O CAN possui diversas características intrínsecas que o fazem mais apropriado para aplicações automotivas. Neste trabalho serão destacadas algumas dessas características aplicadas a sistemas que exigem um nível muito alto de confiabilidade, através de dois estudos de casos, um para analisar as características gerais do funcionamento da rede CAN, numa arquitetura eletrônica distribuída de um veículo em diversas configurações, cuja taxa de ocupação do barramento é alterado através da modificação do tempo de transmissão de algumas mensagens, e outro estudo para verificar o comportamento de um sistema de controle em malha fechada sobre a rede, focando no impacto do atraso temporal da rede. / The CAN has several inherent characteristics that are more appropriate for automotive applications. In this work will be highlighted some of those characteristics applied to systems that require a very high level of reliability. It is presented two case studies, one to analyze the general characteristics of operation of the CAN network in a electronic distributed architecture of a vehicle for various configurations, whose busload is amended by modifying the time of transmission of some messages, and another study to verify the behavior of a control system in closed loop on the network, focusing on the impact of the delay time in the network.

This work presents an embedded model predictive control application to a 2-DOF Helicopter Process. The mathematical modeling of the plant is first presented along with an analysis of the linear model. Then, the incremental state-space representations used in the MPC formulation are derived. The MPC technique is then defined, along with how to rewrite the physical constraints into the problem formulation. After that, a discussion on the utilized Quadratic Programming solver is presented along with possible alternatives to it, showing some considerations on which matrices to calculate beforehand for an embedded application. Finally, system identification is performed and the experimental results are presented. / Este trabalho apresenta uma aplicação de controle preditivo embarcado em um helicóptero de bancada com dois graus de liberdade. A modelagem matemática é apresentada, junto com uma análise do modelo linear obtido. São obtidas duas representações de modelos de espaço de estados considerando a entrada incremental, que serão usadas posteriormente para a formulação do controlador. Então, é definida a técnica de controle utilizada, juntamente com a inclusão das restrições físicas da planta na formulação do problema. Após isto, é feita uma discussão sobre qual solver para a programação quadrática utilizar, junto com algumas alternativas ao solver escolhido, bem como algumas considerações sobre a aplicação embarcada. Finalmente, são apresentados os resultados da identificação de sistemas aplicadas ao protótipo, bem como os resultados experimentais obtidos.

O CAN possui diversas características intrínsecas que o fazem mais apropriado para aplicações automotivas. Neste trabalho serão destacadas algumas dessas características aplicadas a sistemas que exigem um nível muito alto de confiabilidade, através de dois estudos de casos, um para analisar as características gerais do funcionamento da rede CAN, numa arquitetura eletrônica distribuída de um veículo em diversas configurações, cuja taxa de ocupação do barramento é alterado através da modificação do tempo de transmissão de algumas mensagens, e outro estudo para verificar o comportamento de um sistema de controle em malha fechada sobre a rede, focando no impacto do atraso temporal da rede. / The CAN has several inherent characteristics that are more appropriate for automotive applications. In this work will be highlighted some of those characteristics applied to systems that require a very high level of reliability. It is presented two case studies, one to analyze the general characteristics of operation of the CAN network in a electronic distributed architecture of a vehicle for various configurations, whose busload is amended by modifying the time of transmission of some messages, and another study to verify the behavior of a control system in closed loop on the network, focusing on the impact of the delay time in the network.

This work presents an embedded model predictive control application to a 2-DOF Helicopter Process. The mathematical modeling of the plant is first presented along with an analysis of the linear model. Then, the incremental state-space representations used in the MPC formulation are derived. The MPC technique is then defined, along with how to rewrite the physical constraints into the problem formulation. After that, a discussion on the utilized Quadratic Programming solver is presented along with possible alternatives to it, showing some considerations on which matrices to calculate beforehand for an embedded application. Finally, system identification is performed and the experimental results are presented. / Este trabalho apresenta uma aplicação de controle preditivo embarcado em um helicóptero de bancada com dois graus de liberdade. A modelagem matemática é apresentada, junto com uma análise do modelo linear obtido. São obtidas duas representações de modelos de espaço de estados considerando a entrada incremental, que serão usadas posteriormente para a formulação do controlador. Então, é definida a técnica de controle utilizada, juntamente com a inclusão das restrições físicas da planta na formulação do problema. Após isto, é feita uma discussão sobre qual solver para a programação quadrática utilizar, junto com algumas alternativas ao solver escolhido, bem como algumas considerações sobre a aplicação embarcada. Finalmente, são apresentados os resultados da identificação de sistemas aplicadas ao protótipo, bem como os resultados experimentais obtidos.

Este trabalho apresenta um módulo sensor de pressão absoluta do duto de admissão (MAP) para aplicações automotivas desenvolvido em substrato cerâmico LTCC. Em um veículo com sistema de injeção eletrônica de combustível, o sensor MAP informa a unidade de controle do motor sobre a pressão no duto de admissão permitindo o cálculo da vazão de ar e o ajuste da injeção de combustível. O sensor desenvolvido possui circuitos eletrônicos para a aquisição de sinais analógicos e digitais, realiza o condicionamento de sinal, a calibração e compensação de temperatura através de processamento digital, que permitem a indicação de pressões de 0 a 100kPa na faixa de temperaturas de -40 a +125ºC. Utilizou-se um elemento sensor de pressão piezorresistivo com membrana micro fabricada em silício e um sensor resistivo de temperatura. São apresentadas: a topologia do circuito, a construção, caracterização e testes. O protótipo apresenta precisão melhor do que 1,5% FE em pressão e 0,5% em temperatura. O teste de diferentes sensores de pressão e diferentes funções de transferência é facilmente realizado através de um circuito versátil que permite a alteração via programa. A montagem em cerâmica LTCC é realizada e é desenvolvida uma técnica de montagem do sensor de pressão MEMS em flip-chip, com excelentes resultados. Finalmente, é apresentado o teste em operação real em um veículo. / This paper presents a manifold absolute pressure (MAP) sensor module developed on LTCC substrate. In electronic fuel injection systems, a MAP sensor measures the vacuum at the engine intake manifold, allowing the electronic control unit to calculate mass flow and control the fuel injection. The sensor developed is composed by electronic circuits for analog signal acquisition and generation, digital signal processing and features software calibration and temperature-compensated pressure indications from 0 to 100kPa in the -40 to +125ºC temperature range. It is presented the assembly of a MEMS silicon pressure sensor and a thermistor on ceramic substrate and also the circuit topology, construction, characterization and tests. The prototype exhibits full scale accuracy better than 1.5% for pressure and 0.5% for temperature measurements. Tests are easily performed with different pressure sensors and different transfer functions due to a versatile circuit which enables software updates. The assembly on LTCC ceramic substrate is performed and an innovative flip-chip assembly technique is developed for MEMS pressure sensors, with excellent results. Finally, it is presented the test on a real vehicle.

Este trabalho apresenta um módulo sensor de pressão absoluta do duto de admissão (MAP) para aplicações automotivas desenvolvido em substrato cerâmico LTCC. Em um veículo com sistema de injeção eletrônica de combustível, o sensor MAP informa a unidade de controle do motor sobre a pressão no duto de admissão permitindo o cálculo da vazão de ar e o ajuste da injeção de combustível. O sensor desenvolvido possui circuitos eletrônicos para a aquisição de sinais analógicos e digitais, realiza o condicionamento de sinal, a calibração e compensação de temperatura através de processamento digital, que permitem a indicação de pressões de 0 a 100kPa na faixa de temperaturas de -40 a +125ºC. Utilizou-se um elemento sensor de pressão piezorresistivo com membrana micro fabricada em silício e um sensor resistivo de temperatura. São apresentadas: a topologia do circuito, a construção, caracterização e testes. O protótipo apresenta precisão melhor do que 1,5% FE em pressão e 0,5% em temperatura. O teste de diferentes sensores de pressão e diferentes funções de transferência é facilmente realizado através de um circuito versátil que permite a alteração via programa. A montagem em cerâmica LTCC é realizada e é desenvolvida uma técnica de montagem do sensor de pressão MEMS em flip-chip, com excelentes resultados. Finalmente, é apresentado o teste em operação real em um veículo. / This paper presents a manifold absolute pressure (MAP) sensor module developed on LTCC substrate. In electronic fuel injection systems, a MAP sensor measures the vacuum at the engine intake manifold, allowing the electronic control unit to calculate mass flow and control the fuel injection. The sensor developed is composed by electronic circuits for analog signal acquisition and generation, digital signal processing and features software calibration and temperature-compensated pressure indications from 0 to 100kPa in the -40 to +125ºC temperature range. It is presented the assembly of a MEMS silicon pressure sensor and a thermistor on ceramic substrate and also the circuit topology, construction, characterization and tests. The prototype exhibits full scale accuracy better than 1.5% for pressure and 0.5% for temperature measurements. Tests are easily performed with different pressure sensors and different transfer functions due to a versatile circuit which enables software updates. The assembly on LTCC ceramic substrate is performed and an innovative flip-chip assembly technique is developed for MEMS pressure sensors, with excellent results. Finally, it is presented the test on a real vehicle.

Este estudo tem por objetivo estabelecer os principais critérios de seleção de uma arquitetura elétrica adequada a mercados emergentes, considerando as necessidades de mercado, de legislação, de inovações e/ou novas funções a serem empregadas durante o ciclo de vida de um veículo. Para tanto, o resultado da pesquisa bibliográfica deste trabalho, apresentada na revisão teórica, primeiramente define o significado de arquitetura elétrica, e conta a sua evolução desde os primórdios da indústria automotiva até os dias de hoje, apontando quais são os principais sistemas elétricos existentes atualmente, deixando clara a fundamental importância da eletrônica embarcada na evolução do automóvel. Mostram, ainda, suas principais tendências tecnológicas, além de um descritivo sobre técnicas, critérios e metodologia de desenvolvimento de projetos de arquitetura elétrica empregados hoje na indústria. Na seqüência, o trabalho define os conceitos de mercado emergente e mercado desenvolvido, apontando suas particularidades, volumes de negócio (histórico e projetado), deixando evidente a importância dos mercados emergentes nos dias de hoje para a indústria automotiva mundial e a necessidade de se estabelecer estratégias específicas para estes mercados. Com base na própria pesquisa bibliográfica, somada à análise documental e a entrevistas não-estruturadas com membros ativos da indústria automotiva, foram concebidos os critérios para seleção de arquiteturas elétricas veiculares para mercados emergentes, assim como seus descritores e taxas de substituição (pesos). A definição de pesos e descritores é necessária para a utilização do método de agregação aditiva, método este de tomada de decisão empregado devido a sua capacidade de avaliar simultaneamente diversas alternativas, através de parâmetros qualitativos. Tal método, discutido na metodologia, mostrou-se muito eficiente por permitir uma avaliação dinâmica da análise proposta perante modificações em quaisquer parâmetros existentes. Por fim, o método e os critérios foram finalmente aplicados em dois estudos de caso, selecionados com base em casos reais vivenciados pela indústria automotiva no desenvolvimento de dois projetos: um veículo hatch popular e um veículo sedan médio de luxo, ambos destinados a mercados emergentes. Através do estudo de caso, foi possível confrontar soluções de arquiteturas adotadas no passado, no presente e para um futuro próximo, além de confrontar também soluções adotadas para mercados desenvolvidos e para mercados emergentes. O resultado deste estudo comprovou a necessidade da existência de critérios específicos para mercados emergentes, a coerência destes critérios e a robustez do modelo apresentado. Convém ressaltar que, para o tema em questão (ou estudos de caso), a robustez e consistência do modelo de avaliação obtido e a importância comprovada dos critérios selecionados são pertinentes e válidos, considerando-se o fato de que a definição dos pesos e notas atribuídas ao modelo serem feitas pelo avaliador, nas quais são diretamente dependentes do conhecimento adquirido pela empresa (seja ela montadora ou fornecedora) e vivência do responsável pela avaliação, sujeitando-as, desta forma, a seus próprios conceitos. / The aim of this study is to establish the criteria of election of an electrical architecture tailor-made for the emergent markets, considering the necessities of market, legislation, innovations and/or new functions to be applied during the whole vehicles life-cycle. Due to this, the result of the bibliographical research of this study, defines the meaning of electrical architecture, and shows its evolution since the beginning of the automotive industry up to now, also presenting the main electrical systems available today, making clear the huge importance of the embedded electronics for the evolution of the automobile. This study also presents the technological trends and a brief description of techniques, criteria and development methodology for electrical architecture projects available today in the industry. Here after, the study defines the concepts of emergent market and developed market, showing their characteristics, market share and production volumes (historical and forecast), showing the importance of the emergent markets for the world-wide automotive industry nowadays and the needs for development of specific strategies for these markets. Based on the bibliographical research, documentary analysis and the unstructured interviews with active members of the automotive industry, the criteria for election of electrical architectures for emergent markets was established, as well as their describers and swing-weights. The definition of weights and describers is necessary for the use of the additive aggregation method a decision taking method which has the capacity to evaluate several alternatives simultaneously, through qualitative parameters. Such method, presented in the methodology chapter, was very efficient for dynamic evaluation of the proposals even before changes in its parameters. Finally, the method and the criteria were finally applied in two studies of case, based on real cases of automotive industry when developing two projects: a low-cost hatch vehicle and a mid-size luxury sedan vehicle, both designed for emergent markets. By the study of cases, it was possible to compare solutions of architectures adopted in the past, in the present and for a near future, and also to compare solutions adopted for developed markets and emergent markets. The results of this study proved the necessity of specific criteria for emergent markets, the coherence of the established criteria and the robustness of the adopted model. Regarding the studies of cases, the robustness and consistency of the evaluation model and the proved importance of the criteria are relevant and valid, even considering that the definition of the weights values and grades are always made by the evaluators. It means that they directly depend on the companys know-how and best practices (from carmakers or suppliers) and the professional experience of the evaluator, resulting, someway, in their own values for different companies.

Este trabalho tem base na demanda de pesquisas e desenvolvimento de tecnologias de redes de comunicação (fieldbus) que visam à integração de sistemas de automação e controle para aplicações em sistemas agrícolas. Sistemas agrícolas relacionados com as práticas da agricultura de precisão, com sistemas embarcados em máquinas e implementos agrícolas e com sistemas de controle de estufas e criadouros. É fundamentado também pelos esforços conjuntos no sentido de promover padronização e implementação da norma ISO11783, baseada no CAN, que dê suporte às práticas agrícolas relacionadas com a aquisição e transmissão de grande quantidade de dados. Um dos principais desafios associados ao projeto e utilização de redes de comunicação como o CAN, está relacionado à dificuldade de definição dos parâmetros de configuração para um bom desempenho da rede. O dimensionamento desses parâmetros exerce forte influência no desempenho da rede analisada. Sob o contexto destas necessidades relacionadas, este trabalho apresenta a pesquisa e o desenvolvimento de uma ferramenta de análise de desempenho de redes fieldbus baseada no protocolo CAN para integração de dispositivos em aplicações em sistemas agrícolas. As etapas desse desenvolvimento consistem na sistematização e validação de um modelo matemático do enlace de dados da rede, na proposta de uma metodologia de análise de parâmetros de configurações relacionados com a rede e na implementação computacional dessa metodologia. Espera-se que a metodologia implementada seja uma ferramenta que facilite tarefas de análise e obtenção de dados referentes às aplicações. O resultado deste trabalho busca auxiliar no dimensionamento de parâmetros de configuração e na otimização de redes CAN, além de fornecer dados que ajudam no desenvolvimento de soluções baseadas no protocolo CAN e na norma ISO11783. / This work has base in the demand of research and development of data communication networks (fieldbus) to support the integration of control and automation devices for applications in agricultural systems. Agricultural systems related with the precision agriculture practices, with the embedded systems in agricultural machinery and with the greenhouses control and livestock systems. It is also guided by the efforts on the implementation of ISO11783 standard. The ISO11783 (also called ISOBUS) standard communication link is a common tendency to integrated different devices on agricultural machinery through an embedded control network. The ISOBUS use the controller area network (CAN) as a data link protocol to perform the data communication. The correct definition of the data link configuration parameters represents one of the main challenges related to the design of CAN-based networks. The definition of these parameters has influence in the performance of the analyzed network. This work presents the research and the development of a performance analysis tool of CAN-based networks for applications in agricultural systems. This development consists of the systematization and validation of a CAN mathematical model. An analysis methodology is proposed to use the mathematical model. A simulation software was built and implements the methodology. It is expected that the implemented methodology facilitates the analysis tasks of the configuration parameters of the applications. The result obtained may assist in the performance evaluation and in the definition of an optimized configuration for the network based on CAN protocol and ISO11783 standard.

Este trabalho tem base na demanda de pesquisas e desenvolvimento de tecnologias de redes de comunicação (fieldbus) que visam à integração de sistemas de automação e controle para aplicações em sistemas agrícolas. Sistemas agrícolas relacionados com as práticas da agricultura de precisão, com sistemas embarcados em máquinas e implementos agrícolas e com sistemas de controle de estufas e criadouros. É fundamentado também pelos esforços conjuntos no sentido de promover padronização e implementação da norma ISO11783, baseada no CAN, que dê suporte às práticas agrícolas relacionadas com a aquisição e transmissão de grande quantidade de dados. Um dos principais desafios associados ao projeto e utilização de redes de comunicação como o CAN, está relacionado à dificuldade de definição dos parâmetros de configuração para um bom desempenho da rede. O dimensionamento desses parâmetros exerce forte influência no desempenho da rede analisada. Sob o contexto destas necessidades relacionadas, este trabalho apresenta a pesquisa e o desenvolvimento de uma ferramenta de análise de desempenho de redes fieldbus baseada no protocolo CAN para integração de dispositivos em aplicações em sistemas agrícolas. As etapas desse desenvolvimento consistem na sistematização e validação de um modelo matemático do enlace de dados da rede, na proposta de uma metodologia de análise de parâmetros de configurações relacionados com a rede e na implementação computacional dessa metodologia. Espera-se que a metodologia implementada seja uma ferramenta que facilite tarefas de análise e obtenção de dados referentes às aplicações. O resultado deste trabalho busca auxiliar no dimensionamento de parâmetros de configuração e na otimização de redes CAN, além de fornecer dados que ajudam no desenvolvimento de soluções baseadas no protocolo CAN e na norma ISO11783. / This work has base in the demand of research and development of data communication networks (fieldbus) to support the integration of control and automation devices for applications in agricultural systems. Agricultural systems related with the precision agriculture practices, with the embedded systems in agricultural machinery and with the greenhouses control and livestock systems. It is also guided by the efforts on the implementation of ISO11783 standard. The ISO11783 (also called ISOBUS) standard communication link is a common tendency to integrated different devices on agricultural machinery through an embedded control network. The ISOBUS use the controller area network (CAN) as a data link protocol to perform the data communication. The correct definition of the data link configuration parameters represents one of the main challenges related to the design of CAN-based networks. The definition of these parameters has influence in the performance of the analyzed network. This work presents the research and the development of a performance analysis tool of CAN-based networks for applications in agricultural systems. This development consists of the systematization and validation of a CAN mathematical model. An analysis methodology is proposed to use the mathematical model. A simulation software was built and implements the methodology. It is expected that the implemented methodology facilitates the analysis tasks of the configuration parameters of the applications. The result obtained may assist in the performance evaluation and in the definition of an optimized configuration for the network based on CAN protocol and ISO11783 standard.

Este estudo tem por objetivo estabelecer os principais critérios de seleção de uma arquitetura elétrica adequada a mercados emergentes, considerando as necessidades de mercado, de legislação, de inovações e/ou novas funções a serem empregadas durante o ciclo de vida de um veículo. Para tanto, o resultado da pesquisa bibliográfica deste trabalho, apresentada na revisão teórica, primeiramente define o significado de arquitetura elétrica, e conta a sua evolução desde os primórdios da indústria automotiva até os dias de hoje, apontando quais são os principais sistemas elétricos existentes atualmente, deixando clara a fundamental importância da eletrônica embarcada na evolução do automóvel. Mostram, ainda, suas principais tendências tecnológicas, além de um descritivo sobre técnicas, critérios e metodologia de desenvolvimento de projetos de arquitetura elétrica empregados hoje na indústria. Na seqüência, o trabalho define os conceitos de mercado emergente e mercado desenvolvido, apontando suas particularidades, volumes de negócio (histórico e projetado), deixando evidente a importância dos mercados emergentes nos dias de hoje para a indústria automotiva mundial e a necessidade de se estabelecer estratégias específicas para estes mercados. Com base na própria pesquisa bibliográfica, somada à análise documental e a entrevistas não-estruturadas com membros ativos da indústria automotiva, foram concebidos os critérios para seleção de arquiteturas elétricas veiculares para mercados emergentes, assim como seus descritores e taxas de substituição (pesos). A definição de pesos e descritores é necessária para a utilização do método de agregação aditiva, método este de tomada de decisão empregado devido a sua capacidade de avaliar simultaneamente diversas alternativas, através de parâmetros qualitativos. Tal método, discutido na metodologia, mostrou-se muito eficiente por permitir uma avaliação dinâmica da análise proposta perante modificações em quaisquer parâmetros existentes. Por fim, o método e os critérios foram finalmente aplicados em dois estudos de caso, selecionados com base em casos reais vivenciados pela indústria automotiva no desenvolvimento de dois projetos: um veículo hatch popular e um veículo sedan médio de luxo, ambos destinados a mercados emergentes. Através do estudo de caso, foi possível confrontar soluções de arquiteturas adotadas no passado, no presente e para um futuro próximo, além de confrontar também soluções adotadas para mercados desenvolvidos e para mercados emergentes. O resultado deste estudo comprovou a necessidade da existência de critérios específicos para mercados emergentes, a coerência destes critérios e a robustez do modelo apresentado. Convém ressaltar que, para o tema em questão (ou estudos de caso), a robustez e consistência do modelo de avaliação obtido e a importância comprovada dos critérios selecionados são pertinentes e válidos, considerando-se o fato de que a definição dos pesos e notas atribuídas ao modelo serem feitas pelo avaliador, nas quais são diretamente dependentes do conhecimento adquirido pela empresa (seja ela montadora ou fornecedora) e vivência do responsável pela avaliação, sujeitando-as, desta forma, a seus próprios conceitos. / The aim of this study is to establish the criteria of election of an electrical architecture tailor-made for the emergent markets, considering the necessities of market, legislation, innovations and/or new functions to be applied during the whole vehicles life-cycle. Due to this, the result of the bibliographical research of this study, defines the meaning of electrical architecture, and shows its evolution since the beginning of the automotive industry up to now, also presenting the main electrical systems available today, making clear the huge importance of the embedded electronics for the evolution of the automobile. This study also presents the technological trends and a brief description of techniques, criteria and development methodology for electrical architecture projects available today in the industry. Here after, the study defines the concepts of emergent market and developed market, showing their characteristics, market share and production volumes (historical and forecast), showing the importance of the emergent markets for the world-wide automotive industry nowadays and the needs for development of specific strategies for these markets. Based on the bibliographical research, documentary analysis and the unstructured interviews with active members of the automotive industry, the criteria for election of electrical architectures for emergent markets was established, as well as their describers and swing-weights. The definition of weights and describers is necessary for the use of the additive aggregation method a decision taking method which has the capacity to evaluate several alternatives simultaneously, through qualitative parameters. Such method, presented in the methodology chapter, was very efficient for dynamic evaluation of the proposals even before changes in its parameters. Finally, the method and the criteria were finally applied in two studies of case, based on real cases of automotive industry when developing two projects: a low-cost hatch vehicle and a mid-size luxury sedan vehicle, both designed for emergent markets. By the study of cases, it was possible to compare solutions of architectures adopted in the past, in the present and for a near future, and also to compare solutions adopted for developed markets and emergent markets. The results of this study proved the necessity of specific criteria for emergent markets, the coherence of the established criteria and the robustness of the adopted model. Regarding the studies of cases, the robustness and consistency of the evaluation model and the proved importance of the criteria are relevant and valid, even considering that the definition of the weights values and grades are always made by the evaluators. It means that they directly depend on the companys know-how and best practices (from carmakers or suppliers) and the professional experience of the evaluator, resulting, someway, in their own values for different companies.