Nắm bắt được trở ngại đó và nhằm phục vụ cho mục đích nghiên cứu của nhóm nên dưới sự hướng dẫn và tham khảo từ giảng viên hướng dẫn Đồ án là thầy Lê Quang Vũ, nhóm chúng em đã chọn đề t
HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN Ô TÔ
Giới thiệu chung
Cho đến năm 2023, khi nhắc đến ba từ “Xe Ô Tô” dường như không một ai chưa biết đến, từ một dòng xe chỉ dành cho giới thượng lưu, nay nó đã trở thành một phương tiện di chuyển chính và đại trà ở các nước phát triển Với sự phát triển mạnh mẽ thì ô tô ngày càng hiện đại và vượt trội về các tính năng Sự kết nối giữa người lái và các thông tin trên xe cũng bắt kịp vào công cuộc chuyển đổi số, các thông tin hiển thị ngày càng trực quan, tiện lợi và sử dụng dễ dàng
Một chiếc xe ô tô hiện đại ngày nay có thể có từ 100 đến gần 300 thông tin khác nhau và được truyền tải tới người điều khiển phương tiện thông qua đồng hồ Táp Lô, các màn hình trên xe Các thông tin này có thể là dùng hiển thị các thông số quan trọng như tốc độ xe, vòng tua máy, mức nhiên liệu, các tín hiệu đèn báo, Ngoài ra còn để tra cứu, tham khảo, những lời nhắc nhở hướng dẫn, các lỗi kỹ thuật có thể phát sinh Những ký hiệu và đèn cảnh báo trên bảng táp lô ô tô có ý nghĩa quan trọng phản ánh tình trạng hoạt động của xe và hỗ trợ người lái nắm bắt thông tin nhanh chóng, đảm bảo được xe luôn hoạt động đúng cách giúp tăng tuổi thọ xe, đồng thời có những chuyến hành trình an toàn nhất Thông tin có thể truyền đến người lái qua 2 dạng: kim và số Các màn hình hiển thị của hệ thống thông tin giải trí công nghệ cao đã chuyển đổi dần sang màn hình cảm ứng Chúng chủ yếu được tạo thành từ LCD (màn hình tinh thể lỏng) hoặc mới hơn là màn hình OLED
Các thành phần cứng điện tử như các hộp điều khiển, các cảm biến trong hệ thống thông tin được kết nối với nhau với một số giao thức giao tiếp tiêu chuẩn nhất định như CAN Giao thức CAN hay giao thức truyền thông nối tiếp là một phương thức giao tiếp giữa các thiết bị điện tử được gắn trong xe, chẳng hạn như hệ thống quản lý động cơ, hệ thống treo chủ động, điều hòa không khí, túi khí,
Hệ thống thông tin trên ô tô là một hệ thống phức tạp gồm rất nhiều hệ thống được kết nối với nhau và cùng truyền tín hiệu về một máy chủ xử lý trung tâm, sau đó được mã hóa hiển thị tới người lái, truyền tải kết hợp của các tín hiệu đèn báo, kí hiệu nhắc nhở được sử dụng để cung cấp các thông tin quan trọng của xe và cảnh báo cho người lái trong quá trình xe bắt đầu khởi hành cũng như những thay đổi khi vận hành Bao gồm các bảng đồng hồ
(Táp Lô), màn hình, các đèn báo và tín hiệu giúp người lái và người sửa chữa biết được thông tin về tình trạng của các hệ thống đang hoạt động trong xe.
Bảng đồng hồ Táp lô
Táp lô (Tableau: tiếng Pháp, Dashboard: tiếng Anh) hay còn được gọi là bảng điều khiển, là bộ phận được đặt ngay phía sau vô-lăng nhằm giúp người lái có thể dễ dàng theo dõi trong khi đang lái xe Táp lô ô tô bao gồm các cụm đồng hồ hiển thị thông số kỹ thuật tới người lái Táp lô trên mỗi dòng xe, đời xe khác nhau sẽ có các mặt đồng hồ hiển thị khác nhau Nhưng nhìn chung, taplo thường bao gồm: Đồng hồ tốc độ xe, đồng hồ đo lượng nhiên liệu, đồng hồ đo vòng tua máy, đồng hồ đo nhiệt độ nước làm mát,
Hình 2 1 Tổng quát bảng đồng hồ táp lô trên xe
Thông tin trên bảng táp lô có thể truyền tải đến người lái qua hai dạng: đồng hồ táp lô dạng tương tự (tableau kim) và đồng hồ táp lô dạng kĩ thuật số (tableau điện tử)
- Đồng hồ táp lô dạng tương tự bao gồm các đồng hồ kim và các đèn báo, nó được cấu tạo từ các bộ phận cơ học như: kim quay, mặt số, các bánh răng, dây cáp, dây điện, Chúng ta có thể quan sát dễ dàng và trực quan qua các mặt số và chuyển động vật lý của kim đồng hồ Tuy nhiên, đối với đồng hồ táp lô dạng này có thể độ chính xác chưa cao cũng như giới hạn vật lý của động cơ trong chính đồng hồ đo chẳng hạn như khi xe tăng tốc nhanh đột ngột, thì cụm đồng hồ tương tự có thể không quay đủ nhanh để hiển thị thông tin chính xác tại thời điểm cần thiết
Hình 2 2 Đồng hồ taplo dạng tương tự
- Đồng hồ táp lô dạng kĩ thuật số bao gồm một màn hình hiển thị tất cả các đồng hồ như tốc độ xe, tốc độ động cơ, đo quãng đường, mức nhiên liệu, nhiệt độ, dưới dạng số Chúng ta có thể đọc ngay thông tin một cách nhanh chóng với đồ họa bắt mắt, trực quan và rất thu hút Mức độ chính xác của dạng đồng hồ này cũng được cải thiện và đáng tin cậy hơn, nếu có sai số và độ trễ thì tùy thuộc vào tốc độ đọc dữ liệu trên các cảm biến và làm mới màn hình
Hình 2 3 Đồng hồ táp lô dạng kĩ thuật số
2.2.1 Đồng hồ tốc độ động cơ Đồng hồ tốc độ động cơ (hay còn gọi là tachometer) là đồng hồ dùng để đo tốc độ vòng quay mỗi phút (RPM hay revolutions per minute) của động cơ Dựa trên RPM, nếu chúng ta lái xe số sàn, thông tin này sẽ giúp xác định khi nào cần sang số Hầu hết các xe ô tô đời mới đều có công nghệ an toàn để giữ cho động cơ không hoạt động ở số vòng quay quá cao (vạch kim đỏ của đồng hồ), tránh tổn thất cho động cơ
Hình 2 4 Đồng hồ tốc độ động cơ kiểu kim Hình 2 5 Đồng hồ tốc độ động cơ kiểu điện tử
2.2.2 Đồng hồ tốc độ xe
Là thiết bị dùng để đo tốc độ thực của xe (km/h) Bộ phận này thường được gắn trên bảng đồng hồ ngay phía trước người lái, tích hợp với đồng hồ đo quãng đường, hỗ trợ tài xế kiểm soát tốc độ lái xe Đồng hồ tốc độ xe có hai dạng: đồng hồ tốc độ kiểu kim và đồng hồ tốc độ kiểu điện tử
2.2.2.1 Đồng hồ tốc độ kiểu kim Đồng hồ tốc độ cơ học sử dụng một dây cáp dẻo, tương tự như dây đàn piano, được bọc trong một lớp vỏ bên ngoài Một đầu của cáp kết nối với hộp số và đầu còn lại kết nối với ông trở lại của đồng hồ tốc độ Khi xe di chuyển, cáp bắt đầu quay Tốc độ mà cáp quay tỷ lệ thuận với tốc độ của xe, nói cách khác, xe di chuyển càng nhanh thì dây cáp sẽ quay càng nhanh
Kim chỉ thị được gắn vào một trống kim loại trong đồng hồ tốc độ Khi cáp quay, nam châm bên trong trống cũng vậy Nam châm quay tạo ra từ trường quay xung quanh trống, làm cho trống quay và di chuyển kim chỉ thị dọc theo thang đo Nam châm quay càng nhanh, trống càng di chuyển Các bánh răng của đồng hồ tốc độ điều khiển một đồng hồ đo quãng đường cơ học Các bánh răng được dẫn động bởi một bánh răng sâu được gắn trên cùng một trục với nam châm vĩnh cửu của đồng hồ tốc độ Các bánh răng làm giảm tốc độ của cáp đồng hồ đo đường được điều khiển bởi hộp số.
Hình 2 6 Đồng hồ tốc độ kiểu kim
Hình 2 7 Cấu tạo đơn giản đồng hồ tốc độ kiểu kim Hình 2 8 Cấu tạo bên trong đồng hồ tốc độ kiểu kim
2.2.2.2 Đồng hồ tốc độ kiểu điện tử
Xe hiện đại với hệ thống điện tử có xu hướng có đồng hồ tốc độ kỹ thuật số Nó hoạt động trên cơ sở các cảm biến và chip, miễn trừ các kết nối cơ học giữa trục và đồng hồ tốc độ ô tô Nó bao gồm các bộ phận sau: nam châm, cảm biến từ, mạch điện, màn hình
Hình 2 9 Đồng hồ tốc độ kiểu điện tử
Các nam châm được gắn vào trục bên ngoài với các cảm biến từ tính ở phía đối diện Mỗi khi các nam châm cảm biến chéo, một xung điện được tạo ra trong mạch Mạch biến xung này thành tốc độ và hiển thị trên màn hình LED Vì số vòng quay của bánh xe được đo, nên nó cũng có thể hiển thị số đo của đồng hồ đo quãng đường tương tự
2.2.3 Đồng hồ báo nhiên liệu Đồng hồ báo nhiên liệu là một công cụ dùng để đo lường và theo dõi mức nhiên liệu hiện có trong thùng chứa nhiên liệu trên xe Giúp tài xế xe chủ động trong việc cung cấp nhiên liệu Khi đồng hồ báo nhiên liệu chạm vạch E hoặc phần trống có nghĩa là nhiên liệu trong bình chứa sẽ còn lại khoảng 10 – 15 % dung tích tổng thể của bình Tuy nhiên, bạn không nên để nhiên liệu thường xuyên xuống dưới 1/4 bình Điều này sẽ có hại cho máy bơm nhiên liệu và có thể khiến bạn phải sửa chữa tốn kém sau này
Hình 2 10 Đồng hồ báo nhiên liệu dạng kim Hình 2 11 Đồng hồ báo nhiên liệu dạng điện tử
2.2.4 Đồng hồ nhiệt độ nước làm mát Đồng hồ nhiệt độ nước làm mát là thiết bị dùng để đo nhiệt độ nước làm mát trong áo nước động cơ và có ý nghĩa rất quan trọng Nó có chức năng cảnh báo nhiệt độ động cơ khi xe đang chạy giúp tránh các sự cố hư hỏng của xe do quá nhiệt
Khi đồng hồ chỉ vào chữ C (COLD) nghĩa là xe đang khởi động, chưa đủ nhiệt Kim sẽ chỉ vào vị trí trung tín khi xe chạy bình thường Khi kim đồng hồ chỉ về phía chữ H
(HOT) khi độ nhiệt độ tăng cao, động cơ quá nóng Lúc này cần dừng xe và để động cơ nguội lại Tránh để nhiệt độ tăng quá cao làm các chi tiết của động cơ bị phá hủy nặng nề, hỏng piston, lốc máy… gây nguy hiểm
Hình 2 12 Đồng hồ nhiệt độ nước làm mát dạng kim Hình 2 13 Đồng hồ nhiệt độ nước làm mát dạng điện tử
2.2.5 Đồng hồ áp suất nhớt Đồng hồ đo áp suất nhớt là đồng hồ theo dõi áp suất theo pound trên mỗi inch vuông của hệ thống nhớt Áp suất nhớt giống như huyết áp và hệ thống tuần hoàn của chúng ta vậy, nó đảm bảo cho động cơ hoạt động trơ tru, êm ái và an toàn nhất Nếu áp suất nhớt động cơ quá cao hoặc quá thấp thì sẽ ảnh hưởng đến cả hoạt động của xe và đồng hồ sẽ chỉ ở mức vùng đỏ và đèn báo sẽ sáng
Hình 2 14 Đồng hồ áp suất nhớt
Hệ thống đèn báo tín hiệu trên ô tô
Tùy vào mỗi hãng xe, mỗi chủng loại xe, một chiếc ô tô có thể phát hàng trăm các thông điệp khác nhau liên quan đến các hệ thống an toàn, đến tình trạng kỹ thuật của động cơ, áp suất hơi lốp, hệ thống di chuyển, thông tin nhăc nhở,…
Hiện nay trên các ô tô có tổng cộng khoảng 64 loại đèn báo hiệu cho tất cả các loại xe
Xe ô tô tại Việt Nam thường sẽ có 8 đến 12 loại đèn báo hiệu trên táp lô Nó thường được chia thành nhóm nguy hiểm, cảnh báo hư hỏng và bình thường với các màu sắc khác nhau
2.3.1 Đèn cảnh báo các lỗi xe hoặc tình huống nguy hiểm (đèn báo màu đỏ)
Khi khởi động, theo nguyên tắc không một đèn báo đỏ nào trên bảng táp lô sẽ sáng lên Nếu có một đèn bất kì màu đỏ sáng lên, bạn nên kiểm tra lại xe ô tô của bạn vì nó đang bị lỗi có thể gây nguy hiểm cho bạn nếu tiếp tục sử dụng
Hình 2 15 Đèn cảnh báo các lỗi xe hoặc tình huống nguy hiểm
- Đèn 1 (Cảnh báo phanh tay): Phanh tay của xe có thể đang kéo lên trong lúc đạp ga
Do đó người lái cần nhanh chóng kiểm tra phanh tay Hoặc cách tốt nhất là đem đến nơi sửa chữa để kiểm tra
- Đèn 2 (Cảnh báo nhiệt độ): Nhiệt độ của động cơ đang cao hơn mức cho phép Người lái cần nhanh chóng kiểm tra hệ thống nhiệt độ Trường hợp xe chạy được vài cây số mà đèn vẫn sáng thì phải nhanh đi kiểm tra Vì xe có thể gặp trục trặc dẫn đến tiêu hao nguyên liệu động cơ nhiều hơn
- Đèn 3 (Cảnh báo áp suất dầu ở mức thấp nhất): Khả năng xe thiếu dầu, bơm dầu bị hỏng hay đường ống dẫn bị tắc Ngoài ra có thể dầu nhớt bạn đang dùng không đúng với lời đề nghị của nhà sản xuất Cách tốt nhất là dừng xe để kiểm tra dầu nhớt đang dùng Hoặc bạn cần chú ý tình trạng thiếu dầu sẽ khiến động cơ bị bó, các chi tiết không bôi trơn làm động cơ hỏng
- Đèn 4 (Cảnh báo trợ lực lái điện): Hệ thống trợ lực lái có thể bị lỗi dẫn đến vô lăng cứng gây khó khăn cho người điều khiển xe Bạn cần căn chỉnh lại cảm biến trợ lực hay thay mới tùy vào tình trạng xe Cách tốt nhất là kiểm tra tình trạng xem tay lái có lệch, khó điều khiển
- Đèn 5 (Cảnh báo túi khí): Túi khí gặp trục trặc hoặc nhiều túi bị vô hiệu hóa bằng tay Bạn cần mang xe đến trung tâm uy tín để kiểm tra
- Đèn 6 (Cảnh báo lỗi ắc quy, máy giao điện): Ắc quy chưa được sạc hay sạc không đúng cách Lỗi này thường xuất hiện khi động cơ đang tắt Bạn chỉ cần kiểm tra và sạc ắc quy đúng cách
- Đèn 7 (Báo khóa vô lăng): Vô lăng đang bị khóa cứng do lúc tắt máy bạn quên trả về N hay P
- Đèn 8 (Báo bật công tắc khóa điện): Khóa điện xe đang ở trạng thái khóa Do đó bạn chỉ cần mở lại công tắc khóa điện
- Đèn 9 (Báo chưa thắt dây an toàn): Đèn báo bạn đang chưa hoặc có ít nhất 1 dây an toàn chưa thắt Bạn chỉ cần kiểm tra lại việc thắt dây an toàn
- Đèn 10 (Báo cửa xe mở): Một hay nhiều cánh cửa xe đang không được đóng kín Bạn nên kiểm tra và đóng kín tất cả cửa xe
- Đèn 11 (Báo nắp capo mở): Ý nghĩa là nắp capo xe đang mở và chưa được đóng kín đúng cách
- Đèn 12 (Báo cốp xe mở): Cốp sau của xe chưa được đóng kín đúng cách Bạn cần kiểm tra và đóng cốp xe lại
- Đèn 48: Khóa điều khiển từ xa của bạn sắp hết pin rồi đó, nhanh chóng bổ sung cho nó nào
- Đèn 49: Đèn cảnh báo khoảng cách giữa các xe
- Đèn 52: Đèn cảnh báo lỗi bộ chuyển đổi xúc tác
- Đèn 53: Đèn báo phanh đổ xe
2.3.2 Đèn cảnh báo hư hỏng cần sửa chữa (đèn báo màu vàng)
Các ký hiệu đèn cảnh báo trên ô tô màu vàng có ý nghĩa cảnh báo các sự cố hoặc nguy cơ sắp xảy ra, loại đèn này xuất hiện thì cấp độ nguy hiểm chưa cao vẫn có thể duy trì được tốc độ Tuy nhiên, sau đó bạn cần kiểm tra lại các chi tiết liên quan
Hình 2 16 Đèn cảnh báo hư hỏng cần sửa chữa 1
- Đèn 13 (Cảnh báo động cơ khí thải): Động cơ xe đang có vấn đề khi lượng khí thải cao hơn mức tiêu chuẩn Bạn cần đem xe đến trung tâm gần nhất kiểm tra
- Đèn 14 (Cảnh báo bộ lọc hạt diesel): Lượng khí thải của xe cao hơn tiêu chuẩn do bộ lọc hạt diesel đang có vấn đề
- Đèn 15 (Báo cần gạt kính chắn gió tự động): Cần gạt kính chắn gió tự động của xe có thể đang bị lỗi Bạn chỉ cần kiểm tra lại cần gạt
- Đèn 16 (Báo sấy nóng bugi/dầu diesel): Bugi sấy nóng dầu sẽ hỗ trợ xe khởi động dễ dàng đặc biệt là khi trời lạnh Bạn cần đợi đèn hết sáng rồi mới khởi động xe
- Đèn 17: Báo áp suất dầu ở mức thấp
- Đèn 18 (Cảnh báo phanh chống bó cứng): Cảm biến bánh xe phát hiện hệ thống chống bó cứng phanh ABS không hoạt động tốt Do đó bạn cần đưa xe kiểm tra
- Đèn 19 (Cảnh báo tắt hệ thống cân bằng điện tử): Hệ thống cân bằng điện tử đang hoạt động Khi chạy đường trơn sẽ giúp xe cân bằng, tăng độ bám đường Nếu bạn không thích chức năng này có quyền tắt nó đi Tuy nhiên với người lái bình thường thì không nên tắt
- Đèn 20 (Báo áp suất lốp ở mức thấp): Một hay nhiều lốp xe đang bị non hơi nên áp
15 suất không đủ Bạn cần kiểm tra và bơm hơi đúng áp suất tiêu chuẩn
- Đèn 21 (Báo cảm ứng mưa): Khả năng cao cảm ứng mưa đang bị lỗi nên bạn cần đem xe đi kiểm tra
Các loại tín hiệu truyền tải thông tin trong ô tô
Hiện nay, có 2 loại tín hiệu phổ biến trong lĩnh vực công nghệ kỹ thuật ô tô Đó là tín hiệu liên tục (Analog) và tín hiệu kỹ thuật số (Digital) Mỗi tín hiệu có một phương pháp truyền và đặc tính tín hiệu khác nhau, tùy vào mục đích sử dụng của chúng
Tín hiệu analog là một dạng tín hiệu mang tính chất dòng điện hoặc điện áp truyền trên dây dẫn Đây là tín hiệu được truyền liên tục (không ngắt quãng) thay đổi theo thời gian, nghĩa là sau một chu kỳ, tín hiệu sẽ được lặp lại và chỉ khác nhau về cường độ, nó thường là tín hiệu đầu ra của các cảm biến tương tự như cảm biến lamđa (oxy), cảm biến áp suất và chiết áp
Hình 2 21 Hình dạng sóng của tín hiệu Analog
2.4.1.1 Một số cảm biến xuất tín hiệu analog phổ biến trên ô tô
- Cảm biến vị trí trục khuỷu CKP
+ Cảm biến vị trí trục khuỷu CKP – Crankshaft Position Sensor (Ne): Cảm biến vị trí trục khuỷu có nhiệm vụ đo tín hiệu tốc độ của trục khuỷu, vị trí trục khuỷu gửi về cho ECU và ECU sử dụng tín hiệu đó để tính toán góc đánh lửa sớm cơ bản, thời gian phun nhiên liệu cơ bản cho động cơ
Hình 2 22 Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu loại điện từ
+ Cảm biến vị trí trục khuỷu loại điện từ: khi bánh răng kích từ quay, làm từ trường của nam châm đi qua cuộn dây cảm ứng thay đổi, giúp cho cuộn dây cảm ứng phát ra tín hiệu dạng xung hình sin Ở cảm biến từ sẽ có điện trở từ 400 Ω – 1500 Ω (tùy từng hãng) Xung hình sin từ 0.5 – 4.5 V
Hình 2 23 Tín hiệu của CKP loại điện từ trên máy đo xung
- Cảm biến vị trí trục cam CMP
+ Cảm biến vị trí trục cam CMP (Camshaft Position Sensor) nắm một vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển của động cơ ECU sử dụng tín hiệu này để xác định điểm chết trên của máy số 1 hoặc các máy, đồng thời xác định vị trí của trục cam để xác định thời điểm đánh lửa (với động cơ xăng) hay thời điểm phun nhiên liệu (động cơ phun dầu điện tử Common rail) cho chính xác
+ Cảm biến vị trí trục cam loại Điện từ: có cấu tạo như cảm biến vị trí trục khuỷu lạo điện từ Tạo ra loại xung có dạng hình sin, Xung này có điện áp từ 0.5-4.5V
Hình 2 24 Tín hiệu của CMP loại điện từ trên máy đo xung
- Cảm biến vị trí bướm ga
+ Cảm biến vị trí bướm ga TPS (Throttle Position Sensor) để ECU giám sát hoạt động của cánh bướm ga ECU sử dụng tín hiệu này để nhận biết yêu cầu của người lái và tính tải động cơ từ đó điều khiển: lượng phun nhiên liệu, thời điểm đánh lửa, tốc độ không tải
Hình 2 25 Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga loại biến trở (có chân IDL)
Hình 2 26 Tín hiệu của cảm biến vị trí bướm ga
- Cảm biến mức nhiên liệu:
+ Cảm biến mức nhiên liệu FLS (Fuel Level Sensor) được sử dụng trong tất cả các ô tô để chỉ báo mức nhiên liệu Có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để đo mức nhiên liệu như màng điện trở, điện trở rời, điện dung và siêu âm Nhưng cảm biến dựa trên điện trở được sử dụng phổ biến nhất cho ứng dụng này Các cảm biến này được kết nối cơ học với phao di chuyển lên hoặc xuống tùy thuộc vào mức nhiên liệu
Hình 2 27 Cảm biến mức nhiên liệu FLS
+ Cảm biến này là một phần của mạch cân bằng dòng điện của mạch hiển thị đồng hồ đo nhiên liệu thường bao gồm các cuộn dây để kích hoạt kim hiển thị Khi phao di
22 chuyển, biến chuyển động lên xuống của phao thành tín hiệu điện áp (tín hiệu dạng analog) Lúc này vị trí của kim thay đổi tỷ lệ thuận với dòng điện chạy trong cuộn dây Nhược điểm của cảm biến dựa trên tiếp xúc điện trở là hao mòn cảm biến do tiếp xúc trượt bên trong các phần tử cảm biến Sự hao mòn dẫn đến giảm tuổi thọ của cảm biến
- Cảm biến nhiệt độ: cảm biến này làm thay đổi điện trở trong để phản hồi nhiệt độ, tín hiệu này là một loại tín hiệu analog điện áp biến đổi
+ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECT (Engine Coolant Temperature)sử dụng để đo nhiệt độ của hỗn hợp chất làm mát của động cơ và gửi tín hiệu về ECU để ECU thực hiện những hiệu chỉnh để xe hoạt động tốt nhất
Hình 2 28 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECT
+ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ô tô được đặt ở bên trong khoang nước động cơ và tiếp xúc trực tiếp với nước Được làm bằng vật liệu có hệ số điện trở âm, nên khi nhiệt độ của nước làm mát tăng thì điện trở giảm và ngược lại Sự thay đổi của điện trở cảm biến này sẽ làm thay đổi điện áp ở phía chân của cảm biến - tạo ra tín hiệu analog
Hình 2 29 Hoạt động của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
+ ECU chuyển điện áp (thường là 5V) từ bộ ổn áp qua điện trở chuẩn (hệ số điện trở này không thay đổi theo nhiệt độ) đến cảm biến rồi về ECU (sau đó về mass) Như vậy nhiệt điện trở của cảm biến và điện trở chuẩn sẽ tạo thành một cầu phân áp Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến sẽ chuyển đổi tín hiệu A/D chuyển tín hiệu tương tự thành số (A/D – Analog to Digital Converter)
+ Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở của cảm biến cao làm cho điện áp gửi về bộ chuyển đổi A/D lớn Tín hiệu Lúc này, điện áp chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã thông qua bộ vi xử lý để gửi tín hiệu cho ECU báo hiệu động cơ đang ở trạng thái lạnh, ECU sẽ điều khiển tăng lượng xăng phun và góc đánh lửa sớm Ngược lại, khi động cơ nóng lên, giá trị điện trở cảm biến giảm làm cho điện áp gửi về bộ chuyển đổi A/D nhỏ, gửi tín hiệu cho ECU báo hiệu động cơ đang ở tạng thái nóng, cần giảm lượng xăng phun và góc đánh lửa sớm
2.4.1.2 Nhiễu tín hiệu analog và lọc nhiễu sử dụng bộ lọc Karman
Các dạng màn hình hiển thị trên ô tô
Màn hình ô tô là một loại thiết bị cung cấp các tính năng: giải trí, tiện ích, hỗ trợ lái xe, kết nối và điều khiển công nghệ an ninh, an toàn trên xe… Màn hình này thường được lắp ở vị trí trung tâm bảng điều khiển trên xe
Hình 2 40 Màn hình hiển thị trên ô tô
Với ô tô cũ đời trước, màn hình xe chỉ ở dạng đơn sắc và nhỏ gọn, chủ yếu hiển thị những thông tin cơ bản từ radio, đầu CD… Về sau, khi ô tô được trang bị thêm đầu DVD thì màn hình xe cũng theo đó nâng cấp lên kích thước lớn hơn, chuyển sang loại màn hình
33 màu LCD Cũng từ đây người ta thường gọi màn hình xe là màn hình DVD ô tô
Theo sự phát triển của công nghệ, màn hình ô tô ngày càng sở hữu độ phân giải cao hơn và đặc biệt có cả điều khiển cảm ứng Màn hình tích hợp các chức năng điện toán di động, hoạt động tương tự như điện thoại thông minh hay máy tính bảng, được gọi là màn hình ô tô thông minh
Thông qua màn hình ô tô thông minh, người dùng có thể điều khiển các tính năng giải trí (nghe nhạc, xem video, kết nối internet, truy cập mạng xã hội…), hỗ trợ lái xe (định vị GPS, xem bản đồ, hướng dẫn đường đi…), kết nối và đồng bộ hoá với điện thoại thông minh (nghe/gọi, xem/trả lời tin nhắn…), kết nối camera ô tô cùng nhiều tính năng khác trên xe…
Ngoài màn hình trung tâm đặt ở taplo, ô tô còn có một loại màn hình khác đó là màn hình gối đầu ô tô được lắp ở phía sau gối đầu ghế trước Màn hình này đóng vai trò là một màn hình thuần giải trí phục vụ xem phim, nghe nhạc… dành cho những hành khách ngồi hàng ghế sau
Hình 2 41 Màn hình gối đầu ô tô
2.5.1 Màn hình huỳnh quang chân không (VFD)
Màn hình huỳnh quang chân không gồm 20 đoạn huỳnh quang nhỏ được sử dụng trong đồng hồ tốc độ để thể hiện tốc độ của xe dưới dạng số
Cấu tạo: màn hình huỳnh quang chân không có cấu tạo gồm ba phần: Một bộ dây tóc (Cathod) được làm bằng dây tungsten mỏng Bộ dây này có phủ một lớp phát ra điện tử
34 khi bị nung nóng; 20 đoạn (Anod) được phủ chất huỳnh quang; Lưới đặt giữa Cathod và Anod để điều chỉnh dòng điện Cả 3 bộ phận này đều được đặt trong một buồng kính phẳng đã hút hết không khí
Hình 2 42 Cấu tạo màn hình huỳnh quang chân không (VFD)
Nguyên lý hoạt động: Dòng điện chạy qua dây tóc sẽ nung nóng dây tóc Khi dây tóc bị nung nóng đến nhiệt độ 600°C thì nó phát ra các hạt điện tử Các hạt điện tử này sẽ va đập vào các đoạn (Anod) làm chất huỳnh quang phát sáng Trong khi đó, lưới đặt giữa Cathod và Anod sẽ đảm bảo các hạt điện tử đập đều lên tất cả các đoạn huỳnh quang
Hình 2 43 Màn hình huỳnh quang chân không (VFD) trên xe
2.5.2 Màn hình tinh thể lỏng (LCD)
Màn hình tinh thể lỏng LCD (Liquid Crystal Display) được cấu tạo nên bởi các tế bào (các điểm ảnh) chứa tinh thể lỏng với khả năng thay đổi tính phân cực của ánh sáng và thay đổi cường độ ánh sáng truyền qua khi kết hợp với các loại kính lọc phân cực Nói một cách dễ hiểu hơn thì LCD chính là công nghệ dùng đèn nền để tạo ánh sáng chứ không tự phát sáng được
Cấu tạo của màn hình LCD gồm 6 lớp xếp chồng lên nhau:
- 1 Kính lọc phân cực thẳng đứng có tác dụng lọc ánh sáng tự nhiên khi vào
- 2 Lớp kính có điện cực ITO
- 4 Lớp kính có điện cực ITO chung
- 5 Kính lọc phân cực nằm ngang
- 6 Gương phản xạ, tác dụng phản xạ lại ánh sáng với người quan sát
Hình 2 44 Cấu tạo của màn hình LCD 1
Hình 2 45 Cấu tạo của màn hình LCD 2
Vốn dĩ màn hình LCD hiển thị màu sắc nhờ vào những điểm ảnh chứa tinh thể lỏng có thể thay đổi màu sắc và cường độ ánh sáng.Những điểm này hiển thị màu sắc theo quy tắc phối màu phát xạ từ 3 màu lam, lục và đỏ, bật tắt liên tục để tạo ra một điểm màu, tập hợp nhiều điểm màu cho ra một hình ảnh hiển thị trên màn hình LCD
Màn hình LCD hoạt động dựa trên nguyên tắc ánh sáng nền, bao gồm một lớp chất lỏng nằm giữa 2 lớp kiếng phân cực ánh sáng Đèn nền có vai trò cung cấp nguồn sáng phía sau màn hình Ánh sáng này bị phân cực, hay có thể hiểu là chỉ một nửa ánh sáng chiếu qua lớp tinh thể lỏng Các tinh thể lỏng này được tạo thành từ một phần chất rắn, một phần chất lỏng và có thể "xoắn" khi dòng điện chạy qua Các tinh thể lỏng sẽ chặn ánh sáng phân cực khi chúng tắt, nhưng lại phản xạ các loại ánh sáng đỏ, lục hoặc lam khi được kích hoạt
Nhìn chung, nói một cách dễ hiểu, LCD sử dụng đèn nền và các pixel được bật và tắt điện tử trong khi các tinh thể lỏng để xoay ánh sáng phân cực, từ đó có thể tạo ra hình ảnh Màn hình LCD có hai biến thể được sử dụng phổ biến hiện nay là màn hình IPS và QLED
IPS (In Plane Switching) được coi là công nghệ LCD tổng thể tốt nhất nhờ vào chất lượng hình ảnh, độ chính xác màu sắc và góc nhìn
Hình 2 46 Màn hình IPS trên xe
Màn hình IPS được phát triển bởi hãng Hitachi vào năm 1996 nhằm khắc phục những nhược điểm cố hữu của công nghệ màn hình truyền thống có góc nhìn và dải màu hẹp Màn hình IPS bao gồm những thành phần đặc trưng của LCD, tuy nhiên điểm khác biệt của màn hình này là các lớp tinh thể lỏng giờ đây được xếp theo hàng ngang (đây là nguồn gốc của cụm từ "In Plane") song song với 2 lớp kính phân cực ở trên và dưới thay vì vuông góc Sự thay đổi này làm giảm lượng ánh sáng tán xạ, cung cấp góc nhìn rộng và tái tạo màu sắc tốt màn hình IPS còn cung cấp góc nhìn lên tới 178 độ so với phương ngang, điều này có nghĩa là người dùng không nhất thiết phải ngồi trực diện vẫn có thể trải nghiệm hết chất lượng của hình ảnh
QLED là một biến thể của LCD – được bổ sung thêm một tấm film chấm lượng tử vào cấu trúc thông thường của LCD Người ta sẽ kẹp một tấm nhựa trước hệ thống đèn nền và lớp tinh thể lỏng Tấm nhựa này phủ đầy các hạt chấm lượng tử cực nhỏ, sẽ chuyển đổi ánh sáng từ đèn nền thành màu đỏ và xanh lá, kết hợp với phần ánh sáng xanh dương còn dư để tạo thành bộ ba màu R-G-B truyền thống
Việc tích hợp chấm lượng tử giúp màn hình LCD cung cấp sản lượng màu phong phú hơn Độ sáng của màn hình cũng được thúc đẩy cao hơn loại LCD sử dụng công nghệ cũ
Hình 2 47 Màn hình QLED trên xe
CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠNG CAN
Tổng quan về mạng giao tiếp trên ô tô
3.1.1 Mạng giao tiếp trên ô tô
Mạng giao tiếp trên ô tô nói riêng và mạng giao tiếp trên các phương tiện giao thông nói chung là một hệ thống gồm các hộp ECU có chức năng riêng biệt như: ECM, TCM, BCM, ABS…,chúng kết nối và giao tiếp với nhau để trao đổi thông tin qua lại với nhau Mỗi hộp điều khiển đều có thể biết được thông tin của các hộp khác, nhưng nó chỉ tiếp nhận thông tin mà nó cần, còn các thông tin khác sẽ bị loại bỏ
Nhằm tối ưu cho việc điều khiển và hạn chế dây dẫn, ngày nay tất cả các phương tiện từ ô tô, xe tải, xe đầu kéo, máy công trình, máy bay, phương tiện quân sự, thậm chí là xe máy cũng đều sử dụng mạng giao tiếp
Mạng giao tiếp dùng trên ô tô sử dụng rất ít dây dẫn (chỉ 1 hoặc 2 dây) nhưng dữ liệu truyền tải được rất nhiều với tốc độ truyền tải cực nhanh
3.1.2 Lí do phải sử dụng mạng giao tiếp trên ô tô
Từ năm 1970, hệ thống điều khiển điện tử trên ô tô bắt đầu phát triển, đó là hệ thống đánh lửa điều khiển bằng IC Đến những năm 80, hộp điều khiển động cơ bắt đầu xuất hiện, được gọi là hộp ECM - Engine Control Module
Do ưu điểm vượt xa so với điều khiển bằng cơ khi, cho nên công nghệ điều khiển điện tử được nghiên cứu và phát triển nhanh chóng Đến năm 1990, sự ra đời của hệ thống cân bằng điện tử ESP, hệ thống mã hóa động cơ immobilizer càng khẳng định tầm quan trọng của công nghệ này Điều này đã dẫn đến sự ra đời của hàng loạt hệ thống tiếp theo như hệ thống chìa khóa thông minh smart key, hệ thống hỗ trợ đỗ xe Parking Assist, hệ thống kiểm soát chênh lệch làn đường Lane KeePing Ở giai đoạn đầu, lúc đó số lượng hộp điều khiển còn quá ít, chủ yếu chỉ có các hộp điều khiển động cơ, hộp điều khiển hộp số, và ABS Lúc này, 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 trung bình có khoảng 30 hộp điều khiển khác nhau, chưa kể đến các xế hộp hạng sang thì con số này có thể lên đến hàng trăm hộp Đến ngay cả hệ thống điều khiển ghế ngồi, mở cốp, điều
42 khiển âm thanh, điều hòa cũng cần đến một hộp điều khiển riêng Do số lượng hộp điều khiển quá lớn, cho nên ta không thể nối trực tiếp các hộp với nhau từng điểm một mà chúng ta phải nối các hộp vào một mạng lưới giao tiếp chung, chúng gọi là mạng giao tiếp trên ô tô
Với sự ra đời của mạng giao tiếp 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 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 mạng giao tiếp
Khi nhu cầu về an toàn, tiện lợi và độ chính xác ngày càng 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
3.1.3 Các loại mạng giao tiếp phổ biến trên ô tô
Từ những năm 1970 - 1980, các nhà nghiên cứu đã cho ra đời nhiều giải pháp về giao tiếp trên ô tô Cho đến nay, đã có rất nhiều mạng giao tiếp khác nhau, nhưng chỉ có những mạng giao tiếp chính sau đây được áp dụng trên ô tô:
Hình 3 1 Các loại mạng giao tiếp phổ biến trên ô tô
CAN - Controller Area Network là một kiểu giao thức kết nối phổ biến nhất trên ô tô hiện nay, với tốc độ truyền tải lên đến 1Mb/s, độ chính xác cao và ít bị nhiễu Mạng giao tiếp CAN được phát triển vào những năm 1980, bởi sự hợp tác giữa Mercedes Benz và Bosch GmbH Tuy nhiên, mãi cho đến 1994 mạng giao tiếp CAN mới được cho ứng dụng rộng rãi và là một tiêu chuẩn của tất cả xe sản xuất tại Mỹ vào năm 2008
CAN cũng có nhiều loại khác nhau: Single CAN, CAN tốc độ thấp, CAN tốc độ cao Đặc điểm dễ nhận biết của mạng giao tiếp này là 2 dây xoắn vào nhau, có 2 điện trở
120 ohm ở hai đầu đấu song song với nhau, cho nên nếu đo điện trở của hai dây CAN sẽ bằng 60 ohm, giá trị điện áp của hai dây CAN:
- 1 dây là CAN high: điện áp dao động từ 2.5 - 3.5 V
- 1 dây là CAN low: điện áp dao động từ 1.50 - 2.5 V
LIN - Local Interconnect Network là mạng giao tiếp phổ biến thứ 2, đứng sau mạng giao tiếp CAN LIN thường được sử dụng trong mạng giao tiếp nội bộ trên hệ thống body không cần tốc độ truyền cao và có thể giao tiếp 2 chiều
LIN thường sử dụng trên những hệ thống phụ “Sub System”, những hệ thống không cần tốc độ truyền cao và dữ liệu nhiều Một số hệ thống thường dùng mạng giao tiếp LIN như: điều khiển gương, điều khiển ghế, khóa cửa, cửa sổ trời, gạt mưa, nâng hạ kính,
Có một loại mạng giao tiếp ra đời gần đây, đó là mạng giao tiếp MOST - Media Oriented Systems Transport Nói đơn giản thì, mạng giao tiếp MOST là mạng truyền cáp quang với tốc độ truyền tải tối đa lên đến 150 Mb/s và sử dụng trong mạng thông tin giải trí trên xe, loại mạng giao tiếp này thường thấy trên các dòng xe ở Châu Âu Đặc điểm của mạng MOST là liên kết với nhau theo dạng vòng tròn khép kín Vì vậy, khi có một điểm trong vòng tròn này bị đứt hoặc một Module hỏng thì toàn bộ hệ thống này sẽ không còn hoạt động được nữa Một số hộp điều khiển thường được đặt trong vòng tròn này như: hộp Central Gateway, hộp đồng hồ táp lô, hộp radio, hộp ampli,…
Tổng quan về mạng CAN
3.2.1 CAN và lịch sử phát triển mạng CAN
Việc phát triển mạng CAN được bắt đầu từ năm 1983 bởi Công ty Robert Bosch GmbH (Đức) Sau đó, giao thức được chính thức công bố vào năm 1986 tại đại hội của Hiệp hội Kĩ sư ô tô (Society of Automotive Engineers, SAE) ở Detroit, Michigan, Mỹ Khi mà Mercedes đưa ra yêu cầu cho họ là phát triển một hệ thống liên lạc giữa ba ECU (bộ điều khiển điện tử) trên xe Bởi lúc này, họ nhận thấy rằng UART không còn phù hợp trong tình huống này nữa vì nó được sử dụng trong giao tiếp điểm – điểm Nhu cầu về một hệ thống liên lạc đa chủ trở nên cấp thiết
Những chip CAN controller đầu tiên được Intel sản xuất vào năm 1987, và sau đó là bởi Phillips Xe Mercedes-Benz W140 là xe đầu tiên được trang bị CAN
Hình 3 3 Chiếc xe đầu tiên được trang bị CAN (Mercedes-Benz W140)
Khi ngành công nghiệp xe ô tô ngày càng phát triển, các khối điều khiển điện tử với nhiều chức năng phức tạp (điều khiển thân xe, điều khiển cửa, điều khiển động cơ, thu thập dữ liệu các cảm biến, định vị xe, ) trong xe ngày càng nhiều nên việc bố trí kết nối càng trở nên phức tạp, tốn kém và bảo trì khó khăn CAN ra đời đã giải quyết các vấn đề tồn tại Các module chỉ cần 2 dây để kết nối với nhau Việc thêm hay bớt module trong Bus CAN dễ dàng Việc truyền dữ liệu có độ tin cậy cao, tốc độ nhanh
Hình 3 4 Các hệ thống trên xe khi chưa có CAN
Hình 3 5 Các hệ thống trên xe khi có CAN
Về mặt lý thuyết, với khả năng cung cấp tốc độ truyền thông tốc độ cao lên đến 1 Mbits / giây nên CAN có thể hỗ trợ mạnh cho những hệ thống điều khiển theo thời gian thực với độ ổn định, bảo mật và khả năng chống nhiễu tốt CAN liên kết được tới 2032 thiết bị (giả sử một nút với một mã ID) trên một mạng duy nhất Ngoài ra, tính năng hạn chế lỗi và phát hiện lỗi làm tăng độ tin cậy hơn trong môi trường nhiễu nghiêm trọng
Từ lúc giới thiệu lần đầu tiên cho đến hiện tại, dựa trên các đặc điểm thông số kỹ thuật của Bosch mà họ đã cho ra mắt các phiên bản khác nhau cho CAN như sau: CAN 1.0 và CAN 2.0
Phiên bản 2.0 của CAN được chia thành hai phần Hai phần được định nghĩa bởi các
ID khác nhau của thông điệp, với sự khác biệt chính là độ dài mã ID
+ CAN tiêu chuẩn (Phiên bản 2.0 A): sử dụng ID (Idenifier) 11-bit
+ CAN mở rộng (Phiên bản 2.0 B): sử dụng ID 29-bit
Vào năm 1993, hiệp hội ISO đã phát hành tài liệu tiêu chuẩn hóa cho CAN thông qua tiêu chuẩn ISO Sự khác biệt là ở lớp vật lý:
- ISO 11898 (Cần lưu ý rằng tiêu chuẩn của ISO không phải là toàn bộ các đặc tính của CAN mà Bosch qui định) xử lý các ứng dụng tốc độ cao lên đến 1Mbit / giây
- 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 ví dụ như ISO 11519 có giới hạn trên là 125kbit / giây
Hình 3 6 Lịch sử phát triển CAN theo chuẩn ISO
Tóm tắc lịch sử phát triển của mạng CAN:
- Năm 1983: Bắt đầu dự án phát triển mạng trên xe hơi trong nội bộ hãng Bosch
- Năm 1986: Chính thức giới thiệu giao thức CAN
- Năm 1987: Những chíp điều khiển CAN đầu tiên xuất hiện ở nhà sản xuất linh kiện bán dẫn Intel và Philips
- Năm 1991: Bosch xuất bản thông số kỹ thuật CAN 2.0
- Năm 1992: Thành lập nhóm các nhà sử dụng và sản xuất CAN quốc tế: Hội CAN tự động hóa (CiA) Hội CiA xuất bản giao thức Lớp ứng dụng CAN (CAN Application Layer, CAL) Những chiếc xe Mercedes-Benz đầu tiên được trang bị CAN xuất hiện
- Năm 1993: Xuất bản tiêu chuẩn ISO 11898
- Năm 1994: CiA tổ chức Hội nghị CAN quốc tế lần thứ nhất (iCC) Allen- Bradley giới thiệu giao thức DeviceNet
- Năm 1995: Xuất bản Tiêu chuẩn ISO 11898 sửa đổi (định dạng khung mở rộng) CiA xuất bản giao thức CANopen
- Năm 2012, Bosch đã phát hành CAN FD 1.0 hoặc CAN với tốc độ dữ liệu linh hoạt Kỹ thuật này sử dụng một định dạng khung khác nhau cho phép một chiều dài dữ liệu khác nhau cũng như các tùy chọn chuyển đổi để tốc độ bit nhanh hơn CAN FD tương thích với mạng CAN 2.0 hiện có để các thiết bị của chúng có thể cùng hoạt động trên cùng một mạng với nhau
3.2.2 Các khái niệm cơ bản về mạng CAN
Mục này trình bày các thuật ngữ và khái niệm cơ bản trước khi đi sâu phân tích chi tiết chuẩn BUS CAN:
- Node (Station) là những thành phần độc lập có thể xử lý truyền nhận dữ liệu trên BUS CAN, một Node thường có 3 thành phần cơ bản là vi điều khiển MCU, chip điều khiển CAN (CAN controller) và chip thu-phát (CAN transceiver)
- Thông điệp (Message): Thông tin trên BUS CAN được gửi dưới dạng các thông điệp có định dạng cố định Các thông điệp có thể khác nhau nhưng độ dài (số bit trong một thông điệp) là có giới hạn và được giới hạn về độ dài Khi BUS rảnh (IDLE) thì bất kỳ Node nào trên BUS đều có thể bắt đầu truyền một thông điệp mới Thông điệp được truyền thông qua 4 loại khung (frame) khác nhau là khung dữ liệu (Data frame), khung yêu cầu hay khung điều khiển (remote frame), khung báo lỗi (Error frame) và khung báo quá tải (Overload frame)
- Tốc độ bit (Bit rate): Tốc độ bit của CAN có thể khác nhau trong các hệ thống khác nhau nhưng trong một hệ thống cho trước thì tốc độ bit đồng nhất và cố định Tốc độ bit còn tùy thuộc vào chiều dài đường truyền Tốc độ tối đa có thể lên đến 1 Mbit/s Sau đây
52 là bảng một số thông số tham khảo thực tế:
Chiều dài BUS (BUS Length - m)
Thời gian bit danh định (Nominal Bit-time - às)
- Tính ưu tiên (Priorities): Mỗi khung dữ liệu hoặc khung yêu cầu sẽ chứa một định danh IDENTIFIER (hay số ID) ID sẽ định nghĩa một mức ưu tiên cố định cho thông điệp trong suốt quá trình truy cập BUS
- Yêu cầu dữ liệu từ xa (Remote data request): Bằng cách gửi một khung yêu cầu (Remote Frame), một Node đang chờ dữ liệu có thể yêu cầu một Node khác gửi một khung dữ liệu (Data Frame) tương ứng với khung yêu cầu đó Khung dữ liệu và khung yêu cầu tương ứng phải có IDENTIFIER giống nhau
- Đa master (Multimaster): Khi BUS rảnh, mỗi Node đều có thể truyền thông điệp nhưng chỉ Node nào truyền thông điệp có mức ưu tiên cao nhất mới chiếm quyền truy cập BUS, tức thông điệp của Node đó được truyền trước Các thông điệp từ các Node khác phải tạm dừng và chờ truyền sau
- Giá trị BUS (BUS values): Khi hoạt động, BUS có thể mang một trong hai giá trị logic là ‘dominant’ (mức trội), tương ứng với mức thấp – bit 0 hay ‘recessive’ (mức lặn) tương ứng mức cao – bit 1 Trong cùng một thời điểm nếu ‘dominant’ và ‘recessive’ cùng được truyền lên BUS thì giá trị BUS sẽ là ‘dominant’ Đây là cơ chế hoạt động AND-wire của BUS
SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN XE HYUNDAI
Phân tích sơ đồ của xe Hyundai Sonata 2016 để tìm hiểu rõ hơn về mạng CAN được kết nối với nhau như thế nào Trên xe Huyndai Sonata 2016 có ba mạng CAN cùng hoạt động đó là C-CAN, B-CAN và M-CAN Các mạng CAN này không liên kết với nhau thông qua hộp Gateway mà là mạng CAN rời Dưới đây là sơ đồ đi dây của hệ thống mạng CAN trên xe Sonata
Sơ đồ mạng C-CAN trên xe
Hình 4 2 Sơ đồ hệ thống mạng C-CAN
Trên mạng CAN gồm có hai dây CAN-H và CAN-L, nhưng trên sơ đồ sẽ được biểu diển bằng một đường màu đỏ Hai điện trở đầu và cuối được đặc ở hộp điều khiểu động cơ PCM/ECM và hộp điều khiển đồng hồ Táp Lô
Nếu bắt đầu từ hộp PCM/ECM mạng CAN truyền qua các giắc nối đến bộ chia (Joint Connector) nơi này dùng để chia đường CAN đến các hệ thống, hộp ECU (Hoặc dùng để kiểm tra đường CAN xem có bị đứt không) sau cùng đến CLUSTER (đồng hồ Táp lô)
Theo như sơ đồ, mạng C-CAN thông qua các Joint Connector kết nối các hệ thống như:
- F/PUMP (hộp điều khiển bơm xăng)
- ODS (cảm biến, rất ít trường hợp cảm biến truyền trực tiếp lên CAN thường thì chúng sẽ thông qua các hộp)
- ESP (hệ thống cân bằng điện tử)
- DIAGNOIS (giắc chuẩn đoán) Đây là giắc chuẩn đoán riêng của hãng Trên chiếc xe này vẫn còn một giắc chẩn đoán chung OBDII Ký hiệu là MUT (đều được kết nối trên đường C-CAN)
- ACU (hộp điều khiển cơ khí)
- BCM (hộp điều khiển thân xe)
- DATC (hộp điều khiển lạnh)
- MUT (OBDII data link connector)
Ngoài ra còn có các Option tùy từng chiếc xe như:
- RR CAMERA UNIT (hộp camera)
- SMK (hộp Smart Key) dùng để điều khiển mở nguồn, khởi động,…
- TPMS : cảm biến đo áp suất bánh xe
- AVN (hệ thống định vị)
Hình 4 3 Các hệ thống kết nối với C-CAN thông qua Joint Connector (1)
Hình 4 4 Các hệ thống kết nối với C-CAN thông qua Joint Connector (2)
Các hộp ECU cũng gồm hai dây High và Low truyền tín hiệu vào đường CAN chính thống qua Joint Connector Mạng CAN là mạng song song ở đây không có hộp ECU chủ mà tất cả đều bình đẳng với nhau các thông tin đều được truyền thông qua dây CAN-H và CAN-L
Sơ đồ mạng B-CAN trên xe
Hình 4 5 Sơ đồ hệ thống mạng B-CAN
Trên hệ thống mạng B-CAN chúng kết nối các hộp để truyền tín hiệu như: hệ thống khóa cửa, hệ thóng định vị, Smart Key, BCM
Trên hệ thống B-CAN này không có kết nối hiển thị lên Táp lô
Sơ đồ mạng M-CAN trên xe
Hình 4 6 Sơ đồ hệ thống mạng M-CAN
Trên hệ thống M-CAN có kết nối các hệ thống như D-CLOCK, AMP, AVN, CLUSTER, MUT
Khác với B-CAN ta thấy hệ thống M-CAN có truyền thông tin lên đồng hồ Táp lô và giắc chuẩn đoán
THỰC HÀNH MÔ HÌNH MẠNG GIAO TIẾP CAN BUS SỬ DỤNG
Linh kiện thực hành
CAN MCP2515 là một module đơn giản hỗ trợ Giao thức CAN phiên bản 2.0B và có thể được sử dụng để liên lạc với tốc độ 1Mbps Module này là một board mạch bao gồm CAN controller MCP 2515 và CAN transceiver hỗ trợ tốc độ truyền cao TJA1050 Kết nối với bất kì vi xử lý nào sử dụng giao thức truyền SPI CAN-H và CAN-L có thể nối dây để giao tiếp với các module CAN khác
Hình 5 2 Sơ đồ module CAN MCP 2515
CAN controller MCP 2515 là bộ điều khiển chính bên trong bao gồm ba thành phần: CAN Module, Control Logic và SPI Block Module CAN chịu trách nhiệm truyền và nhận tin nhắn trên CAN Bus Control Logic xử lý việc thiết lập và vận hành MCP 2515 bằng cách kết nối tất cả các khối Khối SPI chịu trách nhiệm về giao diện giao tiếp SPI
CAN transceiver TJA1050 này có nhiệm vụ lấy dữ liệu từ bộ điều khiển và chuyển tiếp lên Bus
Các thông số cơ bản của Module CAN MCP2515:
- Thạch anh tạo xung 8MHz
- Tích hợp điện trở 120 Ohm trên mạch
- Hỗ trợ truyền với tốc độ 1 Mb/s
- Module sử dụng nguồn 5V DC
- Chế độ standby tiêu thụ dòng thấp 5mA
- Nhiệt độ hoạt động: -40 độ C đến 85 độ C
Danh sách chân CAN MCP 2515:
CS SPI Slave (chân giao thức SPI)
SO SPI MISO (chân giao thức SPI)
SI SPI MOSI (chân giao thức SPI) SCK SPI Clock (chân giao thức SPI) INT Chân ngắt
Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328.Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau
Các thông số cơ bản của Arduino Uno:
- Số chân Digital: 14 chân (trong đó chân 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) ngoài chức năng thông thường các chân này còn hỗ trợ giao tiếp SPI bằng thư viện SPI )
- Dòng điện DC trên mỗi chân I/O: 20 mA
- Tốc độ thạch anh: 16 MHz
5.1.3 Cảm biến nhiệt độ LM 35
Hình 5 4 Cảm biến nhiệt độ LM 35
Cảm biến nhiệt độ LM35 là một loại cảm biến tương tự rất hay được ứng dụng trong các ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực (nhưng vẫn còn sai số lớn) Với kích thước nhỏ và giá thành rẻ là một trong những ưu điểm của nó Vì đây là cảm biến tương tự (analog sensor) nên ta có thể dễ dàng đọc được giá trị của nó bằng hàm analogRead()
Nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của LM35
- Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/°C Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phòng và 3/4°C ngoài khoảng 2°C tới 150°C công suất tiêu thụ là 60uA
Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị hiệu điện thế nhất định tại chân Vout (chân giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ
Như vậy, bằng cách đưa vào chân bên trái của cảm biến LM35 hiệu điện thế 5V, chân phải nối đất, đo hiệu điện thế ở chân giữa bằng pin A2 trên arduino, ta sẽ có được giá trị của nhiệt độ
Biến trở volume loại đơn, có 3 chân hoạt động như 1 điện trở có khả năng thay đổi điện trở khi vặn núm điều chỉnh
Hình 5 6 Màn hình LCD 1602 có I2C
Các thông số cơ bản của màn hình LCD 1602 có I2C:
- Dạng hiển thị: 2 dòng, mỗi dòng 16 ký tự
- Màu hiển thị: đèn nền xanh lá
- Bên trong tích hợp chip HD44780 cho điều khiển LCD
- Góc quan sát rộng, độ tương phản cao
- Điện áp hoạt động: 5V DC
- Kích thước: 80mm x 35mm x 9mm
- Kích thước hiển thị: 64.5mm x 16mm
Sơ đồ thuật toán
Hình 5 7 Sơ đồ khối của mô hình giao tiếp CAN Bus
Hình 5 8 Sơ đồ thuật toán của Arduino truyền tín hiệu Hình 5 9 Sơ đồ thuật toán của Arduino nhận tín hiệu
Mô hình được tạo thành từ 2 node CAN, mỗi node CAN gồm 1 mạch Arduino uno và 1 mạch CAN MCP 2515 Node 1 đọc nhiệt độ từ cảm biến nhiệt độ LM35 sau đó truyền lên đường CAN Bus Node 2 đọc thông tin nhiệt độ từ đường CAN Bus và hiển thị lên LCD.
Sơ đồ đấu dây
5.3.1 Trên Arduino truyền tín hiệu
Kết nối Arduino uno với cảm biến nhiệt độ LM 35
Chân trên Arduino uno Chân trên LM 35
Kết nối Arduino uno với biến trở
Chân trên Arduino uno Chân trên biến trở
Kết nối Arduino uno với CAN MCP 2515
Chân trên Arduino Chân trên MCP 2515
5.3.2 Trên Arduino nhận tín hiệu
Kết nối Arduino uno với cảm biến nhiệt độ LM 35
Chân trên Arduino Chân trên MCP 2515
Kết nối Arduino uno với LCD
Chân trên Arduino uno Chân trên LCD
Hình 5 10 Mô hình hệ thống khi đấu dây
Hình 5 11 Mô hình thực hành đấu dây thực tế
Code thực hiện
#include //Library for using SPI Communication
#include //Library for using CAN Communication
#define lm35Pin A2 int potValue=0; float tempValue; // variable to store celcius float vout; // temporary variable to hold sensor reading struct can_frame canMsg1; //pot message struct can_frame canMsg2; // lm35 message
MCP2515 mcp2515(10); // chip select pin 10 void setup()
SPI.begin(); //Begins SPI communication mcp2515.reset(); mcp2515.setBitrate(CAN_500KBPS,MCP_8MHZ); //Sets CAN at speed
500KBPS and Clock 8MHz mcp2515.setNormalMode();
96 canMsg1.can_id = 0xAA; //CAN id as 0xAA for potentiometer canMsg1.can_dlc = 2; //CAN data length as 2 canMsg2.can_id = 0xBB; //CAN id as 0xBB for LM35 canMsg2.can_dlc = 1; //CAN data length as 1
{ potValue = analogRead(potPin); tempValue=analogRead(lm35Pin); potValue=map(potValue,0,1023,0,255); tempValue=(tempValue/1023)*5000; vout=tempValue/10; int temp =int(vout);
Serial.print("Temp value deg C :");
Serial.println(potValue); canMsg1.data[0] = potValue; //Update pot value in [0] canMsg1.data[1]= 0x00; mcp2515.sendMessage(&canMsg1); //Sends the CAN message delay(200);
97 canMsg2.data[0] = temp; //Update lm35 value in [0]
// canMsg1.data[1]= 0x00; mcp2515.sendMessage(&canMsg2); //Sends the CAN message delay(200);
#include //Library for using SPI Communication
#include //Library for using CAN Communication
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); // set the LCD address to 0x3F for a 16 chars and 2 line display struct can_frame canMsg1; struct can_frame canMsg2;
MCP2515 mcp2515(10); // SPI CS Pin 10 void setup() { lcd.init(); //initialize i2c LCD lcd.backlight(); delay(1000);
SPI.begin(); //Begins SPI communication
Serial.begin(9600); //Begins Serial Communication at 9600 baudrate mcp2515.reset(); mcp2515.setBitrate(CAN_500KBPS,MCP_8MHZ); //Sets CAN at speed
500KBPS and Clock 8MHz mcp2515.setNormalMode(); //Sets CAN at normal mode
{ if (mcp2515.readMessage(&canMsg1) == MCP2515::ERROR_OK) // To receive data (Poll Read)
{ if(canMsg1.can_id==0xAA)
Serial.println(x); lcd.setCursor(1,0); lcd.print("GT cambien: "); lcd.print(x); delay(200);
} if (mcp2515.readMessage(&canMsg2) == MCP2515::ERROR_OK) // To receive
{ if (canMsg2.can_id==0xBB)
Serial.println(y); lcd.setCursor(1,1); lcd.print("Nhiet do: "); lcd.print(y); delay(200);
Kết quả thực hành
Hình 5 12 Kết quả thực hành 1
Hình 5 13 Kết quả thực hành 2
Hình 5 14 Kết quả thực hành 3
Nhóm chúng em đã hoàn thành mục tiêu là ứng dụng các lý thuyết về mạng giao tiếp CAN, vận dụng ngôn ngữ lập trình Arduinio để truyền và nhận tín hiệu thông qua Module CAN MCP 2515