Hình 2.5 Vị trí của các ECU trong hệ thống mạng giao tiếp
*1: Chỉ cho model với VSC
*2: Chỉ cho model với hệ thống vào xe và khởi động thông minh - Dây truyền tín hiệu và loại dẫn động:
Dây giao tiếp Đặc điểm
Dây đôi xoắn
For CAN
For AVC - LAN
- Dây giao tiếp là một cặp dây được quấn lại. Việc giao tiếp được truyền dẫn bằng cách cung cấp điện áp Hi hoặc (+) và
Lo hoặc (-) đến hai dây để gửi tín hiệu (Dẫn động bằng chênh lệch điện áp).
Dây đơn
AV
For BEAN, LIN, etc...
- Dây giao tiếp thì mỏng và nhẹ hơn loại
Dây đôi xoắn. Điện áp được cung cấp đến dây để truyền dẫn việc giao tiếp
(Dẫn động bằng điện áp dây đơn)
Bảng 2.1 Thông số về dây truyền dữ liệu
Hình 2.6 các đặc điểm của dây giao tiếp Can
A- Dẫn động bằng điện áp chênh lệch;B-Dẫn động bằng điện áp dây đơn
Dẫn động bằng điện áp chênh lệch: điện áp sự chênh lệch tạo ra giữa hai dây được phát hiện dưới dạng tín hiệu dữ liệu và đặc điểm nổi bật của nó là không bị ảnh hưởng do nhiễu từ bên ngoài.
Hình 2.7 Nguyên lý truyền dữ liệu trong mạng CAN (gói dữ liệu được truyền như thế nào)
Hình 2.8 Sơ đồ mạch điện của mạng Can trên ô tô
Từ hình 2.8, ta có thể thấy các hộp đen điều khiển các hệ thống được giao tiếp trao đổi thông tin với nhau.Không chỉ vậy, các thông tin được trao đổi giúp ta có thế phát hiện lỗi một cách dễ dàng,chuẩn đoán tình trạng làm việc của các hệ thống qua cổng giao tiếp.
Trên ô tô, tùy vào tính chất truyền dẫn ,độ chính xác và tốc độ, người ta chia làm các vùng hệ thống mạng giao tiếp linh hoạt giữa Can tốc độ cao và can tốc độ thấp.
Hình 2.9 Các hệ thống mạng Can trên ô tô
Có 2 loại đường truyền CAN khác nhau thường được sử dụng được phân loại dựa trên tốc độ truyền tín hiệu điển hình.
1. Đường truyền HS-CAN là đường truyền tốc độ cao được sử dụng để liên lạc giữa các hệ thống truyền lực, gầm và một số hệ thống điện thân xe Đường truyền HS-CAN được dùng để gọi “Đường truyền CAN No.1” và “Đường truyền CAN No.2”.
Nó hoạt động ở tốc độ khoảng 500 kbps. Các điện trở cực cho đường truyền CAN No.1 được đặt ở trong ECU trung tâm và CAN No.2 J/C. Điện trở của đường truyền CAN No.2 không thể đo được từ giắc DLC3.
2. Đường truyền MS-CAN là đường truyền tốc độ trung bình được sử dụng để liên lạc giữa các hệ thống điện thân xe Đường truyền MS-CAN được gọi là “Đường truyền CAN MS”. Nó hoạt động ở tốc độ khoảng 250 kbps. Các điện trở cực cho đường truyền MS-CAN được đặt ở trong ECU thân xe chính và ECU chứng nhận. Điện trở của đường truyền CAN MS không thể đo được từ giắc DLC3.
Việc thông tin liên lạc giữa những mạng này được thực hiện qua ECU thân xe (cho đường truyền CAN MS) hay ECU trung tâm (cho đường truyền CAN No.2), có vai trò như một ECU trung tâm [2].
Các ECU và cảm biến trong hệ thống thông tin liên lạc CAN: –ECU điều khiển trượt.
– Cảm biến độ lệch thân xe. – Cảm biến góc quay vô lăng – Đến ECU chính thân xe. – Cảm biến túi khí trung tâm. – ECM.
– ECU trung tâm. – ECU chứng nhận.
– ECU điều khiển gương ngoài.
– ECU chân máy điều khiển chủ động. – Bộ khuyếch đại điều hoà.
– Đồng hồ táp lô.
– ECU báo khoảng cách.
– ECU điều khiển vị trí ghế (ghế trước trái). – AFS ECU.
– ECU nghiêng và trượt đa năng.
Cách gửi – nhận dữ liệu trên hệ thống CAN trên ô tô:
Mỗi module được gắn vào một mạng lưới dữ liệu có khả năng gửi và nhận tín hiệu và chúng đều có địa chỉ của mình trên mạng lưới cho phép các module nhận được các thông tin đầu vào và các dữ liệu cần thiết để hoạt động. Khi module truyền thông tin qua mạng lưới, các thông tin này sẽ được mã hóa để tất cả các module khác nhận ra nó đến từ đâu và gửi thông tin gì.
Dữ liệu được gửi là một loạt các bit kỹ thuật số bao gồm “0” và “1 “. Thông số điện áp thấp tương ứng với giá trị “0”, giá trị đo điện áp cao tương ứng với “1”. Thông thường điện áp thực tế tại đây sẽ được hoạt động trong phạm vi 5-7 volt.
Thông thường các module điều khiển hoặc cụm mô đun trên xe được giao nhiệm vụ quản lý lưu lượng mạng. Khi các module thấy một thông điệp tới, nó sẽ nhìn vào bit đầu tiên trong dòng dữ liệu. Nếu bit là một “0”, nó sẽ được ưu tiên hơn các thông điệp khác, được gọi là một “trội tin nhắn”. Nếu bit đầu tiên là một “1” được cho một ưu tiên thấp hơn được gọi là một “lặn tin nhắn”.
Như vậy, thông điệp ưu tiên cao nhất luôn được thông qua đến các địa điểm dự định của nó và những thông điệp ưu tiên thấp sẽ có thể tạm thời bị chặn cho đến khi “giao thông trên đường truyền giảm tốc” [3].
Các mạng giao tiếp được sử dụng trên xe :
CAN bus tốc độ cao: Trọng tâm của bài viết này là CAN bus tốc độ cao (ISO 11898). Cho đến nay, nó là tiêu chuẩn CAN phổ biến nhất cho lớp vật lý, hỗ trợ tốc độ bit từ 40 kbit/s đến 1 Mbit/s (Classical CAN). Nó cung cấp hệ thống cáp đơn giản và được sử dụng trong thực tế tất cả các ứng dụng ô tô ngày nay. Nó cũng đóng vai trò là cơ sở cho một số giao thức lớp cao hơn như OBD2, J1939, NMEA 2000, CANopen, v.v. Thế hệ thứ hai của CAN được gọi là CAN FD (CAN với tốc độ dữ liệu linh hoạt – CAN with Flexible Data-rate).
CAN bus tốc độ thấp: Tiêu chuẩn này cho phép tốc độ bit từ 40 kbit/s đến 125 kbit/s và cho phép giao tiếp CAN bus tiếp tục ngay cả khi có lỗi trên một trong hai dây – do đó nó còn được gọi là ‘Khả năng chịu lỗi CAN’. Trong hệ thống này, mỗi nút CAN có đầu cuối CAN của riêng nó [10].
LIN bus: LIN bus là phần bổ sung chi phí thấp hơn cho mạng CAN bus, với ít khai thác hơn và các nút rẻ hơn. Các cụm LIN bus thường bao gồm một LIN chính hoạt động như một cổng vào và tối đa 16 nút phụ. Các trường hợp sử dụng điển hình bao gồm ví dụ: các chức năng không quan trọng của xe như điều hòa không khí, chức năng cửa, v.v.
LIN là một giao thức mạng cục bộ LAN của phương tiện sử dụng một máy chủ duy nhất để đạt được tỷ lệ hiệu suất chi phí vượt trội. 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…
Hình 2.10 Cấu trúc hoạt động của Lin -Bus
Mạng ethernet ô tô:
Ethernet ô tô là một loạt các công nghệ mạng được sử dụng trong mạng cục bộ (LAN), nơi các máy tính được kết nối trong không gian vật lý. Các hệ thống sử dụng mạng giao tiếp Ethernet chia các luồng dữ liệu thành các khung, bao gồm thông tin địa chỉ nguồn và đích, cơ chế phát hiện lỗi dữ liệu được truyền và các yêu cầu truyền lại. Xe tự hành yêu cầu một loạt các tính năng kết nối để hoạt động hiệu quả, khiến cho nhu cầu về băng thông lớn tăng vọt. Ethernet được thiết kế để đáp ứng nhu cầu này và cung cấp tốc độ xử lý lên đến 100Mb/giây.
Mạng giao tiếp này thường được sử dụng cho hệ thống chẩn đoán và thông tin giải trí trên xe. Đây là những hệ thống nhiều dữ liệu, yêu cầu băng thông lớn để truyền ở tốc độ thích hợp nhằm duy trì sự an toàn cho người lái.
Trong thời gian tới, Ethernet ô tô và các phần mở rộng như: cầu nối âm thanh-video AVB (Audio Video Bridging) và mạng nhạy cảm với thời gian TSN (Time-Sensitive Networking) hứa hẹn sẽ thay thế các công nghệ đang được sử dụng hiện nay như FlexRay và MOST.
Hình 2.11 Kết nối mạng ethernet trên ô tô
Mạng này ngày càng được triển khai trong lĩnh vực ô tô để hỗ trợ các yêu cầu băng thông cao của ADAS (Hệ thống hỗ trợ người lái nâng cao), hệ thống thông tin giải trí, camera, v.v. Ethernet ô tô cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhiều so với CAN bus, nhưng thiếu một số về các tính năng an toàn/hiệu suất của Classical CAN và CAN FD. Nhiều khả năng, những năm tới sẽ chứng kiến cả ethernet ô tô, CAN FD và CAN XL được sử dụng trong phát triển ô tô và công nghiệp mới [9].
Sử dụng điện toán đám mây kết hợp thông tin trên xe với dữ liệu bên ngoài :
Ứng dụng điện toán đám mây vào ngành công nghiệp ô tô đang trở thành xu hướng được các hãng xe và các công ty công nghệ lớn đặc biệt chú trọng. Theo đó, các thông tin không mang tính cá nhân như: thói quen của người dùng, địa điểm hay lui tới đều được mã hóa và xử lý trên đám mây để đảm bảo vấn đề về bảo mật.
Hình 2.12 Điện toán đám mây đang được các xe chú trọng phát triển
Bằng việc được hỗ trợ bởi trí tuệ nhân tạo và kết nối với điện thoại thông minh, ô tô có khả năng giao tiếp hai chiều. Trong đó, các ECU có vai trò gửi và nhận dữ liệu về hành vi của người dùng để tính toán hành động và quãng đường phù hợp. Còn tính năng cập nhật FOTA (Firmware over the air) cho phép nâng cấp phiên bản phần mềm, kích hoạt các chức năng mới nhanh chóng mà vẫn đảm bảo lượng dữ liệu cần thiết [2]