Chương 1 TỔNG QUAN 1. GIỚI THIỆU Hiện nay, ngành công nghệ ô tô đã và đang bước vào giai đoạn phát triển mạnh mẽ cùng với những sự thay đổi đột phá. Nhiều thương hiệu ô tô nổi tiếng không ngừng tìm cách vươn lên, tạo ra các nghiên cứu, phát triển để thu hút khách hàng và dẫn đầu xu thế. Điều này đã mở ra nhiều xu hướng mới như xe tự hành, xe điện, và yêu cầu áp dụng các công nghệ hiện đại như AI, Big Data, hệ thống nhúng và IoT để giải quyết các vấn đề mà các dòng ô tô trước đây chưa thể thực hiện được.
Trong môi trường cạnh tranh khốc liệt của ngành công nghiệp ô tô, khách hàng đặt sự an toàn và chất lượng của xe lên hàng đầu. Việc có một hệ thống giám sát và cảnh báo hiệu quả giúp phát hiện và khắc phục sự cố kịp thời, từ đó tăng cường tính an toàn và tránh việc xảy ra các vấn đề tiềm ẩn có thể gây hỏng hóc hoặc tai nạn. Hệ thống giám sát các thành phần hệ thống của xe như nhiên liệu, hệ thống truyền động, hệ thống làm mát,. từ đó kịp thời đưa ra những cảnh báo khi cần thiết.
Các công nghệ mới hiện nay, chẳng hạn như kết nối IoT và các cảm biến thông minh đã được tích hợp vào hệ thống ô tô để cung cấp thông tin liên tục về trạng thái và hoạt động của các thành phần. Điều này cho phép hệ thống giám sát tự động phát hiện các dấu hiệu bất thường, gửi cảnh báo tới người lái hoặc các trung tâm dịch vụ. Đồng thời, dữ liệu được thu thập từ hệ thống giám sát có thể được phân tích để xác định xu hướng và dự đoán sự cố tiềm ẩn, từ đó tối ưu hóa quy trình bảo trì và sửa chữa. Điều này yêu cầu cao việc giao tiếp giữa các thành phần trong hệ thống phức tạp của ô tô.
Tuy nhiên trên một chiếc xe bình thường trung bình có khoảng 30 hộp điều khiển khác nhau tất cả các hệ thống trên xe dù là nhỏ nhất thì đều có hộp riêng. Tất cả hộp này phải kết nối và giao tiếp với nhau thì mới có thể lấy được tín hiệu. Để trở nên tối ưu trong việc giao tiếp này thì hệ thống mạng giao tiếp trên ô tô CAN ra đời và được sử dụng đến ngày nay. Giao thức CAN được xem như chuẩn giao thức tiêu chuẩn dành cho phương tiện 1 giao thông đặc biệt là xe hơi.
Việc sử dụng CANbus cho phép các thành phần được kết nối một cách linh hoạt và đồng thời giảm thiểu việc sử dụng dây cáp và chi phí cài đặt. CAN cho phép truyền dữ liệu nhanh chóng và tin cậy giữa các cảm biến, các bộ điều khiển và các hệ thống khác trên xe. Các khối chức năng trên ô tô kết nối với nhau qua CAN có khả năng chống nhiễu điện và nhiễu điện từ, lý tưởng cho các ứng dụng quan trọng về an toàn [1]. Điều này cho phép hệ thống chuẩn đoán thu thập dữ liệu từ các cảm biến và các thành phần khác để theo dõi tình trạng của xe trở nên dễ dàng.
Tuy nhiên, để phân tích và xử lý dữ liệu này một cách hiệu quả và linh hoạt, việc sử dụng ROS là một lựa chọn lý tưởng. ROS cung cấp một nền tảng mạnh mẽ và linh hoạt cho việc phát triển các ứng dụng trong lĩnh vực robot và tự động hóa. Ngoài ra ROS cung cấp các công cụ và thư viện phong phú cho việc quản lý dữ liệu, phân tích dữ liệu thời gian thực, và xây dựng các hệ thống giám sát và cảnh báo thông minh trên ô tô. Các dữ liệu từ giao thức CAN có thể được chuyển đổi và xử lý trong ROS, cho phép phân tích, kiểm tra và theo dõi trạng thái của các thành phần ô tô nhằm thúc đẩy sự tiến bộ trong lĩnh vực tự động hóa ô tô.
Những tìm hiểu và nghiên cứu trên đã thúc đẩy nhóm quyết định thực hiện đề tài “XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO TRÊN Ô TÔ SỬ DỤNG TRUYỀN THÔNG CAN”. Hệ thống xử lý các dữ liệu như: vận tốc, nhiệt độ động cơ, mức nhiên liệu, vị trí,. từ ô tô đưa đến giao diện người dùng để tiện cho việc giám sát và cảnh báo kịp thời khi có sự cố. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.
Tình hình nghiên cứu trên thế giới Ngành công nghệ ô tô đang chứng kiến những cải tiến không ngừng. Các phương tiện ô tô hiện đại tích hợp nhiều công nghệ mới, trở nên thông minh và tiết kiệm năng lượng. Các bộ vi xử lý như ECU đóng vai trò quan trọng, nhận dữ liệu từ cảm biến và đưa ra quyết định phức tạp để đảm bảo sự ổn định của xe. Hệ thống giám sát trên ô tô, tuân theo chuẩn OBD, theo dõi tình trạng các hệ thống và cung cấp thông tin để xử lý các vấn đề phát sinh, đóng vai trò thiết yếu cho tuổi thọ và an toàn của xe.
Sự kết hợp giữa ECU và hệ thống giám sát đã mang lại hiệu quả vận hành và an toàn cho 2 các phương tiện. Hiện nay, các nghiên cứu và khảo sát về hệ thống giám sát ô tô ngày càng sôi động. Các nhóm nghiên cứu đã tiến hành nhiều dự án nhằm tìm hiểu sâu hơn về hệ thống này, đánh giá hiệu quả và đề xuất các cải tiến. Theo như bài viết [2], nhóm tác giả đã đề cập đến việc khám phá tiềm năng của mã OBD-II từ động cơ ECU, cũng như việc tính toán dữ liệu trên thiết bị Android để theo dõi tình trạng của xe trong thời gian thực.
Toàn bộ ý tưởng của họ là cung cấp các giải pháp chẩn đoán di động và tích hợp hệ thống đó vào hệ thống giải trí trên xe như Android Auto của Google và CarPlay của Apple, đây có thể là một trong những thành phần chính cho V2X và IOV. Với bài viết [3], nhóm tác giả nghiên cứu về các hệ thống chẩn đoán OBD khác nhau được các quốc gia khác nhau như Hoa Kỳ, Châu Âu và Ấn Độ áp dụng. Mục tiêu của nghiên cứu này là tìm hiểu về các chiến lược OBD khác nhau được áp dụng trong các quốc gia đó. Trong nội dung nghiên cứu, nhóm tác giả đã tiến hành thử nghiệm hoạt động của xe và mô tả ngắn gọn về các cảm biến được sử dụng trong nghiên cứu.
Các thông số được thu thập từ các cảm biến thông qua giao thức chẩn đoán OBD, sau đó nhóm tác giả đã phân tích dữ liệu thu được đưa ra các kết luận về hoạt động của xe, mức tiêu thụ nhiên liệu và so sánh các giá trị này với các tiêu chuẩn của nhà sản xuất. Tình hình nghiên cứu trong nước Trong những năm gần đây, tốc độ phát triển của ngành công nghệ ô tô ở Việt Nam diễn ra khá nhanh. Việc áp dụng công nghệ thông tin và truyền thông vào lĩnh vực ô tô đã tạo ra nhiều tiềm năng nghiên cứu và phát triển. Trong quá trình đó thì việc sử dụng và sửa chữa các hệ thống trên ô tô đang khiến cho chúng ta gặp không ít khó khăn.
Việc áp dụng các quy trình và kỹ thuật chẩn đoán giúp cho các kỹ thuật viên tăng chất lượng công việc trong quá trình bảo dưỡng và sửa chữa ô tô. Hiện nay, những trường đại học đào tạo các ngành nghề liên quan đến ô tô không ngừng cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về chuẩn đoán hệ thống trên ô tô. Đồng thời, các trường cũng tạo điều kiện để sinh viên nghiên cứu và phát triển các dự án liên quan để phục vụ cho công việc tương lai của họ. Các nghiên cứu từ sinh viên đại 3 học tại Việt Nam đã đóng góp quan trọng và giúp nhóm có thêm định hướng cho đề tài của mình.
Với đề tài [4], nhóm tác giả đã tìm hiểu về cách thức hoạt động của giao thức CAN trên vi điều khiển STM32, phân tích các khung dữ liệu CAN để lấy được dữ liệu thông số mô phỏng như vòng tua động cơ, nhiệt độ, vận tốc hiện tại,. Sau khi có những số liệu mô phỏng nhóm tác giả có thiết kế giao diện đồng hồ để hiển thị. Nghiên cứu này giúp cho người điều khiển phương tiện có thể dễ dàng theo dõi các thông số trên xe của mình. Tuy nhiên, đề tài chỉ sử dụng dữ liệu mô phỏng, chưa can thiệp và giám sát trực tiếp vào động cơ và các bộ phận của xe.
Điều này làm giới hạn khả năng hiểu rõ hoạt động thực tế và tính ứng dụng của dự án. Tiếp theo là đề tài [5], nhóm tác giả đã sử dụng chuẩn giao thức J1939 là một chuẩn được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô và máy móc, cho phép các ECU trao đổi dữ liệu và điều khiển hệ thống trên cùng một mạng CAN, nhóm tác giả xây dựng hệ thống định vị phương tiện qua GPS và các thông số của xe như vận tốc xe, mức nhiên liệu, nhiệt độ động cơ,. Thêm vào đó nhóm có kết nối sử dụng công nghệ IoTs để lưu trữ dữ liệu, hiển thị các thông số của xe lên WEB, APP và giao diện người dùng GUI bằng cách sử dụng một server kết nối với Database thông qua HTTP. Ở dự án này, nhóm tác giả cũng nêu ra những hạn chế trong việc đọc CAN từ Raspberry Pi vẫn còn trễ với một thời gian ngắn khi gửi liên tục từ ECU.
Với đề tài [6], nhóm tác giả xây dựng một hệ thống về chẩn đoán và giám sát sử dụng vi điều khiển STM32F103C8T6, mô-đun Arduino Nano và mô-đun CAN HAT RS485 để mô phỏng dữ liệu cho các thông số trên theo giao thức OBD-II sau đó sẽ gửi lên khối xử lý trung tâm là Raspberry Pi 4. Trong đề tài này, nhóm tác giả đã phát triển một hệ thống có chức năng chẩn đoán lỗi và cảnh báo các thông số vượt quá mức cho phép đã được thiết lập trước. Các cảnh báo được hiển thị trên ứng dụng di động và hiển thị giao diện GUI để người dùng có thể nhận biết và xử lý kịp thời, giúp tránh được các tình huống nguy hiểm đột ngột. Đặc biệt, màn hình giao diện GUI nhận thông số trực tiếp từ phần cứng để người dùng có thể theo dõi ô tô trong những trường hợp thiết bị nằm ngoài vùng kết nối Internet.
Mặc dù hệ thống có những tính 4 năng tích hợp, nhưng vẫn còn những hạn chế như việc chưa đảm bảo việc truyền gửi dữ liệu một cách an toàn và bảo mật tuyệt đối.