Nhóm nghiên cứu sẽ làm rõ từ tín hiệu của những loại cảm biến khác nhau trên xe, hoạt động của hộp số, các bộ điều khiển điện tử.. Đối tượng nghiên cứu Đề tài: “Nghiên cứu quá trình hoạ
TỔNG QUAN
Tổng quan về đề tài
Với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, thị trường ô tô hiện nay trở nên đa dạng và phong phú hơn bao giờ hết Các hãng xe không ngừng cạnh tranh để cho ra đời những mẫu xe mới với thiết kế ấn tượng, tính năng vượt trội và công nghệ hiện đại Trong phân khúc xe hạng A dành cho đô thị, phổ biến nhất có thể kể đến là xe KIA Morning, còn có tên khác là Picanto Mẫu xe rất được ưa chuộng và yêu thích với sự tiện lợi, kiểu dáng nhỏ gọn, và mức giá hợp lý KIA Morning xứng đáng là sự lựa chọn hàng đầu cho các cá nhân và gia đình Để hiểu rõ được một phần nguyên lí hoạt động của xe KIA Morning, nhóm nghiên cứu chúng tôi với sự hướng dẫn của thầy Lê Quang Vũ từ Bộ môn Điện tử ô tô, ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã thực hiện đồ án với tên đề tài: “Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giả lập tín hiệu hoạt động cho động cơ KIA Morning” Đề tài cung cấp cái nhìn tổng thể về quá trình hoạt động của động cơ KIA Morning Nhóm nghiên cứu sẽ làm rõ từ tín hiệu của những loại cảm biến khác nhau trên xe, hoạt động của hộp số, các bộ điều khiển điện tử Hơn thế, nhóm sẽ làm rõ thêm hoạt động của mạng CAN trên xe diễn ra như thế nào, cách thu nhận và xử lý giải mã tín hiệu từ mạng CAN Qua đó mong muốn cái nhìn cụ thể, có thể được phục vụ cho quá trình giảng dạy sau này.
Mục tiêu của đề tài
– Hiểu và nắm vững lý thuyết về hệ thống truyền động ô tô
– Đọc được sơ đồ mạch điện trên xe KIA Morning (bản AT, thế hệ thứ nhất)
– Tìm hiểu kiến thức lý thuyết về giao thức CAN
– Giả lập các tín hiệu cảm biến trên động cơ và hộp số
– Lập trình đọc dữ liệu thông tin từ mạng CAN và hiển thị lên máy tính
– Thiết kế giao diện hiển thị thông tin của ô tô trên LabVIEW
– Hoàn thiện mô hình các tín hiệu giả lập
Nhiệm vụ của đề tài
– Từ hộp PCM của KIA Morning 2007-2011, bản AT Nhóm giả lập các tín hiệu cảm biến trên động cơ và hộp số đưa vào hộp PCM
– Hộp PCM trả về tín hiệu phun xăng đánh lửa
– Tính toán được tốc độ xe gửi vào cho hộp PCM
– Đọc các thông số cơ bản của xe từ mạng CAN và hiển thị lên máy tính.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Đề tài: “Nghiên cứu quá trình hoạt động thông qua tín hiệu giả lập cho động cơ KIA Morning thế hệ thứ nhất” được thực hiện với các đối tượng nghiên cứu sau:
– Hộp điều khiển hệ thống truyền động của KIA Morning thế hệ thứ nhất
– Các dạng tín hiệu của cảm biến trên động cơ và hộp số
– Lập trình trên Arduino Nano và Arduino Mega2560
– Sự truyền nhận tín hiệu mạng CAN
– Nghiên cứu quá trình hoạt động động cơ KIA Morning thế hệ thứ nhất
– Nghiên cứu quá trình hoạt động hộp số KIA Morning thế hệ thứ nhất
– Giả lập các tín hiệu cảm biến trên xe
– Hiển thị các thông số cơ bản của xe qua dữ liệu đọc từ mạng CAN
– Đưa ra nhận xét và hướng phát triển của đề tài
Phương pháp nghiên cứu
– Sử dụng tài liệu sửa chữa của hãng để tìm kiếm các thông số chính xác của xe – Sử dụng kiến thức chuyên ngành ô tô để mô phỏng được chính xác
– Tham khảo và hiệu chỉnh tín hiệu cảm biến từ những mô hình có sẵn
– Ứng dụng kiến thức môn Lập trình điều khiển ô tô để lập trình Arduino
– Ứng dụng kiến thức môn Ứng dụng máy tính để thiết kế LabVIEW hiển trị thông số lên máy tính
– Ứng dụng kiến thức Điện tử cơ bản để sử dụng các linh kiện điện tử phù hợp – Ứng dụng kỹ thuật cơ khí hàn các bo mạch
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hệ thống truyền động trên KIA Morning
Đối với KIA Morning thế hệ đầu tiên có 2 giai đoạn là 2004 – 2007 và 2007 – 2011, có nhiều phiên bản khác biệt về động cơ và hộp số, nhóm nghiên cứu chọn khảo sát phiên bản KIA Morning thế hệ thứ nhất, giai đoạn II (2007 - 2011), dung tích động cơ 1.1L, hộp số tự động 4 cấp
2.1.1 Động cơ Ở phiên bản chúng tôi chọn khảo sát, xe sử dụng dòng động cơ Epsilon do Hyundai sản xuất với mã động cơ G4HG Động cơ Epsilon G4HG là một loại động cơ xăng 4 xi– lanh thẳng hàng, sử dụng cơ cấu trục cam đơn SOHC (Single Overhead Camshaft) và hệ thống phun xăng đa điểm (Multi-Point Fuel Injection - MPFI) Động cơ này có dung tích làm việc 1.086 lít (1.086cc hay 1.1L), với đường kính xi-lanh 67mm và hành trình piston 82mm Động cơ Epsilon G4HG được Hyundai sử dụng trên nhiều dòng xe cỡ nhỏ như Hyundai Atos, Santro, i10 nhằm tối ưu hiệu quả nhiên liệu và khí thải
– Một số thông số kỹ thuật khác của động cơ Epsilon G4HG:
+ Công suất tối đa: 63 mã lực (47kW) tại 5.500 vòng/phút
+ Mô-men xoắn cực đại: 97 Nm tại 3.000 vòng/phút
+ Hệ thống làm mát bằng chất lỏng
+ Hệ thống phân phối khí nạp đơn giản với két hút khí đơn và cơ cấu trục cam đơn + Sử dụng xupap đơn ở cả két nạp và két xả
+ Động cơ nhẹ, hiện đại với khối lượng chỉ khoảng 77kg
– Đối với động cơ, xe sử dụng một số cảm biến để gửi tín hiệu đầu vào quan trọng tới để hộp điều khiển có thể kể đến như:
+ Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft Position Sensor - CMP)
+ Cảm biến vị trí trục khuỷu (Crankshaft Position Sensor - CKP)
+ Cảm biến nhiệt độ không khí nạp (Intake Air Temperature Sensor - IAT)
+ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (Engine Coolant Temperature Sensor - ECT) + Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp (Manifold Absolute Pressure - MAP) + Cảm biến vị trí bướm ga (Throttle Position Sensor - TPS)
+ Cảm biến tốc độ xe (Vehicle Speed Sensor - VSS)
– Một số cơ cấu chấp hành có thể kể đến như:
KIA Morning thế hệ thứ nhất sử dụng hộp số A4CF0 Hộp số A4CF0 là một loại hộp số tự động 4 cấp được sản xuất bởi Hyundai Motor Company Hộp số A4CF0 thường được sử dụng trong các mẫu xe nhỏ và hạng trung của Hyundai và Kia, chẳng hạn như Hyundai Accent, Hyundai Elantra, Kia Rio, và một số mẫu xe tương đương khác Với thiết kế nhỏ gọn và hiệu suất ổn định, hộp số này đáp ứng tốt các yêu cầu của người dùng về tiết kiệm nhiên liệu, hiệu suất và độ tin cậy
Một số thông số kỹ thuật:
Bảng 2.1: Thông tin cơ bản về hộp số
Tỉ số truyền cuối cùng 4.587
Vị trí chuyển số 6 vị trí (P,R,N,D,L,2)
+ Bộ biến mô (torque converter) là một thành phần quan trọng trong hộp số tự động
Bộ biến mô làm nhiệm vụ truyền và khuếch đại mô-men xoắn từ động cơ đến hộp số, cho phép xe khởi động và vận hành mượt mà
Hình 2.1: Hình ảnh bên trong bộ biến mô
+ Cấu tạo của bộ biến mô gồm 3 thành phần chính là: cánh bơm (Pump), cánh tuabin (Turbine) và stator
Hình 2.2: Cấu tạo của bộ biến mô
– Cánh bơm: Là một loại bơm ly tâm Cánh bơm được gắn với động cơ Khi động cơ quay, cánh bơm đẩy dầu vào cánh tuabin, dầu bị đẩy ra phía ngoài, giống như chu trình vắt của máy giặt đẩy nước và quần áo ra ngoài thùng giặt Khi dầu bị đẩy ra ngoài, một lực hút chân không được tạo ra, hút thêm dầu vào trung tâm
– Cánh tuabin: Dầu sau đó đi vào cánh của tuabin, được nối với hộp số Tuabin làm cho hộp số quay, truyền lực qua các trục, bộ vi sai và ra các bánh xe dẫn động
– Stator: Chức năng của stator là định hướng dòng dầu, sau khi dầu thoát ra khỏi tuabin ở trung tâm, di chuyển theo hướng khác so với khi vào Dòng dầu thoát ra khỏi tuabin di chuyển ngược hướng với hướng quay của bơm (và động cơ) Nếu dầu được phép va vào bơm, nó sẽ làm chậm động cơ, lãng phí công suất Đây là lý do tại sao bộ biến mô có một stator
Ngoài chức năng cực kỳ quan trọng là cho phép xe dừng hẳn mà không làm chết máy, bộ biến mô thực sự còn giúp tăng mô-men xoắn cho xe khi tăng tốc thoát khỏi trạng thái dừng Bộ biến mô hiện đại có thể nhân mô-men xoắn của động cơ lên hai đến ba lần Hiệu ứng này chỉ xảy ra khi động cơ quay nhanh hơn hộp số rất nhiều Ở tốc độ cao hơn, hộp số quay với tốc độ khoảng 90% tốc độ động cơ Tuy nhiên, lý tưởng nhất là hộp số sẽ di chuyển ở cùng tốc độ với động cơ, vì sự chênh lệch tốc độ này lãng phí công suất và khiến cụm hộp số tỏa nhiệt Đây là một phần lý do tại sao xe hơi sử dụng hộp số tự động đôi khi có mức tiêu thụ nhiên liệu kém hơn xe sử dụng hộp số sàn Để thay đổi điều này, một số xe có bộ biến mô với ly hợp khóa Khi hai nửa của bộ biến mô đạt đến tốc độ, ly hợp này sẽ khóa chúng lại với nhau, đảm bảo động cơ và hộp số quay ở cùng tốc độ và giảm thiểu tổn thất công suất
Cũng như động cơ, hộp số tự động cũng cần phải được điều khiển bởi hộp PCM
– Một số cảm biến có thể kể đến như:
+ Cảm biến tốc độ trục vào hộp số
+ Cảm biến tốc độ trục ra hộp số
+ Cảm biến nhiệt độ dầu hộp số
– Một số cơ cấu chấp hành như:
Hình 2.3: Hộp TCM nhận và xử lý dữ liệu
2.1.3 Hộp điều khiển hệ thống truyền động (Powertrain Control Module - PCM)
Hộp điều khiển hệ thống truyền động là một thành phần thiết yếu trong những chiếc xe ô tô hiện đại, đóng vai trò quản lý hệ truyền động, bao gồm cả động cơ và hộp số Nó là sự kết hợp các chức năng của bộ điều khiển động cơ (ECM) và bộ điều khiển hộp số (TCM) Hộp điều khiển hệ thống truyền động PCM sẽ thu thập dữ liệu từ các cảm biến được gắn trên khắp động cơ và hộp số, từ những dữ liệu thu thập được PCM sẽ phân tính tính toán hiệu suất theo thời gian thực, giúp xe đánh lửa phun xăng đúng thời điểm, đạt hiệu suất động cơ tối đa, thực hiện việc chuyển số mượt mà, cải thiện tính kinh tế về nhiên liệu và hiệu suất tổng thể
Hình 2.4: Hộp điều khiển PCM trên KIA Morning
+ Phun nhiên liệu: PCM điều khiển lượng và thời điểm phun nhiên liệu vào xi-lanh động cơ, đảm bảo quá trình đốt cháy được tối ưu
+ Thời điểm đánh lửa: PCM điều chỉnh thời gian hoạt động của bugi đánh lửa để tối đa hóa hiệu suất và công suất của động cơ
+ Tỷ lệ không khí – nhiên liệu: PCM theo dõi và điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp không khí- nhiên liệu để đảm bảo nó nằm trong phạm vi tối ưu cho hiệu suất và kiểm soát khí thải + Tốc độ không tải: PCM điều chỉnh tốc độ không tải của động cơ dựa trên các điều kiện khác nhau như nhiệt độ và tải trọng
+ Kiểm soát khí thải: PCM quản lý các hệ thống như EGR (Hệ thống tuần hoàn khí thải) và EVAP ( Hệ thống kiểm soát nhiên liệu bay hơi) để giảm khí thải
+ Thời điểm sang số: PCM xác định thời điểm tối ưu để sang số dựa trên tốc độ xe, vị trí bướm ga và tải trọng
+ Chất lượng sang số: PCM kiểm soát sự ăn khớp của các bộ ly hợp và băng răng trong hộp số để đảm bảo sang số êm ái
+ Khóa bộ biến mô: PCM điều khiển bộ khóa ly hợp của bộ biến mô để cải thiện hiệu suất nhiên liệu và giảm nhiệt trong hộp số
Hình 2.5: Hộp PCM thu thập các tín hiệu từ các cảm biến trên động cơ và hộp số
– Quản lý hiệu suất động cơ: Một trong những công việc quan trọng nhất của bộ điều khiển hệ thống truyền động (PCM) là giám sát và điều chỉnh các hoạt động của động cơ để đảm bảo hiệu suất và hiệu quả tối đa PCM liên tục tinh chỉnh các yếu tố như hệ thống phun nhiên liệu, thời điểm đánh lửa và nhiều chức năng khác của động cơ Bằng cách liên tục phân tích dữ liệu từ các cảm biến khác nhau, PCM có thể cải thiện hiệu suất hoạt động và tiết kiệm nhiên liệu Ví dụ, khi một chiếc xe tải đang leo dốc, động cơ phải đối mặt với tải trọng cao hơn và tốc độ thấp hơn PCM phát hiện những thay đổi này thông qua các cảm biến và thực hiện các điều chỉnh cần thiết cho hệ thống phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa Điều này đảm bảo rằng động cơ cung cấp đủ công suất cần thiết để vượt qua dốc mà không gây quá tải cho động cơ hoặc lãng phí nhiên liệu Sự tối ưu hóa này không chỉ giúp xe tải leo dốc một cách trơn tru mà còn duy trì hiệu suất nhiên liệu ở mức tối ưu, giúp giảm chi phí vận hành và bảo vệ môi trường Ngoài ra, PCM còn điều chỉnh các thông số khác như áp suất dầu, nhiệt độ động cơ và hệ thống xả khí để đảm bảo động cơ hoạt động trong điều kiện tốt nhất Khi phát hiện bất kỳ sự cố nào, PCM có thể kích hoạt các biện pháp bảo vệ như giảm công suất động cơ hoặc tắt máy để ngăn chặn hư hỏng nghiêm trọng – Giám sát và giúp kiểm soát khí thải: Hộp điều khiển hệ thống truyền động đóng vai trò quan trọng trong việc giảm khí thải và quản lý các chất ô nhiễm từ động cơ bằng cách
10 liên tục giám sát khí thải của động cơ thông qua các cảm biến Nếu PCM phát hiện mức độ ô nhiễm tăng lên, nó sẽ điều chỉnh hoạt động của động cơ, chẳng hạn như hỗn hợp nhiên liệu-không khí và thời điểm cháy, để giảm khí thải PCM cũng liên tục giám sát nhiệt độ, áp suất và thành phần hóa học của khí thải động cơ thông qua các cảm biến Nó phân tích thông tin này và thực hiện các biện pháp để vận hành các hệ thống xử lý khí ở điều kiện tối ưu Việc sử dụng rộng rãi động cơ được trang bị PCM có thể giúp ngành vận tải giảm lượng khí thải carbon và khí nhà kính
– Hỗ trợ điều khiển hộp số: PCM đóng vai trò trung tâm trong việc đảm bảo vận hành hộp số một cách hiệu quả và mượt mà Nó liên tục giám sát các yếu tố như tốc độ xe, tải trọng động cơ và thao tác của người lái để xác định thời điểm chuyển số tối ưu nhất Chẳng hạn, khi một chiếc xe tải đang kéo một tải trọng nặng lên dốc, PCM có thể phát hiện rằng cần phải cung cấp thêm mô-men xoắn để xe vượt qua dốc một cách hiệu quả Trong tình huống này, PCM có thể trì hoãn việc chuyển số để duy trì lực kéo mạnh mẽ và ổn định Sự tối ưu hóa này không chỉ đảm bảo động cơ cung cấp đủ công suất để xử lý các tình huống khó khăn mà còn duy trì hiệu suất nhiên liệu ở mức tối ưu PCM cũng đảm bảo rằng quá trình chuyển số diễn ra mượt mà và không gây ra các cú sốc đột ngột, giúp bảo vệ các thành phần cơ học của hộp số và kéo dài tuổi thọ của chúng Hơn nữa, PCM có khả năng học hỏi và điều chỉnh theo thói quen lái xe của từng người, từ đó mang lại trải nghiệm lái xe cá nhân hóa và thoải mái hơn Ngoài ra, PCM còn phối hợp với các hệ thống khác trên xe, như hệ thống kiểm soát lực kéo và hệ thống phanh, để đảm bảo sự ổn định và an toàn trong mọi điều kiện lái xe
– Giám sát hệ thống phanh: An toàn đường bộ là yếu tố cực kỳ quan trọng, và PCM đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo điều này bằng cách giám sát và quản lý hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) cùng các chức năng liên quan đến phanh khác Khi PCM phát hiện một bánh xe sắp bị khóa, nó sẽ nhanh chóng điều chỉnh áp lực phanh lên bánh xe đó Điều này giúp ngăn chặn việc trượt bánh, duy trì kiểm soát xe và đảm bảo rằng xe có thể dừng lại một cách an toàn mà không mất lái PCM cũng liên tục giám sát các điều kiện lái xe và điều chỉnh hoạt động của hệ thống phanh để đảm bảo sự an toàn tối đa trong mọi tình huống, từ đường khô ráo đến đường ướt trơn trượt
Tổng quan về mạng giao tiếp CAN
2.2.1 Sơ lược về mạng CAN
Vào đầu những năm 1980, công ty Robert Bosch (chuyên cung cấp công nghệ và thiết bị cho ô tô) nhận được yêu cầu từ Mercedes-Benz phát triển hệ thống liên lạc giữa ba bộ điều khiển điện tử (ECU) trên xe Khi đó, giao thức UART đang được sử dụng cho giao tiếp điểm - điểm, nhưng không đáp ứng được nhu cầu giao tiếp đa chủ (multi master) trong hệ thống ngày càng phức tạp
Nhu cầu giảm thiểu sự phức tạp của hệ thống dây dẫn trong ô tô cũng là động lực thúc đẩy sự ra đời của mạng CAN Các bộ dây dẫn dài và nặng nề gây khó khăn cho việc lắp đặt và quản lý Ví dụ, một chiếc xe gia đình có thể cần hàng trăm loại dây dẫn khác nhau cho các phiên bản khác nhau Việc tối ưu hóa sản xuất theo phương thức "just-in- time" càng làm tăng thêm thách thức tìm kiếm giải pháp truyền thông hiệu quả
Tháng 2 năm 1986, Robert Bosch GmbH ra mắt mạng truyền thông nối tiếp Controller Area Network (CAN) tại Hiệp hội Kỹ sư Ô tô (SAE) CAN nhanh chóng trở thành một trong những giao thức truyền thông thành công nhất, được ứng dụng rộng rãi trong xe hơi và nhiều lĩnh vực khác
2.2.1.2 Cấu trúc cơ bản và nguyên lý hoạt động
Mỗi mạng giao tiếp CAN bao gồm nhiều nút, mỗi nút có khả năng tương tác với các nút khác trong mạng Khi giao tiếp, các nút này truyền hoặc nhận các gói dữ liệu được gọi
18 là tin nhắn, các tin nhắn này được truyền dưới dạng điện áp thông qua hai dây CANH và CANL Với cấu trúc hai dây này, CAN thực hiện việc giao tiếp nhờ sự chênh lệch điện áp giữa hai dây Ngoài ra, đường truyền CAN còn được gắn thêm hai điện trở đầu cuối có giá trị 120 ohm nhằm bù lại sự thay đổi điện áp trên dây truyền
Hình 2.13: Cấu trúc cơ bản của mạng CAN
Giao thức này cho phép nhiều vi điều khiển và thiết bị khác trên ô tô giao tiếp với nhau theo thời gian thực CAN bus không yêu cầu địa chỉ, vì các nút trong mạng sử dụng mã định danh (ID) duy nhất Mã định danh này cung cấp thông tin về mức độ ưu tiên và khẩn cấp của tin nhắn CAN bus vẫn tiếp tục truyền dữ liệu ngay cả khi xảy ra xung đột CAN là một giao thức hoàn toàn dựa trên tin nhắn và được sử dụng chủ yếu trong các phương tiện giao thông.
2.2.2 Tầng vật lý (Physical layer)
2.2.2.1 Phương pháp không trở về không (Non return to zero)
Các bit trên đường truyền CAN bus được mã hoá theo phương pháp Non-Return-to- Zero Có hai trạng thái là dominant (trạng thái trội) và recessive (trạng thái lặn) sẽ được quy định mang mức điện áp khác nhau Cụ thể là dominant là mức thấp tương ứng với logic 0, recessive là mức cao tương ứng với logic 1 Phương pháp này giúp cho mức điện áp luôn giữ trong suốt thời gian phát ra một bit nào đó, việc này giúp giảm thiểu số lần chuyển trạng thái của bit cũng như khả năng phục hồi mức điện áp cao hơn
Hình 2.14: So sánh phương pháp Không trở về không (NRZ) và Trở về không (RZ)
2.2.2.2 Bit stuffing Ở mặt khác, mã hóa NRZ làm cho mức độ bit giữ nguyên suốt thời gian bit, không chứa thông tin gì về xung nhịp bit Với chiều dài dữ liệu lớn, điều này có thể gây ra sự cố đồng bộ hóa và do đó dẫn đến phát hiện bit lỗi do mỗi nút trong mạng đều có bộ tạo xung riêng Do đó, giao thức sử dụng cái gọi là kỹ thuật "nhồi bit" hoặc "đệm bit", kỹ thuật này sẽ chèn một bit bổ sung vào trong chuỗi truyền sau 5 bit cùng loại, khi đó bit được bổ sung phải khác loại với 5 bit liên tục đó Các bit nhồi được tự động chèn vào bởi nút truyền đi và được sẽ gỡ bỏ tại nút nhận trước khi xử lý nội dung khung
Có 4 loại khung trong giao thức CAN gồm: khung dữ liệu, khung lỗi, khung yêu cầu và khung quá tải
Trong đó khung dữ liệu truyền dữ liệu, khung lỗi ngăn chặn lỗi, khung yêu cầu yêu cầu thông điệp từ node khác, khung quá tải ngăn chặn sự tranh chấp trên đường truyền
2.2.3.1 Khung dữ liệu – Data Frame
Khung dữ liệu được dùng để truyền thông tin giữa node chủ và một hoặc nhiều node nhận khác Khung dữ liệu không dùng một địa chỉ rõ ràng để xác định node nhận Thay
20 vào đó mỗi node nhận sẽ xác định nó sẽ nhận dựa trên nội dung thông điệp, mà đã được mã hóa trong vùng định danh của khung truyền
Khung dữ liệu bao gồm 7 trường bit gồm: Bắt đầu khung, trường phân xử, trường điều khiển, trường dữ liệu, trường CRC, trường ACK, kết thúc khung
Hình 2.15: Khung dữ liệu – Bắt đầu khung – Start of Frame: Bắt đầu bằng một bit trội (0) đánh dấu sự bắt đầu cho khung dữ liệu và khung yêu cầu
– Trường định danh – Arbitration Field:
+ Đối với chuẩn CAN 2.0A do Bosch công bố: trường phân xử bao gồm: 11 bit định danh và bit RTR
Hình 2.16: Trường định danh với chuẩn CAN 2.0A + Đối với chuẩn CAN 2.0B do Bosch công bố: trường phân xử gồm: 29 bit định danh và 1 bit SRR, 1 bit IDE, 1bit RTR Và định dạng trường phân xử sẽ khác nhau cho định dạng tiêu chuẩn (Standard Format) và định dạng mở rộng (Extended Format)
Hình 2.17: Định dạng tiêu chuẩn
Hình 2.18: Định dạng mở rộng
+ Định dạng tiêu chuẩn: Độ dài của vùng định danh là 11bit tương ứng với ID cơ bản của định dạng mở rộng, các bit này được truyền theo thứ tự từ bit ID28 đến bit ID18 Bit ID ít quan trọng nhất là bit ID18 7bit ID quan trọng nhất (ID28 - ID22) tất cả không được có giá trị là 1 (lặn) Với độ dài 11 bit, vùng định danh có thể có 2 11 = 2048 giá trị tức là có 2048 thông điệp khác nhau (mỗi thông điệp ứng với một ID) Trong một số ứng dụng số lượng này có thể không đáp ứng đủ do đó chuẩn CAN 2.0B cung cấp vùng định danh mở rộng với 29 bit nghĩa là có 2 29 = 536.870.912 giá trị tức là có 536.870.912 thông điệp khác nhau (mỗi thông điệp ứng với một ID)
❖ Khung tiêu chuẩn và khung mở rộng có thể truyền trên cùng một đường truyền bởi các node khác nhau hoặc cùng một node Sự phân xử diễn ra bất kể phiên bản của vùng định danh của khung truyền, cho phép thông điệp có mã định danh mở rộng truyền trên cùng một mạng với các thông điệp có mã định danh tiêu chuẩn
+ Extended format – định dạng mở rộng: Độ dài của vùng định danh là 29 bit, được chia làm 2 phần: ID cơ bản với 11bit và ID mở rộng với 18bit ID cơ bản gồm 11bit tương tự với định dạng tiêu chuẩn Định dạng tiêu chuẩn quyết định mức độ ưu tiên cơ bản của định dạng mở rộng ID mở rộng gồm 18bit, được truyền theo thứ tự từ bit ID17 đến bit ID0 Ở định dạng khung tiêu chuẩn theo sau vùng định danh là bit RTR
+ Bit RTR – Remote Transmisson Request: Đối với khung dữ liệu bit RTR phải có giá trị 0 (mức trội) Đối với khung yêu cầu bit RTR phải có giá trị 1 (mức lặn) Do đó khung dữ liệu luôn được ưu tiên hơn khung yêu cầu
Tiêu chuẩn quốc tế ISO 15765 – 2 và Unified Diagnostic Services
2.3.1 Tiêu chuẩn quốc tế ISO 15765–2 về phương thức truyền dữ liệu mạng CAN
ISO 15765–2, hay còn gọi là ISO-TP (Transport Protocol), là một tiêu chuẩn quốc tế quy định cách thức truyền tải các gói dữ liệu lớn hơn kích thước tối đa 8 byte của một frame CAN Nó đóng vai trò như lớp vận chuyển (Transport layer) trong mô hình OSI, đảm bảo truyền tải dữ liệu đáng tin cậy trên bus CAN
– Đặc điểm chính của ISO 15765–2:
+ Phân chia dữ liệu: ISO 15765–2 chia nhỏ các gói dữ liệu lớn thành các frame CAN nhỏ hơn, mỗi frame có kích thước tối đa 8 byte
+ Thêm thông tin điều khiển: Mỗi frame CAN được bổ sung thông tin điều khiển để đảm bảo đồng bộ hóa và phát hiện lỗi trong quá trình truyền tải
+ Xác nhận truyền tải: Giao thức sử dụng cơ chế xác nhận để đảm bảo rằng tất cả các frame CAN đã được truyền tải thành công
+ Khả năng chống nhiễu: ISO 15765–2 sử dụng các kỹ thuật chống nhiễu để đảm bảo truyền tải dữ liệu đáng tin cậy trong môi trường nhiễu điện cao
2.3.2 Dịch vụ chẩn đoán hợp nhất – Unified Diagnostic Services
Dịch vụ chẩn đoán hợp nhất (UDS - Unified Diagnostic Services) ra đời trong bối cảnh sự phát triển và tiêu chuẩn hóa của các giao thức chẩn đoán ô tô Trước khi UDS được phát triển, các nhà sản xuất ô tô thường sử dụng các giao thức chẩn đoán riêng lẻ và không tương thích với nhau Điều này gây khó khăn trong việc chẩn đoán và sửa chữa các hệ thống trong xe hơi, đặc biệt là khi cần làm việc với nhiều loại xe khác nhau
UDS được phát triển nhằm mục đích tạo ra một giao thức chung và tiêu chuẩn cho việc chẩn đoán ô tô, giúp đảm bảo tính tương thích giữa các thiết bị chẩn đoán và các loại xe hơi khác nhau Sự ra đời của UDS cũng nhấn mạnh sự quan trọng của việc chuẩn hóa và đơn giản hóa các quy trình chẩn đoán ô tô, giúp cải thiện hiệu suất và hiệu quả trong việc bảo trì và sửa chữa xe hơi
– UDS được phát triển để giải quyết những vấn đề sau:
+ Thiếu sự tương thích: Các giao thức chẩn đoán trước đây không tương thích với nhau, dẫn đến việc các thợ sửa chữa và kỹ thuật viên cần sử dụng nhiều công cụ khác nhau để chẩn đoán các loại xe khác nhau
+ Phạm vi chẩn đoán hạn chế: Các giao thức chẩn đoán trước đây không thể truy cập và chẩn đoán tất cả các hệ thống và thành phần trong xe
+ Chức năng lập trình hạn chế: Các giao thức chẩn đoán trước đây chỉ cung cấp chức năng lập trình cơ bản
– UDS được thiết kế để khắc phục những hạn chế này bằng cách cung cấp:
+ Giao diện thống nhất: UDS cung cấp một giao diện thống nhất cho tất cả các ECU, cho phép các thợ sửa chữa và kỹ thuật viên sử dụng một công cụ duy nhất để chẩn đoán nhiều loại xe khác nhau
+ Phạm vi chẩn đoán rộng: UDS có thể truy cập và chẩn đoán nhiều hệ thống và thành phần hơn so với các giao thức cũ
+ Chức năng lập trình nâng cao: UDS cho phép lập trình lại ECU, điều chỉnh cài đặt và cập nhật phần mềm
UDS đã được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô và trở thành giao thức chẩn đoán tiêu chuẩn cho nhiều nhà sản xuất ô tô lớn Ngoài ra, UDS còn được phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về hiệu quả và năng suất trong ngành công nghiệp ô tô UDS cho phép chẩn đoán và lập trình ECU nhanh chóng và dễ dàng hơn, giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc cho các nhà sản xuất ô tô, đại lý và khách hàng
2.3.3 Mối quan hệ giữa Unified Diagnostic Services và ISO 15765– 2
UDS được xây dựng dựa trên ISO 15765–2 Nó sử dụng ISO 15765–2 để truyền tải các thông điệp chẩn đoán phức tạp giữa các công cụ chẩn đoán và các bộ điều khiển điện tử (ECU) trong xe ô tô, có nghĩa là các dịch vụ chẩn đoán UDS được truyền qua các khung tin nhắn CAN (khung CAN gồm 8 byte) được đóng gói theo quy định của ISO 15765–2
UDS cung cấp các mã dịch vụ cụ thể cho thiết bị giao tiếp chẩn đoán Có 27 mã dịch vụ chẩn đoán UDS Mỗi yêu cầu dịch vụ có một mã định danh dịch vụ (SID – Service
Identifier) Các thiết bị giao tiếp sẽ gửi một thông điệp yêu cầu dịch vụ –service request với nội dung gồm 1 byte SID, với 1 byte chức năng phụ (Subfn) và 2 byte mã định danh
34 dữ liệu (DID – Data Identifier) ECU sẽ kiểm tra yêu cầu nếu nó khớp với định dạng của yêu cầu dịch vụ, ECU sẽ gửi lại phản hồi dương, nếu không sẽ gửi lại phản hồi âm
– Định dạng phản hồi dương – positive response: Bắt đầu bằng 1 byte SID với giá trị được cộng thêm 40 hex, theo sau là 1 byte SubFn, 2 byte DID và tối đa 4 byte dữ liệu
– Định dạng phản hồi âm – negative response: Bắt đầu bằng 1 byte Negative Response SID (NRSID) có giá trị hex 7F, theo sau là 1 byte Request SID (RQSID) và 1 byte NRC
Hình 2.28: Các định dạng tin nhắn phản hồi
– Giao thức kiểm soát thông tin – Protocol Control Information (PCI): PCI được áp dụng cho mỗi khung tin nhắn, phân loại khung tin nhắn thành 4 loại: Khung đơn – Single Frame (SF), Khung đầu tiên – First Frame (FF), Khung liên tiếp – Consecutive Frame (CF), Khung kiểm soát luồng – Flow Control Frame (FCF)
Hình 2.29: Định dạng khưng đơn và khung đa
– Nếu dữ liệu được truyền đi có ít hơn 8 byte thì nó được truyền theo định dạng Single Frame (SF), ngược lại nếu nhiều hơn 8 byte nó sẽ được truyền theo định dạng Multi frame
4 bit cao của của byte PCI sẽ quyết định khung đó là loại nào
+ Khung đơn (SF): có 1 byte PCI và 7 byte dữ liệu 4 bit cao của byte PCI có giá trị
0 (0000 theo số nhị phân), 4 bit thấp có giá trị là độ dài dữ liệu với độ dài lên đến 7 byte (từ 0000 đến 0111 theo số nhị phân)
Tổng quan về OBD-II
OBD-II (On-Board Diagnostics II) là một hệ thống tiêu chuẩn được sử dụng trong các phương tiện giao thông để theo dõi và chẩn đoán các vấn đề liên quan đến động cơ và
38 các hệ thống khác Được giới thiệu vào giữa những năm 1990, OBD-II đã trở thành một phần không thể thiếu của các phương tiện hiện đại, cung cấp khả năng giám sát và kiểm soát chất lượng khí thải, giúp bảo vệ môi trường và đảm bảo hiệu suất hoạt động của xe
– Các thành phần chính của OBD-II:
+ DTC (Diagnostic Trouble Codes): OBD-II sử dụng các mã lỗi chẩn đoán (DTC) để báo hiệu các vấn đề cụ thể Các mã này thường có dạng 5 ký tự, bắt đầu bằng một chữ cái (P, C, B, hoặc U) theo sau bởi 4 chữ số Ví dụ P0301 là mã lỗi báo hiệu sự cố đánh lửa ở xi-lanh số 1
+ Giao Thức Truyền Thông: OBD-II hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông như ISO 9141-2, ISO 14230-4 (KWP2000), ISO 15765-4 (CAN), và SAE J1850 (PWM và VPW) Mỗi giao thức có các phương thức truyền và nhận dữ liệu khác nhau
+ Cổng Kết Nối OBD-II: Các phương tiện trang bị OBD-II có một cổng kết nối chuẩn
16 chân, thường được đặt dưới bảng điều khiển gần người lái Qua cổng này, các thiết bị chẩn đoán có thể kết nối để đọc dữ liệu và mã lỗi
Hình 2.31: Sơ đồ chân của giắc OBD-II
+ Các dịch vụ và PID (Parameter IDs): OBD-II quy định có 10 mã dịch vụ:
Bảng 2.2: Các dịch vụ của OBD-II
02 Xem dữ liệu lưu trữ
04 Xóa mã lỗi và các giá trị lưu trữ
05 Theo dõi và kiểm tra cảm biến Oxy (không sử dụng CAN)
06 Kiểm tra giám sát các thành phần, hệ thống trên xe
07 Truy cập vào các mã lỗi đang chờ xử lí (phát hiện trong lúc chạy xe hoặc chù kỳ chạy cuối cùng)
08 Điều khiển hoạt động của các mạch điều khiển trên xe
09 Yêu cầu thông tin của xe
0A Đọc mã lỗi cố định
– Chức Năng của OBD-II:
+ Giám Sát và Chẩn Đoán: OBD-II liên tục giám sát các hệ thống quan trọng của xe và phát hiện bất kỳ sự cố nào Khi phát hiện lỗi, hệ thống sẽ lưu trữ mã lỗi tương ứng và bật đèn cảnh báo (Check Engine Light)
+ Đọc Dữ Liệu Động: Ngoài việc lưu trữ mã lỗi, OBD-II cũng cho phép đọc dữ liệu thời gian thực về hoạt động của động cơ và các hệ thống liên quan
+ Kiểm Soát Khí Thải: Một trong những mục tiêu chính của OBD-II là giám sát và giảm thiểu khí thải độc hại Hệ thống đảm bảo rằng xe luôn hoạt động trong giới hạn phát thải được quy định.
Tổng quan về phần cứng và phần mềm
– Hộp PCM nhóm nghiên cứu sử dụng cho mô hình thuộc xe KIA Morning 2008-
2010, bản AT như đã giới thiệu ở phần Hệ thống truyền động trên KIA Morning
Hình 2.32: Hộp điều khiển hệ thống truyền động của KIA Morning thế hệ thứ nhất
2.5.1.2 Arduino Nano và Arduino Mega2560
– Arduino Nano là một bo mạch phát triển thông minh được thiết kế để xây dựng các mô hình nhanh hơn với kích thước nhỏ nhất Arduino Nano là phiên bản lâu đời nhất của họ Nano, cung cấp đủ các kết nối cho các thử nghiệm với bo mạch nhanh gọn Trái tim của bo mạch là vi điều khiển ATmega328 Bo mạch cung cấp 20 chân đọc/ghi kĩ thuật số, 8 chân analog và một cổng mini-USB
+ Bộ xử lí 8 bit hiệu suất cao với mức tiêu thụ năng lượng thấp
+ Khả năng thực hiện 16 triệu lệnh mỗi giây với xung nhịp xử lí 16MHz
+ 32 kB bộ nhớ Flash trong đó có 2 KB được sử dụng bởi bootloader
+ Bộ đếm thời gian với bộ tạo dao động riêng lẻ
+ Có thể lập trình qua USART
+ Cấp nguồn bằng USB Mini-B
+ Xuất nguồn 7 đến 15V không ổn áp (chân 30)
+ Xuất nguồn 5V ổn áp (chân 27)
Ngoài ra còn được tích hợp mạch ổn áp 5V DC LM1117IPMX-5.0, mạch chuyển UART đến USB để lập trình
Hình 2.33: Sơ đồ chân Arduino Nano
– Arduino Mega2560 được xem như phiên bản nâng cấp của Arduino Uno với nhiều tính năng vượt trội hơn, trái tim của bo mạch là vi điều khiển Atmega2560 hoạt động ở tần số 16Mhz Bo mạch cung cấp 54 chân đọc/ghi kĩ thuật số (15 chân hỗ trợ PWM), 16 chân analog
+ Khả năng thực hiện 16 triệu lệnh mỗi giây với xung nhịp xử lí 16MHz
+ 256kB bộ nhớ Flash trong đó có 8kB được sử dụng bởi bootloader
+ Bộ đếm thời gian với bộ tạo dao động riêng lẻ
+ 4 USART có thể lập trình
Hình 2.34: Sơ dồ chân Arduino Mega2560
MCP2515 là sản phẩm của công ty Microchip Technology, là bộ điều khiển CAN tương thích với các tiêu chuẩn CAN, phiên bản 2.0B Nó có khả năng truyền và nhận cả 2 chuẩn cơ bản, mở rộng của khung dữ liệu và cả khung yêu cầu MCP2515 có 2 bộ mặt nạ, và 6 bộ lọc có thể lọc các thông điệp không muốn nhận, do đó có thể giảm tình trạng quá tải cho vi điều khiển MCP2515 kết nối với vi điều khiển thông qua SPI (Serial Peripheral Interface)
Các tính năng của MC2515
– Triển khai CAN V2.0B ở tốc độ 1Mb/s
+ 0 – 8 byte độ dài trương dữ liệu
+ Khung cơ bản, khung mở rộng, khung yêu cầu
– Bộ nhớ nhận, mặt nạ và bộ lọc
+ 2 bộ nhớ nhận với lưu trữ theo thứ tự ưu tiên
– Ba bộ nhớ truyền với tính năng ưu tiên và hủy bỏ
– Kết nối SPI tốc độ cao
MCP2515 cũng được tích hợp CAN transciver TJA1050 với chức năng kết nối CAN controller với đường truyền vật lí Nó cũng có khả năng truyền tín hiệu vi sai đến đường truyền và cũng có khả năng nhận tín hiệu vi sai từ bộ điều khiển CAN
Các tính năng của TJA1050:
– Hoàn toàn tương tích với tiêu chuẩn ISO 11898
– Tốc độ cao (lên tới 1 Mbaud)
– Phát xạ điện từ rất thấp
Hình 2.35: Sơ đồ chân MCP2515
Biến trở là thiết bị điện tử có điện trở có thể thay đổi được theo ý muốn Nó được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch
Có nhiều loại biến trở khác nhau, nhưng tất cả đều hoạt động theo cùng một nguyên tắc cơ bản: thay đổi chiều dài của phần vật liệu dẫn điện mà dòng điện chạy qua Khi chiều dài của vật liệu dẫn điện thay đổi, điện trở của nó cũng thay đổi
– Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến trở: Biến trở thường bao gồm ba bộ phận chính:
+ Vật liệu dẫn điện: Đây có thể là dây dẫn kim loại, than chì hoặc chất bán dẫn + Con chạy: Đây là bộ phận di chuyển trên vật liệu dẫn điện để thay đổi chiều dài của nó Con chạy có thể được điều khiển bằng tay quay, núm vặn hoặc tín hiệu điện tử
+ Vỏ cách điện: Đây là bộ phận bảo vệ các bộ phận bên trong của biến trở khỏi tác động của môi trường
– Khi di chuyển con chạy trên vật liệu dẫn điện, điện trở của biến trở sẽ thay đổi theo công thức sau: R = ρ * l / S trong đó: R là điện trở của biến trở (Ω) ρ là điện trở suất của vật liệu dẫn điện (Ωm) l là chiều dài của phần vật liệu dẫn điện mà dòng điện chạy qua (m)
S là diện tích tiết diện của vật liệu dẫn điện (m²)
– Ứng dụng của biến trở: Biến trở được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm:
+ Điều chỉnh độ sáng của đèn: Biến trở được sử dụng trong các bộ điều chỉnh độ sáng để điều chỉnh độ sáng của đèn
+ Chia điện áp: Biến trở được sử dụng trong các mạch chia điện áp để chia một điện áp thành nhiều điện áp nhỏ hơn
Hình 2.36: Cấu tạo biến trở
Nguồn tổ ong, hay còn được gọi là nguồn xung, là một thiết bị điện tử được sử dụng để biến đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC) Tên gọi "nguồn tổ ong" bắt nguồn từ hình dạng bên ngoài của sản phẩm Lớp vỏ ngoài bảo vệ của mạch được đục lỗ tản nhiệt trong giống như tổ ong
Nguồn tổ ong có nhiều kích thước và công suất khác nhau, phù hợp với nhiều nhu cầu sử dụng Chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như:
+ Đèn LED: Cung cấp nguồn điện cho đèn LED hoạt động
+ Camera giám sát: Cung cấp nguồn điện cho camera hoạt động
+ Máy tính: Cung cấp nguồn điện cho máy tính hoạt động
+ Router: Cung cấp nguồn điện cho router hoạt động
Và nhiều thiết bị điện tử khác: Cung cấp nguồn điện cho các thiết bị điện tử có điện áp và dòng điện phù hợp
Cấu tạo của nguồn tổ ong gồm các bộ phận chính sau:
+Vỏ: Bảo vệ các bộ phận bên trong của nguồn tổ ong
+ Biến áp: Biến đổi điện áp AC thành điện áp AC có điện áp thấp hơn
+ Bộ chỉnh lưu: Biến đổi điện áp AC thành điện áp DC
+ Bộ lọc: Loại bỏ các gợn sóng trong điện áp DC
+ Mạch bảo vệ: Bảo vệ nguồn tổ ong khỏi các hư hỏng do quá tải, ngắn mạch, …
Arduino IDE là phần mềm mã nguồn mở miễn phí được sử dụng để viết, biên dịch và lập trình cho các bo mạch Arduino Nó được phát triển bởi Arduino Software, một công ty được thành lập bởi Massimo Banzi, David Cuartielles và Gianluca Martino
Arduino IDE có sẵn cho các hệ điều hành Windows, macOS và Linux Nó có giao diện người dùng đồ họa đơn giản và dễ sử dụng, giúp cho việc bắt đầu với Arduino trở nên dễ dàng
Các tính năng của Aduino IDE
– Trình soạn thảo cho phép soạn thảo bằng ngôn ngữ C hoặc C++
– Màn hình giám sát cổng nối tiếp (Serial Mornitor)
– Hỗ trợ nhiều bo mạch Arduino
Ngoài ra Arduino còn có một cộng đồng lớn, hỗ trợ đa dạng các thư viện, giải đáp các vấn đề về các bo mạch arduino
LabVIEW (viết tắt của Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là một phần mềm máy tính được phát triển bởi công ty National Instruments, Hoa Kỳ Nó là một nền tảng và môi trường phát triển cho ngôn ngữ lập trình trực quan, sử dụng các biểu tượng đồ họa thay vì các dòng lệnh văn bản để tạo ra các chương trình LabVIEW được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như:
– Khoa học kỹ thuật: LabVIEW được sử dụng để thu thập dữ liệu, điều khiển thiết bị, phân tích dữ liệu và mô phỏng hệ thống
– Giáo dục: LabVIEW được sử dụng để giảng dạy lập trình, khoa học kỹ thuật và các môn học STEM khác
– Công nghiệp: LabVIEW được sử dụng để tự động hóa quy trình sản xuất, kiểm tra chất lượng và phát triển sản phẩm
AutoCAD là phần mềm ứng dụng Thiết kế Hỗ trợ Máy tính (CAD) được phát triển bởi tập đoàn Autodesk Đây là một trong những phần mềm CAD phổ biến nhất trên thế giới, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như:
+ Kiến trúc: Thiết kế bản vẽ kiến trúc, nhà ở, công trình xây dựng
+ Xây dựng: Thiết kế bản vẽ kỹ thuật thi công, dự toán công trình
+ Cơ khí: Thiết kế bản vẽ chi tiết máy móc, thiết bị
+ Điện: Thiết kế bản vẽ hệ thống điện, hệ thống điện tử
+ Lập bản đồ: Thiết kế bản đồ địa hình, bản đồ giao thông
+ Và nhiều lĩnh vực khác: Ứng dụng trong thiết kế đồ họa, thiết kế sản phẩm, v.v
AutoCAD có khả năng tạo ra các bản vẽ 2D và 3D với độ chính xác cao, giúp cho các kỹ sư, kiến trúc sư và nhà thiết kế dễ dàng mô phỏng và thể hiện ý tưởng của họ Một số tính năng chính của AutoCAD:
+ Vẽ 2D: Vẽ các đường thẳng, đường cong, kích thước, chú thích, v.v
+ Vẽ 3D: Tạo mô hình 3D của các đối tượng, chi tiết, công trình
+ Chỉnh sửa: Chỉnh sửa các đối tượng, thay đổi kích thước, vị trí, v.v
+ Chú thích: Thêm chú thích, ghi chú, kích thước vào bản vẽ
+ In ấn: In ấn bản vẽ với nhiều tùy chọn khác nhau
+ Hỗ trợ nhiều định dạng: Xuất và nhập bản vẽ với nhiều định dạng khác nhau + Giao diện: Giao diện người dùng trực quan, dễ sử dụng
AutoCAD có nhiều phiên bản khác nhau, phù hợp với nhu cầu sử dụng của từng đối tượng Một số phiên bản phổ biến bao gồm:
+ AutoCAD LT: Phiên bản dành cho người dùng cá nhân, có giá thành rẻ hơn và tính năng hạn chế hơn so với phiên bản đầy đủ
+ AutoCAD Architecture: Phiên bản dành cho các kiến trúc sư, có các tính năng chuyên dụng cho thiết kế kiến trúc
+ AutoCAD Mechanical: Phiên bản dành cho các kỹ sư cơ khí, có các tính năng chuyên dụng cho thiết kế chi tiết máy móc
+ AutoCAD Electrical: Phiên bản dành cho các kỹ sư điện, có các tính năng chuyên dụng cho thiết kế hệ thống điện
Các sơ đồ mạch điện
Bằng cách tra cứu tài liệu sữa chửa của hãng, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thu thập được các sơ đồ mạch điện của dòng xe KIA Morning đời 2007 – 2011, bản AT, sử dụng xăng
Hình 2.41: Sơ đồ mạch điện các cảm biến MAP và IAT
Hình 2.42: Sơ đồ mạch điện cảm biến ECT
Hình 2.43: Sơ đồ mạch điện cảm biến TOTS
Hình 2.44: Sơ đồ mạch điện cảm biến TPS
THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ LẬP TRÌNH MÔ HÌNH GIẢ LẬP
Thiết kế mô hình
3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống
Dựa vào những mục tiêu nhiệm vụ của đề tài, nhóm nghiên cứu thực hiện mô hình với sơ đồ khối như trên Nhóm giả lập cảm biến và công tắc đưa vào module giả lập tín hiệu, sau đó module giả lập sẽ đưa vào hộp các tín hiệu đầu vào như là tín hiệu cảm biến trục cam, trục khuỷu, đưa vào hộp PCM, sau đó hộp sẽ xuất ra các tín hiệu đầu ra như là tín hiệu điều khiển phun xăng đánh lửa, điều khiển van điều khiển số Module giả lập tín hiệu sẽ tính toán tốc độ xe dựa trên nguyên lý hoạt động của xe, sau đó đưa trở lại hộp PCM Module thu thập tín hiệu từ mạng CAN sẽ thu thập dữ liệu từ hộp PCM từ đường truyền CAN bus Sau đó hiển thị lên máy tính các thông số cơ bản thông qua phần mềm LabVIEW
3.1.2 Thiết kế mặt bố trí
Dựa theo mục tiêu của đồ án, nhóm đã thống nhất lên ý tưởng bố trí các thành phần của mô hình theo cách nhỏ gọn, chỉ đưa các đèn hiển thị và các núm chỉnh vào mặt bố trí Nhóm sử dụng phần mềm AutoCAD để thiết kế, gia công các mặt của mô hình Sử dụng các mặt bằng chất liệu mica
Hình 3.2: Bản vẽ mặt bố trí
Do mô hình thiết kế theo hướng nhỏ gọn nên phần khung sẽ dùng sắt hộp có độ dày 2mm Sử dụng phần mềm AutoCAD để thiết kế và thi công
Hình 3.3: Bản vẽ khung mô hình
3.1.4 Thiết kế giao diện LabView
Một trong những mục tiêu của đồ án là hiển thị các thông tin lên máy tính Nhóm quyết định dùng phần mềm LabView vì đây là phần mềm khá dễ sử dụng và cũng đã được học qua ở các môn trong chương trình đào tạo
Hình 3.4: Giao diện hiển thị thông tin trên Labview
Khảo sát và giả lập các tín hiệu
Mô hình được dùng để khảo sát là mô hình “HỆ THỐNG GIẢ LẬP TÍN HIỆU ĐỘNG CƠ TRÊN XE KIA MORNING 2011 – AT”
Kết hợp sử dụng máy đo xung Hantek và máy chẩn đoán lỗi ô tô Otofix, nhóm phân loại được cơ bản thành các nhóm tín hiệu tốc độ sẽ được nhóm giả lập bằng cách tạo xung bằng vi điều khiển và nhóm các tín hiệu nhiệt độ, áp suất,… sẽ được nhóm giả lập bằng biến trở
Nhóm các cảm biến tốc độ
– Tín hiệu cảm biến tốc độ trục cam và trục khuỷu:
Dựa vào tài liệu sửa chữa xác định được cảm biến tốc độ trục cam (CMP) và trục khuỷu (CKP) sử dụng cảm biến tốc độ kiểu hall nên nhóm sẽ giả lập tín hiệu xung vuông và đưa vào hộp PCM Nhóm đã tham khảo dạng xung từ trang Rotkee và biết được xe có vòng bánh răng trục khuỷu với 60 răng, khuyết 2 răng Vì vậy nên dạng xung của tín hiệu vị trí trục khuỷu sẽ là cứ 58 xung liên tục thì sẽ bỏ 2 xung Đồng thời xung tín hiệu cảm biến vị trí trục cam sẽ đổi trạng thái ở xung thứ 37 của xung cảm biến vị trí trục khuỷu
Hình 3.5 Dạng xung của tín hiệu cảm biến trục cam và trục khuỷu
Từ những dữ liệu trên, tiến hành lập trình trên Arduino Để giả lập được xung chuẩn có độ rộng xung 50%, nhóm quyết định sẽ tạo xung bằng Timer/Counter Vì số lượng cảm biến dạng xung của mô hình khá nhiều nên nhóm phải dùng Mega2560 vì nó nhiều Timer/Counter để tạo xung
Nhóm sẽ sử dụng chế độ Clear Timer on Compare Match (CTC) của Timer/Counter
1, 3, 4, 5 để tạo xung Chế độ CTC là một trong những chế độ hoạt động có sẵn cho các Timer/Counter trong nhiều vi điều khiển Trong chế độ CTC, bộ đếm sẽ được đặt lại về zero khi giá trị bộ đếm TCNTn trùng khớp với giá trị của OCRnA, OCRnA sẽ xác định giá trị đỉnh của bộ đếm Một hàm ngắt sẽ được gọi ra mỗi khi giá trị bộ đếm đạt đỉnh bằng cách sử dụng cờ OCFnA Trong hàm ngắt, chỉ cần thanh đổi giá trị đầu ra của chân vi điều khiển thì sẽ tạo được xung vuông với độ rộng 50% Trong chế độ này, bằng cách thay đổi giá trị thanh ghi OCRnA, hàm ngắt sẽ được gọi với tần suất khác nhau từ đó thay đổi được tần số của xung
Hình 3.6: Code hàm gọi của xung cảm biến vị trí trục cảm và trục khuỷu
Khi hàm ngắt được gọi, chân PIN_CKP của vi điều khiển sẽ đảo trạng thái và tạo xung cảm biến vị trí trục khuỷu, khi biến count_ckp đếm đủ 116 (tạo đủ 58 xung) thì sẽ bỏ
2 xung, thoát khỏi hàm ngắt
Khi biến count_ckp đếm đủ 74 (tức đã tạo 37 xung tín hiệu cảm biến trục khuỷu) thì chân PIN_CMP của vi điều khiển sẽ đảo trạng thái để tạo xung cảm biến vị trí trục cam
Sau khi đã lập trình vào Mega2560, nhóm tiến hành đo 2 chân tín hiệu CKP và CMP, sử dụng máy đo xung Hantek nhóm thu được tín hiệu xung như sau
Hình 3.7: Dạng xung sau khi mô phỏng của CKP và CMP
– Tín hiệu cảm biến tốc độ đầu vào và đầu ra hộp số:
Tương tự như cảm biến vị trí trục cam và trục khuỷu, tín hiệu cảm biến tốc độ đầu vào (ISS) và đầu ra (OSS) của hộp số cũng là tín hiệu xung vuông vì thế cách tạo cũng sẽ tương tự như trên Vì bánh răng không có răng khuyết nên tín hiệu giả lập của 2 cảm biến này sẽ là tín hiệu xung vuông liền mạch với tần số thay đổi phụ thuộc vào tần số tín hiệu cảm biến trục khuỷu theo các công thức nhóm xây dựng dựa trên nghiên cứu Đầu tiên nhóm sẽ chia làm 2 trường hợp:
– Khi xe đang ở tay số P, N:
+ Lúc này đường truyền công suất từ động cơ sẽ bị ngắt ở hộp số, vì vậy nên mặc dù động cơ quay, cánh bơm gắn với động cơ sẽ đẩy cánh tuabin quay theo, nhưng trục đầu ra của hộp số sẽ đứng im Công thức sẽ là:
𝐼𝑆𝑆 = 0 𝑂𝑆𝑆 = 0 trong đó: 𝐼𝑆𝑆 là tốc độ trục đầu vào của hộp số
𝑂𝑆𝑆 là tốc độ trục đầu ra của hộp số
– Khi xe đang ở tay số D, 2, L, R: Ở trường hợp này, hộp PCM sẽ tính toán các thông số như là tốc độ xe, góc mở bướm ga, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ dầu hộp số, tốc độ đầu vào hộp số, tốc độ của động cơ,
… để từ đó điều khiển các van solenoid chuyển số sao cho mượt mà Đầu tiên, công thức để tính tỉ số truyền là:
𝑛 2 trong đó: 𝑖 là tỉ số truyền
𝑍 1 là số răng của bánh răng chủ động
𝑍 2 là số răng của bánh răng bị động
𝑛 1 là số vòng quay của bánh răng chủ động
𝑛 2 là số vòng quay của bánh răng bị động
Từ đó, xây dựng công thức tính ISS và OSS như sau:
𝑔𝑒𝑎𝑟 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜 trong đó: 𝐼𝑆𝑆 là tốc độ trục đầu vào của hộp số
𝑂𝑆𝑆 là tốc độ trục đầu ra của hộp số
𝑔𝑒𝑎𝑟 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜 là tỷ số truyền của hộp số
– Tín hiệu cảm biến tốc độ xe:
Tương tự như các cảm biến tốc độ khác, cảm biến tốc độ xe có dạng xung vuông
Hình 3.8: Sơ đồ đường truyền công suất của xe – Để xây dựng được công thức tính cảm biến tốc độ xe (VSS) nhóm dựa vào sơ đồ trên Đầu tiên để tính được tốc độ quay bánh xe ta có:
𝑖 𝑥 𝑖 0 trong đó: 𝜔 𝑤 là tốc độ quay của bánh xe
𝜔 𝑒 là tốc độ quay của động cơ
𝑖 𝑥 là tỉ số truyền của tay số
𝑖 0 là tỉ số truyền cuối cùng Đối với tốc độ động cơ, để chuyển từ rpm sang rad/s ta có:
30 Nhóm chuyển tốc độ quay của bánh xe sang tốc độ của bánh xe:
59 trong đó: 𝑣 𝑤 là tốc độ bánh xe
𝜔 𝑤 là tốc độ quay bánh xe
𝑟 𝑤 là bán kính bánh xe
Thông thường tốc độ xe cũng bằng với tốc độ bánh xe nên:
30 𝑖 𝑥 𝑖 0 𝑚/𝑠 Cuối cùng, nhóm chuyển giá trị tốc độ xe sang đơn vị km/h nên công thức hoàn chỉnh sẽ là:
30 𝑖 𝑥 𝑖 0 𝑘𝑚/ℎ Để tính được bán kính của bánh xe, nhóm tham khảo vào công thức được xây dựng bởi trang x-engineer.org, đối với lốp KIA Morning có thông số 175/70R14, bán kính bánh xe sẽ là 0.3[m]
Hình 3.9: Giá trị của bán kính bánh xe Để truyền các tín hiệu CKP,CMP, ISS, OSS, VSS vào hộp điều khiển, nhóm giả lập dùng Timer của Mega2560 tạo xung vuông, và tần số của xung vuông được tính theo công thức sau:
2 𝑁 (1 + 𝑂𝐶𝑅𝑛𝐴) trong đó: 𝑓 𝐶𝑃𝑈 là tần số dao động của vi điều khiển
𝑂𝐶𝑅𝑛𝐴 là giá trị so sánh khi xảy ra ngắt
Vậy để đưa giá trị của tần số các xung bằng cách thay đổi giá trị OCRnA, nhóm nghiên cứu tính theo công thức sau:
2 𝑁 𝑓𝑟𝑒𝑞− 1 trong đó: 𝑓 𝐶𝑃𝑈 là tần số dao động của vi điều khiển
𝑓 𝐶𝑃𝑈 là tần số của tín hiệu xung muốn giả lập
𝑂𝐶𝑅𝑛𝐴 là giá trị so sánh khi xảy ra ngắt ct
Hình 3.10: Lưu đồ giải thuật module giả lập tín hiệu
Nhóm các cảm biến nhiệt độ
– Tín hiệu cảm biến nhiệt độ dầu hộp số, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát: Dựa vào tài liệu sửa chữa xác định các cảm biến nhiệt độ này đều sử dụng nhiệt điện trở âm NTC
+ Thông số cụ thể như sau:
Hình 3.11: Thông số cảm biến nhiệt đồ dầu hộp số
Hình 3.12: Thông số cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Hình 3.13: Thông số cảm biến nhiệt độ khí nạp
+ Lựa chọn linh kiện: Do thông số điện trở cảm biến đều nằm trong khoảng từ 150Ω đến 50kΩ nên nhóm sẽ chọn biến trở loại 50k và sử dụng 2 chân (chân giữa và 1 trong 2 chân ngoài cùng) Cụ thể là loại WH148-50k Tuy nhiên do điện trở của biến trở sẽ nằm ngoài giá trị tức là nhỏ hơn 150Ω do đó nhóm sẽ mắc thêm 1 điện trở khoảng 200Ω vào chân tín hiệu của cảm biến mục đích để khi vặn biến trở về 0% thì giá trị điện trở là 200Ω.
Khảo sát, giải mã tín hiệu CAN thu được qua OBD-II và hiển thị lên máy tính
biến sử dụng biến trở
+ Thông số cụ thể như sau:
Hình 3.16: Thông số cảm biến vị trí bướm ga
+ Lựa chọn linh kiện: Biến trở 50k sử dụng 3 chân Loại WH148-50k
3.3 Khảo sát, giải mã tín hiệu CAN thu được qua OBD-II và hiển thị lên máy tính
Tiêu chuẩn SAE J1979 đưa ra các OBD-II PIDs (On-board diagnostics Parameter IDs) là các mã dịch vụ dùng để yêu cầu dữ liệu từ các phương tiện có sử dụng OBD-
II Hiện nay có 10 mã dịch vụ (SID) OBD-II Tuy nhiên trong đề tài chỉ sử dụng SID 0x01 – hiển thị dữ liệu động
Trong mã dịch vụ 0x01 lại có nhiều PID khác nhau từ ID 0x00 đến ID 0xC8 và cũng như trên nhóm chỉ chọn một số ID mang thông số của động cơ theo bảng sau:
Bảng 3.1: Các mã pid dịch vụ 01
PID (hex) Dữ liệu trả về (byte) Mô tả
04 1 Tính toán tải động cơ
05 1 Nhiệt độ nước làm mát
0B 1 Áp suất tuyệt đối đường ống nạp
Về phần vi điều khiển arduino nano nhóm chuẩn bị một số nội dung sau:
– Thứ nhất, về phần thư viện, hiện nay có rất nhiều thư viện hỗ trợ việc đọc và gửi thông điệp từ mạng CAN, nhóm đã chọn một thư viện là “CAN-BUS_SHIELD’’ được viết bởi Seeedstudio
– Thứ hai, là tốc độ truyền của mạng CAN, đối với các bộ xử lí yêu cầu thông tin truyền nhanh như PCM, bộ điều khiển ABS… thì mạng CAN cần có tốc độ khoảng 1Mbps mới có thể đáp ứng kịp yêu cầu về tốc độ truyền
– Thứ ba, là các khai báo và khởi tạo cho vi điều khiển
+ Khai báo chân CS là chân 10 trên Arduino Nano: const int SPI_CS_PIN = 10; + Khởi tạo chân CS là chân 10: MCP_CAN CAN(SPI_CS_PIN);
+ Khởi tạo tốc độ baud là 1Mbps cho mạng CAN: CAN.begin(CAN_1000KBPS);
3.3.1 Gửi yêu cầu cho PCM thông qua OBD-II
Các khung dữ liệu ít hơn 8 byte sẽ được phân loại là Single Frame (SF) và các ID kể trên đều ít hơn 8 byte nên chúng sẽ được truyền theo định dạng SF Tức 4 bit cao của byte PCI thứ nhất có giá trị 0, 4 bit thấp có giá trị là số byte dữ liệu và 7 byte còn lại chứa dữ liệu
Ví dụ: Khi muốn yêu cầu dữ liệu “nhiệt độ nước làm mát” có PID là 0x05 Thực hiện các bước như sau:
– Đầu tiên, là 1 byte PCI thể hiện số byte sẽ gửi là 2 byte, vậy cần gửi byte thứ nhất với giá trị 0x02
– Tiếp theo, là 7 byte chứa dữ liệu, tuy nhiên chỉ cần 2 byte là chứa đủ SID và PID cần gửi nên 5 byte còn lại không cần cho giá trị vào
Bảng 3.2: Mảng chứa dữ liệu
– Vì CAN là mạng giao tiếp đa chủ nên mỗi thông điệp gửi đi cần có một ID Trong trường hợp này ID gửi sẽ là 0x7DF, khi PCM nhận được thông điệp có ID 0x7DF này nó sẽ trả về thông điệp có ID 7E8, 7E9 hoặc 7EA Như vậy với ví dụ trên gói dữ liệu hoàn chỉnh cần gửi là:
Bảng 3.3: Mảng chứa dữ liệu gửi kèm ID
– Gửi thông điệp bằng Arduino Nano với MCP2515
+ Hàm sử dụng để gửi dữ liệu: CAN.sendMsgBuf(INT32U id, INT8U ext, INT8U len, INT8U *buf);
Ví dụ nếu muốn gửi thông điệp như bảng 4.3 có thể làm như sau:
– Đầu tiên khai báo mảng “tmp[8] = {0x02, 0x01, 0x05, 0, 0, 0, 0, 0};” chứa thông điệp cần gửi.
– Thứ hai sử dụng hàm “CAN.sendMsgBuf(0x7DF, 0, 8, tmp);” gửi thông điệp đi 3.3.2 Thu các thông điệp từ PCM thông qua OBD-II Để thu các thông điệp từ PCM thông qua OBD-II cần chuẩn bị như sau:
– Bộ lọc ID, nhận và lưu thông điệp
+ Lọc ID: Hàm sử dụng đánh dấu và lọc ID: “CAN.init_Mask (unsigned char num, unsigned char ext, unsigned char ulData);” và “CAN.init_Filt (unsigned char num, unsigned char ext, unsigned char ulData);”
Ví dụ: Để nhận thông điệp từ ID 7E8 cần dùng 1 bộ mặt nạ để đánh dấu các bit của
ID cần lọc, đánh dấu tất cả các bit của ID nhận sẽ được lọc, như vậy dùng hàm như sau:
“CAN.init_Mask(0, 0, 0x7FF);” Sau khi đánh dấu sẽ lọc ID có giá trị bằng với 7E8 với hàm sau: “CAN.init_Filt(0, 0, 0x7E8);”
+ Nhận thông điệp: Hàm kiểm tra thông điệp đến: “CAN.checkReceive();” hàm này sẽ trả về 0 nếu không có thông điệp đến, trả về 1 nếu có thông điệp đến.
+ Lưu thông điệp: Sử dụng hàm: “CAN.readMsgBuf(INT8U *len, INT8U *buf);”
3.3.3 Giải mã thông điệp và hiển thị lên máy tính
Hình 3.17: Lưu đồ giải thuật giải mã CAN
Ví dụ khi gửi một thông điệp với ID 7DF như sau:
Bảng 3.4: Mảng chứa thông điệp với ID 7DF
Và nhận được thông điệp với ID 7E8 như sau:
Bảng 3.5: Mảng chứa thông điệp với ID 7E8
Giá trị 0x03 0x41 0x05 0xB4 0x00 0x00 0x00 0x00 Khi đã thu được các thông điệp từ mạng CAN nhóm nghiên cứu tiến hành giải mã
Byte đầu tiên là byte PCI thể hiện đây là kiểu khung đơn (SF) và số lượng byte dữ liệu được gửi sau đó Sau đó ở byte thứ 2 nhóm thấy đây chính là giá trị của byte thứ 2 ở khung gửi được cộng thêm 40 hex, như vậy nhóm biết được thông điệp nhóm gửi đi là hợp
67 lệ và PCM đã gửi về phản hồi dương Byte thứ 3 được trả về là byte chứa mã PID mà nhóm đã gửi và byte thứ 4 là giá trị hiện hành của mã PID đó
Do thông điệp khi nhận được sẽ lưu vào biến mảng buf[8], xem xét các phần tử của mảng này để giải mã Với bảng 4.5, buf[0], buf[1], buf[2] thể hiện các thông tin mà nhóm đã gửi như đã phân tích ở trên, buf[3] là giá trị cần giải mã OBD-II PID cũng cung cấp các công thức để giải mã các PID này, cụ thể như sau:
Bảng 3.6: Công thức tính toán theo PID
PID (hex) Dữ liệu trả về (byte) Mô tả Công thức
04 1 Tính toán tải động cơ 100
05 1 Nhiệt độ nước làm mát 𝐴 − 40 ℃
0B 1 Áp suất tuyệt đối đường ống nạp 𝐴 𝑘𝑃𝑎
Với A là buf[3] và B là buf[4], nhóm sẽ giải mã ra các giá trị cần hiển thị Vậy dựa vào buf[1] để làm điều kiện xét đầu tiên vì nó cho biết đã gửi yêu cầu đúng hay không, điều kiện xét thứ hai là buf[2] vì nó cho biết PID đã yêu cầu là gì để đưa ra công thức giải mã đúng, và cuối cùng in kết quả tính toán được ra màn hình thông qua giao tiếp Serial Đối với việc in ra màn hình qua giao tiếp Serial cần thực hiện các bước sau:
– Khởi tạo Serial và tốc độ giao tiếp: SERIAL.begin(115200); với tốc độ cao nhất – Câu lệnh in ra màn hình: SERIAL.print(value); trong đó: value là giá trị cần in, cho phép bất kì dạng dữ liệu nào
Lưu ý: lệnh “SERIAL.print(value);” in ra màn hình dưới dạng ký tự Do đó để dễ dàng trong việc xử lí dữ liệu ở Labview, nhóm sẽ in dữ liệu theo kiểu “a…b…c…d…”
Thi công mô hình
Từ những ý tưởng sơ đồ hệ thống và các thiết kế của mô hình, nhóm nghiên cứu bắt đầu chuyển qua giai đoạn thi công mô hình Đầu tiên, từ những sơ đồ ở phần Các sơ đồ mạch điện, nhóm tiến hành đấu dây cho hộp PCM
– Sơ đồ các cơ cấu chấp hành và cảm biến cho PCM
+ Các cơ cấu chấp hành như cuộn dây đánh lửa hay kim phun hiển thị bằng LED + Các cảm biến tùy vào mục đích giả lập mà có thể dùng 2 hoặc 3 chân của biến trở để thực hiện Ví dụ cảm biến ECT dùng 2 chân của biến trở, cảm biến TPS lại cần dùng 3 chân biến trở
+ Công tắc chuyển số nhóm sử dụng công tắc 6 chân để mô phỏng cần chuyển số
Hình 3.27: Sơ đồ đấu chân cho PCM
Tiếp đến, nhóm tiến hành đấu dây cho Module giả lập tín hiệu (Mega2560) và Module thu tín hiệu mạng CAN (Nano và MCP2515) theo sơ đồ sau
Hình 3.28: Các chân xuất tín hiệu của vi điều khiển
Sau khi hàn các chân của Module thu tín hiệu mạng CAN theo sơ đồ, hình ảnh thực tế của sản phẩm thu được như sau
Hình 3.29: Module thu tín hiệu mạng CAN
Về phần Module giả lập tín hiệu, nhóm sử dụng đế mở rộng Mega2560 trước khi tiến hành đi dây theo sơ đồ
Hình 3.30: Module giả lập tín hiệu
– Cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống
Sử dụng nguồn tổ ong 12V-5A với dòng AC-220V được nối qua đầu nối nguồn AC tích hợp cầu chì Dòng điện DC từ nguồn được chia thành 3 điện áp khác nhau: 12V cho PCM và cho các đèn hiển thị IGT, INT, cổng OBD-II; 9V cho các vi điều khiển Arduino Nano và Arduino Mega; 5V cho mạch logic
Hình 3.31: Nguồn tổ ong Để cho ra các 2 điện áp 9V và 5V từ nguồn 12V nhóm sử dụng 2 mạch giảm áp XL4015 5A Các chân GND của PCM, vi điều khiển, OBD-II và mạch logic được đấu chung lại với nhau Sử dụng cầu đấu domino và dải nối domino để từ 1 chân 12V có thể ra được nhiều chân Tương tự với các chân GND
– Sơ đồ cấp nguồn cho PCM
Kết nối các chân để cấp nguồn cho hộp theo bảng sau:
Bảng 3.7: Sơ đồ cấp nguồn cho PCM
Chân PCM Giắc Chân PCM Giắc
5 – Main Relay “ON” power 24 – Ground Transaxle
6 – Main Relay “ON” power 25 – Ground Transaxle
– Kiểm tra hộp đã có nguồn bằng cách: dùng đồng hồ chỉnh về thang đô Vôn, đo 2 chân cấp nguồn và ground của cảm biến bất kỳ, nếu đồng hồ hiện thị 5V tức là hộp đã được cấp nguồn
– Cấp nguồn cho vi điều khiển: Cấp nguồn cho arduino Nano qua chân Vin và chân GND với điện áp 9V Cấp nguồn cho Arduino Mega2560 qua giắc DC với điện áp 9V
– Đưa tín hiệu giả lập từ Mega2560 vào hộp PCM
Nối chân tạo tín hiệu của vi điều khiển vào các chân cần tín hiệu của hộp PCM như hình dưới đây:
Hình 3.34: Các chân xuất tín hiệu của vi điều khiển
Qua các bước lắp đặt mô hình, nhóm thu về mô hình hoàn chỉnh
Hình 3.35: Mô hình hoàn thiện của hệ thống
THỬ NGHIỆM
Kiểm tra hoạt động của mô hình giả lập tín hiệu
– Kiểm tra tín hiệu phun xăng, đánh lửa: Nhóm dùng 2 cách để kiểm tra tín hiệu này
+ Kiểm tra bằng led: Vặn núm cảm biến TPS, các led hiển thị tín hiệu INJ1, INJ2, INJ3, INJ4 và IGT1, IGT2 sẽ chớp theo độ tăng giảm của núm
Hình 4.1: Quan sát kiểm tra tín hiệu xăng lửa trên mô hình
+ Kiểm tra bằng máy chuẩn đoán: Truy cập vào chức năng Live Data của máy, quan sát sự tăng giảm của tốc độ động cơ theo núm vặn TPS ở mục “Engine speed” Đồng thời
78 ở mục “Ignition timing advance”, nhóm nhận thấy khi tốc độ động cơ tăng thì góc đánh lửa sớm sẽ tăng
Hình 4.2: Góc đánh lửa sớm với tốc độ cầm chừng
Bên cạnh đó khi tốc độ động cơ tăng, thời gian phun xăng của kim phun cũng tăng lên
Hình 4.3: Thời gian phun của các kim phun với tốc độ cầm chừng
– Kiểm tra các tín hiệu giả lập bằng biến trở (MAP, IAT, ECT, TOT):
Truy cập vào chức năng Live Data của máy chuẩn đoán, theo dõi các thông tin về các cảm biến MAP, IAT, ECT, TOT Nhóm nhận thấy khi nhóm điều chỉnh biến trở thì các tín hiệu sẽ tăng giảm theo Và khi so sánh với thông tin ghi trên tài liệu sửa chữa của hãng, nhóm nghiên cứu nhận thấy các tín hiệu đưa vào đã chính xác
+ Kiểm tra cảm biến MAP thông qua máy chẩn đoán: Có thể kiểm tra tín hiệu giả lập cảm biến MAP dựa vào thông số dưới đây Khi điện áp của cảm biến trả về là 4.1V thì giá trị cảm biến là 1030hPa tức là 103kPa rất sát với số liệu từ nhà sản xuất
Hình 4.4: Thông số các cảm biến
Hình 4.5: Thông số cảm biến MAP
+ Kiểm tra tín hiệu TPS thông qua máy chẩn đoán: Có thể kiểm tra tín hiệu giả lập cảm biến TPS dựa vào thông số dưới đây Khi điện áp của cảm biến trả về là 4V thì bướm ga mở hoàn toàn, khi điện áp của cảm biến trả về 0,2V thì bướm ga đóng
Hình 4.6: Thông số TPS khi cảm biến trả về 4V
Hình 4.7: Thông số TPS khi cảm biến trả về 0.2V
Hình 4.8: Thông số cảm biến TPS
– Kiểm tra hoạt động của công tắc chuyển số và công tắc O/D:
+ Kiểm tra bằng led: Quan sát các van solenoid trên mô hình, khi nhóm vặn công tắc chuyển số thì các van đóng mở theo trong tài liệu sửa chữa của hãng Chứng tỏ các công tắc hoạt động tốt
+ Kiểm tra bằng máy chuẩn đoán: Truy cập vào chức năng Live Data của máy chuẩn đoán, theo dõi các thông tin về công tắc chuyển số cũng như các van solenoid Khi nhóm chuyển giữa các tay số như là P, R, N, D, 2, L, các van solenoid sẽ đóng mở theo từng tay số Theo dõi mục “Transaxle range switch” sẽ hiện thị theo các tay số nhóm đưa tín hiệu vào Khi nhóm đi tay số D và bật công tắc O/D OFF thì hộp sẽ giới hạn chỉ chuyển đổi qua lại giữa các số 1, 2, 3 Điều đó chứng tỏ các công tắc chuyển số và O/D hoạt động bình thường
Hình 4.9: Các van solenoid đóng mở theo tín hiệu chuyển số
Kiểm tra hoạt động của ứng dụng hiển thị qua LabVIEW
Khi nhóm nghiên cứu thực hiện các thao tác Kiểm tra hoạt động của mô hình giả lập tín hiệu đồng thời theo dõi ứng dụng hiển thị thông số qua LabView, nhóm nhận thấy các thông số đều hiển thị đúng theo hoạt động điều khiển và giống các thông số hiển thị trên máy chẩn đoán
Hình 4.10 Ứng dụng hiển thị qua LabVIEW ở page 1 Đồng thời, ở phần vẽ các đồ thị biễu diễn sự thay đổi của tốc độ động cơ và tốc độ xe cũng hoạt động chính xác
Hình 4.11: Ứng dụng hiển thị qua LabVIEW ở page 2
Từ đó nhóm nghiên cứu nhận thấy ứng dụng hiển thị các thông số đọc từ mạng CAN qua LabVIEW đã hoạt động ổn định
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KIẾN NGHỊ
Kết quả đạt được
Sau thời gian nghiên cứu và thi công mô hình, dưới sự hướng dẫn của thầy Lê Quang
Vũ đến từ Bộ môn Điện tử ô tô, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, chúng tôi đã hoàn thành xong đề tài “Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giả lập tín hiệu hoạt động cho động cơ KIA Morning”
Từ những nhiệm vụ được giao, nhóm đã tìm hiểu và nghiên cứu hệ thống truyền động động cơ KIA Morning, bằng cách tìm hiểu các tài liệu của hãng cũng như trên internet nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo được mô hình giả lập tín hiệu, thông qua đó tìm hiểu được quá trình hoạt động của động cơ cũng như hộp số, cũng như đã đánh giá được các tín hiệu giả lập có sát với thực tế hay không
Bên cạnh đó, nhóm đã nghiên cứu lý thuyết của CAN, đã đọc và giải mã thành công được tín hiệu thu được từ mạng CAN, sau đó thiết kế giao diện thông qua phần mềm LabView hiển thị lên máy tính.
Hạn chế của đề tài
Vì thời gian có hạn cũng như kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, nhóm không tránh khỏi những thiếu sót, những hạn chế như:
– Tín hiệu tốc độ động cơ khi đọc từ mạng CAN về khi chạy trong thời gian dài có lúc bị nhảy về 0
– Còn hạn chế khi hiển thị các thông số qua mạng CAN (các thông số ngoài ID 7E8).
Kiến nghị hướng phát triển của đề tài
– Thêm chức năng xóa lỗi khi xe có mã lỗi (DTC)
– Chế tạo tích hợp thêm module phát CAN có chức năng như một hộp PCM
