Nghiên cứu và chế tạo mô hình mô phỏng hệ thống CAN trên ô tô

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ m n Điện Tử T TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Võ Trƣờng Minh MSSV: 14145167 Nguyễn Đại Phúc MSSV: 14145198 Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật t Mã ngành đào tạo: Hệ đào tạo: Đại học ch nh quy Mã hệ đào tạo: Khóa: 2014 – 2018 Lớp: 141451B Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo mơ hình mơ hệ thống CAN ô tô Nhiệm vụ đề tài: - Nghiên cứu tìm hiểu lý thuyết CAN - Chế tạo mơ hình mơ CAN Sản phẩm đề tài: - Mơ hình mơ CAN Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 26/3/2018 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 23/7/2018 TRƢỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN i TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ m n Điện Tử T PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Võ Trƣờng Minh MSSV:14145167 Hội đồng: Họ tên sinh viên: Nguyễn Đại Phúc MSSV:14145198 Hội đồng: Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo mơ hình mơ hệ thống CAN tô Ngành đào tạo: C ng nghệ kỹ thuật t Họ tên GV hƣớng dẫn: Võ Xuân Thành Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) Nhận xét kết thực ĐATN (khơng đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: ii 2.4 Những tồn (nếu có): Đánh giá: TT Điểm tối đa Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN 30 Đ ng ormat với đ y đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, hoa học hội Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành ph n, quy trình đáp ứng yêu c u đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, ph n mềm chuyên ngành Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Điểm đạt đƣợc Kết luận:  Đƣợc phép bảo vệ  Kh ng đƣợc phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2018 Giảng viên hƣớng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) iii TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ m n Điện Tử T PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: Võ Trƣờng Minh MSSV:14145167 Hội đồng: Họ tên sinh viên: Nguyễn Đại Phúc MSSV:14145198 Hội đồng: Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo mơ hình mơ hệ thống CAN ô tô Ngành đào tạo: C ng nghệ kỹ thuật t Họ tên GV phản biện: Nguyễn Trọng Thức Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Những thiếu sót tồn ĐATN: Câu hỏi: iv Đánh giá: TT Điểm tối đa Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN 30 Đ ng ormat với đ y đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, hoa học hội Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành ph n, quy trình đáp ứng yêu c u đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, ph n mềm chuyên ngành Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Điểm đạt đƣợc Kết luận:  Đƣợc phép bảo vệ  Kh ng đƣợc phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2018 Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên) v TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ m n Điện Tử T XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo mơ hình mơ hệ thống CAN tơ Họ tên sinh viên: Võ Trƣờng Minh MSSV: 14145167 Nguyễn Đại Phúc MSSV: 14145198 Ngành: C ng nghệ Kỹ thuật t Sau tiếp thu điều chỉnh theo góp ý Giảng viên hƣớng dẫn, Giảng viên phản biện thành viên Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp đƣợc hoàn chỉnh theo yêu cầu nội dung hình thức Chủ tịch Hội đồng: Giảng viên hƣớng dẫn: _ Giảng viên phản biện: Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2018 vi LỜI CẢM ƠN Nhóm thực đề tài xin chân thành cảm ơn q 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 hồn 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 q 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 khơng thể khơng nhắc đến q 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 Ngồi 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 công nghiệp ô tô, nhóm chúng em định chọn đề tài "Nghiên cứu chế tạo mơ hình mơ 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 NGỒI 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 Hình 8.20: Engine ECU Hình 8.21: CCS ECU 113 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 tơ  Hạn chế mơ hình - Mơ hình mỏ đƣợc số chức hệ thống CCS Hệ thống CAN chƣa diễn tả hết tồn ngun 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 mô 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 toàn 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, nơng 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 ... 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 -... ABS, hệ thống túi kh để an toàn xe gặp tai nạn, hệ thống cửa chống trộm, hệ thống cân điện tử, hệ thống hỗ trợ đậu xe, hệ thống thông báo áp suất lốp, hệ thống điều chỉnh ga tự động,… Các hệ thống