Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Hệ thống truyền dữ liệu multiplex và can trên ô tô...

Tài liệu Hệ thống truyền dữ liệu multiplex và can trên ô tô

.PDF
156
1145
66

Mô tả:

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT CAN: Controller Area Network – Mạng điều khiển vùng MPX: Multiplex communication network – Hệ thống truyền dữ liệu đa dẫn AVC- LAN: Audio Visual Communication – Local Area Network - Truyền tín hiệu cho hệ thống nghe nhìn – Mạng cục bộ BEAN: Body Electronics Area Network – Mạng điện tử thân xe ECU: Electronic Control Unit LIN: Local Interconnect Network - Mạng Kết Nối Nội Bộ Khu Vực ACK: Rộng 2 bit và chứa 2 vùng là ACK flag (cờ lệnh ACK) và ACK phân định AVX: Radio Receiver Assembly with Display CAMERA-C: Television Camera ECU CSMA: Carrier Sense Multiple Access CD: Collision Detection CRC: Cyclic Redundancy Check: Cung cấp mã phát hiện lỗi CONT-SW: Integration Control & Panel Assembly DTC: Diagnostic Trouble Code: mã chuẩn đoán hư hỏng DLC3: giắc nối dữ liệu số 3 DVD-P: DVD Player DST – ID: Destination ID: cung cấp địa chỉ cho ECU nhận EMI: Electromagnetic Interference - sự nhiễu điện từ EMV: Multi Display EOM: End of Massage: Kết thúc thông điệp EOF: End of Frame: Kết thúc khung v ESD: Electrostatic Discharge - sự phóng điện tĩnh điện GND: Ground: nối đất G/W: Gateway ECU ISO 11898-2: CAN tốc độ cao ISO 11898-3: CAN fault-tolerant (tốc độ thấp) ISO 11992-1: CAN fault-tolerant cho xe tải, xe lửa. SAE J2411: CAN dây đơn - Single-wire CAN_SWC UART: Universal Ansynchronous Receiver/ Transmitting - Truyền/ Nhận dữ liệu nối tiếp không đồng bộ LLC: Logical link control - Lớp kết nối theo logic MAC: Medium Access Control- Lớp điều khiển truy cập phương tiện truyền thông tin MDI: Medium Dependent Interface MOVs: Metal Oxide Varistors MPX: Multiplex Communication Systemn - Hệ Thống Thông Tin Đa Dẫn MES – ID: Message ID: cung cấp loại dữ liệu MHKĐC: Mã hóa khóa động cơ NAVI: Navigation ECU PMA: Physical Medium Attachment RTR: Remote Transmit Request – rộng 1 bit. Rr- TV: Rear Television Display Rr-CONT: Audio Control Switch (at Rear Seat) Sleep: Chế độ nghỉ SOF: Start of Frame: Bắt đầu khung SRR: rộng 1 bit, được sử dụng trong khung mở rộng vi TVS: Transient Voltage Suppression - thiết bị dập điện áp tức thời WTO: World Trade Orgnization: Tổ chức thương mại thế giới Wake up: Chế độ bị đánh thức vii DANH SÁCH HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Các kiểu giao tiếp ........................................................................................ 12 Hình 2.2: Tổng quát hệ thống MPX ............................................................................ 13 Hình 2.3: Giao tiếp khi không có MPX ...................................................................... 13 Hình 2.4: Giao tiếp khi có sử dụng MPX .................................................................... 14 Hình 2.5: Sơ đồ tổng quát hệ thống MPX ................................................................... 14 Hình 2.6: Sơ đồ tổng quát giao tiếp giữa các ECU không sử dụng hệ thống MPX.... 15 Hình 2.7: Sơ đồ tổng quát giao tiếp giữa các ECU có sử dụng hệ thống MPX .......... 16 Hình 2.13: Mô hình kiểu STAR .................................................................................. 22 Hình 2.14: Mô hình so sánh các kiểu hết nối .............................................................. 23 Hình 2.15: Các trạng thái hoạt động của hệ thống MPX ............................................ 25 Hình 2.16: Sơ đồ khối của hệ thống MPX .................................................................. 26 Hình 2.17: Sơ đồ khối của hệ thống MPX .................................................................. 27 Hình 2.18: Đường truyền hệ thống MPX của hệ thống cửa. ...................................... 28 Hình 2.20: Bố trí các ECU trong hệ thống cửa ........................................................... 30 Hình 2.21: Đường truyền hệ thống MPX của hệ thống trục lái .................................. 31 Hình 2.23: Bố trí các ECU trong hệ thống trục lái...................................................... 33 Hình 2.24: Đường truyền hệ thống MPX của bảng táp lô .......................................... 34 Hình 2.26: Bố trí các ECU trong bảng táp lô .............................................................. 36 Hình 2.27: Sơ đồ ECU trung tâm ................................................................................ 37 Hình 2.28: Hệ thống MPX trên xe Lexus GS300 ....................................................... 39 Hình 2.29: Hệ thống MPX trên xe Lexus RX300 ....................................................... 39 Hình 2.30: Hệ thống MPX trên xe TOYOTA CROWN (JZS175) ............................. 40 Hình 2.31: Hệ thống MPX trên xe TOYOTA CELICA (ZZT230, 231) .................... 40 Hình 2.32: Hệ thống MPX trên xe TOYOTA CENTURY (GZG50) ......................... 41 Hình 2.33: Hệ thống MPX trên xe TOYOTA AVALON (MCX20) .......................... 41 Hình 2.36: Sơ đồ tổng quát hệ thống cửa .................................................................... 42 viii Hình 2.37: Sơ đồ mạch điện khi 1 ECU bị mất liên lạc và DTC phát ra .................... 43 Hình 2.38: Sơ đồ mạch điện khi 1 ECU bị đứt 1 đường truyền và DTC không phát ra ................................................................................................................................... 44 Hình 2.39: Sơ đồ đứt mạch ......................................................................................... 45 Hình 2.40: Sơ đồ ngắn mạch ....................................................................................... 46 Hình 2.41: Sử dụng máy chẩn đoán ............................................................................ 47 Hình 2.42: Chức năng trên máy chẩn đoán ................................................................. 48 Hình 2.43: Sơ đồ mạch điện ECU hệ thống cửa ......................................................... 49 Hình 2.44: Sơ đồ tổng quát hệ thống MPX ................................................................. 50 Hình 2.45: Sơ đồ chức năng giao tiếp ......................................................................... 50 Hình 2.45: Sơ đồ chức năng chẩn đoán....................................................................... 51 Hình 2.46: Sơ đồ chức năng chuyển đổi tín hiệu ........................................................ 51 Hình 2.47: Sơ đồ chức năng cài đặt ............................................................................ 51 Hình 3.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống CAN (Controller Area Network) trên xe ........... 53 Hình 3.2: Mô hình 7 lớp Open System Interconnection (OSI) ................................... 55 Hình 3.3: Mô hình hệ thống CAN tiêu chuẩn ............................................................. 57 Hình 3.4: Sự chênh lệch trên BUS ............................................................................. 57 Hình 3.5: Mức BUS theo tiêu chuẩn ISO 11898 ........................................................ 58 Hình 3.7: Mô hình thời gian trễ giữa 2 node trong CAN ............................................ 60 Hình 3.8: Cấu trúc khung dữ liệu ................................................................................ 63 Hình 3.9: Định dạng khung dữ liệu ............................................................................. 63 Hình 3.10: Mô hình cấu trúc trường phân chia ........................................................... 64 Hình 3.11: Mô hình cấu trúc khung tiêu chuẩn ........................................................... 65 Hình 3.12: Mô hình cấu trúc khung mở rộng .............................................................. 65 Hình 3.13: Mô hình thể hiện cấu trúc Control Field ................................................... 66 Hình 3.16: Mô hình thể hiện cấu trúc ACK Field ....................................................... 68 Hình 3.17: Mô hình thể hiện cấu trúc remote frame ................................................... 69 Hình 3.18: Định dạng khung tách biệt ........................................................................ 69 Hình 3.19: Mô hình thể hiện cấu trúc error frame ...................................................... 70 ix Hình 3.20: Định dạng khung lỗi .................................................................................. 71 Hình 3.21: Mô hình thể hiện cấu trúc overload frame ................................................ 71 Hình 3.22: Định dạng khung quá tải ........................................................................... 72 Hình 3.23: Bit Timing ................................................................................................. 80 Hình 3.25: ....................................................................... 81 Hình 3.26: ...................................... 84 Hình 3.27: Lọc spikes trội bằng phương pháp đồng bộ hóa ....................................... 85 Hình 3.28: Cấu trúc của giao thức CAN điều khiển ................................................... 87 Hình 3.29: Input and Output Delay Times ................................................................. 88 Hình 3.30: Example of Delay Time Measurement .................................................... 90 Hình 3.31: Measurement with Maladjusted Clock Phases ........................................ 91 Hình 3.34: Cấu trúc 1 mạch CAN BUS ...................................................................... 94 Hình 3.36: ISO 11898-2 Differential High-speed CAN bus ....................................... 96 Hình 3.37: ISO 11898-3 Fault tolerant CAN Bus ....................................................... 97 Hình 3.38: SAE J2411 single wire CAN Bus ............................................................. 98 Hình 3.39: Mạch bảo vệ CAN dùng TVS diode ....................................................... 103 Hình 3.40: Mạch bảo vệ CAN dùng TVS diode ....................................................... 104 Hình 3.41: Mạch bảo vệ CAN dùng TVS diode ....................................................... 104 Hình 3.42: Mạch bảo vệ CAN dùng MOVs .............................................................. 105 Hình 3.43: Mạch bảo vệ CAN dùng cuộn cảm ......................................................... 106 Hình 3.44: Mạch bảo vệ CAN dùng mạch rẽ ............................................................ 107 Hình 3.45: Mạch bảo vệ CAN dùng mạch kết hợp ................................................... 108 Hình 3.46: Mạch bảo vệ mạng CAN 1 dây đơn ........................................................ 108 Hình 3.47: Sơ đồ khối mạng CAN trên xe Toyota Yaris. ......................................... 109 Hình 3.48: Vị trí của ECU các hệ thống giao tiếp CAN. .......................................... 110 Hình 3.49: Các đặc điểm của dây giao tiếp CAN ..................................................... 112 Hình 3.50: Nguyên lý truyền dữ liệu trong mạng CAN ........................................... 113 Hình 3.51: Phương pháp truyền dư liệu của mạng CAN (truyền từng đơn vị một) . 113 Hình 3.52: Cấu trúc của một khung (gói) dữ liệu được truyền ................................. 114 x Hình 3.53: Cờ lỗi được xác lập khi có lỗi xảy ra ...................................................... 114 Hình 4.1: Đường đặc tuyến của cảm biến nhiệt độ trong xe ..................................... 116 Hình 4.2: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ quạt và tỷ lệ % .......................... 117 Hình 4.3: Chế độ làm mát ......................................................................................... 118 Hình 4.4: Chế độ hâm nóng ...................................................................................... 118 Hình 4.5: Sơ đồ khối hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô ................................... 119 Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô121 Hình 4.8: Sơ đồ kết nối vi điều khiển Atmega16 ...................................................... 122 Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp ..................................................................... 123 Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị ................................................................ 123 Hình 4.11: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất............................................................. 124 Hình 4.12: Sơ đồ mạch in ECU hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô .................. 124 Hình 4.13: ECU thực tế ............................................................................................. 125 Hình 4.14: Mô hình lắp đặt ECU trên sa bàn ............................................................ 125 Hình 5.1: Máy Hantek Oscillocope ........................................................................... 127 Hình 5.2: Sơ đồ mạch đấu dây dùng hệ thống truyền dữ liệu CAN để điều khiển motor servo và motor quạt ......................................................................................... 128 Hình 5.3: Dạng sóng điều khiển motor servo và quạt đang ở mức thấp nhất ........... 129 Hình 5.4: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức trung bình (90o) và quạt đang ở mức trung bình ........................................................................................................... 129 Hình 5.5: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức cao nhất (180o) và quạt đang ở mức cao nhất .............................................................................................................. 130 Hình 5.6: Dạng sóng tổng quát của chum xung điều khiển motor servo và quạt đang ở mức thấp nhất .......................................................................................................... 130 Hình 5.7: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức thấp nhất (0o) và quạt đang ở mức thấp nhất ............................................................................................................. 131 Hình 5.8: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức trung bình (90o) và quạt đang ở mức thấp nhất ............................................................................................................. 131 xi Hình 5.9: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức cao nhất (180o) và quạt đang ở mức thấp nhất ............................................................................................................. 132 Hình 5.10: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức thấp nhất (0o) và quạt đang ở mức trung bình ........................................................................................................... 132 Hình 5.11: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức thấp nhất (0o) và quạt đang ở mức cao nhất .............................................................................................................. 133 Hình 5.12: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mứ trung bình (90o) và quạt đang ở mức trung bình ........................................................................................................... 133 Hình 5.13: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức cao nhất (180o) và quạt đang ở mức cao nhất ........................................................................................................... 134 xii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.19: Các ECU liên quan đến đường truyền của hệ thống cửa .......................... 29 Bảng 2.22: Các ECU liên quan đến đường truyền của hệ thống trục lái .................... 32 Bảng 2.25: Các ECU liên quan đến đường truyền của bảng táp lô ............................. 35 Bảng 3.14: Bảng mã hóa dữ liệu ................................................................................. 67 Bảng 3.35: Các tiêu chuẩn của lớp vật lý trong CAN ................................................. 94 Bảng 4.1: Giá trị tiêu chuẩn của cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ ............. 116 Bảng 4.2: Giá trị tiêu chuẩn của cảm biến nhiệt độ trong xe .................................... 116 xiii Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao học MỤC LỤC TRANG Trang tựa Quyết định giao để tài Lý lịch cá nhân ................................................................................................................ i Lời cam đoan .................................................................................................................. ii Lời cảm ơn .................................................................................................................... iii Tóm tắt .......................................................................................................................... iv Danh sách chữ viết tắt .................................................................................................... v Danh sách hình ............................................................................................................ viii Danh sách bảng ........................................................................................................... xiii MỤC LỤC ..................................................................................................................... 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN ............................................................................................ 6 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu ............................................................ 6 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ......................................................... 7 1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................................ 7 1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước .......................................................................... 8 1.3 Mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu ...................................................................... 10 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................ 10 1.3.2 Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................... 10 1.4 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu ...................................................... 10 1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài............................................................................................. 10 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 11 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu..................................................................................... 11 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU MULTIPLEX TRÊN Ô TÔ ...................................................................................... 12 2.1 Khái niệm truyền dữ liệu - truyền thông ........................................................... 12 2.2 Hệ thống thông tin đa dẫn Multiplex (MPX) .................................................... 13 GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn Dũng HVTH: KS. Vũ Thị Thu Hiền - 1- Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao học 2.2.1 Khái quát chung .................................................................................................. 14 2.2.2 Ưu điểm của hệ thống MPX ............................................................................... 15 2.2.3 Lịch sử phát triển ................................................................................................ 17 2.2.4 Các đặc điểm chính của MPX ............................................................................. 18 2.2.4.1 Đường truyền tín hiệu ...................................................................................... 18 2.2.4.2 Các loại hệ thống truyền tín hiệu ..................................................................... 20 2.2.4.3 Các mô hình mắc ECU trong hệ thống MPX .................................................. 21 2.2.4.4 Mạch kết nối khép kín ...................................................................................... 23 2.2.4.5 Chế độ “nghỉ” và “sẵn sàng”............................................................................ 24 2.2.5 Chức năng của MPX (Xêri LS 430, UCF 30) ..................................................... 26 2.2.5.1 Liên lạc nhiều đường truyền ............................................................................ 26 2.2.5.2 Các bộ phận của mạng ..................................................................................... 26 2.2.5.3 Đường truyền cho hệ thống cửa ....................................................................... 27 2.2.5.4 Đường truyền của hệ thống trục lái.................................................................. 30 2.2.5.5 Đường truyền cho bảng táplô ........................................................................... 33 2.2.5.6 ECU trung tâm ................................................................................................. 36 2.2.6 Sơ đồ khối một số xe sử dụng hệ thống MPX .................................................... 39 2.2.7 Chẩn đoán hư hỏng của hệ thống MPX .............................................................. 41 2.2.7.1 Mô tả chẩn đoán ............................................................................................... 41 2.2.7.2 Cách tiến hành chuẩn đoán .............................................................................. 43 2.2.8 Hệ thống MPX trong những năm gần đây .......................................................... 50 2.2.8.1 Giao tiếp nhiều kênh (MULTI – BUS COMMUNICATION) ........................ 50 2.2.8.2 Gateway ECU................................................................................................... 50 Chƣơng 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU CAN TRÊN Ô TÔ ................................................................................................................ 53 3.1 Hệ thống mạng CAN (Control Erea Network).................................................. 53 3.1.1 Tổng quát về mạng CAN .................................................................................... 53 3.1.1.1 Khái niệm ......................................................................................................... 53 3.1.1.2 Các lớp của CAN (CAN layer) ........................................................................ 54 GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn Dũng HVTH: KS. Vũ Thị Thu Hiền - 2- Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao học 3.1.2 Mô hình 7 lớp ...................................................................................................... 54 3.1.2.1 Giới thiệu.......................................................................................................... 54 3.1.2.2 Khái quát ISO-11898-2 .................................................................................... 56 3.1.2.3 Mức bus ............................................................................................................ 57 3.1.2.4 Giắc nối và dây dẫn .......................................................................................... 58 3.1.2.5 Yêu cầu về khả năng hoạt động ....................................................................... 59 3.1.2.6 Chiều dài BUS.................................................................................................. 59 3.1.3 Các thuộc tính của CAN ..................................................................................... 60 3.1.4 Phân loại CAN .................................................................................................... 62 3.1.5 Các loại thông điệp dùng trong CAN (message) ................................................ 62 3.1.5.1 Data frame (khung dữ liệu) .............................................................................. 62 3.1.5.2 SOF (Start of Frame) ........................................................................................ 64 3.1.5.3 Arbitration field (trường phân chia) ................................................................. 64 3.1.5.4 Control field ..................................................................................................... 66 3.1.5.5 Data field: ......................................................................................................... 67 3.1.5.6 CRC field ......................................................................................................... 67 3.1.5.7 ACK field ......................................................................................................... 68 3.1.5.8 End of Frame (kết thúc khung) ........................................................................ 68 3.1.5.9 Interframe space ............................................................................................... 68 3.1.5.10 Remote frame (khung tách biệt)..................................................................... 68 3.1.5.11 Error frame (khung lỗi) .................................................................................. 70 3.1.5.12 Overload frame (khung quá tải) ..................................................................... 71 3.1.6 Giao thức giao tiếp trong mạng CAN ................................................................. 72 3.1.6.1 Giao thức giao tiếp trong hệ thống CAN là giao thức CSMA/CD .................. 72 3.1.6.2 Message-Based Communication (giao tiếp dựa trên thông điệp) .................... 73 3.1.6.3 Fast, Robust Communication (giao tiếp nhanh, khỏe) ..................................... 74 3.1.6.4 Collision (sự va chạm) ..................................................................................... 78 3.1.7 CAN Bit timing ................................................................................................... 78 3.1.7.1 Giới thiệu.......................................................................................................... 78 GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn Dũng HVTH: KS. Vũ Thị Thu Hiền - 3- Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao học 3.1.7.2 Phân đoạn truyền thời gian .............................................................................. 80 3.1.7.3 Phân đoạn vùng đện và sự đồng bộ hóa ........................................................... 82 3.1.7.4 Dao động phạm vi dung sai.............................................................................. 85 3.1.7.5 Cấu hình của giao thức CAN điều khiển ......................................................... 86 3.1.7.6 Sự đo lường của Mode delay times .................................................................. 88 3.1.7.7 Kết luận ............................................................................................................ 91 3.1.8 Mạch bảo bệ CAN bus ........................................................................................ 93 3.1.8.1 Phần cứng ......................................................................................................... 93 3.1.8.2 Đặc tính kỹ thuật của bộ phận thu phát CAN transceiver................................ 98 3.2 Hệ thống truyền dữ liệu CAN trên xe TOYOTA YARIS .............................. 109 3.2.1 Kết nối (kiểu Bus) ............................................................................................. 109 3.2.2 Vị trí chi tiết: ..................................................................................................... 110 3.2.3 Hệ thống truy cập .............................................................................................. 113 3.2.4 Phát dữ liệu ....................................................................................................... 113 3.2.5 Gói dữ liệu......................................................................................................... 114 3.2.6 Phát hiện lỗi....................................................................................................... 114 Chƣơng 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU CAN TRÊN Ô TÔ ................................................................ 115 4.1 Thu thập số liệu điều khiển hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô ............. 115 4.1.1 Các thông số tín hiệu đầu vào của hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô ...... 115 4.1.1.1 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ ..................................................... 115 4.1.1.2. Cảm biến nhiệt độ trong xe ........................................................................... 115 4.1.1.3. Bảng điều khiển............................................................................................. 117 4.1.2. Cơ cấu chấp hành hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô ............................... 117 4.1.2.1. Motor quạt két nước làm mát động cơ .......................................................... 117 4.1.2.2. Motor servo để đóng mở cánh trộn khí ......................................................... 117 4.2 Thiết kế, chế tạo mạch ECU mô phỏng hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô................................................................................................................................. 119 GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn Dũng HVTH: KS. Vũ Thị Thu Hiền - 4- Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao học 4.2.1 Sơ đồ khối và sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô ................................................................................................................................. 119 4.2.1.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô ........................................ 119 4.2.1.2 Sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô ............. 120 4.2.2 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô ........................ 121 4.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô .... 121 4.2.2.2 Thành phần của mạch ECU điều khiển motor quạt và motor servo trộn khí 121 Chƣơng 5: THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU CAN TRÊN Ô TÔ .............................. 126 5.1 Mục tiêu thí nghiệm ........................................................................................... 126 5.2 Thiết bị thí nghiệm ............................................................................................. 126 5.3 Sơ đồ đấu dây ..................................................................................................... 128 5.5 Kết quả thí nghiệm ............................................................................................. 128 5.6 Đánh giá kết quả thí nghiệm ............................................................................. 135 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ................................................................... 136 6.1. Kết luận .............................................................................................................. 136 6.2. Đề nghị................................................................................................................ 136 6.3. Hƣớng phát triển đề tài .................................................................................... 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 138 PHỤ LỤC .................................................................................................................. 139 GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn Dũng HVTH: KS. Vũ Thị Thu Hiền - 5- Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao học Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Trong những năm gần đây, một đặc tính của ôtô hiện đại là sự phát triển việc điều khiển điện tử một cách nhanh chóng, có nhiều hệ thống điều khiển khác nhau và việc điều khiển đòi hỏi phải chính xác. Vấn đề đặt ra là sự gia tăng một cách mạnh mẽ số lượng dây điện, tổng khối lượng dây điện xấp xỉ 50 kg và tổng chiều dài dây gần 2 km. Để giải quyết vấn đề này, các nhà sản xuất ôtô đã chủ động phát triển một hệ thống thông tin đa dẫn Multiplex gọi tắt là MPX. MPX là một hệ thống giao tiếp dùng để nhận hay truyền 2 hay nhiều dữ liệu trở lên thông qua 1 đường dây giao tiếp. Mỗi ECU điều khiển từng hệ thống và được kết nối với nhau trong MPX. Ngày nay một hệ thống điều khiển được chia ra thành nhiều cụm khác nhau và được điều khiển bởi những máy tính riêng rẽ khác nhau. Do đó số lượng dây dẫn và các cảm biến ngày càng tăng, dẫn đến việc chẩn đoán sữa chữa gặp nhiều khó khăn. Chính những điều này đã thúc đẩy cho sự ra đời của một số hệ thống mạng điều khiển, trong đó có mạng CAN. CAN là viết tắt của Controller Area Network, tạm dịch là “Mạng ECU” hay gọi tắt là mạng CAN, là 1 công nghệ mạng ghép nối tiếp, được phát triển bởi Robert Bosch GmbH vào những năm đầu của thập niên 1980. Vào thời gian đầu, mạng CAN được sử dụng rộng rãi trong nền công nghiệp tự động hóa và các ứng dụng trên xe hơi, xe tải và cho đến ngày nay thì mạng CAN cũng đã thể hiện được tính ưu việt của nó trong các lĩnh vực khác như hàng không, vũ trụ, y học cho tới các thiết bị sử dụng cho gia đình như: máy giặt, máy sấy….Mạng CAN có lợi thế là 1 hệ thống kênh ghép nối tiếp sẽ lược bớt đi dây dẫn, tăng cường khả năng điều khiển, giảm bớt số lượng cảm biến, phát hiện lỗi dễ dàng, thuận tiện trong việc chẩn đoán và sữa chữa. GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn Dũng HVTH: KS. Vũ Thị Thu Hiền - 6- Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao học 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới Các hãng ôtô hàng đầu Mỹ Nhật đã đầu tư nhiều triệu USD để áp dụng mạng CAN trên ôtô của họ. Hầu như mọi nhà sản xuất chip lớn như: Intel, NEC, Siemens, Motorola, Maxim IC, Fairchild, Microchip, Philips, Texas Instrument, Mitsubishi, Hitachi, STmicro... đều có sản xuất ra chip CAN.  Vivekanandan., B., Sabane, M., and Murali, K., "Configurable Vehicle Networks," SAE Technical Paper 2003-28-0012. Bài viết này đề cập đên sự phát triển của các mạng liên kết trên ô tô, các tiêu chuẩn cho các mạng liên kết này. Bài viết cũng chỉ ra rằng trong những năm gần đây các ECU được kết nối qua mạng thông tin đa dẫn, các mạng thường sử dụng là CAN như là đường truyền chính và LIN như là mạng kết nối thông qua cổng (Gateway).  Mathony, H., Kaiser, K., and Unruh, J., "Network Architecture for CAN," SAE Technical Paper 930004, 1993. Bài viết nói về cấu trúc mạng CAN, nó bao gồm một kết cấu các lớp thông tin liên lạc và một bộ phận quản lý mạng. Kết cấu các lớp thông tin này bao gồm các thiết bị có chức năng phân phối, truyền tải dữ liệu và giao diện ứng dụng. Những môđun của hệ thống hỗ trợ thiết kế thông tin liên lạc và phần mền quản lý mạng với nhiều hay ít đặc điểm chức năng theo yêu cầu của ứng dụng. Phương pháp tiếp cận này cho phép một sự thích ứng tối ưu hóa của hệ thống mạng đến yêu cầu ứng dụng.  Alvarenga, C., "Multiplexing in Automobiles - An Application Example of the CAN Protocol," SAE Technical Paper 921504, 1992. Bài viết giới thiệu công nghệ truyền thống tin cho phép truyền và nhận phản hồi thông tin trên xe hơi, việc sử dụng những đặc điểm tương tự với mạng cục bộ vi điều khiển. Dạng công nghệ này thường được biết đến như công nghệ ghép kênh (multiplexing) trên ô tô. Dựa trên [ALVARENGA] bài viết đưa ra phần thực hành của hệ thống ghép kênh dùng giao thức CAN, cách thức này được đánh giá khả quan trên các dự án xe hơi ở Brazin. GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn Dũng HVTH: KS. Vũ Thị Thu Hiền - 7- Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao học  Hillyer, M., "Using Motors in Automotive Multiplex Systems," SAE Technical Paper 860394, 1986. Động cơ là kết thúc của đường truyền trong các hệ thống thông tin đa dẫn. Tuy nhiên, chỉ một phần của hệ thống thực hiện công việc thực tế. Hệ thống ghép kênh phải chuyển tiếp thông tin từ người sử dụng tới các động cơ và động cơ phải hoạt động trên thông tin này một cách thích hợp. Bài viết này phân tích các giao diện về hệ thống thông tin đa dẫn và trình bày một giải pháp cho vấn đề này. Bằng cách kết hợp các thông tin liên lạc, chẩn đoán, và các thiết bị điện tử điện trong động cơ (tức là một động cơ thông minh), giao diện các vấn đề liên quan đến kiểm soát đầu ra được giảm thiểu. Điều này cho phép toàn quyền kiểm soát động cơ trực tiếp từ một máy tính thân xe, nút tách kênh, hoặc thiết bị khác có khả năng sản xuất các tín hiệu kỹ thuật số thích hợp. Bằng cách cung cấp thông tin chẩn đoán liên quan đến trạng thái hoạt động của động cơ và điều khiển điện tử, động cơ thông minh cho phép kiểm soát, các hệ thống con.  Mahalek, J., "Multiplex Systems in the BMW 850i," SAE Technical Paper 920225, 1992. Bài báo chỉ ra trong tương lai nhu cầu về độ an toàn, hiệu quả, thoải mái, cá tính, tính năng độc quyền được trợ giúp rất nhiều từ các thiết bị điện tử. Công nghệ ghép nối kênh của BMW 850i cho thấy sự hiệu quả để thực hiện được các tính năng trên. 1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc Cùng với sự phát triển công nghệ ô tô trên thế giới ngành công nghệ ô tô trong nước cũng có những bước tiến nhất định với khởi đầu là những công trình nghiên cứu trong các trường Đại học của sinh viên, kỹ sư. Sau đây là một số đề tài điển hình: Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy chẩn đoán OBD-2 - Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trung Hiếu (07105033) – Bùi Văn Hoàng (07105037) - Luận văn đại học tháng 03 năm 2012, Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM. Nội dung đề tài: GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn Dũng HVTH: KS. Vũ Thị Thu Hiền - 8- Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao học - Hình thành cơ sở lý thuyết về máy chẩn đoán OBD-2 sử dụng chuẩn giao tiếp CAN. - Chế tạo mô hình máy chẩn đoán OBD-2 chuẩn giao tiếp CAN sử dụng giao diện LabVIEW Đề tài: Hệ thống CAN (Controller Area Network) - Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chí Công (MSSV: 09305004) - Nguyễn Văn Minh (MSSV: 09305031) Luận văn đại học tháng 01 năm 2011, Giáo viên hướng dẫn: ThS. NGUYỄN VĂN LONG GIANG – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM. Nội dung đề tài: - Giới thiệu về hệ thống mạng CAN. - Cấu trúc về thông điệp của hệ thống mạng CAN. - Phương thức truyền dữ liệu của CAN ứng dụng trên ô tô. - Hệ thống CAN BUS và hệ thống xử lý - Ứng dụng của hệ thống CAN trên ô tô. Đề tài: Viết chuyên đề các hệ thống mới trên hệ thống điều khiển động cơ và ôtô - Sinh viên thực hiện: Nguyễn Sĩ Phước (MSSV: 04105089) - Lâm Đình Thuận (MSSV: 04105125) - Luận văn đại học tháng 03 năm 2009, Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM. Nội dung đề tài: - Hệ thống thông tin đa dẫn MPX. - Hệ thống mạng điện thân xe BEAN. - Hệ thống mạng ECU CAN. - Hệ thống mạng kết nối nội bộ khu vực LIN. - Hệ thống mạng điều khiển thiết bị âm thanh AVC-LAN. - Hệ thống mã hóa khóa động cơ ôtô IMMOBILIZER SYSTEM GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn Dũng HVTH: KS. Vũ Thị Thu Hiền - 9- Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao học 1.3 Mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu - Nắm vững được cơ sở lý thuyết về hệ thống thông tin đa dẫn (MPX). - Nắm vững được cấu trúc một thông điệp trong CAN (mạng điều khiền vùng), và chuẩn giao tiếp CAN. - Nắm vững cơ sở lý thuyết, cách lập trình vi điều khiển, cách đo xung bằng máy Hantek DSO – 2550 USB để làm nền tảng cho việc chế tạo mô hình. 1.3.2 Đối tƣợng nghiên cứu - Nghiên cứu các loại hệ thống truyền dữ liệu. - Nghiên cứu chuẩn giao tiếp CAN. - Nghiên cứu hệ thống truyền dữ liệu CAN trên xe TOYOTA YARIS. - Nghiên cứu mạch vi điều khiển Atmega16. - Nghiên cứu hoạt động của cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến nhiệt độ trong xe. 1.4 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài Những năm đầu thập niên 90 hệ thống thông tin đa dẫn (MPX) và CAN ra đời đáp ứng nhiều vấn đề cho các hệ thống điện trong xe, với tốc độ truyền tải cao, độ sai số rất thấp. Từ năm 2007 tất cả các loại xe ôtô nhập vào Mỹ bắt buộc phải dùng mạng CAN. Tại thị trường Việt Nam hiện nay các xe mới của hãng Huyndai, ToYoTa, … cũng dùng mạng CAN. Tuy vậy, hệ thống truyền dữ liệu Multiplex và CAN trên ô tô là một hệ thống còn khá mới mẻ đối với học viên, sinh viên và những kỹ thuật viên sửa chữa ô tô. Tài liệu bằng tiếng Việt về hệ thống truyền dữ liệu ở Việt Nam còn rất ít, do đó rất khó khăn trong việc tìm hiều và sửa chữa hệ thống này. Đề tài này có nhiệm vụ tìm hiều cơ sở lý thuyết của hệ thống truyền dữ liệu Multiplex và CAN trên ô tô. Phân tích hoạt động của hệ thống truyền dữ liệu trên một ô tô cụ thể (ví dụ xe Toyota Yaris) từ đó thiết kế chế tạo mô hình mô phỏng GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn Dũng HVTH: KS. Vũ Thị Thu Hiền - 10- Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao học hoạt động truyền dữ liệu giữa ECU điều khiển tốc độ motor quạt làm mát động cơ và ECU điều khiển góc mở của motor servo trộn khí. Do vậy việc nghiên cứu về hệ thống truyền dữ liệu dữ liệu MPX và CAN là đề tài cần thiết giúp sinh viên và các học viên tiếp cận hơn với các công nghệ mới, phục vụ cho việc chuẩn đoán sửa chữa các hệ thống điện trên xe. 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống truyền dữ liệu CAN trên xe TOYOTA YARIS. - Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống truyền dữ liệu CAN giữa ECU điều khiển tốc độ motor quạt làm mát động cơ và ECU điều khiển góc mở của cánh trộn khí. 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu, tổng hợp tài liệu. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. - Phương pháp lập trình vi điều khiển. - Phương pháp thiết kế, chế tạo mạch. GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn Dũng HVTH: KS. Vũ Thị Thu Hiền - 11-
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan