limită definite conform normelor CEM. Implementarea software este realizata în mediul Microsoft Visual Studio 2010. Limbajele de programare utilizate sunt Visual C++ şi Visual C#. În Fig. 4.4 sunt prezentate modulele progra

Fig. 4.4. Interconectarea modulelor programului utilizat pentrumonitorizarea parametrilor mediului electromagnetic auto.

A. Modulul de setări Modulul de setări este utilizat pentru generarea a trei fiaplicaŃiei este posibilă selectarea unei

• Setari analizor spectru: frecventa pornire (Start) şi frecventa ierezoluŃie (Bandwidth) în [MHz], timp scanare (Sampletime) în [ms], şi tip cablu (Cable). Tipul de cablu permite introducerea factorilor de corecŃie daca acesta introduce atenuare (specificat de producautomat în fişierul SetariAnalizor.xml

• Setari factor de calibrare antenaîn funcŃie de câştigul antenei. Coeficiende frecventa corespunzător antenei. Daca nu se introduc factori de ajustare, aceconsideraŃi implicit. Factorii de corecŃie sunt salvaŃi automat în fişierul

• Setari limita CEM: permite introducerea unui domeniul de frecventa vizat. În timpul rulcompară valorile obŃinute în urma mdomeniul selectat. În cazul depăşcadrul modulului de alarma). Valorile limitei sunt salvate automat în fişierul

B. Modulul de scanare Modulul de scanare este un program tip consola cu următoarele funcŃii:• Preia parametrii din fişierul SetariAnalizor.xml

• IniŃializează conexiunea cu analizorul de spectru pe portul USB;

• Transmite rezultatele obŃinute către modulul de comunicaŃie/alarma.


ea sistemului şi setarea parametrilor, în blocul de decizie se stabileşte dacă monitorizarea este oportună. în caz afirmativ, se trece la măsurarea nivelului de putere a câmpului

permite compararea valorilor obŃinute pe domeniul de frecvenŃă stabilit cu valori limită definite conform normelor CEM. Implementarea software este realizata în mediul Microsoft Visual Studio 2010. Limbajele de programare utilizate sunt Visual C++ şi Visual C#. n Fig. 4.4 sunt prezentate modulele programului şi fişierele de setări şi generate.

Fig. 4.4. Interconectarea modulelor programului utilizat pentru monitorizarea parametrilor mediului electromagnetic auto.

Modulul de setări este utilizat pentru generarea a trei fişiere necesare rulării aplicaŃiei. Din meniul selectarea uneia din opŃiunile:

: frecventa pornire (Start) şi frecventa ieşire (Stop) în MHz, banda ie (Bandwidth) în [MHz], timp scanare (Sampletime) în [ms], nivel referinŃa (Level) [dB]

şi tip cablu (Cable). Tipul de cablu permite introducerea factorilor de corecŃie daca acesta introduce atenuare (specificat de producător). După modificare/setare, parametrii sunt salvaŃi

SetariAnalizor.xml, care va fi disponibil altor module din program.

Setari factor de calibrare antena: permite introducerea coeficientului de ajustare a rezultatelor tigul antenei. CoeficienŃii de ajustare sunt specificaŃi de producă

tor antenei. Daca nu se introduc factori de ajustare, aceFactorii de corecŃie sunt salvaŃi automat în fişierul CorecturiAntena.xml

: permite introducerea unui şir de valori pentru nivelurile de putere în n timpul rulării aplicaŃiei, după ajustarea valorilor m

inute în urma măsurării şi corecŃiei cu valorile limită la fiecare frecvenăşirii acestei limite, se iniŃiază procedura de alarma (detaliata în

cadrul modulului de alarma). Valorile limitei sunt salvate automat în fişierul LimiteStandard.xml

Modulul de scanare este un program tip consola cu următoarele funcŃii: SetariAnalizor.xml;

IniŃializează conexiunea cu analizorul de spectru pe portul USB;

Transmite rezultatele obŃinute către modulul de comunicaŃie/alarma.

mediului din autovehicul

ea sistemului şi setarea parametrilor, în blocul de decizie se stabileşte dacă monitorizarea este oportună. în caz afirmativ, se trece la măsurarea nivelului de putere a câmpului

de frecvenŃă stabilit cu valori limită definite conform normelor CEM. Implementarea software este realizata în mediul Microsoft Visual Studio 2010. Limbajele de programare utilizate sunt Visual C++ şi Visual C#.

iei. Din meniul

ire (Stop) în MHz, banda nivel referinŃa (Level) [dB]

şi tip cablu (Cable). Tipul de cablu permite introducerea factorilor de corecŃie daca acesta modificare/setare, parametrii sunt salvaŃi

care va fi disponibil altor module din program.

: permite introducerea coeficientului de ajustare a rezultatelor ător, în domeniul

tor antenei. Daca nu se introduc factori de ajustare, aceştia sunt CorecturiAntena.xml.

rile de putere în ajustarea valorilor măsurate, se

la fiecare frecvenŃă din procedura de alarma (detaliata în

LimiteStandard.xml.


34

ComunicaŃia cu alte module se realizează prin socket-uri, ceea ce permite rularea modulului de scanare şi a celui de comunicaŃie pe unitǎŃi de procesare diferite, utilizând interfaŃa TCP/IP.

C. Modulul de comunicaŃie şi alarmă

În modul normal de funcŃionare, programul nu crează rapoarte pentru măsurările efectuate, ci numai în cazul depăşirii limitei CEM. Pe lângă funcŃionarea normală, exista opŃiunea de a genera rapoarte continuu cu datele măsurate în format XML. Acestea sunt utile în cazul studiilor legate de caracteristicile anumitor medii electromagnetice. In Fig. 4.7 este prezentată fereastra de rulare a modulului de comunicaŃie şi alarmǎ.

Fig. 4.7. Fereastra Modul comunicaŃie şi alarma.

Fereastra este compusǎ din graficul nivelului puterii în funcŃie de frecventa, o fereastra pentru comunicaŃie (stânga, jos), o fereastra în care se afişează perechile de valori (f, PdB)valorile instantanee măsurate (mijloc, jos) şi o fereastra în care sunt afişate cele mai mari trei valori de putere din ciclul respectiv de măsurare (dreapta, jos). Din meniul „Setări” se poate activa opŃiunea de salvare automata a punctelor măsurate în modul normal de funcŃionare.

4.3. Testarea şi validarea sistemului

După realizarea conexiunilor fizice şi instalarea corespunzătoare a driver-ului şi pachetului de librării (framework) Microsoft .Net 4.0, s-a testat conformitatea funcŃiilor programului cu cerinŃele impuse.

4.3.1. FuncŃia de măsurare continuă

Sistemul de măsurare realizat are funcŃia de măsurare continuă a nivelului de putere al perturbaŃiilor radiate din mediul electromagnetic al autovehicului. Pornirea aplicaŃiei de monitorizare se poate efectua în doua moduri: • Prin selectarea comenzii Setari/Pornire Scanare, după introducerea parametrilor corespunzători în

Modulul de Setare. Cu această comendă se iniŃializează Modulul de Comunicatie si Alarma;

• Prin rularea directă a modului de Comunicatie şi Alarma.

La pornirea modului de Comunicatie şi Alarma se încarcă în memorie parametrii modificaŃi


35

anterior. În cazul lipsei modificărilor se încarcă parametrii impliciŃi. Următoarea secvenŃă constă în lansarea execuŃiei modului de Scanare cu parametrii disponibili.

A. Modulul de scanare introduce parametrii în memoria analizorului de spectru, iniŃiază măsurătorile, primeşte datele de măsurare de la analizor şi le transmite către modulul de Comunicatie şi Alarma. După introducerea factorilor de corecŃie, datele sunt afişate pe grafic, ca în Fig. 4.7.

B. în meniul modulului de Comunicatie şi Alarma este disponibilă şi funcŃia de memorare automată a datelor măsurate. La selectarea opŃiunii Setari/Salveaza Log Date Scanate, în directorul LogScanariComplete sunt salvate fişierele XML care conŃin data ora şi nivelul puterii măsurate în funcŃie de frecvenŃa, pe domeniul stabilit. Setarea poate fi dezactivata tot din meniul Setari al modului.

C. După pornirea modului de Scanare, fiecare nivel de putere PdB, mǎsurat la o frecvenŃǎ f, este: • ajustat în funcŃie de factorul de calibrare al antenei;

• afişat pe graficul din modulul de Comunicatie şi Alarma;

• înregistrat în fişierul de raport dacă este activă opŃiunea de memorare automată a datelor măsurate;

• comparat cu nivelul limită stabilit în modulul de Setari. În cazul în care valoarea măsurată depaşeste valoarea limită definită la frecventŃa respectivă, procedura de Alarma este iniŃializată.

4.3.2. Alte funcŃii

În vederea testării funcŃionalităŃii procedurii de alarmă se presetază o limită de -50 dBm pe domeniul de frecventa 100 MHz - 200 MHz. Se porneşte modulul de Comunicatie şi Alarma. În Fig. 4.9 sunt reprezentate nivelurile puterii măsurate prin procedura de Alarma, comparativ cu limita CEM stabilita pentru intervalul de frecvenŃă considerat.

Fig. 4.9. Nivelul puterii mǎsurate în cazul depǎşirii limitei în măsurarea continuǎ. Concluzii:

• Cu sistemul de măsură conceput se pot efectua mǎsurători continue de nivel de putere a câmpului electromagnetic, cu posibilitatea memorǎrii datelor obŃinute dacǎ este necesar;

• La remăsurarea în punctul de frecvenŃǎ 101,0 MHz, valoarea mǎsurată este diferitǎ de cea iniŃialǎ. O posibilǎ cauzǎ este şi banda de frecvenŃǎ diferita utilizatǎ la măsurare, 1 MHz în primul caz, respectiv 100 kHz în cazul al doilea.


36

4.4. Utilizarea sistemului la monitorizarea parametrilor mediului electromagnetic

4.4.1. Determinări experimentale

Determinǎrile experimentale au fost efectuate în timpul rulării unui autovehicul în zone de circulaŃie intensă din oraşul Braşov. Autovehiculul s-a deplasat cu o viteză medie de 30 – 40 km/h între zonele Centru Vechi, Astra, Gară, Bartolomeu, Centru Vechi pe parcursul unei zile. Au fost setaŃi urmǎtorii parametrii: Domeniul de frecvenŃǎ: 80 MHz – 7 GHz; Pas parcurge domeniu de frecvenŃă: 1 MHz; Bandă de rezoluŃie: 1 MHz; Timp scanare pe frecvenŃa: 50 ms. Durata unei mǎsurǎri a fost de 3 minute şi 30 secunde. În program a fost selectata opŃiunea de generare automata a rapoartelor cu datele măsurate. Fiecare fişier XML generat conŃine două coloane: frecvenŃa la care s-a efectuat măsurarea şi nivelul puterii măsurate. În prealabil a fost introdusă limita CEM conform ICNIRP pentru mediu public. Nu s-a constatat nicio depǎşire a acesteia pe durata determinǎrilor experimentale.

4.4.2. Prelucrarea datelor

Prelucrarea datelor s-a efectuat utilizând metode statistice şi softurile IBM SPSS şi Microsoft Excel.

A. Determinarea numǎrului de valori valide ale nivelului de putere • În ziua măsurătorilor s-au obŃinut n = 20 de seturi de măsurători, notate M1...M20.

• Fiecare set de măsurători conŃine un şir de perechi de date (frecvenŃa fi, nivel de putere PdB);

• Numărul total de perechi de date este dat de domeniul de frecvenŃă [80 MHz – 7 GHz] în care s-a făcut monitorizarea şi de pasul de măsurare (1 MHz). Rezultă numărul total de puncte de măsură, respectiv de valori ale nivelului de putere:

"¡" ¢ £ 6920 138400 (4.1)

• Din prelucrarea datelor rezultă numărul total de valori valide ale nivelului de putere NPdB val şi

numărul total de valori invalide NPdB inval.

• Ponderea valorilor valide ale nivelului de putere faŃă de numărul total de valori se calculează cu relaŃia:

§ ¨©ª |~«¨©ª ¬¬

· 100 % (4.2)

Din acestea 98,2% sunt valori invalide, ceea ce indică un grad scăzut de ocupare a spectrului electromagentic în domeniul de frecvenŃă considerat.

B. FrecvenŃa apariŃiei valorilor valide, variabilitate prezenŃǎ surse Pentru fiecare din cele 20 de seturi de mǎsurători s-a calculat frecvenŃa absolutǎ de apariŃie FA a fiecǎrei valori PdB [dBm] valide (ceea ce indicǎ prezenta unei surse de câmp) şi s-a raportat procentual la numǎrul de valori valide FAv (pentru verificare trebuie sǎ rezulte 100%) şi totale FAt. Valoarea FA s-a obŃinut prin numǎrare iar FAv şi FAt utilizând relaŃiile:

®z¯ °±² · 100 % (4.3)

®z" °± · 100 % (4.4)

Calculele au fost efectuate pentru toate cele 20 de seturi de mǎsuratori. În Fig. 4.11 sunt reprezentate frecvenŃele relative de apariŃie a valorilor valide FAt obŃinute.


37

Fig. 4.11. FrecvenŃa relativǎ de apariŃie a valorilor valide corespunzǎtoare fiecǎrui set de mǎsuratori.

ObservaŃii:

• Gradul de ocupare a spectrului de frecvenŃǎ considerat variazǎ de la 0,85 % la 2,92 %;

• Având în vedere cǎ mǎsurătorile s-au efectuat succesiv în timp şi spaŃiu, diferenŃa între douǎ frecvenŃe FAt succesive variazǎ relativ puŃin. FrecvenŃa de apariŃie a surselor de câmp variazǎ mai mult între seturile de mǎsurători M1 şi M2, cu 1,835 %, ceea ce indicǎ faptul cǎ o parte semnificativǎ din sursele care emit în spaŃiul mǎsurătorii M1 nu mai sunt prezente în spaŃiul mǎsurătorii M2;

• DiferenŃele între douǎ valori FAt consecutive (care reprezintǎ zone apropiate geografic) sunt mici, ceea ce conduce la concluzia cǎ nivelul puterii câmpului electromagnetic nu variazǎ brusc pe distante scurte.

C. CorelaŃii între măsurători La calcularea indicilor de corelaŃie (Fig. 4.12) s-au eliminat valorile invalide din mǎsurători, expresiile abaterilor medii pentru un şir de date x, respectiv, douǎ şiruri de date x şi y, fiind:

³ ´2 , ´2 (4.5)

³ ´ · µ , ´ · µ (4.6)

unde: sxx este abaterea medie pătraticǎ a unui şir de valori iar sxy abaterea medie între douǎ şiruri.

Fig. 4.12. Reprezentarea indicilor de corelaŃie între seturile de mǎsurǎtori.

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

0246810

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


38

Se constatǎ cǎ indicii de corelaŃie tind spre 1, ceea ce confirmǎ cǎ valorile valide mǎsurate se aflǎ în intervale apropiate.

D. Analiza câmpului electromagnetic pe domenii de frecvenŃǎ Având în vedere cǎ sursele de câmp electromagnetic emit în benzi stabilite de frecvenŃǎ pe o anumitǎ arie geograficǎ, este importantǎ analiza nivelului de putere pe domenii specifice, în mai multe zone. În vederea evaluǎrii prezenŃei unei surse de bandǎ largǎ (mǎsurǎtorile sunt efectuate cu bandă de rezoluŃie de 1 MHz) în mediul electromagnetic investigat s-a procedat astfel:

• S-a considerat fiecare frecvenŃǎ în parte din domeniul 80 MHz – 7 GHz, cu pas de 1 MHz;

• De fiecare dată s-a analizat numărul valorilor valide la frecvenŃa curentă pentru cele 20 măsurători;

• În funcŃie de numǎrul valorilor valide pe frecvenŃǎ s-au considerat cazurile în care acesta depǎseşte jumǎtate din numǎrul valorilor măsurate. Acest criteriu selecteazǎ sursele prezente în mai mult de jumătate din zonele în care s-au efectuat mǎsurători;

• În fiecare caz s-au calculat indicii de variaŃie.

Sunt considerate seriile în care numărul de valori valide pe frecvenŃă depǎşeşte jumǎtate din numǎrul valorilor măsurate. Din acestea s-au selectat frecvenŃe reprezentative pentru diferite tipuri de servicii pentru care s-au determinat parametrii caracteristici ai mediului electromagnetic din aria investigatǎ (Tabelul 4.7).

Tabelul 4.7. Parametrii caracteristici ai mediului electromagnetic din aria investigatǎ, la diferite frecvenŃe.

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

εs [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

σ [dBm] 29.99 15.72 19.10 18.21 34.88 25.16 27.22 28.96

PdB 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 între abaterea standard εs şi media aritmeticǎ PdB med are valori între 25,17 % şi 50.92 %. Indicii de variaŃie au fost calculaŃi la frecvenŃele: 140 MHz, 300 MHz, 687 MHz, 943 MHz, 1990 MHz, 2111 MHz şi 5008 MHz. În Tabelul 4.7 sunt prezentaŃi comparativ indicii relevanŃi de variaŃie a semnalului pe frecvenŃă, pentru cazurile considerate.


39

Capitolul 5

CONCLUZII ŞI CONTRIBUłII ORIGINALE

5.1. Concluzii

Capitolul 1

Realizarea sintezei cu privire la parametrii relevanŃi ai mediului electromagnetic a condus la investigarea metodelor de măsurare a acestora. Pornind de la modelul dipolului electric elementar şi al buclei de curent, au fost analizate sisteme şi metode complexe de măsurare a parametrilor mediului electromagnetic.

Autorul propune o metodă de investigare a parametrilor mediului electromagnetic în domeniul de frecvenŃă 80 MHz – 3 GHz bazată pe sistemul portabil de măsurare cu antenă izotropă.

Determinările experimentale au fost realizate în patru locaŃii ale zonei urbane Braşov, considerată de interes din punct de vedere electromagnetic datorită numărului mare de servicii oferite care implică utilizarea spectrului electromagnetic.

Rezultatele obŃinute constă în perechi de valori frecvenŃă – intensitatea câmpului electric, măsurate la trei intervale orare pe parcursul unei zile, în cele patru locaŃii considerate.

Prelucrarea rezultatelor a permis atât identificarea zonelor cu niveluri ridicate ale intensităŃii câmpului electric, cât şi a tipurilor de surse prezente în locaŃiile alese. S-a constatat că valorile măsurate nu depăşesc valorile limită stabilite prin norma ICNIRP.

Prezentarea rezultatelor obŃinute în comparaŃie cu rezultate similare pentru oraşele Bucureşti (investigare realizată de autor), Lincon, Ft. Collins, E. Moline, Wichita (SUA), în cadrul workshop-ului organizat de comisia IEEE EMC Society TC3 la conferinŃa IEEE EMC Detroit 2008, a evidenŃiat că parametrii mediilor electromagnetice investigate sunt similari şi că o completare a metodei propusă în standardul ICNIRP este necesară, cu privire la banda de rezoluŃie a instrumentului de măsurare.

Autorul propune o bandă de rezoluŃie de 200 kHz pentru măsurarea intensităŃii câmpului electric în domeniul 80 MHz – 3 GHz.

Capitolul 2

Clasificarea sintetică a surselor de perturbaŃii din autovehicule a fost corelată cu tipurile de perturbaŃii prezentate.

Au fost investigate tipurile de sisteme electrice şi electronice din autovehicul şi s-a constatat că acestea pot fi atât surse de perturbaŃii conduse, cât şi surse de perturbaŃii radiate.

Analiza metodelor de determinare a caracteristicilor surselor de perturbaŃii din autovehicul a relevat că sistemele de comunicaŃie şi control din autovehicul sunt surse importante de perturbaŃii.

Autorul propune investigarea perturbaŃiilor conduse a sistemului de ventilaŃie/climatizare, deoarece acesta funcŃionează pe aproximativ toată perioada de rulare a autovehiculului. Sursa de perturbaŃii conduse din acest sistem este motorul de curent continuu al blocului ventilator.

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


40

pus in evidenta la trei trepte de turaŃie. S-a obŃinut un raport procentual între valoarea eficace a curentului perturbator şi valoarea curentului absorbit de motor de 4%, indice relevant în contextul necesităŃii instalării unui filtru de semnal.

Au fost utilizate două modalitǎŃi de simulare pentru a modela semnalul măsurat, primul pe baza ponderii şi rangului armonicilor semnificative şi al doilea, prin utilizarea parametrilor circuitului RLC serie în regim tranzitoriu. Precizia simulărilor raportată la numărul de parametri utilizaŃi este satisfăcătoare.

Capitolul 3

Simularea şi compararea rezultatelor cu determinări experimentale din studii similare a propagării semnalelor pe linii de transmisie a permis identificarea şi caracterizarea parametrilor care influenŃează procesul de transmisie a datelor.

În acest scop, autorul propune trei topologii de reŃea corespunzătoare transmisiei de date în sisteme de tip bus. Modelele iau în considerare tipuri si caracteristici pentru: linia de transmisie, semnalul aplicat şi rezistorul terminal al liniei. La linia de transmisie sunt considerate pierderile.

Semnalele şi liniile utilizate sunt tipice pentru aplicaŃii de transmisie date în autovehicul.

Rezultatele obŃinute cu programul de simulare OrCAD PSpice conduc la următoarele concluzii:

• atenuarea semnalului depinde de tipul de cablu şi frecvenŃa semnalului. Atenuarea a fost determinată în cazurile în care integritatea semnalului nu a fost afectată;

• întârzierea semnalului depinde tipul şi lungimea liniei de transmisie. În cazurile considerate întârzierea semnalului a fost de 5 ns/m. Prin raportarea acesteia la perioada semnalului, s-a obŃinut întârzierea relativă a semnalului, care este semnificativă la frecvenŃe ridicate;

• parametrii care influenŃează integritatea semnalelor sunt frecvenŃa, tipul liniei şi rezistorul terminal utilizat. Distorsiuni considerabile ale formei semnalului transmis au fost obŃinute pentru o variaŃie semnificativă a rezistenŃei terminale;

• La propagarea semnalului pe linia de transmisie apar o serie de fenomene tranzitorii, care modifică caracteristicile semnalelor de intrare şi ieşire. În cazul transmisiei unui semnal de 480 MHz pe o linie bifilară, perioada de variaŃie a tensiunilor diferenŃiale de intrare/ieşire durează 12 ns;

• Fenomenul de rezonanŃă apare când lungimea liniei de transmisie este comparabilă cu λ/2 şi λ/4. În aceste cazuri se constată o reducere a tensiunii de intrare, ceea ce reflectă impedanŃa scăzuta a liniei şi disiparea ridicată de energie în circuit. Rezultatele obŃinute însă nu reflectă în totalitate fenomenul de radiaŃie.

Lungimea inegală a conductorilor liniei, precum şi procese de comutaŃie în sursele de semnal diferenŃial pot conduce la asincronism. În cazul întârzierii uneia din componentele semnalului diferenŃial, integritatea semnalului la ieşirea din linie este afectată semnificativ, datele transmise fiind imposibil de extras din semnal.

Capitolul 4

Autorul a conceput si realizat un sistem pentru monitorizarea parametrilor mediului electromagnetic din autovehicule pornind de la necesităŃile tot mai mari de creştere a gradului de compatibilitate electromagnetică în domeniul auto.

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


41

FuncŃiile de măsurare continuă a parametrilor mediului electromagnetic şi cele implementate în procedura de alarmă au fost testate, funcŃionalitatea acestora fiind conforme cu specificaŃiile stabilite.

Sistemul dezvoltat a fost utilizat pentru a monitoriza nivelul de putere al câmpului electromagnetic în aria oraşului Brasov, pe durata unei zile. Rezultatele sunt prezentate şi prelucrate statistic. Prelucrarea datelor a condus la următoarele concluzii:

• în domeniul de frecvenŃă 80 MHz – 7 GHz, ponderea valorilor valide ale nivelului puterii câmpului electromagnetic este în medie de 1,8 %, ceea ce indică un grad scăzut de ocupare a spectrului electromagnetic;

• ponderea valorilor valide ale nivelului puterii variazǎ în funcŃie de zonă şi timp de mǎsurare, de la 0,85 la 2,92 %;

• prin calculul matricii de corelaŃie între măsurători, s-a stabilit că indicii de corelaŃie au valori ridicate, ceea de confirmǎ existenŃa unor caracteristici similare ale surselor de câmp electromagnetic în zonele investigate;

• coeficientul de variabilitate al nivelului puterii de câmp electromagnetic, calculat pe fiecare frecvenŃă (corespunzător unei surse cu prezenŃă ridicată în zonele investigate) are valori de până la 50,92 %, ceea ce indică o distribuŃie neuniformă a semnalului emis.

Automatizarea procesului de măsurare a parametrilor mediului electromagnetic si prelucrarea statistică datelor in situ, permit îmbunătăŃirea gradului de compatibilitate a autovehiculelor şi simplificarea utilizării sistemelor de monitorizare.

5.2. ContribuŃii originale

ContribuŃiile originale ale autorului sunt:

- Conceperea şi realizarea unui sistem de monitorizare a parametrilor mediului electromagnetic din autovehicul destinat să îmbunătăŃească nivelul acestuia de compatibilitate;

- Implementarea unui algoritm de comandă şi control automat pentru sistemul de măsurare conceput, care permite funcŃionarea autonomǎ;

- Utilizarea metodelor statistice pentru caracterizarea seturilor de valori obŃinute prin măsurarea parametrilor mediului electromagnetic, cu scopul de a stabili corelaŃii între acestea şi a simplifica raportarea rezultatelor;

- Determinarea experimentală a parametrilor mediului electromagnetic din zona urbană Braşov şi compararea acestora cu parametrii specifici altor zone din România şi America;

- Completarea metodei de măsurare a parametrilor mediului electromagnetic specificată în standardul ICNIRP;

- Determinarea experimentală şi modelarea parametrilor sistemului de ventilaŃie/climatizare din autovehicul, ca sursă de perturbaŃii electromagnetice;

- Simularea propagării semnalelor pe liniile de transmisie utilizate în autovehicul şi stabilirea parametrilor care influenŃează integritatea semnalelor.


42

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ 1. 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 Verträglichkeit. Problemstellung und Lösungsansätze, Hüthig Verlag Heidelberg, 1990, ISBN: 3-7785-1774-0.

4. Ignea, A.: Introducere în compatibilitate electromagnetică. Editura de Vest, Timişoara, 1998, 246 p., ISBN: 973-36-0310-4.

6. Schwab, A.J.: Compatibilitate Electromagnetica, ediŃia a 3 a revizuita, Traducere din limba germanǎ de Marinescu, A., Editura Tehnica, Bucureşti, 1996, ISBN: 973-31-0756-5.

7. AdǎscǎliŃei, 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: 3-540-63487-8

9. 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, Editura Academiei 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 d’Electricite, vol. 3: Electromagnetisme, editura Georgi, St-Saphorin, Elvetia, 1979, ISBN: 2-604-00031-8.

24. Peier, D.: Elektromagnetische Verträglichkeit. Problemstellung und Lösungsansätze. Hüthig Verlag 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 Universitatii Transilvania din 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 Internal Combustion Engine Driven Devices-Radio Disturbance Characteristics–Limits and Methods of Measurement for the Protection of Receivers Installed in the Vehicle/Boat/Device, Draft Third Edition, 2004.

39. Miller, P., O’Hara, 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 of Electromagnetic Compatibility EMC 2006, Zurich, Elvetia, 2006, ISBN: 3-9522990-3-0.

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

44. Matoi, A., Helerea, E.: Investigarea Mediului Electromagnetic din Zone Urbane, ConferinŃa “Science 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 progress Council 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,


43

2001, ISBN: 07506-7008-8 47. 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 UniversitǎŃii

Transilvania din Brasov, Braşov, 2001. 56. Baican, R., Enache, V.: Automobilul modern, editura Universitatii Transilvania din Brasov,

Brasov, 2008, ISBN: 978-973-598-367-3. 63. ***: Philips NXP application note for TJA 1050high speed CAN 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 Frequency Allocations 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 Universitaires Romandes, 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, 4th edition, editura Newness, Cornwall, Great Britain

(2007). 77. ***: Flexray Consortium: Flexray Electrical Physical Layer Application Notes, 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, IEEE Transactions 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 Application Publication, 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. MaŃoi, A., Helerea E.: Electromagnetic Environment and Pollution. International Conference of BENA, Brasov, July, 2008. Scientiffic Buletin of Transilvania University, 2008, Brasov.

92. Matoi A.M., Lungoci C., Helerea E.: Automotive Bus Systems and EMC Aspects. Proceedings of 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 Power Engineering. The 7th International Power Systems Conference PSC, Tom 52(66) Special Issue ISSN 1582-7194, 2007, p. 385-392.


44

SOLUłII MODERNE PENTRU MĂSURAREA ŞI CONTROLUL PARAMETRILOR ELECTROMGANETICI

AI MEDIULUI DIN AUTOVEHICUL

Rezumat

Teza de doctorat abordează autovehiculul modern ca sursă de câmp electromagnetic şi sistem susceptiv la perturbaŃii. Problema propusă spre rezolvare este creşterea gradului de siguranŃă funcŃională a autovehiculului, în contextul extinderii permanente a spectrului electromagnetic şi a diversificării surselor de perturbaŃii.

Obiectivul principal al tezei constă în conceperea şi realizarea unui sistem pentru monitorizarea şi controlul parametrilor mediului electromagnetic din autovehicul.

După stabilirea parametrilor mediului electromagnetic, a surselor de perturbaŃii din autovehicul, a fost simulată propagarea semnalelor pe linii de tip bus, în vederea stabilirii influenŃei anumitor factori asupra integrităŃii semnalelor.

Autorul a conceput şi realizat un sistem pentru monitorizarea parametrilor mediului electromagnetic din autovehicul pornind de la necesităŃile tot mai mari de creştere a gradului de compatibilitate electromagnetică în domeniul auto. Sistemul a fost testat şi validat, apoi utilizat la măsurarea parametrilor mediului electromagnetic într-un autovehicul rulat pe o zonă urbană.

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

MODERN SOLUTIONS FOR MEASURING AND CONTROLLING

ELECTROMAGNETIC PARAMETERS IN AUTOMOTIVE ENVIRONMENT

Abstract

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

The main objective of the thesis is developing a system for monitoring and controlling electromagnetic 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 influence of certain factors upon signal integrity.

The author has designed and built a system for monitoring the parameters of electromagnetic environment in automobiles, taking into consideration the increasing requirements regarding electromagnetic compatibility in automotive domain. The system has been tested, validated and then used for determining electromagnetic environment’s parameters in a vehicle running in an urban area.

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


45

Curriculum Vitae

Nume ADRIAN MARIAN MAłOI

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

Cetatenie Romana Data nasterii 10.12.1982

STUDII

• Data (de la – la) 1997-2001 • Institutia Colegiul National 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-Wöhler-Weg, 444227 Dortmund, Germania

• Domeniu Electrotehnica Activitate 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

EXPERIENłĂ

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

Friedrich-Wöhler-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

Colaborator


46

Din 2007

Membru al Asociatiei de Compatibilitate Electromagnetica din Romania, ACER Membru IEEE, sectia CEM

Director proiect TD nr. 151/1.10.2007 cu titlul „SoluŃii moderne pentru măsurarea şi controlul parametrilor electromagnetici ai mediului din autovehicule”

Membru în proiectul CNCSIS 429/2006-2008: Modelǎri şi simulǎri privind comportarea în regim dinamic a materialelor magnetice cu proprietǎŃi controlate

Membru în proiectul CEEX nr. 2-CEx06-8-85/2006-2008, Materiale magnetice cu performanŃe superioare utilizate în constructia maşinilor electrice

LIMBA MATERNĂ Românǎ

LIMBI STRĂINE Engleză, Francezǎ, Germanǎ: cursiv.

Date post:	05-Mar-2018
Category:	Documents
Upload:	lamkhuong
View:	215 times
Download:	2 times

SOLUłII MODERNE PENTRU MĂSURAREA ŞI...

Documents