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Diagnostic de rDiagnostic de rééseaux filaire seaux filaire complexescomplexes

Fabrice Auzanneau Fabrice Auzanneau -- Marc OLIVASMarc OLIVAS

Architectures et Conception

2Architectures et Conception – GT S3 14/05/07 Ne pas diffuser sans autorisation du Cea-ListPropriété Cea

Roadmap des activités de fiabilisation

2006 2008 2010 2012

ΣΣ

DIAGNOSTIC DISTRIBUÉ INTÉGRATION TOTALE

DU DIAGNOSTIC

DIAGNOSTIC FILAIRE

FONCTIONS & SIMULATIONS

ARCHITECTURES DE DIAGNOSTIC

DIAGNOSTIC INTÉGRÉ

MÉTHODES DE TEST AVANCÉ TEST EN LIGNE

ARCHI MULTICOEURSTECHNO ÉMERGENTES

CONCEPTION EN VUE DE LA

FIABILITÉ


RÉSEAUX FILAIRES DANS LES TRANSPORTS

4 km – Voitures modernes

40 km – Chasseur

400 km – Avion de transport

1950 : Peugeot 203 – 125m

LE FAISCEAU ÉLECTRIQUE EST CONSIDÉRÉCOMME UN ÉLÉMENT CRITIQUE DE SÛRETÉ


FORTS ENJEUXLa fiabilité des systèmes embarqués est un enjeu essentiel pour les constructeurs automobiles (image de marque)La complexité de l’électronique automobile a explosé

Plus de 80 calculateurs dans une voiture moderne, plusieurs réseaux de communicationLa technologie évolue vers encore plus d’électronique

Arrivée du « X by wire » : remplacement de certaines fonctions mécaniques ou hydrauliques (direction, freinage, suspension, injection…) par des systèmes électroniques programmés

LE RÉSEAU DEVIENDRA LE LIEN UNIQUE ENTRE LE CONDUCTEUR, SES ACTIONS ET LE VÉHICULE, NOTAMMENT POUR DES FONCTIONS CRITIQUES DE SÉCURITÉ

La puissance de calcul embarquée dans une 607 est 100 fois supérieure à celle d’un Airbus A300 (1975)


Le Diagnostic filaire

Schéma de la chaine diagnostic filaire

Environnement (véhicule…..)

Canal de propagation

Sources

Traitement et analyse détection et localisation d’un défaut

Méthode

Interface(Adaptation, multiplexage)

Application

IHM


DIAGNOSTIC DE RÉSEAUX FILAIRES

DIAGNOSTIC EMBARQUDIAGNOSTIC EMBARQUÉÉ

ARCHITECTURE DE ARCHITECTURE DE DIAGNOSTIC DISTRIBUDIAGNOSTIC DISTRIBUÉÉ

TRAITEMENT DU SIGNAL SIMPLIFIÉ

PUISSANCE DE PUISSANCE DE CALCUL INFCALCUL INFÉÉRIEURERIEURE

ALTERA FPGA1400 portes

32.5 kb – 67 I/O pins(Sur ARM : 50 ko)

ANALYSE DE SOUS RÉSEAUX PLUS SIMPLES

DIAGNO CHIP

SIMPLIFICATION ENCORE POSSIBLE PAR AJOUT DE STRUCTURES PASSIVES

DIAGNOSTIC EXTERNE

TOPOLOGIE RÉSEAU COMPLEXE

TRAITEMENT DU SIGNAL COMPLEXE

APPLICATION PC OU TABLET PC

PUISSANCE DE CALCUL REQUISE


RÉFLECTOMÉTRIE

1. Injection d’un signal RF dans le réseau2. Pendant la propagation, une partie de

l’énergie est réfléchie par les discontinuités électriques (jonctions, défauts)

3. L’analyse du signal réfléchi fournit des informations sur l’état du réseau

Bonne précision de localisation (qq % de la longueur des câbles)Détection de défauts multiplesSe prête bien à la modélisationComplexité des systèmes et du traitement du signal

DÉTECTION – LOCALISATION –CARACTÉRISATION DE DÉFAUTS


MODÉLISATION

Modèle simple, très évolutifBasé sur la théorie de la propagation RFFournit des formules explicites pour les signaux de réflectométrie fréquentiellePassage en temporel par TFI

Principe :Connaissant la topologie d’un réseau ramifié, remonter des terminaisons du réseau vers le point d’injection pour calculer un coefficient de réflexion équivalent au réseau en son ensemble.


MODÈLE FILAIRE

Modèle de propagation RLCG

[ ] ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=

−

−

00

2221

1211D

D

ee

SSSS

Sγ

γ

)()()( ωωωγ jCGjLR +⋅+=

)/()()( ωωω jCGjLRZc ++=

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

=

f

dD

fG

dD

C

dDL

f

Ddd

fR

2ln

tan2)(

2ln

2ln

1

)(

2

0

2

0

δεπ

πεπμ

πσμ

Câble coaxial :

ZL

LLe Γ=Γ − .2

0γ

0

0

ZZZZ

L

LL +

−=Γ

L


COEFFICIENT DE RÉFLEXION ÉQUIVALENT

Remontée de proche en proche du coefficient de réflexion (CdR), pour obtenir un CdR équivalent au sous-réseau

Γ’5 Γ5

Γ’6 Γ6

Γ5, Γ6 + jonction Γ’3

Découpage du réseau en sous-réseaux organisés autour d’une discontinuité

JonctionRaccord


MODÈLE DE JONCTIONS

Jonction de n lignes : calcul du CdR équivalent Γ1

Matrice [S] : relie les ondes entrantes aux ondes sortantes

[b] =[S].[a]

nn

ZnZ

ZnZ

Sc

c

cc

ii−

=+

−

−−=

2

1

1nn

SS ii

ij2

11 2

=−−

=

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

−

−

−

=

nn

nn

nnn

n

nnnn

S

222

222

222

L

OMM

L

L

∑

∑

=

=

Γ+Γ

−

Γ+Γ

+−

==Γ n

i i

i

n

i i

i

nnnn

AB

2

2

1

11

12

142

[ ] [ ] [ ] [ ]anabn n −= .12 ∑= Γ+

Γ+−=

n

i i

iKAnnB2

11 12)2(

∑= Γ+

Γ−

= n

i i

in

AK

2

1

12

2avec

Ce qui donne :


TEMPOREL « IMPLICITE »

On peut avoir une vision des phénomènes en temporel par observation du CdR en fréquentiel

Linéarisation de la fraction

LL

L

∑∑∑∑∑∑

∑ ∑∑

<<<<<<<<<<<<

<< <<<<

ΓΓΓ−ΓΓ−Γ−+ΓΓΓ+ΓΓ+Γ+

+ΓΓΓ+ΓΓ+Γ+

−=Γ

kjikji

jiji

ii

kjikji

jiji

ii

ji kjikjiji

ii

nnnnn

n

111111

1 1121 6421

3242

L∑∑∑∑ ∑∑<<<≠<== <<=

ΓΓΓ+ΓΓ+Γ+ΓΓ+Γ−

−Γ+−

=Γkji

kjiji

ji

n

ii

n

i jiji

n

iii CBA

nnn

nnn

11

2

2

3

2 13

2

2321

16)2.(442

Réflexion au

raccord

Réflexions en bout

de lignes

Trajets A/R dans les lignes

Interactions entre les

lignes

Trajets A/R – A/R dans les

lignes

Interactions multiples entre les

lignes


MODÈLE DE RACCORDS

Raccord de deux lignes différentes

1

21

0 1 RRTRR

+=

R0 : CdR équivalent recherchéR1 : CdR équivalent au réseau en aval du raccord

Linéarisation pour vision en temporel :K321

11 uuu

u−+−=

+[ ] [ ] )1( 31

211

210 K+−+−= RRRRRRTRR

RaccordFin de ligne Trajets multiples

γ1, Zc1 γ2, Zc2R

T

R0 R1


COMPARAISONS SIMULATIONS / MESURES

Exemple de calcul pour un réseau complexeVisualisation des signaux de TDRExplication physique des différents picsPermet une comparaison avec une mesure pour la phase de diagnostic

Mesure avec un analyseur de réseau vectoriel (300 kHz –500 MHz)


PREMIÈRE IMPLÉMENTATION SUR FPGA

Génération, injection, acquisition, numérisation du signal, mesure et calcul de la distance, caractérisation du défaut

OBJECTIF : CONCEPTION D’UNE PUCE DÉDIÉE


OBJECTIFS OPÉRATIONNELS

Projet SEEDS (PREDIT 2005)Partenaires : Renault Trucks, Delphi, Serma, Supélec LGEP, INRIA

Conception et preuve de faisabilité d’un système de diagnostic de câbles automobiles

Diagnostic externeDiagnostic embarquéFlexray

ECUengine

CAN

Body control module

CAN

Driver doormodule

CAN

Airbag

CANPassenger

door module

FlexrayYaw rate sensor

FlexrayElectronic stability program

Flexray

Electro-hydraulic

powersteering

Flexray

Automatic headlamp

control

FlexrayAutomatic

transmission control

CANUnderhoodelectronics

CANInstrument

panel cluster

CANRear

electronics central module

CANParking

assistant

CAN

Displays

CAN

Auxiliaryheater

CAN

Sun roof moduleCAN

Interface

Flexray

Embedded diagnosis system


CONCLUSIONS

Ce modèle apporte une vision physique aux signaux de réflectométrie temporelle

Il s’appuie sur un besoin réel dans le cadre d’un projet coopératif

L’étape suivante est celle du diagnostic proprement dit

Position précise des pics de TDRInterprétation en termes de défauts sur le réseau

Publications associéesAnnales des Télécoms (acceptée)PIERS 2007 (Prague)


Marc OLIVASCEA LIST

+33 1 69 08 48 [email protected]

Merci de votre attention

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