Resultados dos ensaios com protocolo CAN-FD

Uma série de ensaios com o protocolo CAN-FD foram conduzidos com o objetivo de verificar a susceptibilidade deste protocolo à ruídos do tipo EFT. Estes ensaios seguiram os procedimentos já descritos e obedecendo as normas IEC 62228 e ISO 26262. As três ECUs foram configuradas com os algoritmos de uma malha fechada de controle de suspensão ativa, cujos dados trocados entre estas ECUs são mostrados na tebela 8.

Nos ensaios, os dados da comunicação foram capturados pela ferramenta de análise do protocolo CAN-FD da Grid Connect. Em conjunto com esta ferramenta, foi utilizada a ferramenta de análise e geração de tráfego para o barramento de comunicação do proto- colo CAN-FD da Vector, o CANanalyser e o CANoe.

Os procedimentos de teste consistiram inicialmente no estabelecimento da comunica- ção entre as ECUs da malha de controle, sem a injeção de EFT, o que serviu de parâmetro de comparação para os dados a serem coletados quando a comunicação estiver sob inje- ção. Todas as capturas de dados de comunicação, para efeitos de comparação, tiveram o período setado em 30s. Na Figura 42 pode-se verificar o comportamento da comuinicação sem a injeção de EFT.

68

Figura 42 – Gráfico da comunicação CAN-FD sem injeção de EFT.

Fonte: Autor.

Neste gráfico pode ser observado no período de captura, que a média dos ciclos de comunicação ficaram entre 4,4 e 5,6 ms. Estas pequenas variações são consideradas nor- mais, uma vez que em uma rede real, as conexões de cabos e conectores, podem gerar pequenos erros e ou atrasos. A razão para essas flutuações é a variação de tempo entre o pacote recebido em um ciclo da malha de controle anterior e o pacote enviado no pró- ximo ciclo. Estes pequenos erros são gerados pelo temporizador de software utilizado para gerenciar o ciclo de controle, porém o fato destes pequenos erros de temporização na comunicação acontecerem, não afetam os ensaios, tendo em vista que o objetivo é ve- rificar se estes valores sofrem influência com a injeção de EFT e qual a magnitude desta interferência, e não a temporização da malha em si.

Seguindo a ordem de testes estabelecida na Tabela 9, o segundo ensaio realizado foi com o valor de EFT de 47 Vp e 675µs, cujos pulsos de BURST EFT podem ser visuali- zados na Figura 43. É possível observar neste gráfico que o valor do tempo de subida o pulso está atendendo o exigido pela norma IEC 62228, ou seja, é < 5ns + 30%.

Figura 43 – Imagen do pulso de EFT de 47Vp e 675µs.

Fonte: Autor.

A Figura 44 mostra o gráfico gerado com base na comunicação da malha de controle e a injeção acima.

Figura 44 – Gráfico da comunicação CAN-FD com injeção de EFT de 47Vp e 675µs.

Fonte: Autor.

Em uma análise rápida é possível verificar que a comunicação sofreu impacto quando injetado pulsos de EFT, uma vez que o gráfico mostra um aumento nos picos de comuni- cação apara ≈ 6ms, além do aumento da frequência da incidência destes atrasos.

70

Os pulsos de BURST EFT injetados na sequência dos ensaios foram de 57 Vp e 1,2ms. Na Figura 45 pode-se ver este pulso com os valores registrados na tela do osciloscópio, onde o tempo de subida se mantém dentro dos parâmetros exigidos pela norma IEC 62228.

Figura 45 – Imagen do pulso de EFT de 57Vp e 1,2ms.

Fonte: Autor.

Com os pulsos mostrados na Figura 45, a comunicação mostrou um impacto superior às injeções anteriores, como pode ser visto na Figura 46, onde os valores dos picos de atraso na comunicação chegaram a 5,8ms, e a incidência das perturbações se mostram mais constantes. O próximo ensaio realizado foi com os pulsos de BURST EFT de 63Vp e 500µs. Estes testes foram realizados para verificar o impacto de niveis maiores de ten- são nos pulsos, bem como tempos menores. Neste caso a comunicação teve um impacto um pouco maior, como esperado, levando em conta a maior amplitude do sinal aplicado. Na Figura 47, pode-se ver o gráfico de análise da comunicação, com os tempos de atraso na comunicação na casa dos 5,6s, porém com muito mais perturbações afetando o barra- mento.

No último ensaio realizado, os valores dos pulsos de BURST EFT aplicados no bar- ramento de comunicação foram de 67 Vp e 500µs. Com estes pulsos, a comunicação teve um comportamento compatível, ou seja, o aumento da tensão dos ruídos EFT trou- xeram consigo o aumento das perturbações no barramento de comunicação. Na Figura 48 pode-se ver o impacto deste ruídos no gráfico de análise da comunicação. De posse dos dados colhidos nestes ensaios, pode-se observar que os valores de atraso de comuni- cação, quando a injeção dos pulsos de BURST EFT tem os valores de 47 Vp e 675µs, são maiores, porém a incidencia destes atrasos são em menor número que ao aumentarmos o valor da tensão de pico destes pulsos. Seguindo esta linha de raciocínio, pode-se observar que ambos fatores, amplitude e duração, impactam na comunicação, porém cada um deles afetam de maneira diferente, sendo a amplitude responsável por aumentar a quantidade de ocorrências das perturbações e a duração dos pulsos responsável pelo aumento dos atrasos na comunicação.

Na Figura 49, é visto a tabela obtida do software de análise de comunicação CAN Analyser, da VECTOR, colhidos durantes o teste com injeção de pulsos com tensão de pico de 67 Vp.

Figura 46 – Gráfico da comunicação CAN-FD com injeção de EFT de 57Vp e 1,2ms.

Fonte: Autor.

Figura 47 – Gráfico da comunicação CAN-FD com injeção de EFT de 63Vp e 500µs.

Fonte: Autor.

Todos estes dados foram colhidos em 32s de injeção (a quantidade de dados colhidos foi limitado ao buffer do analisador) e carga do barramento oscilando entre 30 e 60%.

72

Figura 48 – Gráfico da comunicação CAN-FD com injeção de EFT de 63Vp e 500µs.

Fonte: Autor.

Com base nestes dados listados, foi possível analisar a performance do protocolo CAN- FD. As metricas utilizadas para esta análise foram o Jitter médio e o Jitter diferencial. O Jitter médio é obtido através do desvio padrão dos valores obtidos nos ensaios, e o Jitter diferencial é obtido subtraindo-se o menor valor de desvio do pior valor de desvio e dividindo por dois, este resultado é subtraído do valor definido como lei de controle. Na Figura 50 pode ser visto o gráfico que mostra as diferenças dos Jitters entre os vários ensaios.

Na Figura 51 pode ser visualizado o gráfico do Jitter médio, calculado através do des- vio padrão. Neste caso, o valor do Jitter, se comparado entre o valor sem EFT e com a injeção de 47Vp, a diferença é de 29,05%, já com a injeção de 57Vp, a diferença é de 10,41%, com a injeção de 63Vp, a diferença é de 11,56% e por fim, com a injeção de 67Vp, a diferença é de 15,61%. Estes impactos na comunicação, independente dos valores e resultados, afetam diretamente a confiabilidade do protocolo e da rede de co- municação nos sistemas embarcados distribuídos, levando em conta as exigências das normas que regem os sistemas automotivos e as redes intraveiculares, as restrições tem- porais e a segurança dos condutores. Os resultados encontrados nos ensaios realizados com o protocolo CAN-FD, apesar de mostrar valores de atrasos bem menores que com o protocolo CAN, não podem ser desconsiderados, tendo em vista que os parâmetros de temporizações entre estes protocolos são de grandezas diferentes, e desta forma, os im- pactos no protocolo CAN-FD observados dentro deste contexto, também são impactantes, e merecem muita análise e trabalho com o foco em atenuá-los ou mesmo eliminá-los por completo.

Figura 49 – Tabela de dados de comunicação CAN-FD.

Fonte: Autor. Nesta tabela pode-se observar dados como:

• Número total de frames com erro = 131 • Erros de estado de transmissão = 80 • Média de frames com erros = entre 4 e 21

Figura 50 – Gráfico do Jitter diferencial na comunicação CAN-FD.

74

Figura 51 – Gráfico do Jitter médio na comunicação CAN-FD.

Fonte: Autor.