Trang 12 TÓM TẮT Đề tài: : Nghiên cứu hệ thống mạng CAN trên Ford Everest 2020 và Mô phỏng mạng CAN trên MATLAB/SIMULINK Với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô hiện đại, cũng như n
TỔNG QUAN GIỚI THIỆU
Lý do thực hiện đề tài
Từ hơn một thập kỷ nay, mạng truyền thông đã trở nên không thể thiếu được trong các hệ thống điều khiển và giám sát hiện đại Mạng truyền thông giao thức CAN không phải là một lĩnh vực kỹ thuật hoàn toàn mới mà thực chất là các công nghệ được kế thừa, chắt lọc và phát triển từ kỹ thuật truyền thống cho phù hợp với các yêu cầu trong nền công nghệ ô tô Song, thực tế người vận hành thường gặp phải hàng loạt các vấn đề trong việc tìm kiếm nguồn tham khảo đáng tin cậy, chuyên sâu và đầy đủ như cách thức hoạt động cụ thể của một mạng CAN, các chuẩn khi giao tiếp, ứng dụng khác nhau trong xe Và trên ô tô ngày nay đều sử dụng hệ thống giao tiếp là mạng CAN Nhưng hiện nay các mô hình về hệ thống mạng CAN để phục vụ cho mục đích học tập và nghiên cứu còn hạn chế.
Mục tiêu của đề tài
- Hiểu và nắm vững kiến thức lý thuyết về giao thức CAN
- Hiểu được hệ thống mạng CAN sử dụng trên dòng xe FORD ứng với từng mô đun cụ thể
- Nắm được những trường hợp dung sai bị lỗi trên CAN của FORD
- Tìm kiếm và phân tích sơ đồ mạch CAN trên xe cụ thể (Ford Everest)
- Hoàn thiện thiết kế hệ thống CAN trên trình mô phỏng MATLAB.
Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của giao thức CAN, nghiên cứu về giao thức CAN được áp dụng trên dòng xe Everest của Ford.
Phương pháp nghiên cứu
Tham khảo tài liệu: thông qua tài liệu những quyển sách ô tô, dịch tài liệu nước ngoài, internet, youtube,
Tổng hợp tài liệu, phân tích tài liêu, thực hiện nghiên cứu và mô phỏng.
Giới hạn đề tài
- Điều kiện và thời gian thực hiện đề tài không nhiều nên người thực hiện chưa thể khai thác hoàn toàn tất cả những ứng dụng và hình ảnh của CAN trên Xe thực tế
Thiết kế giao diện mô phỏng còn đơn giản.
Nội dung thực hiện
- Các giao thức giao tiếp dùng trên ô tô
- Lý thuyết về truyền nhận mạng CAN
- Tổng quan về mạng CAN trên dòng xe FORD
- Tìm hiểu chi tiết mạch điện CAN trên FORD Everest và đo xung CAN thực tế trên xe.
- Thiết kế hệ thống mạng CAN trên trình mô phỏng MATLAB.
Bố cục của đồ án
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết
- Chương 3: CAN bus trên dòng Ford Everest
- Chương 4: Ứng dụng Matlab để mô phỏng mạng CAN
- Chương 5: Kết luận và định hướng phát triển đề tài
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về mạng giao tiếp trên ô tô
2.1.1 Mạng giao tiếp trên ô tô
Mạng giao tiếp trên ô tô là một phần không thể thiếu trên những chiếc xe ô tô hiện đại ngày nay
Mạng giao tiếp trên ô tô nói riêng và mạng giao tiếp trên các phương tiện giao thông nói chung (Vehicle Bus) là một hệ thống các hộp điều khiển trên cùng một xe (các loại như ECM, TCM, BCM, ABS…) Khi hoạt động, chúng có thể giao tiếp trao đổi thông tin qua lại với nhau mà không cần phải tăng thêm số lượng dây dẫn để đáp ứng nhu cầu đó Để tối ưu cho việc điều khiển và hạn chế dây dẫn, tất cả các phương tiện từ ô tô con, xe tải, đầu kéo, máy công trình, máy bay, xe quân sự, thậm chí cả xe máy cũng đều sử dụng mạng giao tiếp
2.1.2 Tầm quan trọng của mạng giao tiếp trên ô tô
Từ đầu năm 1970, hệ thống điều khiển điện tử trên xe bắt đầu phát triển, khi ứng dụng lần đầu tiên vào hệ thống đánh lửa điều khiển bằng IC Đến đầu những năm 1980, thì hộp ECM xuất hiện là hộp điều khiển động cơ Ở thời kì đầu, khi mà có quá ít hộp điều khiển và thông thường chỉ có hộp động cơ hoặc nhiều hơn là hộp điều khiển hộp số và ABS, thì các hộp được đấu nối trực tiếp với nhau từng điểm một
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của công nghệ ô tô, một chiếc xe châu Âu bình thường trung bình có khoảng 30 hộp điều khiển khác nhau chưa kể đến một chiếc xe sang thì con số hộp điều khiển có thể lên đến hàng trăm hộp Và tất cả các hộp này được kết nối với nhau để lấy tín hiệu của nhau
Nếu như vẫn sử dụng kiểu kết nối truyền thống bằng dây điện thông thường từng điểm một với nhau theo kiểu từng điểm một thì đường dây của một chiếc xe sẽ rất phức tạp, có thể cabin xe sẽ thu lại rất nhỏ chừa không gian cho dây điện hoặc kích thước của xe sẽ tăng lên rất nhiều mới có thể chứa đầy tất cả dây điện
Với sự ra đời của các hệ thống điều khiển điện tử này đã làm giảm số lượng dây điện trên ô tô xuống tới mức tối đa, làm giảm chi phí sản xuất, tối ưu hóa không gian cho
4 xe, tăng độ chính xác cho những khâu xử lý và đặc biệt rất ít lỗi trên hệ thống so với hệ thống thông thường không sử dụng hệ thống điều khiển điện tử
Mạng là trạng thái một số phương tiện được kết nối với nhau Giả sử rằng phương tiện này là một máy tính Sau đó, mạng máy tính được tạo ra là một môi trường trong đó nhiều máy tính được kết nối để chia sẻ thông tin Mạng máy tính là một môi trường trong đó các máy tính "nói chuyện" với nhau, chúng ta gọi quá trình này là "giao tiếp".Giao tiếp yêu cầu một quy tắc nhất định, và quy tắc này được gọi là giao thức
Khi nhu cầu về an toàn, tiện lợi và độ chính xác cao, đòi hỏi phải có một sự liên kết giữa tất cả các hộp điều khiển lại với nhau để có thể trao đổi thông tin giữa các hộp điều khiển nhanh chóng, kịp thời và chính xác Và mạng giao tiếp ô tô ngày nay là giải pháp tối ưu để giải quyết các vấn đề trên
2.1.3 Mạng truyền thông trên ô tô
2.1.3.1 Khái niệm mạng truyền thông
Mạng truyền thông ra đời là quá trình tổng hợp từ các tiến bộ trong kỹ thuật máy tính, kỹ thuật thông tin Mạng truyền thông công nghiệp nói chung và mạng truyền thông trong ngành công nghiệp ô tô nói riêng là một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để nối các thiết bị công nghiệp, các thiết bị trong một hoặc nhiều hệ thống lại với nhau
Thiết lập được hệ thống đơn giản hóa: Cho phép tham gia và kiểm soát hiệu quả nhiều chức năng kiểm soát Mạng truyền thông thực chất là một dạng đặc biệt của máy tính, so sánh với mạng máy tính thông thường có những điểm như sau:
- Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của cả hai
- Yêu cầu về tính thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích trong ô tô cao hơn so với mạng máy tính thông thường, trong khi đó mạng máy tính đòi hỏi tính bảo mật cao
- Mạng máy tính sử dụng trên ô tô được xem là một phần trong mô hình phân cấp công nghiệp
- Mạng máy tính có phạm vi trải rộng khác nhau
- Sự khác nhau trong phạm vi ứng dụng dẫn đến sự khác nhau trong các yêu cầu về kỹ thuật cũng như trong kinh tế Mạng truyền thông giảm được trọng lượng và tăng độ tin cậy cho hệ thống
2.1.3.2 Đặc điểm của mạng truyền thông trên ô tô
Mạng truyền thông ứng dụng trong ô tô có phạm vi áp dụng, tốc độ và giao thức hoạt động khác nhau tùy thuộc vào loại mạng truyền thông và các yếu tố này phải được áp dụng một cách thích hợp để đạt được hiệu suất tối ưu
Nếu mạng truyền thông trên xe được cấu hình hoàn toàn bằng mạng truyền thông tốc độ cao (CAN, ), thì các bộ điều khiển có truyền dữ liệu nhỏ và không yêu cầu tốc độ cao (gạt nước, khóa cửa, v.v.) không thể tận dụng hết khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao Ngược lại, nếu mạng truyền thông trên xe được cấu hình hoàn toàn bằng mạng truyền thông tốc độ thấp (B-CAN, ), thì triệu chứng nghẽn cổ chai có thể xảy ra trong quá trình truyền dữ liệu cho bộ điều khiển cho động cơ và đường truyền, đòi hỏi khối lượng lớn truyền dữ liệu trong thời gian gần thực- thời gian Điều này sẽ làm giảm hiệu suất và giảm độ an toàn của ổ đĩa Ngay cả khi toàn bộ mạng được cấu hình với tốc độ truyền thích hợp, nếu có trên 60 bộ điều khiển được cấu hình trong một mạng duy nhất, thì sẽ xảy ra quá tải khối lượng dữ liệu và có thể gây ra lỗi đường truyền
Mạng thông tin liên lạc ứng dụng trong ô tô ngày nay nói chung được phát triển với
Nhóm 1: CAN tốc độ cao (C-CAN) cho SRS ECU, nhận tín hiệu nhanh từ các bộ điều khiển liên quan đến an toàn như cảm biến động cơ, truyền động và ESC
Tổng quan về mạng CAN
2.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển
Tổng các bộ điều khiển phải phát hiện đồng thời kích hoạt các cảm biến và cơ cấu chấp hành cần phải tăng lên để có thể thực hiện các hoạt động điều khiển khác nhau trên xe thông qua mạng liên lạc CAN là một giao thức giao tiếp, hỗ trợ mạnh cho những hệ thống điều khiển theo thời gian thực với độ ổn định, bảo mật và khả năng chống nhiễu cực kì tốt
CAN được Bosch GmbH phát triển từ năm 1983, sau đó đã chính thức ra mắt vào năm 1986 và được công nhận bởi SAE hiệp hội các kĩ sư ô tô Mỹ, có trụ sở đặt tại Detroit Michigan
Vào những năm đầu tiên sau khi ra mắt, Intel và Philips là 02 nhà sản xuất đầu tiên sản xuất chip xử lý cho CAN (1987) và Mercedes-Benz W140 là chiếc ô tô thương mại đầu tiên được trang bị CAN Ngày nay, gần như toàn bộ các dòng ô tô hiện đại đều có hỗ trợ CAN và hầu như tất các các nhà sản xuất chip lớn trên thế giới đều sản xuất ra các dòng chip có tích hợp CAN như Siemens, Motorola, NEO, Infineon, Mitsubishi, TI…
Ngoài nền công nghiệp ô tô, CAN còn được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp tự động hóa, đóng tàu, tàu ngầm, nông nghiệp, y khoa nhờ vào các ưu điểm về độ tin cậy của mình
Từ lúc giới thiệu lần đầu đến hiện tại, Bosch đã cho ra rất nhiều phiên bản khác nhau cho CAN, nhưng đại ý có thể tóm lại đơn giản như sau:
+ CAN 2.0 A : CAN tiêu chuẩn sử dụng 11-bit ID
+ CAN 2.0 B tiêu chuẩn: CAN tiêu chuẩn sử dụng 11-bit ID
+ CAN 2.0 B mở rộng: CAN mở rộng sử dụng 29-bit ID
Vào năm 1993, hiệp hội ISO đã phát hành tài liệu tiêu chuẩn hóa cho CAN thông qua ISO 11898 (Cần lưu ý rằng tiêu chuẩn của ISO không phải là toàn bộ các đặc tính của CAN mà Bosch qui định)
- ISO 11898-1: CAN lớp liên kết – dữ liệu_ CAN tốc độ cao
- ISO 11898-2: CAN lớp vật lý_ CAN tốc độ cao
- ISO 11898-3: CAN lớp vật lý_ CAN tốc độ thấp
- Theo sau ISO 11898, còn rất nhiều phiên bản khác nhằm tiêu chuẩn hóa CAN tính đến thời điểm hiện tại
2.2.2 Đặc điểm của mạng CAN trên ô tô
Bus CAN là bus vi sai gồm Dây cáp gồm hai dây riêng biệt được gọi là CAN-H (CAN High) và CAN-L (CAN Low) Tùy vào mỗi ứng dụng mà hai dây này có thể là dây xoắn kép hay cáp quang Ngoài ra, dây cáp còn có vỏ bọc chống nhiễu, vỏ được nối đến một điện áp tham khảo hoặc GND CAN-H có điện áp cao, thường là 0V khi bus không truyền, nhận dữ liệu CAN-L có điện áp thấp, thường là +5V khi bus không truyền, nhận dữ liệu Bus CAN là bus vi sai, khi dữ liệu được truyền trên bus, điện áp trên CAN-H và CAN-L sẽ thay đổi, mức logic 0/1 sẽ được xác định căn cứ trên sự chênh lệch (sai lệch) điện áp giữa CAN-H và CAN-L
Hình 2.1 Dây cáp của mạng CAN Điện trở đầu cuối của đường dây là 120Ω Ưu điểm của mạng CAN Đơn giản, chi phí thấp: Bus CAN chỉ có 2 dây giúp kết nối các module điều khiển với nhau dễ dàng hơn khi so sánh với cách làm truyền thống Việc này giúp cho việc lắp đặt, sửa chữa, bảo trì hệ thống khi có sự cố một cách dễ dàng
Tạo ra một giao thức chung để nhiều nhà cung cấp khác nhau có thể phát triển các module điều khiển tương thích với nhau
Tính ưu tiên của thông điệp (Prioritization of messages): mỗi thông điệp được truyền từ một nút (node) hay trạm (station) trên bus CAN đều có mức ưu tiên Khi nhiều thông điệp được truyền ra bus cùng một lúc thì thông điệp nào có mức ưu tiên cao nhất sẽ được truyền đi; Các thông điệp có mức ưu tiên thấp hơn sẽ được truyền khi các lệnh ưu tiên được thực hiện Việc xác định mức ưu tiên của thông điệp dựa trên các quy định trong chuẩn ISO11898
Cấu hình linh hoạt: cho phép thiết lập cấu hình bao gồm thời gian bit, thời gian đồng bộ, độ dài dữ liệu truyền, dữ liệu nhận
Nhận dữ liệu đa điểm với sự đồng bộ thời gian: một thông điệp có thể được nhận bởi nhiều node khác nhau trong bus cùng lúc Tất cả các node trên bus đều có thể thấy thông điệp đang truyền trên bus, tùy vào cấu hình ở mỗi node mà node sẽ quyết định có chấp nhận thông điệp này hay không
Nhiều master (Multimaster ): có thể quản lí từ nhiều nguồn
Phát hiện và báo lỗi: Mỗi thông điệp có kèm theo mã CRC (Cyclcic Redundancy Code) để thực hiện kiểm tra lỗi Nếu lỗi xuất hiện, node nhận sẽ bỏ qua thông điệp lỗi và truyền khung báo lỗi (error frame) lên bus CAN Mỗi node trong bus có một bộ đếm quản lý lỗi truyền nhận riêng để xác định trạng thái lỗi của chính nó Nếu lỗi xuất hiện quá nhiều, một node có thể tự động ngắt khỏi bus Ngoài ra còn một số dạng lỗi khác có thể được phát hiện với chuẩn CAN
Tự động truyền lại các thông điệp bị lỗi khi bus rảnh Một thông điệp được truyền ra bus nếu bị lỗi thì sẽ không mất đi mà node truyền thông này sẽ giữ nó lại và tự động phát lại thông điệp này khi bus rảnh cho đến khi thành công Điều này giúp đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu trong bus
2.2.2.2 Một số khái niệm trên CAN
Là thành phần kết nối đến CAN bus thông qua 2 dây CAN-H và CAN-L có thể xử lý truyền nhận dữ liệu trên bus CAN Một node là bo mạch hay một module có hệ thống xử lý cơ bản, thường có 3 thành phần là vi điều khiển MCU, chip điều khiển CAN (CAN controller) và chip thu-phát (CAN transceiver) Mạng CAN gồm nhiều node, mỗi node có thể giao tiếp với bất kì node nào khác trong mạng CAN nhờ việc truyền đi và nhận các gói dữ liệu gọi là message Một node có thể nhận nhiều loại message
Hình 2.2 Minh họa một mạng CAN với các node
Mỗi một Node CAN yêu cầu phải có một “vi điều khiển” (microcontroller –MCU) kết nối với một “bộ điều khiển CAN” (CAN – controller) Bộ điều khiển CAN sẽ được kết nối với “bộ chuyển đổi CAN”, hay bộ truyền-nhận hoặc bộ thu-phát (CAN-Transceiver) thông qua một đường ra dữ liệu nối tiếp (Tx) và một đường vào dữ liệu nối tiếp (Rx) Đường Vref là điện áp tham chiếu cung cấp một mức điện áp danh định bằng: Vref= 0.5 ×
Hình 2.3.Minh họa một Node gồm bo mạch thực thị giao thức CAN, bo MCU, bo nút nhấn và bo LED
Microcontroller MCU chuyên thực hiện chức năng chính, cũng là điều khiển chính của một Node Thực hiện cấu hình các hoạt động cho CAN controller, phân phối dữ liệu cần truyền đến CAN controller, lấy dữ liệu nhận từ CAN controller để sử dụng cho hoạt động của Node
CAN BUS của FORD
Tổng quan các mô đun CAN bus Ford
Hình 3.1 Sơ đồ khối bus CAN trên FORD
Bảng 3.1 Các Mô đun trong sơ đồ khối CAN bus Ford
15 DCDC (Mô đun chất lượng điện áp)
Sơ đồ mạng Mô đun
Bảng 3.2 Sơ đồ mạng Mô đun
Tên Mô đun Loại mạng Mô đun ngắt
ABS Mô đun HS-CAN2 Không
Mô đun điều khiển bộ chuyển đổi(VQM) DC/DC HS-CAN1 Không
FCDIM(Nếu được trang bị) HS-CAN3 Không
IPMA(Nếu được trang bị) HS-CAN2 Không
PAM(Nếu được trang bị)(Tích hợp với BCM) HS-CAN1 Không
TRM(Nếu được trang bị) MS-CAN Không
CAN sử dụng đầu cuối mạng để cải thiện độ tin cậy giao tiếp Mô đun đầu cuối được đặt ở cả 2 đầu của mạng Do thông báo mạng được phát ra dưới dạng tín hiệu điện thế, tín hiệu điện thế mạng được ổn định bởi điện trở đầu cuối
Mỗi mô đun đầu cuối có điện trở 120 ôm trong nối qua kết nối bus âm và dương
Có hai điện trở 120 ôm đặt trong cấu hình mạch song song, trở kháng mạng tổng hoặc điện trở tổng là 60 ôm Đầu cuối mạng cải thiện độ tin cậy của thông báo buýt bằng cách làm ổn định điện áp buýt và loại bỏ nhiễu điện
3.1.2 Bộ điều khiển cổng kết nối GWM(Gateway Module)
GHI CHÚ: GWM giao tiếp với 4 hoặc 5 mạng vùng điều khiển (CAN) (tùy chọn)
OBD DLC được kết nối với GWM và là giao diện trực tiếp với công cụ quét
GWM được lắp phía sau tấm ốp của tấm đỡ nang đầu gối bên người lái phía dưới cụm đồng hồ bên người lái Đầu nối DLC được trang bị GWM Để có quyền truy cập công cụ quét chẩn đoán trên xe RHD , một DLC từ xa được lắp bên dưới cụm đồng hồ bên người lái, với bộ dây kết nối DLC với GWM GWM đóng vai trò như một cổng trung tâm để hiểu các thông báo trên tất cả 4 hoặc 5 mạng vùng điều khiển (CAN) của xe GWM là mô đun duy nhất trên xe có chức năng này GWM cũng đóng vai trò như mô đun đầu cuối cho từng mạng mà nó kết nối
2 mạng giao tiếp mô đun được kết nối với DLC là HS-CAN1 (DIAG 1) và HS-CAN2 (DIAG 2) 2 mạng này giao tiếp trực tiếp với công cụ quét chẩn đoán 2 hoặc 3 mạng giao tiếp khác (tùy chọn), giao tiếp trên mạng, nhưng không giao tiếp trực tiếp với công cụ quét chẩn đoán GWM diễn giải thông báo từ HS-CAN3 , HS-CAN4 (nếu được trang bị) và MS-CAN đến HS-CAN2 (DIAG 2), truyền tín hiệu đến công cụ quét chẩn đoán
Theo hình trên ta có các bộ phận như sau
Bảng 3.3 Các bộ phận trên hình 3.2
4 Bộ thu phát HS-CAN2
5 Bộ thu phát HS-CAN1
3.1.3 CAN tốc độ cao HS-CAN1, HS-CAN2 trên xe FORD
HS-CAN1 và HS-CAN2 hoạt động ở tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 500 Kbps và được thiết kế để điều khiển và truyền thông tin tính năng cho người lái và truyền lực thời
50 gian thực Mô đun trên HS-CAN1 và HS-CAN2 giao tiếp sử dụng thông báo được truyền qua bus HS-CAN sử dụng cáp đôi xoắn không có vỏ bảo vệ, các mạch bus dữ liệu (+) và bus dữ liệu (-) Ngoài giao tiếp với công cụ quét, HS-CAN còn cho phép chia sẻ thông tin giữa tất cả mô đun trên mỗi HS-CAN
Với việc thêm nhiều mô đun hơn, lưu lượng mạng đã tăng lên Điều này dẫn đến cần có HS-CAN bổ sung để quản lý dữ liệu bus tăng lên được truyền trên mỗi mạng
GWM diễn giải thông báo chẩn đoán từ mạng Diag1 đến HS-CAN1 và ngược lại, cho phép giao tiếp giữa các mô đun trên HS-CAN1 và công cụ quét chẩn đoán GWM diễn giải thông báo chẩn đoán từ mạng Diag2 đến HS-CAN2 và ngược lại, cho phép giao tiếp giữa các mô đun trên HS-CAN2 và công cụ quét chẩn đoán
3.1.4 Mạng vùng điều khiển tốc độ cao 3 (HS-CAN3, HS-CAN4)
HS-CAN3 và HS-CAN4 (nếu được trang bị) hoạt động ở tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 500 Kbps và được thiết kế để điều khiển và truyền âm thanh, đa phương tiện và thông tin người lái theo thời gian thực Các mô đun trên HS-CAN3 giao tiếp bằng các thông báo được truyền qua bus HS-CAN3 sử dụng cáp đôi xoắn không có vỏ bảo vệ, các mạch bus dữ liệu (+) và bus dữ liệu (-), đồng thời cho phép chia sẻ thông tin giữa tất cả các mô đun trên mạng
GWM được sử dụng làm cổng nối để truyền thông báo giữa công cụ quét và các mô đun trên HS-CAN3 và các mô đun trên HS-CAN4 (nếu được trang bị)
GWM diễn giải thông báo chẩn đoán từ HS-CAN2 (DIAG 2) đến HS-CAN3 và HS- CAN4 (nếu được trang bị) và ngược lại, cho phép giao tiếp giữa các mô đun trên HS-CAN3 và HS-CAN4 (nếu được trang bị) và công cụ quét
3.1.5 Mạng vùng điều khiển tốc độ trung bình (MS-CAN)
MS-CAN hoạt động ở tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 125 Kbps và được thiết kế để truyền thông tin chung Mô đun trên MS-CAN giao tiếp bằng thông báo được truyền qua bus MS-CAN sử dụng cáp đôi xoắn không có vỏ bảo vệ, các mạch bus dữ liệu (+) và bus dữ liệu (-) Ngoài giao tiếp với công cụ quét, MS-CAN còn cho phép chia sẻ thông tin giữa tất cả mô đun trên mạng
GWM được sử dụng làm cổng nối để truyền thông báo giữa công cụ quét và các mô đun trên MS-CAN
GWM dịch thông báo chẩn đoán từ HS-CAN2 (DIAG 2) đến MS-CAN và ngược lại, cho phép giao tiếp giữa các mô đun trên MS-CAN và công cụ quét.
Dung sai lỗi mạng vùng điều khiển (CAN) trên Ford
GHI CHÚ: Trong hình minh họa là IDS , Hệ thống truy xuất chẩn đoán của Ford (FDRS) cũng tương tự
GHI CHÚ: Vệt máy hiện sóng được hiển thị từ máy hiện sóng IDS được chụp sử dụng IDS cấu hình trước thiết lập CAN Vệt cho cả dữ liệu (+) và dữ liệu (-) được chụp đồng thời (2-kênh) ở cùng tốc độ mẫu 1 triệu mẫu mỗi giây (1MS/s) hoặc lớn hơn
3.2.1 Hoạt động bình thường của dung sai lỗi
Hình 3.3 Đồ thị hoạt động bình thường của mạch CAN
Mỗi mạch dữ liệu (+) và dữ liệu (-) được điều chỉnh xấp xỉ 2,5 vôn khi lưu lượng mạng nghỉ hoặc trung bình Khi gửi thông báo trên mạng dữ liệu (+), điện thế tăng xấp xỉ 1,0 vôn Ngược lại khi gửi thông báo mạch dữ liệu (-) giảm xấp xỉ 1,0 Vôn
Giao tiếp thành công của thông báo thường được xác định bởi sống nhọn nhẹ khi kết thúc truyền thông báo Bất kỳ tín hiệu khác đáng kể với sóng CAN bình thường có thể khiến mã chẩn đoán hư hỏng (DTC) mạng (mã U) thiết lập hoặc mất mạng hoàn toàn
3.2.2 Hiện tượng ngắn mạch cùng nhau của mạch CAN
Hình 3.4 Đồ thị mạch CAN có hiện tượng ngắn mạch
Trong trường hợp ngắn mạch cùng nhau của mạch dữ liệu (+) và (-), tín hiệu tại điện thế đáy ( 2,5V) liên tiếp và mất tất cả khả năng giao tiếp
3.2.3 Hiện tượng ngắn mạch chạm đất của mạch CAN(+)
Hình 3.5 Đồ thị mạch CAN (+) ngắn mạch chạm đất
Trong trường hợp ngắn mạch chạm đất của mạch dữ liệu (+), cả dữ liệu (+) và dữ liệu (-) bị kéo xuống thấp (0V) và mất tất cả khả năng giao tiếp
3.2.4 Hiện tượng ngắn mạch chạm đất của mạch CAN(-)
Hình 3.6 Đồ thị mạch CAN(-) ngắn mạch chạm đất
Trong trường hợp ngắn mạch chạm đất của mạch dữ liệu (-), khi giao tiếp mạch dữ liệu (-) bị kéo xuống thấp (0V) thay vì điện thế đáy bình thường (2,5V) Giao tiếp có thể thực hiện được nhưng ở mức độ thấp
3.2.5 Hiện tượng ngắn mạch nguồn Ắc quy của mạch CAN(-)
Hình 3.7 Đồ thị mạch CAN(-) ngắn mạch nguồn Ắc quy
Trong trường hợp ngắn mạch nguồn Ắc quy của mạch Can (-), cả dữ liệu (+) và dữ liệu (-) bị kéo lên cao (12V) và mất tất cả khả năng giao tiếp
3.2.6 Hiện tượng ngắn mạch nguồn Ắc quy của mạch CAN (+)
Hình 3.8 Đồ thị mạch CAN(+) ngắn mạch nguồn Ắc quy
Trong trường hợp ngắn mạch nguồn Ắc quy của mạch dữ liệu(+), khi giao tiếp mạch dữ liệu dương bị kéo lên cao (12V), mạch dữ liệu (-) tụt xuống mực điện thế cao bất thường (5V) và đạt đến điện thế đỉnh 12(V) của điện thế Ắc quy Có thể giao tiếp nhưng ở mức độ thấp
3.2.7 Hỏng mạch tín hiệu CAN
Hình 3.9 Đồ thị CAN hỏng mạch tín hiệu
Giao động nhịp nhàng, sóng nhọn cảm ứng hoặc CAN nhiễu ngẫu nhiên có thể làm hỏng giao tiếp mạng Nguồn tín hiệu hỏng có thể bên ngoài CAN nhiễu điện chẳng hạn như mô tơ hoặc cuộn solenoid hoặc CAN nhiễu bên trong tạo ra từ mô đun trong mạng Trong một số trường hợp, có hở mạch trong mạch dữ liệu(+) hoặc mạch (-) với mô đun mạng có thể khiến mô đun phát ra CAN nhiễu trong một mạch vẫn được kết nối Vệt được hiển thị là ví dụ về hình “răng cưa” được truyền từ mô đun có một mạch hở
Có thể xuất hiện những hư hỏng khác khi mô đun bật và ngắt không liên tục Mô đun bật có thể giao tiếp ra khỏi đồng bộ hóa với mô đun khác trong mạng khiến mất giao tiếp tạm thời
Sơ đồ mạch chi tiết của CAN trên dòng xe FORD Everest
Hình 3.10 Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (1)
Có: Mô đun cổng kết nối máy chẩn đoán (SDLC) chính là GATEWAY MODULE
Các mạch từ Gateway sang DLC không được gọi là HS1 hay HS2 mà được thay bằng DIAG1 và DAG2 điều này là do HS1 và HS2 không trực tiếp giao tiếp với công cụ quét chẩn đoán trên hệ thống này Gateway mô đun chỉ thực sự chuyển thông tin từ HS1 và HS2 sang DLC, trong đó HS2 chứa thông tin từ MS, HS3 và HS4(Do GWM đã diễn giải)
Hình 3.11 Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (2)
Cổng kết nối liên kết dữ liệu (Data Link Connector – DLC) là cổng kết nối chẩn đoán trên ô tô, xe tải, xe máy, Được sử dụng để kết nối máy chẩn đoán với module điều khiển trên ô tô và xuất các mã lỗi cũng như các thống số dữ liệu của xe
Qua sơ đồ ta có thể thấy được DLC đã nhận được thông tin từ GWM ( thông qua các dây HS CAN)
Hình 3.12 Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (3) Đối với phiên bản lái xe bên tay trái Hình trên cho ta thấy mạch CAN tốc độ cao
HS1(500kpbs) truyền thông với các Mô đun thu nhận tín hiệu lẫn nhau Bao gồm:
Phiên bản số sàn (M/T): Mô đun điều khiển cơ cấu truyền động (PCM), Mô đun
SYNC(APIM), Mô đun điều khiển thân xe (BCM)
Phiên bản xe cũ – HID : Mô đun điều khiển đèn đầu xe, Mô đun SYNC(APIM)
Phiên bản số tự động (A/T): Mô đun điều khiển cơ cấu truyền động (PCM), Mô đun
SYNC(APIM), Mô đun điều khiển hộp số (TCM) A, B nối về bộ GWM
Hình 3.13 Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (4) Đối với phiên bản lái xe bên tay phải Hình trên cho ta thấy mạch CAN tốc độ cao
HS1(500kpbs) truyền thông với các Mô đun thu nhận tín hiệu lẫn nhau Bao gồm:
Phiên bản số sàn (M/T): Mô đun điều khiển bộ biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện một chiều, Mô đun SYNC(APIM), Mô đun điều khiển hệ thống truyền động
(PCM) và Mô đun điều khiển thân xe(BCM)
Phiên bản xe cũ – HID : Mô đun điều khiển đèn đầu xe, Mô đun SYNC(APIM) Mô đun điều khiển bộ biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện một chiều
Phiên bản số tự động (A/T): Mô đun điều khiển cơ cấu truyền động (PCM), Mô đun
SYNC(APIM), Mô đun điều khiển hộp số (TCM), Mô đun điều khiển bộ biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện một chiều A,B nối về bộ GWM
Hình 3.14 Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (5)
Hình 3.15 Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (6)
2 Hình trên (3.14 và 3.15) cho ta thấy mạch CAN tốc độ cao HS2 (500kbps) truyền thông với các Mô đun thu nhận tín hiệu lẫn nhau Bao gồm: Mô đun hệ thống chống bó cứng phanh ABS, Mô đun kiểm soát hành trình CCM, Bộ xử lý điều khiển hình ảnh A
(IPMA), Mô đun kiểm soát lái trợ lực (PSCM), Mô đun điều khiển hệ thống túi khí(RCM),
Mô đun điều khiển trụ lái(SCCM), Mô đun điều khiển hộp số phụ(TCCM).Ngoài ra ở phiên bản 4WD còn có thêm công tắc quản lý địa hình (4WD có A/C thủ công không có) C,D nối về bộ GWM
Hình 3.16 Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (7)
Hình 3.16 cho thấy mạng CAN tốc độ cao HS3 (500kbps) truyền thông giữa các Mô đun thu nhận tín hiệu lẫn nhau Bao gồm: Mô đun SYNC(APIM), Mô đun điều khiển Audio(ACM), Cụm đồng hồ(IPC) Đối với phiên bản A/C thủ công bộ CAN 2 dây HS3 không qua Khớp nối 3 mà chung vào E,F (E,F nối về bộ GWM)
Hình 3.17 Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (8) Ở phiên bản Ford Everest 2020 3.2L tay lái nghịch thì theo hình ta có thể thấy Mô đun điều khiển cơ cấu truyền động (PCM) truyền thông qua mạng CAN tốc độ cao HS3
(500kbps) Cùng với các Mô đun khác bao gồm: Mô đun kiểm soát lượng chất khử DCU,
Mô đun cảm biến mưa #11, và Mô đun cảm biến mưa #12
Hình 3.18 Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (9) Ở phiên bản 2.0L không có giai đoạn 5/6 thì mạng CAN tốc độ cao HS3(500kbps) bao gồm thêm Mô đun điều khiển cơ cấu truyền động(PCM) và mô đun điều khiển hộp số(TCM) Ở phiên bản 2.0L giai đoạn 5 thì mạng CAN tốc độ cao HS3(500kbps) bao gồm Mô đun điều khiển cơ cấu truyền động(PCM), mô đun điều khiển hộp số(TCM), mô đun kiểm soát lượng chất khử (DCU) và mô đun cảm biến mưa #11
67 Ở phiên bản 2.0L giai đoạn 6 thì mạng CAN-HS3 tương tự như giai đoạn 5 Tuy nhiên lúc này có bổ sung thêm Mô đun cảm biến mưa #12 và Mô đun cảm biến chất hạt 1 hàng 1
Hình 3.19 Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (10)
Hình 3.19 cho thấy mạng CAN tốc độ trung bình MS (125 kbps) truyền thông giữa các Mô đun thu nhận tín hiệu lẫn nhau
Lái xe bên tay phải: Mô đun cửa người lái (DDM) , Mô đun bộ thu phát vô tuyến(RTM)
Lái xe bên tay trái : Mô đun cửa hành khách (PDM) , Mô đun bộ thu phát vô tuyến(RTM)
Trong trường hợp cốp sau không có mô đun phụ trợ phía sau thì sẽ có 2 mô đun tham gia giao tiếp trên MS-CAN bao gồm Mô đun giao diện điều khiển phía trước (FCIM) và xe kéo Mô đun.P,N nối về bộ GWM
Hình 3.20 Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (11)
Nối tiếp Hình 3.19 thì hình 3.20 cho thấy được sẽ có các phiên bản khác bao gồm : Có Mô đun phụ trợ phía sau và Có Móc kéo rơ moóc (Xài mô đun kéo xe sau)
MS-CAN còn có mô đun cốp sau/ thùng xe (LTM) và mô đun giao diện điều khiển phía trước (FCIM)
Nếu phiên bản xe có trang bị thêm phát hiện điểm mù thì trên đường MS-CAN còn có các mô đun thu phát tín hiệu là cảm biến theo dõi điểm mù bên trái (SODL) và cảm biến theo dõi điểm mù bên phải (SODR)
Hình 3.21 Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (12)
70 Hình 3.21 cho thấy mạng CAN tốc độ cao HS4 (500kbps) truyền thông giữa Mô đun SYNC (APIM) với các thiết bị kết nối J,K nối về bộ GWM
Mã chẩn đoán sự cố (DTC) trên Ford
3.4.1 Mô tả mã chẩn đoán sự cố (DTC) 14229 của Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO)
ISO 14229 là tiêu chuẩn giao tiếp chẩn đoán toàn cầu ISO 14229 là bộ thông báo chẩn đoán tiêu chuẩn có thể được dùng để chẩn đoán mọi mô đun đang sử dụng trên xe và tại bất kỳ nhà máy lắp ráp nào ISO 14229 tương tự như tiêu chuẩn giao tiếp chẩn đoán J2190 của Hiệp hội kỹ sư tự động hóa (SAE) được tất cả các Nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) sử dụng cho các giao thức giao tiếp trước đây
ISO 14229 làm thay đổi cách thức xử lý các PID, DTC và tín hiệu kiểm soát trạng thái ra (OSC) bên trong PCM và phần mềm của dụng cụ quét Hầu hết những thay đổi này là nhằm tăng hiệu quả của quá trình truyền dữ liệu giữa các mô đun điện tử, số lượng và loại thông tin có sẵn cho từng DTC Thông tin này có thể hữu ích trong việc chẩn đoán các vấn đề về khả năng lái
Giống như tất cả các tín hiệu kỹ thuật số, các DTC được gửi đến dụng cụ quét dưới dạng chuỗi các số 1 và 0 Mỗi DTC được tạo thành từ 2 byte dữ liệu, mỗi byte có 8 bit được đặt thành 1 hoặc 0 Để hiển thị DTC bằng định dạng thông thường, dụng cụ quét phải giải mã dữ liệu để hiển thị từng bộ 4 bit dưới dạng số thập lục phân (0 đến F) Ví dụ: P0420 Hiệu quả của hệ thống trung hòa thấp hơn ngưỡng (Hàng 1)
Bảng 3.4 Ví dụ cấu trúc DTC
Byte 1 của DTC Byte 2 của DTC
Giải mã các bit thành các số thập lục phân
Bảng 3.5 Cách giải mã các bit thành các số thập lục phân
Mô hình bit nhị phân Số thập lục phân Mô hình bit nhị phân Số thập lục phân
4 bit đầu tiên không truyền trực tiếp thành số thập lục phân Phương thức chuyển đổi thành các loại DTC khác nhau (P,B,C và U)
Bảng 3.6 Cách giải mã 4 bit đầu thành các số thập lục phân
Mô hình bit nhị phân Số thập lục phân Mô hình bit nhị phân Số thập lục phân
Mối DTC theo ISO 14229 có thêm 2 byte thông tin, một byte loại lỗi và 1 byte trạng thái
Bảng 3.7 Ví dụ mã DTC
Byte 1 của DTC Byte 2 của DTC Byte loại lỗi Byte trạng thái
Tất cả DTC ISO 14229 đều có 4 byte , thay vì 3 hay 2 byte Ngoài ra, byte trạng thái của DTC theo ISO 14229 được xác định khác với byte trạng thái được áp dụng trước đây cho DTC 3 byte
Byte loại lỗi được thiết lập để mô tả lỗi cụ thể có liên quan đến DTC cơ sở Chẳng hạn, byte loại lỗi 1C có nghĩa là điện áp của mạch nằm ngoài khoảng, 73 có nghĩa là bộ
73 dẫn động bị kẹt ở vị trí đóng Khi kết hợp với DTC bộ phận cơ sở, thông tin này cho phép một DTC cơ sở có thể mô tả nhiều loại lỗi
Bảng 3.8 Ví dụ mã DTC (2)
Byte 1 của DTC Byte 2 của DTC Byte loại lỗi Byte trạng thái
Ví dụ: P0110:1C-AF có nghĩa là điện áp của mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT) nằm ngoài khoảng DTC cơ sở, P0110, cho biết đó là mạch cảm biến IAT, còn byte loại lỗi 1C cho biết là điện áp của mạch nằm ngoài khoảng Cấu trúc DTC này được thiết kế để nhà sản xuất có thể xác định nhiều loại lỗi khác nhau một cách chính xác hơn, mà không phải tạo ra số DTC mới
PCM không sử dụng byte loại lỗi và sẽ luôn gửi byte loại lỗi 00 (không có thông tin về loại con) Điều này là do các quy định OBD II bắt buộc nhà sản xuất phải sử dụng các DTC 2 byte để hệ thống liên lạc với các dụng cụ quét phổ biến Ngoài ra, quy định OBD
II đòi hỏi các DTC 2 byte phải được lập rất cụ thể, để byte loại lỗi không thể cung cấp thêm thông tin nào
Danh sách byte loại lỗi được cung cấp trong SAE J2012, nhưng không được mô tả tại đây vì PCM không sử dụng byte loại lỗi
Byte trạng thái được thiết lập để cung cấp thêm thông tin về DTC, như thời điểm DTC thất bại, lần cuối DTC được đánh giá và có dấu hiệu cảnh báo nào được yêu cầu không Mỗi bit trong số 8 bit của byte trạng thái lại có một ý nghĩa riêng, như được xác định trong ISO 14229
Theo quy ước, bit 7 là bit quan trọng nhất và ở ngoài cùng bên trái, còn bit 0 là bit ít quan trọng nhất và ở ngoài cùng bên phải
Bảng 3.9 Các bit của byte trạng thái
Bit quan trọng nhất Bit ít quan trọng nhất
Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0
74 Định nghĩa bit trạng thái của DTC
Hãy tham khảo phần mô tả bit trạng thái sau:
0 - ECU không yêu cầu bật đèn cảnh báo
1 - ECU yêu cầu bật đèn cảnh báo
0 - Phần kiểm tra DTC đã hoàn thành chu kỳ theo dõi này
1 - Phần kiểm tra DTC chưa hoàn thành chu kỳ theo dõi này
0 - Phần kiểm tra DTC chưa thất bại kể từ lần xóa mã gần nhất
1 - Phần kiểm tra DTC thất bại ít nhất một lần kể từ lần xóa mã gần nhất
0 - Phần kiểm tra DTC đã hoàn thành kể từ lần xóa mã gần nhất
1 - Phần kiểm tra DTC chưa hoàn thành kể từ lần xóa mã gần nhất
0 - DTC không được xác nhận tại thời điểm yêu cầu
1 - DTC được xác nhận tại thời điểm yêu cầu
0 - Phần kiểm tra DTC đã hoàn thành và không thất bại tại chu kỳ theo dõi trước hoặc hiện tại
1 - Phần kiểm tra DTC đã thất bại tại chu kỳ theo dõi trước hoặc hiện tại
0 - Phần kiểm tra DTC chưa thất bại tại chu kỳ theo dõi hiện tại
1 - Phần kiểm tra DTC đã thất bại tại chu kỳ theo dõi hiện tại
0 - DTC không thất bại tại thời điểm yêu cầu
1 - DTC thất bại tại thời điểm yêu cầu Đối với các DTC khiến MIL sáng lên, DTC được xác nhận có nghĩa là PCM đã lưu DTC và bật sáng MIL Nếu lỗi tự biến mất, MIL sẽ không sáng nữa, nhưng DTC vẫn hiển thị trạng thái được xác nhận trong 40 chu kỳ làm nóng, sau đó được xóa đi Đối với các DTC không làm MIL sáng lên, DTC được xác nhận có nghĩa là PCM đã lưu DTC Nếu lỗi tự biến mất, DTC vẫn hiển thị trạng thái được xác nhận trong 40 chu kỳ làm nóng, sau đó được xóa đi Để xác định xem phần kiểm tra có được hoàn thành và đạt hay không, như sau khi sửa chữa, thông tin đó được tổng hợp từ 2 bit sau:
Nếu bit 6 là 0 (Phần kiểm tra DTC đã hoàn thành chu kỳ theo dõi này) và bit 1 là 0 (Phần kiểm tra DTC chưa thất bại tại chu kỳ theo dõi hiện tại), thì DTC đã được đánh giá ít nhất là một lần trong chu kỳ lái này và được xác định là đạt
Nếu bit 6 là 0 (Phần kiểm tra DTC đã hoàn thành chu kỳ theo dõi này) và bit 0 là 0 (Phần kiểm tra DTC không thất bại tại thời điểm yêu cầu), thì kết quả kiểm tra gần đây nhất cho DTC đó là đạt
Các bit của byte trạng thái có thể được giải mã thành số thập lục phân có 2 chữ số và trở thành 2 chữ số cuối cùng của DTC, chẳng hạn, đối với DTC P0110:1C-AF, thì AF thể hiện thông tin của byte trạng thái
Bảng 3.10 Ví dụ DTC P0110:1C-AF
Bit 7 = 1 Bit 6 = 0 Bit 5 = 1 Bit 4 = 0 Bit 3 = 1 Bit 2 = 1 Bit 1 = 1 Bit 0 = 1
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CAN TRÊN MATLAB
Giới thiệu về matlab
MATLAB ( Matrix laboratory) là ngôn ngữ lập trình cao cấp thế hệ thứ tư được phát triển bởi MatWorks - một trong những công ty nổi tiếng nhất về lĩnh vực sản xuất phần mềm lập trình và tính toán thông minh
MATLAB là phần mềm cung cấp môi trường tính toán số và lập trình MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu thị thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết với những chương trình máy tính được viết trên nhiều ngôn ngữ khác nhau, bao gồm cả C, C++, JAVA, FORTRAN, phân tích dữ liệu, phát triển các thuật toán, tạo ra các mô hình và ứng dụng
MATLAB được sử dụng rộng rãi trong mọi khía cạnh tính toán, một số phép tính toán MATLAB được sử dụng nhiều nhất như giải quyết các vấn đề về ma trận và mảng, đồ thị 2-D và 3-D, đại số tuyến tính, phương trình đại số, các hàm phi tuyến tính, số liệu thống kê, phân tích dữ liệu, giải tích và phương trình vi phân, tính toán số, tích phân, chuyển đổi, hồi quy,…
Các tính năng cơ bản của MATLAB:
- MATLAB là ngôn ngữ lập trình cao cấp, cho phép tính toán các con số, hình dung và phát triển ứng dụng
- Cung cấp môi trường tương tác để khảo sát, thiết kế và giải quyết các vấn đề
- Cung cấp thư viện lớn các hàm toán học cho đại số tuyến tín, thống kê, phân tích Fourier, bộ lọc, tối ưu hóa, tích phân và giải các phương trình vi phân bình thường
- MATLAB cung cấp các đồ thị được tích hợp sẵn để hiển thị hình ảnh dữ liệu và các công cụ để tạo đồ thị tùy chỉnh
- Giao diện lập trình của MATLAB cung cấp các công cụ phát triển để nâng cao khả năng bảo trì chất lượng mã và tối đa hóa hiệu suất
- Cung cấp các công cụ để xây dựng các ứng dụng với các giao diện đồ họa tùy chỉnh
- Cung cấp các hàm để tích hợp các thuật toán dựa trên MATLAB với các ứng dụng bên ngoài và các ngôn ngữ khác như C, Java, NET và Microsoft Excel.
Giới thiệu mô hình mạng CAN trên Ford Everest 2020
4.2.1 Tổng quan về mô hình
Hình 4.2 Mô hình Hệ thống CAN trên MATLAB
Dựa trên hệ thống CAN trên xe ford Everest 2020 lựa chọn một số tín hiệu trên các hộp của từng mạng, ví dụ như:
- Tín hiệu tốc độ động cơ (RPM) gửi từ hộp điều khiển động cơ (PCM) lên mạng HS1-CAN
- Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát (ECT) gửi từ hộp điều khiển động cơ (PCM) lên mạng HS1-CAN
- Tín hiệu tốc độ xe (VSS) gửi từ hộp ABS lên mạng HS2-CAN
- Tín hiệu nhiệt độ giàn lạnh(EVAP) gửi từ hộp FCIM lên mạng MS-CAN
Từ đó các tín hiệu đó, thể hiện lên màn hình tap-lo (IPC)
4.2.2 Giới thiệu các chương trình con (Subsystem) trên mô hình
Mô hình được cấu thành từ 4 chương trình con chính là 4 Node CAN bao gồm Node hộp điều khiển động cơ(PCM), Hộp điều khiển hệ thống phanh bó cứng(ABS), Hộp điều khiển hệ thống thông tin và chương trình giải trí (FCIM), Hộp điều khiển cụm đồng hộ tap- lo (IPC)
4.2.2.1 Node hộp điều khiển động cơ (PCM)
4.2.2.1.1 Chương trình con PCM(RPM) và chương trình con CAN NODE 1
Chương trình con PCM(RPM) là một MC-Micro Computer xử lý tính toán tín hiệu tốc độ động cơ
Hình 4.3 Chương trình con tính toán tốc độ động cơ
Ta có mối quan hệ gần đúng giữa lượng khí nạp, áp suất đường ống phân phối(dựa vào góc mở bướm ga để tính) và tốc độ động cơ Mối quan hệ xấp xỉ có dạng:
(ManifoldPressure) 2 + p(4) × EngineSpeed × ManifoldPressure +p(5) + Với: Aircharge: Khối lượng khí nạp(g/s)
EngineSpeed: Tốc độ động cơ(rad/s) ManifoldPressure: Áp suất đường ống phân phối(bar) p(1), p(2), p(3), p(4), p(5): là các hệ số
Ta tính được khối lượng khí nạp bằng khối “Throttle & Manifold”
Hình 4.4 Bên dưới khối "Throttle & Manifold"
Khối “Combustion” như là 1 quá trình sinh công Từ tín hiệu đầu vào khối lượng khí nạp (AirCharge) và tốc độ động cơ(N) tính toán được Momen xoắn của động cơ (Torque)
Hình 4.5 Bên dưới khối "Combustion"
Dựa vào Momen xoắn(Torque) đã tính được cộng thêm tải đã xác định tính toán được tốc độ động cơ(rad/s)
Hình 4.6 Bên dưới khối "Vehicle Dynamics"
Chương trình con CAN NODE 1 bao gồm bộ điều khiển (CAN Controller) và bộ thu phát sóng (CAN Transceiver) tích hợp với nhau
Hình 4.7 Chương trình con CAN Node
“Transmitter” nhận tín hiệu từ Micro computer xử lý và truyền tín hiệu lên CAN BUS:
+ Khối “Signal to CAN Message” có chức năng nhận tín hiệu analog nhận từ MC chuyển thành tín hiệu digital đặc trưng của mạng CAN
+ Khối “Transmission Buffer” là bộ đệm lưu trữ tin nhắn Khối này có thể sắp xếp các mục dựa theo thứ tự đến hoặc thứ tự ưu tiên
+ Khối “Message Release Control” như là một cổng kiểm soát Cổng mở khi cổng điều khiển được nhận thông báo có giá trị dương
+Khối “Replicate for Re-Transmission” tạo ra các bản sao của các tin nhắn trước khi được gửi đi Việc giữ lại tin nhắn ban đầu ngăn chặn việc chúng bị phá hủy trong quá trình gửi
+ Khối “Re-Transmission Control” lọc lại các bản sao có tin nhắn chưa được gửi thành công để xử lý lại hoặc hủy bỏ các bản sao có tin nhắn đã được gửi thành công
+ Khối “Send Message to Bus” gửi tin nhắn lên CAN Bus
“Receiver” nhận tín hiệu từ CAN Bus xử lý và truyền tín hiệu về Micro Computer + Khối “Message from Bus” nhận tin nhắn từ CAN Bus
+ Khối “Replicate for Reception” tạo ra các bản sao trước khi xử lý
+ Khối “Reception Control” kiểm soát tiếp nhận các tin nhắn Kiểm tra các tin nhắn có đúng với định dạng hay không Nếu đúng thì tin nhắn sẽ được tiếp tục xử lý và sẽ có tín hiệu gửi về khối “Re-Transmission Control” để hủy bản sao tin nhắn đó Nếu sai có tín hiệu gửi về khối “Re-Transmission Control” để xử lý gửi lại tin nhắn đó
+Khối “ Received Message” phục vụ nhiều tin nhắn độc lập trong một khoảng thời gian, xuất từng tin nhắn thông qua cổng đầu ra Nếu cổng đầu ra bị chặn, tin nhắn sẽ được xử lý trong khối này chờ đến khi cổng đầu ra bỏ chặn Khối này cũng xử lý quyền ưu tiên của tin nhắn
+Khối “Sort” xác nhận tin nhắn có đúng với ID mà hộp điều khiển cần hay không Có 3 cổng đầu ra: Subscribed Message(Tin nhắn đã được đăng ký), Unsubscribed Message(Tin nhắn chưa được đăng ký), Damaged Message(Tin nhắn đã bị phá hủy)
+ Khối “Getdata” lấy tin nhắn từ cổng “Subscribed Message” gửi về cho MC
4.2.2.1.2 Chương trình con PCM(ECT) và chương trình con CAN NODE 4
Chương trình con PCM(ECT) là một MC-Micro Computer xử lý tính toán tín hiệu nhiệt độ nước làm mát
Hình 4.8 Chương trình con tính toán nhiệt độ nước làm mát
Chương trình con này mô phỏng lại gần như toàn bộ cách giải nhiệt của một động cơ, bao gồm giải nhiệt bằng nước làm mát và giải nhiệt bằng nhớt động cơ
+ Phần giải nhiệt bằng nước làm mát, Có:
Một máy bơm “Coolant Pump” có thể tích cố định
Nhiệt động cơ được nước làm mát hấp thụ và tản ra nhờ Bộ tản nhiệt “Radiator”
Van hằng nhiệt “Thermostat” cho nước làm mát đi qua Bộ tản nhiệt khi nhiệt động cơ đạt nhiệt độ lý tưởng
Quạt làm mát “Fan” để giải nhiệt cho bộ tản nhiệt
+ Phần giải nhiệt bằng nhớt động cơ, Có:
Một bơm nhớt “Oil Pump”
Trục khuỷu “ Shaft Speed” dẫn động bơm nhớt
Bộ tản nhiệt “Oil-Coolant Heat Exchanger” giúp giải nhiệt nhớt động cơ
Hình 4.9 Bên dưới khối "Engine"
Lượng nhiệt do động cơ tạo ra được tính toán như là một hàm của tốc độ tức thời của động cơ và mô-men xoắn của động cơ Lượng nhiệt này được tách thành hai phần đi vào nước làm mát và nhớt động cơ Người ta cho rằng 50% lượng nhiệt thải ra từ động cơ được giải nhiệt bằng làm mát và 20% nhiệt thải ra từ động cơ được giải nhiệt bằng nhớt động cơ Động cơ xe hoạt động ở nhiệt độ lý tưởng khoảng 83⁰C-85⁰C sau hơn 30 phút vận hành
Hình 4.10 Đồ thị nhiệt độ nước làm mát
Chương trình con CAN NODE 4 cũng tương tự như chương trình con NODE 1
4.2.2.2 Node điều khiển hộp hệ thống phanh chống bó cứng (ABS)
Bao gồm chương trình con ABS(VSS) và chương trình con CAN Node 2
Hình 4.11 Node điều khiển hệ thống ABS
Chương trình con ABS(VSS) là một MC xử lý tính toán tín hiệu tốc độ xe
Hình 4.12 Chương trình con tính toán tốc độ xe
Tốc độ xe được tính toán gián tiếp thông qua hệ thống truyền động của xe bao gồm động cơ, biến mô, hộp số với tín hiệu đầu vào là góc mở bướm ga
Dựa vào tín hiệu góc mở bướm ga và tốc độ xe để hiệu chỉnh cấp số cho phù hợp Trong mô hình này mô phỏng 4 cấp số của xe
Hình 4.13 Hàm logic chuyển số "Shift logic"
Hộp số bao gồm 5 ly hợp A, B, C, D, E, bánh răng sơ cấp, bánh răng thứ cấp
Hình 4.15 Các ly hợp làm việc tại các cấp số Đồ thị tốc độ xe tăng dần từ 0 đến hơn 90km/h có các đoạn gãy là do giai đoạn chuyển số của xe
Hình 4.16 Đồ thị biểu thị tốc độ xe
Chương trình con CAN Node 2 cũng tương tự như chương trình con CAN node 1
4.2.2.3 Node hộp điều khiển hệ thống hiển thị thông tin và chương trình giải trí (FCIM)
Hình 4.17 Node điều khiển hệ thống FCIM
Bao gồm chương trình con ABS(VSS) và chương trình con CAN Node 2
Trong mô hình, chương trình con ABS(VSS) là một MC xử lý tính toán tín hiệu nhiệt độ giàn lạnh(EVAP)
Hình 4.18 Chương trình con tính toán nhiệt độ giàn lạnh
Mô hình này mô phỏng luồng không khí ẩm trong hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) của xe Cabin xe được biểu diễn như một thể tích không khí ẩm trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài Không khí ẩm chảy qua một cánh đảo gió tuần
90 hoàn, quạt gió, thiết bị bay hơi, cửa hòa trộn và dàn sưởi trước khi quay trở lại cabin Cánh đảo gió tuần hoàn chọn lưu lượng hút từ cabin hoặc từ môi trường bên ngoài Cửa máy xoay chuyển hướng dòng chảy xung quanh bộ gia nhiệt để kiểm soát nhiệt độ
Kết quả mô phỏng
- Mô phỏng được 4 tín hiệu đại diện cho các hộp điều khiển có trên từng mạng:
Tín hiệu tốc độ động cơ (RPM) gửi từ hộp điều khiển động cơ (PCM) lên mạng HS1-CAN
Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát (ECT) gửi từ hộp điều khiển động cơ (PCM) lên mạng HS1-CAN
Tín hiệu tốc độ xe (VSS) gửi từ hộp ABS lên mạng HS2-CAN
Tín hiệu nhiệt độ giàn lạnh(EVAP) gửi từ hộp FCIM lên mạng MS-CAN
- Truyền và nhận dữ liệu giữa các CAN controller với nhau
- Nhận và truyền dữ điều khiển được các kim đồng hồ
4.3.2 Hạn chế của mô hình
- Các tín hiệu mô phỏng còn hạn chế
- Chưa thể hiện chính xác xung vuông đặc trưng của CAN
- Chưa thể hiện được quyền ưu tiên của các tin nhắn được gửi lên CAN Bus