LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu và các kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 04 năm 2013. ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài luận văn thạc sỹ, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô, đồng nghiệp và bạn bè đã hết lòng giúp đỡ tôi hoàn thành tốt đề tài luân văn : Xin cảm ơn đến quý Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học ô tô niên khóa 2010-2012 đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức nền tảng để tôi có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Xin cảm ơn thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng đã hướng dẫn tận tình giúp tôi hoàn thành luận văn này. Xin cảm ơn các Thầy phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến quý báo giúp tôi hoàn thành tập luận văn. Xin cảm ơn các Thầy Cô khoa cơ khí động lực, các bạn học viên đã tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn. Học viên thực hiện Vũ Thị Thu Hiền iii Tóm tắt Trong đề tài “Hệ thống truyền dữ liệu Multiplex và CAN trên ô tô” này người thực hiện đã thực hiện được các công việc như sau: Hiểu được cơ sở lý thuyết về hệ thống thông tin đa dẫn Multiplex, hiểu được cấu trúc mạng CAN và các chuẩn giao tiếp CAN.
Trên cơ sở lý thuyết đã tìm hiểu được cùng với việc tìm hiểu hoạt động thực tế của hệ thống tuyền giữ liệu trên xe Toyota Yaris người thực hiện đã thiết kế được mô hình mô phỏng hoạt động của mạng CAN giữa ECU điều khiển tốc độ motor quạt két nước làm mát động cơ và ECU điều khiển đóng mở motor servo trộn khí. Do các ECU trên là tự chế tạo nên các xung đo được chưa mịn. Abstract This "Transmission system Multiplex and CAN integrated on automobile" thesis has been conducted by reseacher. This has brought to researcher understanding on: Theoretical basic on multi transmission information system (Multiplex system), CAN network infrastructure and interface standard.
This theory has been checked with practical data transmission system on Toyota Yaris and stimulation has been designed. This stimulates operation on CAN between controlling water cooling motor ECU and air mixing closing/opening motor ECU. These ECUs are self-design that may result on unexpectedly unstable pulses. There may have some mistakes in this thesis that reseacher may not be awared and would like to receive more input for improvements.
iv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT CAN: Controller Area Network – Mạng điều khiển vùng MPX: Multiplex communication network – Hệ thống truyền dữ liệu đa dẫn AVC- LAN: Audio Visual Communication – Local Area Network - Truyền tín hiệu cho hệ thống nghe nhìn – Mạng cục bộ BEAN: Body Electronics Area Network – Mạng điện tử thân xe ECU: Electronic Control Unit LIN: Local Interconnect Network - Mạng Kết Nối Nội Bộ Khu Vực ACK: Rộng 2 bit và chứa 2 vùng là ACK flag (cờ lệnh ACK) và ACK phân định AVX: Radio Receiver Assembly with Display CAMERA-C: Television Camera ECU CSMA: Carrier Sense Multiple Access CD: Collision Detection CRC: Cyclic Redundancy Check: Cung cấp mã phát hiện lỗi CONT-SW: Integration Control & Panel Assembly DTC: Diagnostic Trouble Code: mã chuẩn đoán hư hỏng DLC3: giắc nối dữ liệu số 3 DVD-P: DVD Player DST – ID: Destination ID: cung cấp địa chỉ cho ECU nhận EMI: Electromagnetic Interference - sự nhiễu điện từ EMV: Multi Display EOM: End of Massage: Kết thúc thông điệp EOF: End of Frame: Kết thúc khung v ESD: Electrostatic Discharge - sự phóng điện tĩnh điện GND: Ground: nối đất G/W: Gateway ECU ISO 11898-2: CAN tốc độ cao ISO 11898-3: CAN fault-tolerant (tốc độ thấp) ISO 11992-1: CAN fault-tolerant cho xe tải, xe lửa. SAE J2411: CAN dây đơn - Single-wire CAN_SWC UART: Universal Ansynchronous Receiver/ Transmitting - Truyền/ Nhận dữ liệu nối tiếp không đồng bộ LLC: Logical link control - Lớp kết nối theo logic MAC: Medium Access Control- Lớp điều khiển truy cập phương tiện truyền thông tin MDI: Medium Dependent Interface MOVs: Metal Oxide Varistors MPX: Multiplex Communication Systemn - Hệ Thống Thông Tin Đa Dẫn MES – ID: Message ID: cung cấp loại dữ liệu MHKĐC: Mã hóa khóa động cơ NAVI: Navigation ECU PMA: Physical Medium Attachment RTR: Remote Transmit Request – rộng 1 bit. Rr- TV: Rear Television Display Rr-CONT: Audio Control Switch (at Rear Seat) Sleep: Chế độ nghỉ SOF: Start of Frame: Bắt đầu khung SRR: rộng 1 bit, được sử dụng trong khung mở rộng vi TVS: Transient Voltage Suppression - thiết bị dập điện áp tức thời WTO: World Trade Orgnization: Tổ chức thương mại thế giới Wake up: Chế độ bị đánh thức vii DANH SÁCH HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Các kiểu giao tiếp .2: Tổng quát hệ thống MPX .3: Giao tiếp khi không có MPX .4: Giao tiếp khi có sử dụng MPX .5: Sơ đồ tổng quát hệ thống MPX .6: Sơ đồ tổng quát giao tiếp giữa các ECU không sử dụng hệ thống MPX.7: Sơ đồ tổng quát giao tiếp giữa các ECU có sử dụng hệ thống MPX .13: Mô hình kiểu STAR .14: Mô hình so sánh các kiểu hết nối .15: Các trạng thái hoạt động của hệ thống MPX .16: Sơ đồ khối của hệ thống MPX .17: Sơ đồ khối của hệ thống MPX .18: Đường truyền hệ thống MPX của hệ thống cửa.20: Bố trí các ECU trong hệ thống cửa .21: Đường truyền hệ thống MPX của hệ thống trục lái .23: Bố trí các ECU trong hệ thống trục lái.24: Đường truyền hệ thống MPX của bảng táp lô .26: Bố trí các ECU trong bảng táp lô .27: Sơ đồ ECU trung tâm .28: Hệ thống MPX trên xe Lexus GS300 .29: Hệ thống MPX trên xe Lexus RX300 .30: Hệ thống MPX trên xe TOYOTA CROWN (JZS175) .31: Hệ thống MPX trên xe TOYOTA CELICA (ZZT230, 231) .32: Hệ thống MPX trên xe TOYOTA CENTURY (GZG50) .33: Hệ thống MPX trên xe TOYOTA AVALON (MCX20) .36: Sơ đồ tổng quát hệ thống cửa .37: Sơ đồ mạch điện khi 1 ECU bị mất liên lạc và DTC phát ra .38: Sơ đồ mạch điện khi 1 ECU bị đứt 1 đường truyền và DTC không phát ra .41: Sử dụng máy chẩn đoán .42: Chức năng trên máy chẩn đoán .43: Sơ đồ mạch điện ECU hệ thống cửa .44: Sơ đồ tổng quát hệ thống MPX .45: Sơ đồ chức năng giao tiếp .45: Sơ đồ chức năng chẩn đoán.46: Sơ đồ chức năng chuyển đổi tín hiệu .47: Sơ đồ chức năng cài đặt .1: Sơ đồ tổng quát hệ thống CAN (Controller Area Network) trên xe .2: Mô hình 7 lớp Open System Interconnection (OSI) .3: Mô hình hệ thống CAN tiêu chuẩn .4: Sự chênh lệch trên BUS .5: Mức BUS theo tiêu chuẩn ISO 11898 .7: Mô hình thời gian trễ giữa 2 node trong CAN .8: Cấu trúc khung dữ liệu .9: Định dạng khung dữ liệu .10: Mô hình cấu trúc trường phân chia .11: Mô hình cấu trúc khung tiêu chuẩn .12: Mô hình cấu trúc khung mở rộng .13: Mô hình thể hiện cấu trúc Control Field .16: Mô hình thể hiện cấu trúc ACK Field .17: Mô hình thể hiện cấu trúc remote frame .18: Định dạng khung tách biệt .19: Mô hình thể hiện cấu trúc error frame .20: Định dạng khung lỗi .21: Mô hình thể hiện cấu trúc overload frame .22: Định dạng khung quá tải .27: Lọc spikes trội bằng phương pháp đồng bộ hóa .28: Cấu trúc của giao thức CAN điều khiển .29: Input and Output Delay Times .30: Example of Delay Time Measurement .31: Measurement with Maladjusted Clock Phases .34: Cấu trúc 1 mạch CAN BUS .36: ISO 11898-2 Differential High-speed CAN bus .37: ISO 11898-3 Fault tolerant CAN Bus .38: SAE J2411 single wire CAN Bus .39: Mạch bảo vệ CAN dùng TVS diode .40: Mạch bảo vệ CAN dùng TVS diode .41: Mạch bảo vệ CAN dùng TVS diode .42: Mạch bảo vệ CAN dùng MOVs .43: Mạch bảo vệ CAN dùng cuộn cảm .44: Mạch bảo vệ CAN dùng mạch rẽ .45: Mạch bảo vệ CAN dùng mạch kết hợp .46: Mạch bảo vệ mạng CAN 1 dây đơn .47: Sơ đồ khối mạng CAN trên xe Toyota Yaris.48: Vị trí của ECU các hệ thống giao tiếp CAN.49: Các đặc điểm của dây giao tiếp CAN .50: Nguyên lý truyền dữ liệu trong mạng CAN .51: Phương pháp truyền dư liệu của mạng CAN (truyền từng đơn vị một) .52: Cấu trúc của một khung (gói) dữ liệu được truyền .53: Cờ lỗi được xác lập khi có lỗi xảy ra .1: Đường đặc tuyến của cảm biến nhiệt độ trong xe .2: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ quạt và tỷ lệ % .4: Chế độ hâm nóng .5: Sơ đồ khối hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô .7: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô121 Hình 4.8: Sơ đồ kết nối vi điều khiển Atmega16 .9: Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp .10: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị .11: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất.12: Sơ đồ mạch in ECU hệ thống truyền dữ liệu CAN trên ô tô .13: ECU thực tế .14: Mô hình lắp đặt ECU trên sa bàn .2: Sơ đồ mạch đấu dây dùng hệ thống truyền dữ liệu CAN để điều khiển motor servo và motor quạt .3: Dạng sóng điều khiển motor servo và quạt đang ở mức thấp nhất .4: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức trung bình (90o) và quạt đang ở mức trung bình .5: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức cao nhất (180o) và quạt đang ở mức cao nhất .6: Dạng sóng tổng quát của chum xung điều khiển motor servo và quạt đang ở mức thấp nhất .7: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức thấp nhất (0o) và quạt đang ở mức thấp nhất .8: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức trung bình (90o) và quạt đang ở mức thấp nhất .9: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức cao nhất (180o) và quạt đang ở mức thấp nhất .10: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức thấp nhất (0o) và quạt đang ở mức trung bình .11: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức thấp nhất (0o) và quạt đang ở mức cao nhất .12: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mứ trung bình (90o) và quạt đang ở mức trung bình .13: Dạng sóng điều khiển motor servo ở mức cao nhất (180o) và quạt đang ở mức cao nhất. 134 xii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.19: Các ECU liên quan đến đường truyền của hệ thống cửa .22: Các ECU liên quan đến đường truyền của hệ thống trục lái .25: Các ECU liên quan đến đường truyền của bảng táp lô .14: Bảng mã hóa dữ liệu .35: Các tiêu chuẩn của lớp vật lý trong CAN .1: Giá trị tiêu chuẩn của cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ .2: Giá trị tiêu chuẩn của cảm biến nhiệt độ trong xe.
116 xiii Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.