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 CAN mỗi năm.
Theo xu hƣớng phát triển của CAN Bus thì ngày càng có nhiều các loại chip khác nhau về giao điện xử lý, lớp truyền dẫn dữ liệu, dung lƣợng của bộ nhớ,… Bởi vì các ứng dụng đƣa ra liên quan đến thời gian thực sẽ ngày càng nhiều nội dung hơn. Xu hƣớng phát triển sẽ can thiệp sâu hơn vào các hệ thống CAN hoạt động theo tiêu chuẩn hóa để phục vụ cho mục đ ch tự động và công nghiệp kết hợp nhiều bộ truyền động đa dạng. Các vấn đề liên quan đến các chức năng, nhiệm vụ trong thời gian thực của một hệ thống trong sự liên kết truyền thông qua các mạng phải đƣợc phát triển và nâng cấp. Bởi vì ngành công nghiệp phát triển sẽ có các yêu cầu để đáp ứng các đặc trƣng nhƣ dung lƣợng lớn, chi phí thấp, thời gian xử lý nhanh,…
79 Những xu hƣớng phát triển hiện nay trong công nghệ CAN cho thấy các giao diện hệ thống sẽ làm cho truyền th ng đơn giản hơn, hiệu quả hơn và thời gian trì hoãn dữ báo ít hơn. Đó là những ứng dụng quan trọng trong thời gian thực. Ngoài ra sự kết hợp các lớp truyền dẫn vào trong hệ thống sẽ giúp các giải pháp đa dạng hơn hay t nhất sẽ tạo sự khác biệt giữa các giải pháp đã đƣợc chấp nhận và những giải pháp khác. Nhà thiết kế dễ dàng hơn trong việc phát triển các ứng dụng tạo nên sự kết hợp hiệu quả một hệ thống. Quá trình kết hợp nói chung sẽ tiếp tục phát triển trong ngành công nghiệp chất bán dẫn, nó sẽ giúp tăng thêm các chức năng của CAN với một bộ vi điều khiển, bộ tiết chế, bộ thu phát thông minh. Ngoài ra hệ thống CAN sẽ có khả năng chẩn đoán và phản ứng với một số lỗi mới cũng nhƣ đáp ứng yêu cầu của hệ thống điều khiển.
Các giải pháp truyền dẫn hiện nay đƣợc chia ra làm hai phần: phần cứng và phần mềm. Hiệu suất của hệ thống sẽ đƣợc thể hiện dựa trên hai đặc điểm là thông lƣờng thời gian (lƣợng thông tin hữu ch đƣợc truyền đi trên mạng trong một đơn vị thời gian và chính th ng lƣợng mới là chỉ số để đánh giá mạng nhanh hay chậm) và thời gian truy nhập. Hệ thống vƣợt quá thời gian sẽ làm giảm thời gian truy nhập bởi vì một phần thời gian tiêu tốn cho phần mềm điều khiển để chuyển phần cứng. Nếu các chức năng vƣợt quá thời gian kh ng đổi, hệ thống giảm bớt th ng lƣợng thời gian để yêu cầu về t nh năng hệ thống. Tuy nhiên th ng lƣợng thời gian toàn hệ thống giảm thì mức độ vƣợt thời gian cũng tăng lên tƣơng ứng. Nhƣ vậy truyền thống nói chung và sự truyền trên CAN Bus sẽ đóng vai trò chủ đạo trong các giải pháp cho các hệ thống tƣơng lai.
80
CHƢƠNG 7: CHẨN ĐOÁN VÀ SỬA CHỮA CAN 7.1. KIỂM TRA VÀ CHẨN ĐOÁN CAN
7.1.1. Kiểm tra đƣờng dây CAN
Hình 7.1: Đƣờng dây CAN nối các hộp điều khiển
1. Điện trở đo đƣợc tại vị trí 1 hoặc vị trí 2 là 60Ω (Điện trở 120 Ω khi ECU và CLU kết nối song song)
2. Nếu ECU và CLU (hệ thống điều khiển bảng tap-lo) hoạt động bình thƣờng, truyền thông CAN vẫn diễn ra khi các module khác bị loại bỏ.
3. Khi vị trí thứ 3 bị ngắt kết nối, điện trở đo đƣợc ở vị trí 1 và vị trí thứ 2 là 60Ω. Kết quả điên trở vẫn là là 120Ω khi ECU hoặc CLU bị loại bỏ.
4.Khi vị trí thứ 4 bị ngắt kết nối, điện trở đo đƣợc ở vị trí 1 và vị trí thứ 2 là 120Ω. Kết quả điện trở vẫn là 120Ω khi ECU hoặc CLU bị loại bỏ.
5. Khi một vấn đề phát sinh tại vị trí 4 sau khi vị trí thứ 5 bị ngắt kết nối, điện trở đo đƣợc tại vị trí 1 và vị trí 2 là 120Ω.
Khi ECU bị loại bỏ thì giá trị điện trở tại vị tr 2 là v cùng, còn điện trở vị trí 1 là 120Ω.
7.1.2. Kiểm tra tín hiệu và tin nhắn
Việc truyền tải dữ liệu trong hệ thống CAN Bus nghĩa là một tin nhắn sẽ đƣợc gửi đến đƣờng truyền Bus từ hệ thống điều khiển.Một tập tin chứa dữ liệu đƣợc gửi từ hệ thống
81 điều khiển đƣợc gọi là một tin nhắn. Dữ liệu đƣợc truyền theo đơn vị tin nhắn. Một tin nhắn đơn có dung lƣợng 64 bit (8 byte). Nhiều tín hiệu sẽ đƣợc tồn tại trong một tin nhắn. Một tin nhắn đƣợc gửi từ ECM sẽ đƣợc gọi là tin nhắn EMS. Nó đƣợc gửi trong định dạng EMS1 hoặc EMS2. Hệ thống điều khiển hộp số gửi tin nhắn trong định dạng TCU1, TCU 2, VDC1 hoặc VDC2. Nếu một lƣợng lớn dữ liệu đƣợc gửi từ mỗi hệ thống điều khiển thì số lƣợng tin nhắn sẽ tăng. Số lƣợng tin nhắn giảm khi khối lƣợng dữ liệu nhỏ.
Hình 7.2: ECM gửi tin nhắn đến đƣờng truyền Bus
Tin nhắn đơn có thể chứa nhiều tín hiệu. Trong ví dụ trên, tin nhắn EMS1 là đơn vị đơn của dữ liệu ECM bao gồm tín hiệu vềsố vòng quay động cơ, mô-men xoắn động cơ và tốc độ xe. Một hệ thống điều khiển có thể gửi nhiều tin nhắn phức tạp từ định dạng EMS1 đến EMS10. Số bit trong một tín hiệu dao động từ hai đến hàng chục, phụ thuộc vào k ch thƣớc của một tín hiệu. Một tín hiệu chuyển đổi là một bit vì nó chuyển đổi trạng thái bật và tắt. Một tín hiệu vị tr bƣớm ga (TPS-Throttle Position Sensor) xử lý tín hiệu một góc nhƣ 90 độ thì cần đến 7 bit để thể hiện dữ liệu. Nếu hệ thống tính toán gặp vấn đề thì hệ thống CAN sẽ báo lỗi và khắc phục lỗi nếu có thể.
Chú ý: 2^1=2 (1 bit → 2 tín hiệu đƣợc xử lý), 2^2=4 (2 bit → 4 t n hiệu đƣợc xử lý), 2^3=8 (3 bit → 8 t n hiệu đƣợc xử lý), 2^4=16, 2^5=32, 2^6=64, 2^7=128, …
82
Hình 7.3: Kiểm tra tin nhắn EMS3
Hệ thống mạng ô tô phải kiểm tra và quản lý tin nhắn và tín hiệu của dữ liệu. Các tin nhắn trên hiển thị tin nhắn EMS3, thông số truyền thông CAN-H của hệ thống điều khiển động cơ. Tin nhắn đƣợc truyền từ ECM đến đƣờng truyền CAN Bus và đƣợc đặt tên là “EMS3”. Nó chứa 14 tín hiệu của xe: tín hiệu MAF (lƣợng oxy trong khí nạp), tín hiệu TIA (nhiệt độ khí nạp), tín hiệu MAP (áp suất khí nạp). Các giá trị MAF, TIA, MAP là các giá trị vật lý liên tục thay đổi nên nó chiếm một số lƣợng bit lớn. Các giá trị khác chỉ trạng thái bật hoặc tắt chỉ chiếm một bit.
83 Kiểm tra sóng truyền tin nhắn chỉ có thể đo bằng thiết bị đo chuyên dụng bởi vì hệ thống CAN có tốc độ truyền dữ liệu cao. Phân tích dạng sóng chỉ xác minh một tin nhắn truyền trong CAN Bus.
7.1.3. Phân tích và kiểm tra các dạng sóng
Hình 7.5: Đo khung dữ liệu 100µs (CAN-C)
Chúng ta sử dụng máy đo oxilo để đo thời gian của một khung (CAN-C). Khung thời gian phù hợp và khung từ đƣờng dây High và đƣờng dây Low đƣợc đảo ngƣợc chính xác. Thời gian thiết lập tối thiểu cho các dao động của GDS là 100µs nên chúng ta không thể phân tích dạng sóng của CAN-C. Tuy nhiên tình trạng giao tiếp có thể kiểm tra gián tiếp bằng khung thời gian đƣợc gửi đến Bus.
Đặt thời gian thiết bị là 100µs và đo dạng sóng của Bus. Ranh giới của các khung là những điểm có giá trị điện áp 2.5v (Bus rảnh) đƣợc duy trì trong một khoảng thời gian nhất định.
Nếu một trong hai đƣờng dây bị mất kết nối thì hình thức nhất quán giữa hai dây sẽ kh ng đƣợc duy trì, máy sẽ hiển thị một dạng sóng bất thƣờng. Nếu đặt thời gian thiết bị lớn hơn giá trị 100µs thì chúng ta sẽ không tìm thấy thời gian rảnh của Bus. Bởi vì máy đo hiển thị nhiều khung dữ liệu trong phép đo.
84
Hình 7.6: Đo khung dữ liệu 1ms (CAN-C) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chúng ta thiết lập thời gian thiết bị là 1ms để phân biết sóng truyền th ng bình thƣờng và sóng truyền th ng đƣợc nén.Phép đo hiển thị các dạng sóng liên tục của các khung dữ liệu trên Bus. Trong khu vực hiển thị, máy đo hiện thị 22 khung dữ liệu bình thƣờng đƣợc nén. Một số yếu tố nhƣ nhiễu vàtiếng ổn có thể làm ảnh hƣớng đến dạng sóng đƣợc đo.
Hình 7.7 Đo khung dữ liệu 1ms (CAN-B)
So với CAN-C, CAN-B có chiều rộng thay đổi điện áp lớn hơn và tốc đ truyền thông thấp hơn. Chúng ta đặt thời gian thiết bị đo là 1ms. Nếu đặt thời gian quá dài chúng ta
85 không thể tìm thấy tình trạng Bus nhàn rỗi và bắt đầu khung dữ liệu. Kiểm tra dạng sóng của CAN-B cũng giống cách kiểm tra sóng của CAN-C
Hình 7.8: Dạng sóng hệ thống bình thƣờng
86
Hình 7.10: Dạng sóng minh họa đƣờng CAN-H hoặc CAN-L ngắt kết nối
Khi đƣờng dây CAN-H bị ngắt kết nối thì dạng sóng răng cƣa xuất hiện tại giá trị điện áp 2.5v hoặc thấp hơn.
Khi đƣờng dây CAN-L bị ngắt kết nối thì dạng sóng răng cƣa xuất hiện tại giá trị điện áp 2.5v hoặc cao hơn.
87 Khi Mass dây CAN-H ngắn mạch thì giá trị điện áp đo đƣợc của CAN-H và CAN-L là 0V.
Hình 7.12: Dạng sóng khi Mass dây CAN-L ngắn mạch
Khi Mass dây CAN-L ngắn mạch thì giá trị điện áp của CAN-H là dạng răng cƣa và có sự chênh lệch điện áp lớn đối với CAN-L.
88 Khi ắc quy gặp vấn đề thì CAN-L và CAN-H sẽ duy trì điện áp ắc quy.
Hình 7.14: Dạng sóng của CAN-H và CAN-L khi đều bị ngắn mạch
Khi ngắn mạch xảy ra trên đƣờng CAN-H và CAN-L thì giá trị điện áp là 2.5v
89
Hình 7.16: Dạng song khi ECU và CLU mất kết nối 7.1.4. Kiểm tra quá trình chẩn đoán lỗi trên CAN
7.1.4.1. Kiểm tra sự mất kết nối đƣờng dây chính và điện trở
Tất cả hệ thống điều khiển đƣợc kết nối với đƣờng truyền Bus đều bị ảnh hƣởng bởi điện trở cuối. Nếu hệ thống CAN kh ng có điện trở cuối các dạng sóng sẽ kh ng đƣợc tạo ra và hệ thống sẽ bị lỗi. Nếu một phần đƣờng dây chính bị ngắt kết nối, các DTCs (thông báo sai lệch truyền thông theo quy trình chuẩn đoán đƣợc thêm vào hệ thống điều khiển) đƣợc hiện thị và hệ thống giao tiếp sẽ xảy ra lỗi. Trong trƣờng hợp này, điện trở có thể đƣợc sử dụng để theo dõi tình trạng ngắt kết nối. Hình dƣới sẽ minh họa đƣờng dây CAN chính có thể chia thành các phần A, B, C để theo dõi tính trạng ngắt kết nối.Lƣu ý vị tr đo điện trở điểm kết nối của hệ thống. Đƣờng dây chính bị mất kết nối thì giá trị điện trở đo đƣợc là 120Ω. Nếu hộp điều khiển hệ thống truyên lực (PCM) và hộp điều khiển hiển thị trên bảng tap-lo bị ngắt kết nối trong hình dƣới thì giá trị điện trở sẽ thay đổi đƣợc thể hiện bảng sau
90
Hình 7.17: Điện trở cuối
Bảng 7.1: Bảng giá trị điện trở khi đƣờng dây chính ngắt kết nối
Mất kết nối
Điện trở cuối
Kết nối kiểm tra đa chức năng Kết nốitự kiểm tra chuẩn đoán
A 120 Ω 120 Ω
B 120 Ω 120 Ω
91
Bảng 7.2: Bảng giá trị điện trở trong trạng thái mất kết nối khi bỏ PCM và bảng tap-lo
Mất kết nối (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Loại bỏ PCM Loại bảng tap-lo
Kết nối kiểm tra đa chức năng
Kết nối tự kiểm tra chuẩn đoán
Kết nối kiểm tra đa chức năng
Kết nối tự kiểm tra chuẩn đoán
A 120 Ω 120 Ω ∞ ∞
B ∞ 120 Ω 120 Ω ∞
C ∞ ∞ 120 Ω 120 Ω
7.1.4.2. Kiểm tra mất kết nối đƣờng dây chính và chẩn đoán CAN
Sự mất kết nối đƣờng dây chính không làm tê liệt hệ thống CAN Bus. Bởi vì các hệ thống điều khiển có thể thực hiện chức năng của chúng khi một điện trở cuối đƣợc kết nối. Các hệ thống điều khiển có thể giao tiêp với nhau khi việc ngắt kết nối xảy ra.
92 Thiết bị chẩn đoán có thể giao tiếp với hệ thống CAN dựa trên vị trí ngắt kết nối. Qua đó thiết bị có thể theo dõi phần bị ngắt kết nối. Ví dụ: Nếu vị trí thứ 3 bị ngắt kết nối, ECM, TCM, bộ điều khiển A, B và C có thể giao tiếp th ng quá điểm kết nối kiểm tra đa chức năng. Trong trƣờng hợp này, DTC time-out (chờ) sẽ thể hiện thông tin liên quan đến bảng tap-lo và bộ điều khiển D. Ngƣợc lại, việc kết nối với điểm kết nối tự kiểm tra chẩn đoán sẽ đƣợc thực hiện bởi bảng tap-lo và bộ điều khiển D và DTC sẽ hiện thị thông tin liên quan đến ECM, TCM, bộ điều khiển A, B và C.
7.1.4.3. Kiểm tra ngắn mạch, mất kết nối đƣờng dây phụ và chẩn đoán CAN
Trong CAN tốc độ cao, đƣờng dây phụ mất kết nối hoặc ngắn mạch thì hệ thống dây điện phần lớn là do hai triệu chứng. Đầu tiên, toàn bộ đƣờng dây CAN gặp vấn đề khiến cho hệ thống CAN không thể giao tiếp đƣợc. Thứ hai, sự thay đổi vị trí của một hệ thống trên đƣờng truyền Bus.
Sự ngắn mạch đƣờng dây phụ
Sự ngắn mạch của đƣờng dây chính hoặc đƣờng dây phụ sẽ ảnh hƣởng đến toàn bộ đƣờng truyền CAN Bus, nó khiến các hệ thống điều khiển không thể truy cập Bus. Bởi vì các hệ thống điều khiển đƣợc kết nối song song với nhau. Chúng ta có thể bỏ phần mất kết nối từ đƣờng truyền CAN để khôi phục giao tiếp giữa các hệ thống điều khiển khác. Phƣơng pháp rất hiệu quả cho việc chẩn đoán và theo dõi phần bị mất kết nối.
93 Đƣờng CAN-L của bộ điều khiển B bị ngắn mạch ở phần tiếp đất (Mass). Nó sẽ tạo ra điện áp 0v trong đƣờng CAN-L, làm cho toàn bộ hệ thống không thể giao tiếp. Nhƣ đề cập trên, chúng ta có thể kết nối đƣờng dây chính với bộ điều khiển B từ đƣờng CAN Bus để giao tiếp trở lại bằng đƣờng CAN-H. Điểm kết nối thứ hai bị ngắt thì bộ điều khiển A và PCM có thể giao tiếp bình thƣờng và có thể chẩn đoán tình trạng bằng điểm kết nối kiểm tra đa chức năng. Tuy nhiên bộ điều khiển B, C vẫn chịu ảnh hƣởng của việc ngắn mạch và không thể giao tiếp.
Nếu chúng ta ngắt kết nối điểm kết nối thứ 3 thì phía bên trái của sơ đồ PCM, bộ điều khiển A,B không thể giao tiếp lại, phía bên phải của sơ đồ bộ điều khiển C và bảng tap-lo có thể giao tiếp bình thƣờng th ng qua điểm kết nối tự kiểm tra chẩn đoán. Phƣơng pháp rất hiệu quả trong việc để giải quyết các vấn đề phát sinh từ việc mất kết nối hay các lỗi xảy ra bên trong hệ thống CAN.
Sự mất kết nối trên đƣờng truyền CAN Bus
Khi một đƣờng dây phụ bị mất kết nối, bộ điều khiển sẽ nhận và gửi một lƣợng lớn dữ liệu trong thời gian ngắn sẽ ảnh hƣởng đến toàn bộ đƣờng truyền CAN và toàn bộ hệ thống không thể truy cập Bus. Trong một hệ thống giao tiếp có các bộ điều khiển cung cấp dung lƣợng dữ liệu nhỏ thì bộ điều khiển bị ảnh hƣởng bởi mất kết nối sẽ bị ngắt kết nối từ Bus. Nếu hệ thống không thể giao tiếp bởi sự mất kết nối thì hệ thống sẽ kiểm tra