(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô

(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT Ô TÔ NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG CAN TRÊN Ơ TÔ GVHD : SVTH : ThS VÕ XUÂN THÀNH VÕ TRƯỜNG MINH NGUYỄN ĐẠI PHÚC SKL007926 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2018 LỜI CẢM ƠN Nhóm thực đề tài xin chân thành cảm ơn quý thầy từ m n Điện Tử Ơtơ, nhƣ thầy c khoa Cơ Kh Động Lực,trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, ngƣời dìu dắt nhóm thực đề tai suốt thời gian học tập Nhờ q thầy tận tình dạy giúp đỡ từ kiến thức chuyên m n nhà trƣờng đến thực tiễn sống giúp nhóm thực đề tài tiếp cận gần hiểu biết rõ ngành nghề mà chọn Từ tảng kiến thức hiểu biết vững giúp nhóm thực đề tài hoàn thành tập đồ án hành trang để bƣớc vào đời Hơn hết nhóm gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thạc sĩ Giảng viên VÕ XUÂN THÀNH giáo viên hƣớng dẫn đề tài, ngƣời thầy tận tình hƣớng dẫn, bảo kịp thời, tạo điều kiện, động viên giúp đỡ nhóm thực đề tài nhiều mặt tinh thần nhƣ kiến thức để nhóm thực đề tài vƣợt qua ngày tháng khó khăn q trình thực đồ án Bên cạnh nhóm thực đề tài xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè hết lịng ủng hộ, giúp đỡ góp ý cho nhóm em suốt quà trình thực Mặc dù cố gắng nỗ lực nhiều, nhƣng kiến thức ỏi nhƣ thời gian nghiên cứu có hạn nên thành đạt đƣợc khơng tránh khỏi thiếu sót Do nhóm thực đề tài kính mong nhận đƣợc đóng góp, dạy quý thầy c để nhóm thực đề tài hồn thiện đồ án đƣợc tốt Nhóm thực đề tài xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Nhóm sinh viên thực VÕ TRƢỜNG MINH NGUYỄN ĐẠI PHÚC vii TÓM TẮT Ngày việc điều khiển tự động hệ thống xe vấn đề đƣợc nhà sản xuất xe quan tâm Nhằm giải vấn đề trên, hãng xe thử nghiệm chế tạo hệ thống mạng để giao tiếp xe Những xe đƣợc vào thử nghiệm hệ thống mạng giao tiếp đƣợc vài hệ thống điều khiển ch nh xe nhƣ hệ thống điều khiển động cơ, hệ thống điều khiển hộp sô tự động Tuy nhiên phát triển linh kiện điện tử theo thời gian góp phần giúp phát triển hệ thống mạng xe, chúng đƣợc cải tiến hoàn thiện với nhiều hệ thống giao tiếp hỗ trợ hơn, phát minh không nhắc đến trình phát hệ thống lái tự động Với ƣu điểm hệ thống mạng, tín hiệu th ng tin đƣợc giao tiếp hệ thống xe giúp xe đem lại cảm giác thoải mái hơn, an toàn cho ngƣời lái Ngoài giúp đáp ứng yêu cầu khắc khe nhà chức trách vấn đề bảo vệ m i trƣờng Các hệ thống điều khiển điều chỉnh lƣợng khí thải ảnh hƣởng đến m i trƣờng Nắm đƣợc xu thể phát triển cơng nghiệp tơ, nhóm chúng em định chọn đề tài "Nghiên cứu chế tạo mơ hình mô hệ thống CAN ô tô" để thực đồ án tốt nghiệp viii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xiv DANH MỤC CÁC HÌNH xv DANH MỤC CÁC BẢNG xxi Chƣơng 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 TÍCH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 1.3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 1.4 PHƢƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.4.1 Phƣơng pháp giải vấn đề 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.6 TẠI SAO PHẢI SỬ DỤNG MẠNG CAN 1.7 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG MẠNG CAN 1.7.1 Định nghĩa truyền thông 1.7.2 Định nghĩa CAN 1.7.3 CAN hoạt động nhƣ 1.7.4 CANopen 1.7.5 Tiêu chuẩn ISO 11898 CAN CHƢƠNG 2: CẤU TRÚC TIN NHẮN TRONG CAN 10 2.1 SỰ PHÂN XỬ TIN NHẮN (ARBITRATION) 10 2.2 CÁC KHUNG DỮ LIỆU 13 2.2.1 Khung liệu (Data frame) 13 2.2.2 Khung yêu cầu liệu (Remote) 18 2.2.3 Khung lỗi (Error) 19 2.2.4 Khung tải (Overload) 20 2.2.5 Khoảng phân cách khung (Interframe Space) 21 ix CHƢƠNG 3: TRUYỀN DỮ LIỆU CỦA CAN TRÊN Ô TÔ – BIT TIME 24 3.1 TRUYỀN DỮ LIỆU CỦA CAN 24 3.2 TRUYỀN THÔNG ĐỒNG BỘ 25 3.3 TRUYỀN THÔNG KHÔNG ĐỒNG BỘ 26 3.4 SỰ TÁI ĐỒNG BỘ 26 3.5 BIT-TIMING 28 3.5.1 Các phân đoạn thời gian CAN Bus 28 3.5.2 Sự truyền tín hiệu CAN Bus 29 3.5.3 Tỉ số tốc độ chiều dài Bus (Data – Rate/ Bus Length) 30 3.5.4 Chiều dài CAN Bus 31 3.6 MÃ HÓA BIT (BIT ENCODING) 31 3.6.1 Phƣơng pháp mã hóa kh ng trở (Non – Return – to – Zero) 31 3.6.2 Quy luật nhồi bit (Bit Stuffing) 32 3.6.3 Tỉ lệ bit liệu bit nhồi 32 3.6.4 Sự ƣớc lƣợng số bit nhồi 33 CHƢƠNG 4: CAN BUS VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ 34 4.1 SƠ LƢỢC VỀ CAN BUS 34 4.1.1 Tổng quan 34 4.1.2 Độ dài Bus 37 4.1.3 Tín hiệu CAN Bus 38 4.1.4 Đƣờng truyền công suất CAN Bus 39 4.1.5 Sự truyền tần số cao (tần số vô tuyền) CAN Bus 40 4.1.6 Sự truyền hồng ngoại CAN Bus (Infrared Transmission) 40 4.1.7 Các mức tín hiệu CAN Bus (ISO 11898-2) 41 4.1.8 Sự nhiễm điện từ CAN Bus (Electromagnetic Interference) 41 4.1.9 Bộ lặp (Repeater) 42 4.1.10 Cấu hình Can Bus 42 4.2 CƠ CHẾ GIAO TIẾP VÀ ĐẶC TÍNH CỦA BUS 43 4.2.1 Cơ chế giao tiếp 43 4.2.1.1 Sự truyền thông trạm Bus 43 x 4.2.1.2 CAN Bus gửi yêu cầu từ xa (CAN Bus Remote Request) 44 4.2.1.3 Nguyên tắc đa truy cập CAN Bus (Multimaster Principle) 45 4.2.1.4 Phƣơng pháp phân xử CAN Bus (Arbitration Method) 46 4.2.1.5 Hỗ trợ giao tiếp CAN 47 4.2.2 Đặc tính CAN Bus 47 4.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN CAN (CAN Controller) 49 4.3.1 Bộ điều khiển CAN độc lập 49 4.3.2 Bộ điều khiển CAN tích hợp (Integrated CAN Controller) 50 4.4 HỆ THỐNG XỬ LÝ (IMPLEMENTATION) 51 4.4.1 Module (Basic CAN) 51 4.4.2 Module CAN (Full CAN) 52 4.4.2.1 Bộ thu phát (Transceiver) 53 4.4.2.2 Chế độ ngủ (Sleep mode) 53 4.5 QUY TRÌNH TRUYỀN DỮ LIỆU 53 4.5.1 Truyền tải liệu 54 4.5.2 Nhận liệu 54 4.6 ĐẶC ĐIỂM CAN BUS 54 CHƢƠNG 5: XỬ LÝ LỖI CỦA HỆ THỐNG CAN 56 5.1 CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN 56 5.1.1 Phát lỗi ảnh hƣởng đến hệ thống từ nút 56 5.1.2 Chèn bit xóa chèn (Bit-Stuffing and De-Stuffing) 57 5.1.3 Sự thiếu hụt khoảng Hamming (Shortfall Hamming Distance) 57 5.1.4 Các trạng thái lỗi nút CAN 58 5.1.5 Hoãn truyền liệu (Suspend Passive Transmission) 59 5.1.6 Sự nhân đ i tin nhắn 60 5.1.7 Phân t ch đánh giá việc phát lỗi (Error–Detection Analysis) 60 5.2 PHÁT HIỆN LỖI VÀ BÁO LỖI 60 5.2.1 Các kiểu lỗi 60 5.2.2 Cơ sở lý thuyết việc phát lỗi 64 5.3 HẠN CHẾ LỖI (FAULT CONFINEMENT) 65 xi 5.3.1 Khung lỗi chủ động khung lỗi bị động 65 5.3.1.1 Khung lỗi chủ động (Active Error Frame) 66 5.3.1.2 Khung lỗi bị động (Passive Error Frame) 66 5.3.2 Các đếm lỗi 67 5.3.2.1 Bộ đếm lỗi truyền (Transmit Error Counter_TEC) 67 5.3.2.2 Bộ đếm lỗi nhận (Receive Error Counter_REC) 68 5.4 Các quy luật hạn chế lỗi 68 CHƢƠNG 6: ỨNG DỤNG CAN TRÊN XE VÀ TƢƠNG LAI CỦA CAN 71 6.1 YÊU CẦU GIAO TIẾP GIỮA CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN XE 71 6.2 ỨNG DỤNG CỦA CAN TRÊN XE Ô TÔ 71 6.2.1 CAN Bus truyền tín hiệu tốc độ xe 74 6.2.2 CAN Bus truyền tín hiệu tốc độ động 75 6.2.3 CAN Bus truyền tín hiệu báo hiệu 75 6.2.4 CAN Bus truyền tín hiệu gạt nƣớc 76 6.2.5 CAN Bus truyền tín hiệu kiểm sốt tải 76 6.3 ỨNG DỤNG KHÁC CỦA CAN BUS 77 6.4 HỆ THỐNG CAN BUS TRONG TƢƠNG LAI 78 CHƢƠNG 7: CHẨN ĐOÁN VÀ SỬA CHỮA CAN 80 7.1 KIỂM TRA VÀ CHẨN ĐOÁN CAN 80 7.1.1 Kiểm tra đƣờng dây CAN 80 7.1.2 Kiểm tra tín hiệu tin nhắn 80 7.1.3 Phân tích kiểm tra dạng sóng 89 7.1.4 Kiểm tra q trình chẩn đốn lỗi CAN 89 7.1.4.1 Kiểm tra kết nối đƣờng dây ch nh điện trở 89 7.1.4.2 Kiểm tra kết nối đƣờng dây chẩn đốn CAN 91 7.1.4.3 Kiểm tra ngắn mạch, kết nối đƣờng dây phụ chẩn đoán CAN 92 7.2 SỬA CHỮA HỆ THỐNG CAN 94 7.3 GIỚI THIỆU MÁY CHẨN ĐOÁN CAN TESTER 96 7.3.1 Ứng dụng 96 7.3.2 Khả tìm lỗi nhanh 96 xii 8.5.3 Code điều khiển hiển thị Combination Metter (ECU 3) 119 8.6 Thử nghiệm đánh giá m hình m hệ thống CAN tơ 121 8.6.1 CCS ECU (ECU 2) 121 8.6.2 Engine ECU (ECU 1) 122 8.6.3 Hệ thống hiển thị thông tin (ECU 3) 124 8.7 Đánh giá m hình m hệ thống CAN 125 CHƢƠNG 9: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN 126 9.1 KẾT LUẬN 126 9.2 ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 xiii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Giải thích CAN Controller Area Network ECU Electronic Control Unit ESP Electronic Stability Program ABS Anti-lock Braking System EPS Electric Power Steering BCM Body Control Module ECM Engine Control Module TCM Transmission Control Module IDE Identifier Extension DLC Data Length Code CCS Cruise Control System xiv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Xe sử dụng mạng giao tiếp Hình 1.2: Xe theo kiểu truyền thống Hình 1.3: Hệ thống liên kết dạng Hình 1.4: Hệ thống liên kết dạng bus Hình 1.5: Hệ thống liên kết dạng vòng Hình 1.6: Hệ thống liên kết dạng lƣới Hình 1.7: So sánh trạng thái trội lặn Hình 1.8: Phƣơng pháp nhồi bit Hình 1.9: Mức điện áp hệ thống CAN Hình 2.1: Sự chuyển đổi logic CAN 10 Hình 2.2: Sự ƣu tiên truyền liệu hệ thống thứ 11 Hình 2.3: Bộ thu phát CAN 11 Hình 2.4: Sự phân xử trạm Bus 12 Hình 2.5: Cơ chế phân xử ô tô 12 Hình 2.6: Khung liệu tiêu chuẩn 14 Hình 2.7: Vùng phân xử khung tiêu chuẩn khung mở rộng 15 Hình 2.8 Số byte liệu mã hóa thành chiều dài liệu (DCL) 15 Hình 2.9: Cấu trúc vùng điều khiển 16 Hình 2.10: Vùng liệu 16 Hình 2.11 Vùng điều khiển vòng lặp thừa 17 Hình 2.12 Vùng xác nhận 17 Hình 2.13: Vùng kết thúc 18 Hình 2.14: Khung yêu cầu liệu 18 Hình 2.15: Khung lỗi 19 Hình 2.16: Cấu trúc khung lỗi chủ động 19 Hình 2.17: Cờ lỗi chủ động 19 Hình 2.18: Cấu trúc khung lỗi bị động 20 Hình 2.19: Cờ lỗi bị động 20 Hình 2.20: Khung tải 20 xv Hình 8.22: Combination Metter 8.5 CÁC CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CỦA MƠ HÌNH 8.5.1 Code điều khiển Engine ECU (ECU 1) Hình 8.23: Khai báo liệu thiết chân điều khiển xung 114 Hình 8.24: Kích hoạt hệ thống giao tiếp Hình 8.25: Chƣơng trình điều khiển động 115 Hình 8.26: Chƣơng trình tính PID điều khiển tốc độ Hình 8.27: Kiểm tra nhận tin nhắn Bus 116 Hình 8.28: Tính tốn tốc độ, điều khiển động gửi tin nhắn Hình 8.29: Tin nhắn nhận đƣợc từ CCS ECU 117 8.5.2 Code điều khiển CCS ECU (ECU 2) Hình 8.30: Khai báo chân tín hiệu từ cơng tắc Hình 8.31: Thiết lập tín hiệu tốc độ gửi tin nhắn chứa liệu 118 Hình 8.32: Tin nhắn nhận đƣợc từ Engine ECU 8.5.3 Code điều khiển hiển thị Combination Metter (ECU 3) Hình 8.33: Thiệt lập nhận liệu từ Engine ECU CCS 119 Hình 8.34: Hiển thị liệu nhận đƣợc Hình 8.35: Tin nhắn nhận đƣợc từ Engine ECU CCS ECU 120 8.6 Thử nghiệm đánh giá m hình m hệ thống CAN tơ 8.6.1 CCS ECU (ECU 2) Hình 8.36: Tin nhắn CCS ECU nhận hệ thống bắt đầu hoạt động Hình 8.37: Tin nhắn CCS ECU có tín hiệu hủy CCS 121 Hình 8.38: Tin nhắn CCS hủy chế độ hủy thiết lại tốc độ mong muốn 8.6.2 Engine ECU (ECU 1) Hình 8.39: Tin nhắn ECU nhận đƣợc từ ECU 122 Hình 8.40: Tín hiệu xung tốc độ mong muốn từ ECU truyền qua ECU Hình 8.41: Tín hiệu xung động từ ECU truyền qua ECU 123 8.6.3 Hệ thống hiển thị thơng tin (ECU 3) Hình 8.42: Tin nhắn ECU nhận tín hiệu tốc độ động tốc độ mong muốn Hình 8.43: Tín hiệu ECU nhận đƣợc hủy CCS 124 Hinh 8.44: Đồ thị tốc độ thể ECU 8.7 Đánh giá m hình m hệ thống CAN  Thành cơng mơ hình - Mơ hình hệ thống CAN m thành cơng q trình truyền liệu hệ thống nhƣ hệ thống điều khiển động cơ, hệ thống hiển thị thông tin, hệ thống điểu khiển chạy tự động - M hình m thành công lý thuyết điều khiển hệ thống điều khiển tự động ô tô  Hạn chế mơ hình - Mơ hình mỏ đƣợc số chức hệ thống CCS Hệ thống CAN chƣa diễn tả hết toàn nguyên lí hệ thống CCS - Mơ hình sử dụng động DC 12v nên khả th ch ứng động cao Vì vậy, liệu thu đƣợc chƣa thể diễn tả xác thực tế - Module adruino can bus shield hổ trợ truyền nhận liệu nên mơ hình khơng thể mơ đầy đủ chức hệ thống CAN 125 CHƢƠNG 9: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN 9.1 KẾT LUẬN Hệ thống CAN hệ thống truyền th ng lý tƣởng phù hợp cho ứng dụng điều khiển theo thời gian thực Nó đáp ứng đƣợc lƣợng lớn liệu với độ tin cậy cao m i trƣờng hoạt động biến đổi liên tục Ngoài ra, CAN hệ thống truyền dựa vào mã định danh tin nhắn dựa vào địa nút Do đó, nút tiếp nhận liệu cần dựa vào mã định danh tin nhắn đƣờng truyền Bus Ngoài hệ thống CAN có khả xử lý lỗi Các nút bị lỗi tự động truyền lại tín nhắn bị lỗi Nếu nút bị lỗi ảnh hƣởng đến tồn hệ thống tách khỏi hệ thống Bus để tránh tình trạng làm sập mạng.Khả ngăn chặn lỗi, thêm vài nút hệ thống hoạt động mà không cần thay đổi phần cứng hay phần mềm hệ thống CAN Dựa vào tất ƣu điểm hệ thống CAN nên đƣợc áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nhƣ t , tự động hóa, hàng hải, nông nghiệp,… 9.2 ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - Sử dụng thuật toàn cải thiện giao tiếp hệ thống - Sử dụng lập trình arduino thiết kế thêm nhiều hệ thống điều khiển xe - Sử dụng hệ thống giao tiếp phát triển xe tự hành - Th ng qua module bluetooth, module wifi để thu nhập liệu xe 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Konrad Reif Ed, Automotive Mechatronics (Automotive Networking, Driving Stability Systems, Electronics) [2] Yong-shik Song, Body Network System Theory and Practice, Korea Polytechnics January 1, 2016 [3] Prof dr Johan J Lukkien and Dr ir Reinder J Bril, Vehicle networks System Architecture and Networking (SAN), Technische Universiteit Eindhoven University of Technology [4] Audi, Data Exchange On The CAN Bus I (Self-Study Programme 238) [5] Audi, Data transfer on CAN data bus II (Self-study programme 269) [6] https://en.wikipedia.org/wiki/CAN_bus [7] http://www.ti.com/lit/an/sloa101b/sloa101b.pdf [8] http://nguyenquanicd.blogspot.com/search/label/CAN?&max-results=5 [9] http://www.picvietnam.com/forum/showthread.php?t=1804 [10] https://www.youtube.com/watch?v=s74lrGd5xf4 127 S K L 0 ... thông qua hệ thống mạng ô tô 1.3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Tìm hiều Arduino, module hỗ trợ giao tiếp CAN- BUS Shield - Tìm hiểu hình thành phát triển hệ thống CAN ô tô - Trên sở lý thuyết, nghiên cứu. .. Bosch CAN đời đáp ứng nhiều vần đề cho hệ thống ô tô CAN hệ thống mạng hai dây (CAN- L CAN- H), nửa kép tốc độ cao, độ tin cậy vƣợt trội hẳn so với công nghệ nối tiếp th ng thƣờng Và nhờ CAN hệ thống. .. tiếp CAN - Ứng dụng Arduino để thiết kế mô hệ thống CAN - Ứng dụng module CAN BUS Shield để giả lập giao tiếp hệ thống điều khiển 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết hệ thống CAN -