Đồ án thiết kế hệ thống nhúng, học viện công nghệ bưu chính viễn thông (2)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ I - - BÁO CÁO MÔN ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ NHÚNG TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Minh Thành viên nhóm 9: Nguyễn Việt Anh – B17DCDT015 Mai Thành Khôi – B17DCDT102 Vũ Quang Huy – B17DCDT098 Hà Nội năm 2021 Lời mở đầu Ngành công nghiệp ô tô kinh tế lớn thứ sáu giới, sản xuất hàng chục triệu xe năm đóng góp quan trọng vào thu nhập phủ tồn giới Và ngày cơng nghệ điện tử phần mềm đóng góp lớn việc cải thiện tính năng, hiệu suất, thoải mái an toàn xe ô tô Có thể nói hệ thống nhúng hồn tồn kiểm sốt tô Từ việc điều khiển hoạt động cần gạt nước nhỏ xíu việc điều khiển hệ thống chống bó phanh phức tạp, thứ ô tô nằm điều khiển hệ thống nhúng Thiết bị điều khiển điện tử (Electronic Control Units) gọi ECU sử dụng ô tô ECU bao gồm điều khiển vi xử lý xử lý tín hiệu số Các dòng xe Mercedes, BMW dòng xe hạng sang khác sử dụng nhiều loại điều khiển sử dụng hệ thống nhúng Nhận thấy tầm quan trọng công nghệ nhúng ngành công nghiệp ô tô nên nhóm chúng em định tiến hành tìm hiểu nghiên cứu đề tài “Cơng nghệ nhúng ngành cơng nghiệp tơ” để hiểu rõ giải thích lại có tầm quan trọng MỤC LỤC A NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU ĐỀ TÀI I Đặt vấn đề : Ngày hệ thống nhúng sử dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp tơ Có thể nói hệ thống nhúng hồn tồn kiểm sốt tơ Từ việc điều khiển hoạt động cần gạt nước nhỏ xíu việc điều khiển hệ thống chống bó phanh phức tạp, thứ tô nằm điều khiển hệ thống nhúng Thiết bị điều khiển điện tử (Electronic Control Units) cịn gọi ECU sử dụng tô ECU bao gồm điều khiển vi xử lý xử lý tín hiệu số Rất nhiều ECU (đâu khoảng 100 ECU) tích hợp tơ nhằm vào mục đích lớn là: - Tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải - Đảm bảo an toàn - Mang đến thoải mái, thuận tiện giải trí - Giảm trọng lượng, giá thành xe II Đối tượng nghiên cứu: Sau tìm hiểu thơng tin đề tài, với hiểu biết sẵn có tìm kiếm thông tin liên quan, xác định đối tượng cần nghiên cứu là: - Công nghệ nhúng ngành công nghiệp ô tô - Những cải tiến lợi ích mà cơng nghệ nhúng mang lại - Tiềm phát triển thị trường Việt Nam B NỘI DUNG CHÍNH I Sơ đồ khối Các nhà sản xuất xe đưa Domains cho thiết bị điện tử nhúng xe bao gồm: • Power train domain: liên quan đến chức điều khiển chuyển động xe bao gồm động cơ, hệ thống truyền động, tăng • tốc, giảm tốc Chassis domain: liên quan đến điều khiển lái (vị trí hướng di • chuyển bánh), phanh Body domain: bao gồm thành phần không liên quan trực tiếp đến chuyển động xe như: túi khí, cần gạt nước, đèn • đóm, điều hịa, … Telematics domain: hệ thống trao đổi thông tin xe với giới bên ngồi, xe với xe, xe với sở hạ • tầng dịch vụ xung quanh HMI domain: bao gồm thiết bị (màn hình hiển thị, nút bấm) dùng để trao đổi thơng tin hệ thống điện tử xe người dùng (lái xe hành khách) HMI bao gồm nhiều hệ thống nhỏ Head Unit hay gọi AVN – Audio Video Navigation Infotainment (chứa hệ thống thơng tin giải trí, nghe nhạc, xem video, dẫn đường, …), Instrument Cluster (hệ thống hiển thị thông tin cụm đồng hồ), HUD – Head Up Display (hệ thống hiển thị thông tin tốc độ, dẫn đường kính, thẳng mặt lái xe) Hình Các Domains cho thiết bị điện tử nhúng xe II Tìm hiểu cơng nghệ nhúng cơng nghiệp tơ Hệ thống chống bó phanh (Anti-lock brake system) 1.1 Định nghĩa Hệ thống chống bó phanh (ABS viết tắt Anti-lock Braking System ) hệ thống ô-tô giúp cho bánh xe phương tiện khơng bị bó cứng phanh (phanh trượt), chống lại việc bánh xe bị trượt dài mặt đường Hệ thống chống bó phanh ABS ví dụ điển hình hệ thống nhúng ngành cơng nghiệp tơ Hình Hoạt động hệ thống phanh ABS 1.2 Lịch sử Hãng Bosch Đức có ý tưởng phát triển hệ thống từ thập niên 1930, sau đến năm 1978 lần sản xuất hệ thống ABS điện Hệ thống ABS áp dụng lần xe ô tơ dịng xe S-serie Mercedes-Benz vào năm 1978 sau áp dụng phương tiện khác kể mô tô dựa loại má phanh có tính ăn mềm 1.3 Cấu tạo Hệ thống phanh ABS có phận sau đây: • ECU( Electronic Control Unit hay cịn gọi hộp đen) điều khiển trượt: Bộ phận xác định mức trượt bánh xe mặt đường dựa vào tín hiệu từ cảm biến điều khiển chấp hành phanh • Cơng tắc phanh: báo cho ECU biết người lái đạp phanh dừng đạp phanh • Bộ chấp hành phanh: Bộ chấp hành phanh điều khiển áp suất thuỷ lực xilanh bánh xe tín hiệu ECU điều khiển trượt • Cảm biến tốc độ: Cảm biến tốc độ phát tốc độ bánh xe truyền tín hiệu đến ECU điều khiển trượt Hình Cấu tạo hệ thống phanh ABS Ngồi ra, táp lơ điều khiển cịn có: • Đèn báo táp-lô: o Đèn báo ABS, ECU phát thấy trục trặc ABS hệ thống hỗ trợ phanh, đèn bật sáng để báo cho người lái o Đèn báo hệ thống phanh, đèn sáng lên đồng thời với đèn báo ABS, báo cho người lái biết có trục trặc hệ thống ABS EBD o Công tắc đèn phanh: Công tắc phát bàn đạp phanh đạp xuống truyền tín hiệu đến ECU điều khiển trượt ABS sử dụng tín hiệu cơng tắc đèn phanh Tuy nhiên dù khơng có tín hiệu cơng tắc đèn phanh cơng tắc đèn phanh bị hỏng, việc điều khiển ABS thực lốp bị bó cứng Trong trường hợp này, việc điều khiển bắt đầu hệ số trượt trở nên cao (các bánh xe có xu hướng khố cứng) so với công tắc đèn phanh hoạt động bình thường • Cảm biến giảm tốc: Chỉ có số loại xe Cảm biến giảm tốc cảm nhận mức giảm tốc xe truyền tín hiệu đến ECU điều khiển trượt Bộ ECU đánh giá xác điều kiện mặt đường tín hiệu thực biện pháp điều khiển thích hợp 1.4 Nguyên lý Đây hệ thống sử dụng cảm biến điện tử để nhận biết nhiều bánh bị bó cứng trình phanh xe Hệ thống giám sát tốc độ bánh phanh Khi nhiều lốp có tượng bó cứng, hệ thống điều chỉnh áp lực phanh đến bánh, loại bỏ khả lốp trượt trì khả điều khiển xe Thơng thường hệ thống máy tính xe có trang bị ABS thay đổi áp lực phanh khoảng 30 lần/giây, từ mức áp lực tối đa lên bánh xe đến áp lực Hình Nguyên lý hoạt động ABS Các thiết bị chống bó cứng phanh ABS đại gồm máy tính, cảm biến tốc độ bánh van thủy lực Khi CPU nhận thấy hay nhiều bánh có tốc độ quay chậm mức quy định so với bánh cịn lại, tự động giảm áp suất tác động lên phanh Tương tự, bánh quay nhanh, Chíp điện tử tự động tác động lực trở lại, đồng thời tạo độ rung bàn đạp phanh để báo cho người lái biết ABS hoạt động Khi hoạt động, ABS nhả- nhấn piston khoảng 15 lần giây Nhờ xảy tình khẩn cấp hệ thống ABS 10 • Hệ điều hành Thời gian thực cung cấp hàm API cho phép mã ứng dụng nhỏ • Các phụ thuộc thời gian trừu tượng thiết kế dựa nhiệm vụ dẫn đến phụ thuộc lẫn mơ-đun • RTOS cung cấp phát triển dựa tác vụ mô-đun, cho phép kiểm tra dựa tác vụ mơ-đun • API dựa nhiệm vụ khuyến khích phát triển mơ-đun nhiệm vụ, thường có vai trị xác định rõ ràng Nó cho phép nhà thiết kế / nhóm làm việc độc lập phần dự án họ • RTOS điều khiển kiện không lãng phí thời gian thời gian xử lý cho kiện không xảy Các thành phần RTOS • Bộ lập lịch: Thành phần RTOS cho biết tác vụ thực thi theo thứ tự nào, thường dựa mức độ ưu tiên • Đa xử lý đối xứng (SMP) : Đó số tác vụ khác xử lý RTOS để thực xử lý song song • Thư viện chức : Nó phần tử quan trọng RTOS hoạt động giao diện giúp bạn kết nối mã nhân ứng dụng Ứng dụng cho phép bạn gửi yêu cầu đến Kernel thư viện hàm để ứng dụng đưa kết mong muốn 38 • Quản lý nhớ : yếu tố cần thiết hệ thống để cấp phát nhớ cho chương trình, yếu tố quan trọng RTOS • Độ trễ gửi nhanh : Là khoảng thời gian việc kết thúc tác vụ xác định Hệ điều hành thời gian thực tế thực luồng, nằm hàng đợi sẵn sàng, bắt đầu xử lý • Các đối tượng lớp liệu người dùng định nghĩa : Hệ thống RTOS sử dụng ngôn ngữ lập trình C C ++, ngơn ngữ tổ chức theo hoạt động chúng Hình 25 Các thành phần hệ thống RTOS *Công cụ đồ họa: Công cụ đồ họa 2D chịu trách nhiệm hình ảnh mà nhìn thấy bảng điều khiển Hình ảnh cuối bao gồm pixel 2D hình LCD, đó, cơng cụ đồ họa 2D hoạt động cấp độ đơn vị hình LCD - pixel Cơng cụ đồ họa 3D chịu trách nhiệm hiển thị đối tượng 3D Các đối tượng bao gồm hình tam giác công cụ đồ 39 họa 3D chiếu hình tam giác lên mặt phẳng 2D để có hình ảnh pixel Hình 26 Thiết kế đồ họa cụm cơng cụ kỹ thuật số - hình ảnh hiển thị theo thời gian thực * Giao diện người dùng: bao gồm hộp thoại, điều khiển logic chúng * Trình điều khiển ngoại vi: lực lượng vơ hình chịu trách nhiệm giao tiếp thành phần điện tử Đó cách, ví dụ, lần chạm đọc từ hình cảm ứng: trình điều khiển hình cảm ứng đọc tín hiệu từ hình cảm ứng chuyển chúng thành kiện tọa độ * Công cụ giao thức truyền thơng: Động liên lạc có nhiệm vụ tương tác với hệ thống khác xe Phần quan trọng máy truyền thông giao thức truyền thông - tập hợp thông điệp sử dụng để liên lạc Đôi hệ điều hành - OS - sử dụng Vì bảng điều khiển thiết bị thời gian thực, loại hệ điều hành thời gian thực sử dụng gọi RTOS 4.4.2 Phát triển chương trình sở Phát triển phần mềm bao gồm bốn phần chính:  Cơng cụ đồ họa làm cho bảng điều khiển kỹ thuật số hoạt động - hiển thị hình ảnh cuối theo thời gian thực 40 Hình 27 Cụm cơng cụ kỹ thuật số hiển thị đồ họa từ phía  Giao diện người dùng cần thiết cụm công cụ virutal tương tác - người dùng đặt lại đếm chuyến đặt đồng hồ, chẳng hạn chạm vào điều khiển ảo  hình Phát triển trình điều khiển ngoại vi điều bắt buộc bảng điều khiển kỹ thuật số - chúng quản lý hệ thống  âm cụm, SoC Công cụ giao tiếp phần cần thiết phần sụn bảng thiết bị bảng thu thập thông báo từ thiết bị khác, thông số trạng thái nhập để hiển thị Do yêu cầu độ tin cậy, lập trình nhúng thực theo tiêu chuẩn nghiêm ngặt cho mã nhúng MISRA C 4.5 Tiền phát triển thị trường Việt Nam Hiện Việt Nam, dòng xe Vinfast VinFast Lux SA2.0 Lux A2.0, VinFast President đến dòng xe điện VinFast VF e34 mắt sử dụng cụm đồng hồ số áp dụng hình analog Ví dụ dịng xe Vinfast Lux A2.0 cụm đồng hồ số gồm hai đồng hồ analog biểu thị tốc độ vòng tua máy Trong đó, hình điện tử đa thơng tin 41 kích thước inch hiển thị chi tiết thơng số vận hành, thơng báo hệ thống Hình 28 Cụm đồng hồ số xe Vinfast Lux A2.0 III KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sau nhiều ngày nỗ lực nhóm chúng em hồn thành đề tài “Công nghệ nhúng ngành công nghiệp ô tô” thời gian quy định Về giải vấn đề đặt nội dung hình thức Đây đề tài mang tính tổng hợp yêu cầu nguồn kiến thức cao *Ưu điểm: - Tìm hiểu đủ lĩnh vực nhúng phân chia công nghiệp ô tô - Đưa công nghệ tiêu biểu lĩnh vực thơng tin chi tiết *Nhược điểm: 42 - Kiến thức tìm hiểu cịn hạn chế, chưa đáp ứng yêu cầu tìm hiểu chuyên sâu lĩnh vực - Chưa đưa nhìn nhận mang tính cá nhân chủ đề *Hướng phát triển - Nghiên cứu tìm hiểu sau chủ đề - Hiện ngành Automotive Embedded Việt Nam có nhiều hội khát nhân lực bao gồm lực lượng Developer, Tester Vì vậy, theo học định hướng nghề nghiệp tương lai 43 IV ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH *Tiến độ cơng việc Hình 28 Bảng tiến độ công việc *Đánh giá thành viên Tên Nguyễn Việt Anh Mai Thành Khơi Vũ Quang Huy Đóng góp - Phân cơng cơng việc đưa hạn, lịch trình cho nhóm - Tham gia nghiên cứu đề tài - Làm báo cáo slide thuyết trình - Tham gia nghiên cứu đề tài - Tổng hợp ý kiến thảo luận - Tham gia hoạt động nhóm nhiệt tình - Tham gia nghiên cứu đề tài - Thuyết trình báo cáo mơn học Hạn chế - Cịn nhiều định theo cảm tính - Chưa chủ động cơng việc - Nộp báo cáo cá nhân chậm trễ - Chưa chủ động công việc TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mr.Shun, "Ngành lập trình nhúng tơ hội cho lập trình viên Việt Nam," 05 07 2019 [Online] Available: 44 https://cppdeveloper.com/tech360/nganh-lap-trinh-nhung-tren-o-to-va-cohoi-cho-cac-lap-trinh-vien-viet-nam/ [2] VANANHTO, "Hệ thống nhúng ngành công nghiệp ô tô," 10 11 2018 [Online] Available: https://vananhtooo.wordpress.com/2018/11/10/hethong-nhung-trong-nganh-cong-nghiep-o-to/ [3] N B Ngoc, "Hệ thống nhúng ngành công nghiệp ô tô," 14 07 2019 [Online] Available: https://semiconvn.com/home/hoc-thiet-ke-vi-mach/baihc-vi-mch/12687-h-thng-nhung-trong-nganh-cong-nghip-o-to.html [4] cypress.com, "Instrument Cluster," [Online] Available: https://www.cypress.com/solutions/instrument-cluster [5] EDN, "Advanced graphics in automotive instrument clusters," 20 09 2012 [Online] Available: https://www.edn.com/advanced-graphics-inautomotive-instrument-clusters/ [6] N Phong, "Những số bất ngờ ngành cơng nghiệp tơ tồn cầu," 13 01 2015 [Online] Available: https://xedoisong.vn/thi-truong/nhung-con-sobat-ngo-ve-nganh-cong-nghiep-o-to-toan-cau-6862.html [7] G LINH, "Độ đồng hồ Digital, thú chơi người dùng xe Mercedes," 20 08 2020 [Online] Available: https://vietgiaitri.com/do-dong-ho-digital-thuchoi-cua-nguoi-dung-xe-mercedes-20200820i5174114/ [8] RPM, "TOP mẫu xe có bảng đồng hồ kỹ thuật số ấn tượng nay," 23 04 2018 [Online] Available: https://xedoisong.vn/cong-nghe/top-6mau-xe-co-bang-dong-ho-ky-thuat-so-an-tuong-nhat-hien-nay-25039.html [9] "www.bosch-mobility-solutions.com," [Online] Available: https://www.bosch-mobility-solutions.com/en/solutions/displays/freelyprogrammable-instrument-clusters-cv/ [10] "Housing for digital instrument clusters," [Online] Available: http://www.librow.com/solutions/digital-instrument-cluster/housing [11] G Online, "Digital instrument cluster," 15 07 2017 [Online] Available: https://www.youtube.com/watch?v=btqe7WuRMVk [12] "Tìm hiểu kiến trúc System on Chip (SoC)," 07 07 2015 [Online] Available: https://www.semiconvn.com/home/hoc-thiet-ke-vi-mach/bai-hcvi-mch/8077-tim-hieu-system-chip.html [13] N Quân, "[Background] SoC - System on a Chip," [Online] Available: http://nguyenquanicd.blogspot.com/2018/05/background-soc-system-on45 chip.html [14] wikipedia, "Màn hình tinh thể lỏng," [Online] Available: https://vi.wikipedia.org/wiki/M%C3%A0n_h%C3%ACnh_tinh_th% [15] N Tuấn, "VinFast Lux SA2.0 - SUV chỗ cho khách Việt," 29 07 2019 [Online] Available: https://vnexpress.net/vinfast-lux-sa2-0-suv-7cho-moi-cho-khach-viet-3959327.html [16] Trinh, "Khám phá cơng nghệ hình thị Audi," 25 03 2021 [Online] Available: https://myc.vn/kham-pha-cong-nghe-man-hinh-hienthi-moi-cua-audi/ [17] midnightblur, "Tóm lược công nghệ ô tô cải tiến kiện vượt bậc năm 2013," [Online] Available: http://diendanseo.edu.vn/threads/tom-luoc-cac-cong-nghe-o-to-cai-tiencung-cac-su-kien-vuot-bac-nhat-nam-2013.27160/ [18] "Hệ thống hỗ trợ người lái hệ Navigate Driving," 14 05 2021 [Online] Available: https://news.oto-hui.com/he-thong-ho-tro-nguoi-laithe-he-moi-navigate-driving/ [19] News.oto-hui.com, "Công nghệ túi khí Acura đạt giải “Best of What’s New 2020”," 07 12 2020 [Online] Available: https://news.otohui.com/cong-nghe-tui-khi-moi-cua-acura-dat-giai-best-of-what-s-new2020/ [20] huongtra.le.131189, "Cấu tạo hệ thống túi khí? Các vị trí lắp đặt hệ thống túi khí tơ," 24 05 2021 [Online] Available: https://vinfastauto.com/vi/cau-tao-he-thong-tui-khi-cac-vi-tri-lap-dat-cuahe-thong-tui-khi-tren-o-to [21] duylinhnds, "Tìm hiểu loại túi khí tơ," 21 05 2021 [Online] Available: https://vinfastauto.com/vi/tim-hieu-cac-loai-tui-khi-tren-o [22] A B Knowledge, "Anti Lock Braking System (ABS) Explained," 08 05 2019 [Online] Available: https://www.youtube.com/watch? v=0Tu9LShl9VU&list=PLdn8TqjIhK_fE85OQ5HIT6cTlkZ9iaPX&index=1 [23] M Australia, "Anti-lock Braking System (ABS)," 07 07 2014 [Online] Available: https://www.youtube.com/watch?v=ru4JIZx8yo&list=PLdn8TqjIhK_fE85OQ-5HIT6cTlkZ9iaPX&index=2 [24] M Australia, "Air Bags and Seat Belts," 07 07 2014 [Online] Available: 46 https://www.youtube.com/watch?v=R4ekbB5EzZM [25] "Google hình ảnh," [Online] Available: https://www.google.com.vn/imghp? hl=vi&authuser=0&ogbl [26] "Embedded Systems Applications in Automobiles industry," [Online] Available: https://microcontrollerslab.com/embedded-systems-applicationsautomobiles/ [27] admin, "Embedded Systems Role in Automobiles with Applications," 07 07 2021 [Online] Available: https://www.watelectronics.com/importance-ofembedded-systems-in-automobiles-with-applications/ [28] "Embedded Systems In Automobiles," 23 05 2017 [Online] Available: https://www.electronicsforu.com/technology-trends/embedded-systems-inautomobiles [29] "Phanh ABS phanh CBS – loại tốt hơn?," [Online] Available: https://chuyenxe.com/cong-nghe/phanh-abs-vs-phanh-cbs/ 47 Lời cảm ơn Qua việc học tìm hiểu mơn Đồ án thiết kế hệ thống nhúng, nhóm chúng em rút nhiều học bổ ích phục vụ cho q trình học tập nghiên cứu sau Nhóm chúng em xin cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Minh bảo tận tình chúng em hồn thành xuất sắc mơn học Q trình làm việc hồn thiện đề tài cịn nhiều sai sót mắc phải Vì nhóm chúng em xin lời góp ý thầy bạn để hoàn thành tốt đề tài lần đề tài sau Một lần Nhóm chúng em xin cảm ơn thầy đón nhận đề tài chúng em Nhóm sinh viên 48 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… 49 ... khiển sử dụng hệ thống nhúng Nhận thấy tầm quan trọng công nghệ nhúng ngành công nghiệp ô tô nên nhóm chúng em định tiến hành tìm hiểu nghiên cứu đề tài ? ?Công nghệ nhúng ngành công nghiệp tơ”... Infotainment (chứa hệ thống thông tin giải trí, nghe nhạc, xem video, dẫn đường, …), Instrument Cluster (hệ thống hiển thị thông tin cụm đồng hồ), HUD – Head Up Display (hệ thống hiển thị thông tin tốc... trặc ABS hệ thống hỗ trợ phanh, đèn bật sáng để báo cho người lái o Đèn báo hệ thống phanh, đèn sáng lên đồng thời với đèn báo ABS, báo cho người lái biết có trục trặc hệ thống ABS EBD o Công tắc