Ngày nay, nhà sản xuất ô tô áp dụng nhiều ứng dụng khác nhau để đáp ứng các yêu cầu của nhà chức trách và khách hàng. Mỗi ứng dụng đều có một vai trò quan trọng trong việc điều khiển trên ô tô. Ban đầu, hệ thống CAN Bus chỉ đƣợc sử dụng cho hệ thống
72 điều khiển động cơ bởi sự hạn chế của các thiết bị điện tử.Tuy nhiên, sự phát triển không ngừng của các thiết bị điện tử đã giúp các nhà sản xuất xe hơi sử dụng hệ thống CAN Bus nhƣ một tiêu chuẩn kết nối truyền dẫn trong các hệ thống điều khiển khác nhƣ hệ thống điều khiển điện thân xe, hệ thống điều khiển hộp số và hệ thống điều khiển các thiết bị giải trí.Ngoài ra, hệ thống CAN hƣớng đến các hệ thống kiểm tra tín hiệu tự động trên xe đƣa vào sử dụng nhƣ cộng cụ chẩn đoán. Từ đây, các thiết bị chẩn đoán trên CAN tiêu chuẩn ISO 15765 đã đƣa vào sản xuất. Các lớp liên kết dữ liệu và các lớp ứng dụng đã đƣợc quy định rõ và nó trở thành điều bắt buộc ở Châu Âu.
Ngành công nghiệp ô tô phải phát triển các chức năng mới nhằm đáp ứng các yêu cầu khắc khe của khách hàng về sự thoải mái và an toàn. Ngoài ra họ còn phải đáp ứng các yêu cầu về bảo vệ m i trƣờng của các nhà chức trách. Vì vậy, các nhà sản xuất phải nâng cấp bằng chức năng điều khiển về động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống phanh, hệ thống đèn chiếu sáng, hệ thống điều hòa, hệ thống điều chỉnh gƣơng hoặc ghê, hệ thống chìa khóa th ng minh và đặc biệt là hệ thống giải trí trên xe. Ngoài ra, các dòng xe cao cấp có một vài chức năng đặc biệt đƣợc tính hợp trên xe nhƣ hệ thống treo điện tử để tạo cảm giác thoải mái cho ngƣời ngồi trong xe, hệ thống cân bằng điên tử đảm bảo sự an toàn khi xe vào cua gấp, hệ thống giữ làn đƣờng nhằm tạo cảm giác thoải mái và an toàn cho ngƣời lái và các yếu tố ảnh hƣởng tới động cơ để tiết kiệm nhiên liệu xe.
Hình 6.1 Hệ thống CAN Bus trong hệ thống điều khiển an toàn và ổn định của xe
Đƣờng truyền CAN Bus số 1 là đƣờng giao tiếp với các hệ thống điều khiển khác nhƣ hệ thống điều khiển động cơ, hệ thống điều khiển phanh ABS, hệ thống điều khiển cân bằng điện tử ESP,… Đƣờng truyền CAN Bus số 1 có ký liệu KWP 2000 là đƣờng truyền
73 thƣờng đƣợc sử dụng để chẩn đoán. Đƣờng truyền CAN Bus số 2 đƣợc dùng để lập trình lại cho hệ thống điều khiển.
Trong sơ đồ trên, đƣờng truyền số 2 nằm độc lập so với đƣờng truyền CAN số 1. Tuy nhiên nó có một kết nối với đƣờng truyền CAN số 1 thông qua các mạch bên trong hệ thống điều khiển hệ thống truyền động (PCM).
Trong tƣơng lai một số t nh năng mới đƣợc tích hợp trên xe nhƣ hệ thống tránh va chạm bằng cách sử dụng cảm biến tính toán khoảng giữa các xe để báo hiệu cho ngƣời lái, hệ thống đèn th ng minh có thể điều khiển tự động để tránh gây tai nạn cho ngƣời đi ngƣợc chiều, hệ thống phát hiện vật cản trên đƣờng thông qua cảm biến radar. Ngoài ra, các t nh năng th ng tin giải trí và giao tiếp cũng đƣợc phát triển trên xe hơi nhƣ kết nối Internet, hệ thống GPS để dẫn đƣờng,… Đặc biệt là nhà sản xuất cố gắng sẽ tích hợp một số t nh năng cao cấp nhƣ sự tƣơng tác giữa xe với xe hoặc giữa xe với cơ sở hạ tầng trong truyền thông. Tất cả t nh năng cao cấp cần một hệ thống cực mạng liên kết hay sự kết hợp các đƣờng dẫn th ng tin đƣợc chia ra nhƣ CAN.
Vì các vấn đề liên quan đến mạng liên kết trong xe và đƣờng truyền dẫn nên hiệp hội kỹ sƣ t (SAE) đã soạn thảo tài liệu về các loại ứng dụng:
- Ứng dụng loại A (LIN) là ứng dụng sử dụng đối với kết nối liền khung xe và thiết bị công suất, nhƣ c ng tắc thông thƣờng, đèn trƣớc, đèn sau và đèn phanh, t n hiệu flash, điều chỉnh ghế và gƣơng, kéo cửa sổ, khoá cửa,…Đó là các chức năng kh ng ảnh hƣởng nhiều đến tính an toàn của ngƣời sử dụng nên chúng có thể đƣợc thực hiện bởi đƣờng truyền tốc độ thấp, với tốc độ truyền khoảng 10Kbit/s, với 1 dây đơn là mức truyền dữ liệu trung bình.
- Ứng dụng loại B (CAN-L) là ứng dụng sử dụng để kết nối thiết bị hay các chi tiết th ng minh hơn, phức tạp hơn, nhƣ bảng tap-lo, thiết bị điều hoà kh ng kh ,… Tốc độ truyền dữ liệu yêu cầu 40Kbit/s.
- Ứng dụng loại C (CAN-H) là ứng dụng sử dụngđối với việc truyền dữ liệu tốc độ cao ở thời gian thực và tín hiệu phân tích hồi đáp, trong khoảng 1 đến 10 mili giây. Các tín hiệu liên quan đến động cơ và hộp số và chức năng điều khiển phanh, và yêu cầu mức truyền dữ liệu từ 250Kbit/s đến 1 Mbit/s.
- Ứng dụng loại D (MOST) là ứng dụng sử dụng đối với mạng liên kết của hầu hết các thiết bị truyền thông thông tin cao cấp trong bu ng lái nhƣ thiết bị giải trí, trợ giúp chỉ dẫn đƣờng, các máy tính và các dữ liệu cơ bản, v..v.. Đối với loại này, tốc độ truyền dữ liệu đƣợc khuyến cáo sử dụng là từ 1 đến 10 Mbit/s.
Để hệ thống CAN Bus thực hiện đƣợc một số chức năng thì nó phải kết nối với các cảm biến và bộ phận chấp hành điều khiển theo yêu cầu và chức năng hoạt động đƣợc yêu cầu. Các cảm biến thƣờng có trên một chiếc xe t . Đó là cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến vị tr bƣớm ga, cảm biến khí nạp, cảm biến nhiệt độ nƣớc làm, cảm biến áp suất lốp…
74
Hình 6.2: Một dòng xe của Huyndai sử dụng CAN-L 6.2.1. CAN Bus truyền tín hiệu tốc độ xe
Hệ thống cân bằng điện tử (ESP) tính toán tốc độ xe dựa vào tín hiệu cảm biến tốc độ bánh xe. Những tín hiệu này đƣợc truyền trên đƣờng dây CAN tốc độ cao (CAN-C). Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ sẽ lấy giá trị tốc độ để điều khiển hành trình. Ngoài ra hệ thống điều khiển hộp số cũng dựa vào tín hiệu tốc độ xe để sang số. Hệ thống kiểm soát tốc độ tự động (ACC-Adaptive Cruise Control) cũng cần tín hiệu tốc độ xe để tính toán khoảng cách cần thiết đối với xe ph a trƣớc. Cổng kết nối chung (Gateway) sẽ truyền tín hiệu tốc độ xe qua một đƣờng CAN Bus khác để bảng tap-lo hiển thị giá trị tốc độ xe. Ngoài ra đƣờng dây CAN tốc độ thấp (CAN-B) cũng đƣợc liên kết với cổng kết nối chung. Một số xe hạng sang đƣợc trang bị hệ thống ghế ngồi tự động. Phần đệm của chỗ ngồi đƣợc điểu chỉnh cho phù hợp với tốc độ và gia tốc của xe nhằm chống lại lực ly tâm. Hệ thống sẽ tăng cảm giác thoải mái nhất cho ngƣời sử dụng khi vào cua.
Thông tin tốc độ đƣợc gửi đến CAN giải trí thông qua cổng kết nối đến hệ thống âm thanh của xe. Qua đó hệ thống có thể điều chỉnh âm thanh phù hợp với tốc độ lái xe. Hệ thống định vị sẽ lấy tín hiệu tốc độ trên đƣờng truyền CAN để tính toán vị trí xe nếu tín hiệu GPS mất (ví dụ xe di chuyển trong hầm). Giao diện chẩn đoán đƣợc kết nối trực tiếp với hộp điều khiển động cơ và hộp điều khiển hộp số thông qua đƣờng K-Line. Tất cả hộp điều khiển khác cũng đƣợc kết nối giao diện chẩn đoán th ng qua đƣờng K-Line ảo đƣợc mô phỏng trên CAN Bus. Nhƣ vậy khi kết nối các bộ chẩn đoán có thể đọc đƣợc
75 các tín hiệu tốc độ xe (ví dụ: kiểm tra tốc độ bánh xe khi thử nghiệm hệ thống ABS để đảm bảo an toàn).
6.2.2. CAN Bus truyền tín hiệu tốc độ động cơ
Kim phun (động cơ xăng) và thời gian đánh lửa là tín hiệu đầu ra với độ phân giải nhỏ hơn 1° theo góc quay trục khuỷu. Nhƣ vậy vị trí trục khuỷu phải đƣợc lƣu lại trong hộp điều khiển động cơ để đảm bảo chế độ thời gian thực. Cảm biến tốc độ động cơ quét sự quay vòng trục khuỷu và truyền tín hiệu đến hộp điều khiến để tính toán vị trí trục khuỷu và tốc độ động cơ. Giá trị này sẽ đƣợc sử dụng để tính toán thời gian phun và góc đánh lửa.
Ngoài ra tốc độ động cơ là một giá trị cần thiết đối với hệ thống điều khiển khác. Hộp điều khiển cung cấp giá trị này lên trên đƣờng truyền Bus. Hệ thống điều khiển hộp số nhận dữ liệu tốc độ để xác định các vị trí sang số. Hệ thống cân bằng điện tử (ESP) sẽ lấy tín hiệu tốc độ trên đƣờng truyền Bus để kiểm soát lực kéo (TCS- Traction Control System) – Sự can thiệp vào TCS (giảm momen xoắn) không gây ra hiện tƣợng tắt máy. Cuối cùng tốc độ động cơ sẽ truyền đến giao diện chẩn đoán và bảng tap-lo (hiện thị thông số tốc độ để báo cho ngƣời lái).
6.2.3. CAN Bus truyền tín hiệu báo hiệu
Hình 6.3: Tín hiệu báo hiệu truyền trên Bus
Ngƣời lái điều khiển cần gạt tín hiệu (Hình 6.3.1). Một tín hiệu đƣợc truyền đến hệ thống điều khiển tay lái và tín hiệu rẽ trái hay rẽ phải sẽ phụ thuộc vào sự điều khiển ngƣời lái xe. Tín hiệu đƣợc mã hóa dựa vào giá trị điện trở, ví dụ hệ thống điều khiển sẽ dựa vào giá trị điện trở và hiểu rằng ngƣời lái đang có ý định rẽ sang trái. Hệ thống CAN
76 sẽ chuyển tín hiệu này đến hệ thống điều khiển điện thân xe (Hình 6.3.3). Tín hiệu chuyển hƣớng sẽ đƣợc xác định dựa trên tin nhắn nhận đƣợc (tần số chớp nháy tăng sẽ diễn ra trong trƣờng hợp bóng đèn bị hỏng). Đèn xinhan trƣớc trái và sau trái sẽ đƣợc kích hoạt th ng quá cac đƣờng riêng biệt (Hình 6.3.4 và hình 6.3.5). Hệ thống điều khiển điện thân xe sẽ truyền tín hiệu rẽ trái lên trên đƣờng truyền Bus. Sau đó, bảng tap-lo tiếp nhận tín hiệu rẽ trái trên đƣờng truyền Bus (Hình 6.3.6) và đèn chỉ thị sẽ nhấp nháy trên bảng tap-lo (Hình 6.3.9) báo hiệu cho ngƣời lái. Nếu là xe có kéo theo rơ-móc thì tin nhắn chứa dữ liệu sẽ đƣợc truyền đến hệ thống điều khiển rơ-móc (Hình 6.3.7) và nó sẽ bật đèn xi nhan trên hệ thống đèn của rơ-móc (Hình 6.3.8).
6.2.4. CAN Bus truyền tín hiệu gạt nƣớc
Hình 6.4: Tín hiệu gạt nƣớc truyền trên CAN Bus
Ngƣời lái điều khiển cần gạt nƣớc (Hình 6.4.1). Tín hiệu đƣợc truyền đến hệ thống điều khiểu tay lái (Hình 6.4.2) và nó sẽ xem xét tín hiệu vừa truyền. Hệ thống điều khiển sẽ truyền tín hiệu này lên trên đƣờng truyền Bus. Tiếp đó, hệ thống điều khiển điện thân xe sẽ nhận tín hiệu và truyền nó đến motor gạt nƣớc thông qua đƣờng truyền Lin. Bộ điều khiển điện thân xe đóng vai trò nhƣ là một cổng kết nối giữa hệ thống mạng CAN với cụm motor gạt nƣớc.
6.2.5. CAN Bus truyền tín hiệu kiểm soát tải
Tại số vòng quay thấp (tốc độ cầm chừng) và một lƣợng điện năng đáng kể đƣợc dùng bởi các thiết bị tiêu thụ điện trên xe ở vị trí bật công tắc. Lúc này, điện áp của bình ắc quy (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
77 và máy phát điện xoay chiều có thể giám xuống giá trị thấp. Hệ thống điều khiển điện thân xe tính toán trạng thái hiện của điện áp bình ắc quy, tín hiệu DF của máy phát điện xoay chiều và thông tin các thiết bị đang tiêu thụ điện trong thời gian bật công tắc. Hệ thống điều khiển điện thân xe sẽ yêu cầu tăng tốc độ số vòng quay nếu nguồn điện không đủ ở chế độ tốc độ cầm chừng. Hệ thống điều khiển động cơ sẽ thực hiện yêu cầu dựa trên tín hiệu đƣợc truyền trên đƣờng truyền Bus. Nếu yêu cầu của hệ thống điều khiển điện thân xe không giải quyết đƣợc vấn đề thì nó sẽ tắt một số thiết bị tiêu thụ điện nhƣ sƣởi ghế, sƣởi gƣơng, sƣởi kinh chắn gió sau,… Những thiết bị này đƣợc nối với hệ thống điều khiển điện thân xe th ng qua các đƣờng dây riêng biệt.
6.3. ỨNG DỤNG KHÁC CỦA CAN BUS
CAN Bus có những ƣu điểm trên xe nhƣ là đáp ứng yêu cầu ứng dụng dựa theo thời gian thực, độ tin cây của thông tin, dữ liệu đƣợc bảo quan tốt nên hệ thống CAN có tính hấp dẫn và ứng dụng trong ngành tự động hóa. Sau khi ngành công nghệ ô tô áp dụng thành công CAN trên xe thì một số ngành khác nhƣ máy móc hàng hải, máy móc nông nghiệp, máy dệt, sản xuất thiết bị y tế, điều khiển thang máy,… đã áp dụng CAN Bus nhƣ là một kết nối truyền th ng đặc biệt thích hợp cho mạng liên kết các thiết bị thông minh, các cảm biến, bộ phận chấp hành, các thiết bị điều khiển bên trong một cỗ máy hoặc nhà máy.
Những ứng dụng của CAN Bus ngoài xe hơi còn đƣợc ứng dụng trong một số xe công nghiêp nhƣ xe nâng, xe xúc,… Và một số máy nông nghiệp – lâm nghiệp nhƣ máy cày, máy cắt cỏ tự động, máy tƣới nƣớc tự động,… Chúng sử dụng hệ thống CAN để biết các thông số trạng thái nhƣ số vòng quay động cơ, tốc độ xe, nhiệt độ động cơ,… hay để điều khiển các cơ cấu chấp hành làm việc thông qua dữ liệu của các cảm biến trên xe.
78 CAN Bus cũng có nhiều lợi ch đối với các phƣơng tiện vận chuyển công cộng nhƣ xe điện, tàu điện ngầm. Các tín hiệu điều khiển, hệ thống cảnh báo điện tử đƣợc liên kết nhờ sử dụng hệ thống CAN Bus. Dữ liệu đƣợc trao đổi có thể liên quan đến hệ thống lại, hệ thống phanh, hệ thống cửa, tổng quan tính trạng của xe,… Tại Đức công ty Kiepe Electric đã phát triển hệ thống thông tin và hệ thống điều khiển với hai hệ thống CAN đƣợc kết nối với nhau bởi một b điều khiển trung tâm, một hệ thống Bus trao đổi dữ liệu bên trong xe, một hệ thống Bus trao đổi dữ liệu giữa các xe với nhau. Mức truyền dữ liệu Bus tƣơng ứng từ 20Kbit/s đến 200Kbit/s. Ngoài ra dữ liệu thu đƣợc từ tàu điện hoặc xe của toàn hệ thống cũng hỗ trợ việc nâng cấp để các chức năng hoạt động một cách tốt nhất.
Ngoài lợi ích về các phƣơng tiện vận chuyển hành khách công cộng, CAN Bus đƣợc ứng dụng máy nông nghiệp nhƣ máy cày,máy thu hoạch sản phẩm, máy gặt,… để giúp theo dõi tình trạng của máy và t nh toán đƣợc hiệu suất làm việc, qua đó chúng ta có thể phân phối công việc một cách cự thể và tối ƣu hóa sử dụng các loại máy một cách tốt nhất. Các loại máy trong công nghiệp cũng có các lợi ch tƣơng tự nhƣ máy n ng nghiệp. Công nghiệp dệt may là một trong những ngành công nghiệp tiên phong ứng dụng công nghệ CAN. Một vài nhà sản xuất dệt may đã hợp tác với nhau hình thành một tập đoàn những nhà mày sử dụng công nghê dệt CAN. Tuy nhiên lĩnh vực ứng dụng phổ biến nhất là công nghệ chế tạo robot nhƣ tập đoàn ABB, c ng ty Kuka,… Ngoài ra một số ứng dụng khác của CAN Bus trong các hệ thống tự động trong các tòa nhà nhƣ cảnh báo sự cố hay điều hòa không khí. Cuối cùng cuộc khảo sát ứng dụng của CAN Bus không thể kết thúc nếu nó kh ng đề cập đến ngành y. Hệ thống CAN giúp các cảm biến truyền các thông số của bệnh nhân trong phƣơng pháp chụp X-quang.
6.4. HỆ THỐNG CAN BUS TRONG TƢƠNG LAI
Ngày nay hệ thống CAN đƣợc ứng dụng nhiều trong lĩnh vực máy móc tự động. Đặc biệt, một số báo cáo trong những năm gần đây ứng dụng CAN trong các ngành công nghiệp chế tạo và tự đ ng tăng lên một cách đáng kể. Mỗi năm các nhà sản xuất bán từ 10 đến 20 triệu chip CAN Bus. Theo dự báo vào cuối thế kỷ doanh số sẽ đạt 40 triệu chip