CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU Những tiến bộ trong ngành công nghiệp ô tô ở nước ta những năm gần đây đã tăng rất nhiều, theo số liệu thống kê của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) trong năm 2022, có hơn 490.000 xe ô tô các loại được bán ra thị trường, tăng 33% so với năm 2021. Nhu cầu tiêu thụ ô tô ngày càng nhiều dẫn đến việc chạy đua giữa các hãng xe về mẫu mã, chất lượng, giá thành và cả những giải pháp cho các vấn đề an toàn của người dùng. Từ đó, hàng loạt các công nghệ mới được phát triển và kết hợp với hệ thống nhúng (Embedded System) giúp giải quyết các vấn đề mà những dòng ô tô trước chưa thực hiện được. Ngày nay, các ứng dụng của công nghệ IoTs (Internet of things) được quan tâm và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực bởi sự ra đời của hàng loạt các công nghệ như: trí tuệ nhân tạo (AI), điện toán đám mây, camera.
Từ đó, việc ứng dụng hệ thống nhúng vào các thiết bị IoTs được phát triển rộng rãi nhằm tăng hiệu quả của hệ thống trong các lĩnh vực công nghiệp đặc biệt là trong công nghiệp ô tô (Automotive), hầu hết việc điều khiển hoạt động của các hệ thống trên ô tô đều được thực hiện bởi hệ thống nhúng thông qua bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Units) hay gọi thông thường là ECU. Việc có nhiều thiết bị điện tử kết nối trên xe làm tăng độ phức tạp của hệ thống và để giảm độ phức tạp cũng như trọng lượng xe từ đó các nhà phát triển đã sử dụng một giao thức mạng nối tiếp, tốc độ cao có tên là CAN (Controller Area Network). Giao thức này được xem như chuẩn giao thức tiêu chuẩn dành cho phương tiện giao thông đặc biệt là xe hơi, nó cho phép các thiết bị giao tiếp với nhau thông qua ECU mà không cần phải tạo các đầu vào tương tự cho nhiều thiết bị. Dựa vào loại xe và yêu cầu chức năng của từng dòng xe, từ đó xuất hiện những giao thức phù hợp với chức năng của dòng xe đó được phát triển dựa trên CAN trong đó có chuẩn truyền thông J1939 được sử dụng cho các phương tiện hạng nặng và các động cơ để xác định các thông số như tốc độ, mô-men xoắn, nhiệt độ thiết bị, quãng 1 đường phương tiện đã đi, mức nhiên liệu chứa trong phương tiện được trao đổi giữa các ECU.
Hay chuẩn truyền thông dùng để chẩn đoán các hệ thống dành riêng cho ô tô có tên OBDII (On-Board Diagnostics Two), giao thức này có thể theo dõi và chẩn đoán các sự cố trên xe hơi như hệ thống phanh, hệ thống khí thải, khi có sự cố sẽ có mã sự cố được chẩn đoán (Diagnostic Trouble Code) viết tắt là DTC hiển thị lên. Bên cạnh giao thức CAN thì đây là hai giao thức nổi bật được các doanh nghiệp lớn trong lĩnh vực công nghiệp ô tô nghiên cứu và phát triển trong các dự án phát triển các hệ thống tiện ích trên ô tô. OBD II là một hệ thống máy tính chẩn đoán lỗi động cơ được tích hợp trên tất cả các xe ô tô từ năm 1996 (Mỹ) và 2001 (Châu Âu và Nhật Bản) [1]. Hầu hết, các dòng xe đời mới hiện nay đều có tích hợp các hệ thống tiện ích đảm bảo vấn đề an toàn cho người dùng bằng cách đưa ra các chẩn đoán, sau đó cảnh báo cho người dùng đồng thời điều khiển lượng khí thải độc hại của xe.
Việc phát triển các hệ thống tiện ích và hệ thống an toàn là thách thức đối với các tập đoàn sản xuất ô tô bởi yêu cầu tạo ra các dòng xe mới phải đảm bảo cải tiến đồng thời phát triển được những hạn chế mà các dòng xe trước chưa thực hiện được. Xuất phát từ xu hướng thực tế trên, nhóm chúng tôi quyết định nghiên cứu và thi công hệ thống chẩn đoán dành cho xe ô tô thông qua chuẩn giao thức OBDII đồng thời hiện thực hóa giao diện dành cho người dùng trong việc gửi cảnh báo về khi có sự cố và theo dõi các thông số về tốc độ, nhiệt độ động cơ, quãng đường đã đi, mức nhiên liệu trên xe.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Tại Việt Nam, trong những năm trở lại đây, thuật ngữ “Công nghiệp 4.0” hay IoTs dần trở nên quen thuộc và nhận được sự quan tâm từ nhiều ngành nghề công nghiệp, bởi nó được ứng dụng từ lâu trong các mô hình, hệ thống như hệ thống tự động hóa trong nông nghiệp, mô hình nhà thông minh, y tế có thể thấy rằng việc áp dụng công nghệ IoTs đã và đang đạt gặt hái được nhiều thành tựu trong các lĩnh vực như ô tô, trí tuệ nhân tạo (AI), chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp. Trong bối cảnh hiện 2 nay, hầu hết các sản phẩm ứng dụng công nghệ IoTs lớn tại Việt Nam đều do các doanh nghiệp nước ngoài nắm giữ, các doanh nghiệp trong nước mới chỉ tập trung chủ yếu vào các ứng dụng phần mềm trên nền tảng điện thoại di động và các thiết bị phần cứng chủ yếu vẫn phải nhập khẩu từ nước ngoài. Đối với ngành công nghiệp ô tô, IoTs đang dần trở thành xu hướng trong nước và ngoài nước, nó được ứng dụng trong cải tiến ô tô tự hành, quản lý hệ thống bảo dưỡng ô tô, quản lý và cập nhập phần mềm trên ô tô (FOTA).
Nhóm thực hiện xin trích xuất một số nghiên cứu trong nước như sau: Trong bài viết [2], nhóm tác giả thực hiện một nghiên cứu thực tế sử dụng thiết bị chẩn đoán đa năng OBD II Wi-Fi để đo các thông số như: tốc độ chuyển động của ô tô, lượng tiêu hao nhiên liệu, số vòng quay động cơ để đưa ra đánh giá mức tăng nhiên liệu so sự trượt, nghiên cứu này được thử nghiệm trên ô tô 5 chỗ ngồi được trang bị hộp số 4 cấp số tiến hiệu Hyundai i20 năm sản xuất là 2010. Nghiên cứu này sử dụng điện thoại thông minh với hệ điều hành Android để hiển thị dữ liệu thông qua phần mềm chuyên dụng được cài đặt trên điện thoại của máy chẩn đoán đa chức năng OBD II. Từ những kết quả thu được, nhóm tác giả tiến hành đưa ra kết quả và đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu với những trường hợp khác nhau như: khi xe chạy với vận tốc là một hằng số, xe chạy với chế độ vận hành ô tô trong nội ô, xe chạy với gia tốc qua đèo Hải Vân, xe chạy với chế độ gia tốc chân ga đột ngột. Nội dung bài viết [3], nhóm tác giả trình bày một nghiên cứu về suất tiêu hao nhiên liệu trên ô tô.
Nhóm tác giả đưa ra vấn đề xác định suất tiêu hao nhiên liệu để giúp người tiêu dùng có thể đưa ra các quyết định đúng đắn hơn từ đó góp phần vào việc giảm lượng khí thải ra môi trường, giảm chi phí sản xuất và giảm tổng lượng tiêu hao nhiên liệu trên xe. Nội dung bài nghiên cứu trình bày về cách xác định suất tiêu hao nhiên liệu trên xe ô tô bằng bộ chẩn đoán đa năng OBD – II trong điều kiện vận hành thực tế để có thể đưa những khuyến cáo hợp lý, nhằm tiết kiệm nhiên liệu cho xe ô tô góp phần giảm ô nhiễm khí thải. 3 Trong bài viết [4], nhóm tác giả trình bày một nghiên cứu về hệ thống điều khiển động cơ Diesel điện tử phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu của sinh viên. Nhóm tác giả tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu về cấu tạo, chức năng hoạt động của các cảm biến và tín hiệu cơ bản của nó.
Từ đó tiến hành thiết kế và thi công hệ thống có chức năng hiển thị các thông số cơ bản thông qua mạch thu thập tín hiệu được lập trình bằng Arduino, cổng giao tiếp máy tính, cổng giao tiếp máy chẩn đoán Techstream thông qua thiết bị OBD-II.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Trong năm vừa qua, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng IoTs đã tác động mạnh mẽ đến nhiều lĩnh vực chủ chốt trên toàn thế giới như nông nghiệp, dịch vụ, y tế, ô tô. Theo tờ báo New York Times tại Mỹ, năm 2022 đánh dấu sự phát triển của xe điện, nhà thông minh và đặc biệt sau làn sóng Covid hai năm vừa qua, 70% người Mỹ khi tham gia một cuộc khảo sát vào năm 2020 cho biết đã cải thiện ngôi nhà của mình. Cứ mỗi giây, có khoảng 127 thiết bị được kết nối với Internet ( theo công ty McKinsey Digital) và hãng nghiên cứu thị trường Statista còn lạc quan đưa ra dự báo rằng chỉ với riêng mạng không dây 5G sẽ cung cấp kết nối cho 1,3 tỷ thiết bị IoT vào năm 2023. Đối với ngành công nghiệp ô tô, công nghệ IoT cùng với AI, Big Data không chỉ định hình lại ngành công nghiệp xe hơi mà còn khiến những ý tưởng dường như chỉ có trong mơ dần trở thành hiện thực như xe không người lái, xe ô tô có khả năng giao tiếp với nhau, xe điện thông minh,…Nhiều tập đoàn, doanh nghiệp tầm cỡ như Qualcomm cũng đã tuyên bố bước vào cuộc chơi xe công nghệ và sản xuất bộ vi xử lý trên các dòng xe điện, xe tự lái.
Sau đây, nhóm thực hiện xin trích xuất một số nghiên cứu trong ngành ô tô như sau: Trong bài viết [5], nhóm tác giả trình bày nghiên cứu về việc ứng dụng giao thức OBD-II trên xe ô tô để theo dõi và chẩn đoán lỗi dựa trên hoạt động của xe. Về nội dung nghiên cứu, nhóm tác giả tiến hành thử nghiệm hoạt động của xe và mô tả ngắn gọn các cảm biến được sử dụng trong bài nghiên cứu. Các thông số được lấy từ những cảm biến thông qua giao thức chẩn đoán OBDII từ đó đưa ra các kết luận về 4 hoạt động của xe, mức nhiên liệu tiêu thụ và so sánh các giá trị trên với tiêu chuẩn của nhà sản xuất. Trong bài viết [6], trình bày một nghiên cứu về tính bảo mật của dữ liệu trong mô hình bộ điều khiển điện tử ECU điều khiển các hệ thống trên xe thông qua giao thức CAN.
Về nội dung bài nghiên cứu, nhóm tác giả mô phỏng một trường hợp đánh cắp dữ liệu trên xe và đề xuất một giao thức bảo mật cho CAN. Giao thức sử dụng phần mềm CANoe và bộ vi điều khiển DSP-F28335. Sau đó đánh giá tính khả thi của giao thức bảo mật được đề xuất.