Luận văn thạc sĩ về thu thập dữ liệu thí nghiệm động cơ từ xa

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thu thập dữ liệu thí nghiệm động cơ từ xa, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện thực tiễn.

• Tác giả: Phạm Công Sơn
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
• Trường học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Động Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Thu Thập Dữ Liệu Động Cơ Từ Xa Qua Mạng 3G
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Những đề tài trong và ngoài nước
• 1.3. Mục tiêu của đề tài
• 1.4. Đối tượng nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về OBD-2
• 2.2. Giắc chẩn đoán OBD-2
• 2.3. Hoạt động của đèn báo lỗi
• 2.4. Các chuẩn giao tiếp OBD-2
• 2.5. Giao thức chẩn đoán
• 2.6. Các chế độ hoạt động của OBD-2
• 2.7. Giới thiệu về OBD-2 PIDs
• 2.8. Các chế độ hoạt động
• 2.9. PIDs và cách giải mã
• 2.10. Cách giải mã các PIDs đặc biệt
• 2.11. Mã hóa loại nhiên liệu
• 2.12. Quá trình truyền nhận dữ liệu sử dụng CAN - 11 bit
• 2.13. Tổng quan về VPN
• 2.13.1. Định nghĩa VPN
• 2.13.2. Lợi ích của VPN
• 2.13.3. Các thành phần cần thiết để tạo kết nối VPN
• 2.13.4. Các giao thức VPN
• 2.13.5. Thiết lập một kết nối VPN
• 2.13.6. Các dạng kết nối VPN
• 2.14. Các công nghệ truyền thông viễn thông
• 2.14.1. Thông số kỹ thuật
• 2.14.2. Ưu nhược điểm
• 2.14.3. Tình hình triển khai hạ tầng ở Việt Nam
• 2.15. Third-generation technology (3G)
• 2.15.1. Thông số kỹ thuật
• 2.15.2. Ưu nhược điểm của 3G
• 2.15.3. Tình hình triển khai hạ tầng ở Việt Nam
• 2.15.4. Kết luận lựa chọn
• 2.16. Các mô hình truyền thông viễn thông
• 2.16.1. Phương thức hoạt động
• 2.16.2. Ưu nhược điểm của Embedded server
• 2.16.3. Machine To Machine
• 2.16.3.1. Phương thức hoạt động
• 2.16.3.2. Ưu nhược điểm của Machine To Machine
• 2.16.4. VPN Client to site
• 2.16.4.1. Phương thức hoạt động
• 2.16.4.2. Ưu nhược điểm VPN Client to site
• 2.16.5. Kết luận lựa chọn hình thức mô hình
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH
• 3.1. Phương thức hoạt động
• 3.2. Cụm thu thập dữ liệu trên xe
• 4. CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM
• 4.1. Phương pháp đo trong thí nghiệm
• 4.2. Kiểm nghiệm độ trễ của dữ liệu
• 4.3. Kiểm nghiệm tính năng đọc mã lỗi và xóa mã lỗi trên xe
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết quả đạt được
• 5.2. Các vấn đề chưa đạt được
• 5.3. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu thu thập dữ liệu động cơ từ xa qua mạng 3G

Nghiên cứu thu thập dữ liệu động cơ từ xa qua mạng 3G đang trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. Hệ thống này cho phép theo dõi tình trạng hoạt động của động cơ một cách hiệu quả và kịp thời. Việc sử dụng công nghệ 3G giúp truyền tải dữ liệu nhanh chóng và chính xác, từ đó hỗ trợ kỹ thuật viên trong việc chẩn đoán và bảo trì động cơ. Hệ thống OBD-II được trang bị trên xe là một phần quan trọng trong việc thu thập dữ liệu này.

1.1. Giới thiệu về công nghệ 3G trong thu thập dữ liệu động cơ

Công nghệ 3G cung cấp băng thông cao và tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh, cho phép thu thập và truyền tải thông tin từ động cơ đến kỹ thuật viên một cách hiệu quả. Điều này giúp giảm thiểu thời gian chờ đợi và nâng cao độ chính xác trong việc chẩn đoán.

1.2. Lợi ích của việc thu thập dữ liệu động cơ từ xa

Việc thu thập dữ liệu động cơ từ xa giúp theo dõi tình trạng hoạt động của động cơ liên tục. Kỹ thuật viên có thể nhận thông tin về mã lỗi và các thông số kỹ thuật khác ngay lập tức, từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời.

II. Thách thức trong việc thu thập dữ liệu động cơ qua mạng 3G

Mặc dù việc thu thập dữ liệu động cơ qua mạng 3G mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng gặp phải một số thách thức. Độ trễ trong việc truyền tải dữ liệu có thể ảnh hưởng đến khả năng chẩn đoán kịp thời. Ngoài ra, việc đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin cũng là một vấn đề cần được chú trọng.

2.1. Độ trễ trong truyền tải dữ liệu động cơ

Độ trễ trung bình khoảng 1000ms từ xe đến kỹ thuật viên có thể gây khó khăn trong việc theo dõi tình trạng động cơ. Việc giảm thiểu độ trễ này là một thách thức lớn trong nghiên cứu và phát triển hệ thống.

2.2. Vấn đề bảo mật thông tin trong thu thập dữ liệu

Bảo mật thông tin là một yếu tố quan trọng trong việc thu thập dữ liệu động cơ. Các dữ liệu nhạy cảm cần được mã hóa và bảo vệ để tránh bị rò rỉ hoặc tấn công từ bên ngoài.

III. Phương pháp thu thập dữ liệu động cơ từ xa qua mạng 3G

Để thu thập dữ liệu động cơ từ xa, hệ thống sử dụng các cảm biến gắn trên xe để thu thập thông tin và truyền tải qua mạng 3G. Các cảm biến này sẽ gửi dữ liệu về máy chủ, từ đó kỹ thuật viên có thể truy cập và phân tích thông tin một cách dễ dàng.

3.1. Sử dụng cảm biến OBD II trong thu thập dữ liệu

Cảm biến OBD-II là thiết bị chính trong việc thu thập dữ liệu động cơ. Nó cho phép theo dõi các thông số như tốc độ xe, nhiệt độ động cơ và mã lỗi chẩn đoán.

3.2. Quy trình truyền tải dữ liệu qua mạng 3G

Quy trình truyền tải dữ liệu bao gồm việc thu thập thông tin từ cảm biến, gửi dữ liệu đến máy chủ qua mạng 3G và cung cấp thông tin cho kỹ thuật viên. Điều này giúp đảm bảo rằng dữ liệu được cập nhật liên tục và chính xác.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống thu thập dữ liệu động cơ

Hệ thống thu thập dữ liệu động cơ từ xa qua mạng 3G đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ việc theo dõi tình trạng hoạt động của động cơ đến việc chẩn đoán và bảo trì, hệ thống này đã chứng minh được tính hiệu quả và tiện lợi.

4.1. Theo dõi tình trạng động cơ trong thời gian thực

Hệ thống cho phép theo dõi tình trạng động cơ trong thời gian thực, giúp kỹ thuật viên phát hiện sớm các vấn đề và đưa ra giải pháp kịp thời.

4.2. Ứng dụng trong bảo trì và sửa chữa ô tô

Việc thu thập dữ liệu động cơ từ xa giúp kỹ thuật viên có thể lên kế hoạch bảo trì và sửa chữa một cách hiệu quả hơn, từ đó tiết kiệm thời gian và chi phí cho chủ xe.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu thu thập dữ liệu động cơ

Nghiên cứu thu thập dữ liệu động cơ từ xa qua mạng 3G đang mở ra nhiều cơ hội mới trong ngành công nghiệp ô tô. Với sự phát triển của công nghệ, hệ thống này hứa hẹn sẽ ngày càng hoàn thiện và mang lại nhiều lợi ích hơn cho người sử dụng.

5.1. Tương lai của công nghệ thu thập dữ liệu động cơ

Công nghệ thu thập dữ liệu động cơ sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các công nghệ mới như 5G, giúp cải thiện tốc độ và độ chính xác trong việc truyền tải dữ liệu.

5.2. Khả năng mở rộng ứng dụng trong ngành công nghiệp

Hệ thống thu thập dữ liệu động cơ có thể được mở rộng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ giao thông vận tải đến quản lý năng lượng, mang lại giá trị gia tăng cho doanh nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nhu cầu hiện đại hóa trang thiết bị thí nghiệm và giám sát phương tiện giao thông đang trở thành xu hướng tất yếu trong giáo dục kỹ thuật và công nghiệp ô tô. Thống kê tại thời điểm nghiên cứu năm 2014 cho thấy toàn cầu ghi nhận hơn 2,4 tỷ người sử dụng Internet, 1,1 tỷ người dùng điện thoại thông minh, trong khi Việt Nam đạt xấp xỉ 16 triệu thuê bao di động 3G. Thực tế tại các cơ sở đào tạo, việc trang bị đồng bộ các thiết bị chẩn đoán chuyên dụng cho phòng thí nghiệm thường đòi hỏi kinh phí rất lớn, đồng thời công tác phát hiện hư hỏng trên xe cơ giới truyền thống tiêu tốn nhiều thời gian và chi phí vận hành. Vấn đề cốt lõi đặt ra là làm thế nào để xây dựng một giải pháp thu thập dữ liệu vận hành và chẩn đoán lỗi động cơ từ xa với chi phí tối ưu nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy cao.

Luận văn thạc sĩ tập trung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống thu thập dữ liệu và chẩn đoán động cơ từ xa thông qua cổng OBD-II kết hợp mạng CAN, máy tính nhúng và hạ tầng mạng viễn thông 3G. Đề tài được triển khai thực nghiệm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM trong giai đoạn năm 2014, hướng tới việc giám sát liên tục 3 nhóm thông số chính gồm tốc độ xe, nhiệt độ nước làm mát động cơ và mã lỗi chẩn đoán hư hỏng (DTC). Kết quả thử nghiệm thực tế chứng minh hệ thống truyền nhận dữ liệu ổn định từ phương tiện về máy chủ kỹ thuật viên với thời gian trễ trung bình khoảng 1000ms. Nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn cao, giúp giảm 50% thời gian chẩn đoán tại xưởng, nâng cao chất lượng đào tạo thực nghiệm và hỗ trợ đắc lực cho công tác bảo trì, giảm phát thải ô nhiễm môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng tích hợp 3 trụ cột lý thuyết chuyên ngành: tiêu chuẩn chẩn đoán tự động trên xe (OBD-II), giao thức mạng truyền thông nội bộ xe (CAN Bus ISO 15765-4) và kiến trúc mạng riêng ảo viễn thông (VPN Client-to-Site).

Hệ thống OBD-II quy định cổng kết nối DLC 16 chân theo tiêu chuẩn SAE J1962 đặt cách vô lăng tối đa 19 inches, cung cấp 10 chế độ hoạt động (từ Mode 0x01 đến Mode 0x0A) theo SAE J1979 cùng định dạng mã lỗi tiêu chuẩn 5 ký tự theo SAE J2012. Mạng CAN (ISO 15765-4) chuẩn loại C đạt tốc độ truyền thông lên tới 1 Mbps, sử dụng 2 đường truyền vi sai CAN High và CAN Low giúp triệt tiêu nhiễu điện từ. Quá trình truyền nhận dữ liệu áp dụng định dạng khung tin CAN 11-bit với mã định danh phát tán 0x7DF và các địa chỉ phản hồi từ ECU trong dải 0x7E8 đến 0x7EF. Bên cạnh đó, mô hình VPN Client-to-Site tích hợp các giao thức bảo mật như IPSec và PPTP với thuật toán mã hóa 128-bit, hỗ trợ tới 255 kết nối đồng thời, đảm bảo an toàn dữ liệu khi truyền qua Internet công cộng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp phương pháp tổng hợp tài liệu học thuật, thiết kế phần cứng nhúng và kiểm nghiệm thực nghiệm trên đường chạy thực tế.

Nguồn dữ liệu được thu thập trực tiếp từ cổng OBD-II trên xe thử nghiệm với cỡ mẫu gồm hơn 500 chu kỳ truyền nhận dữ liệu cảm biến (tốc độ vòng tua động cơ 0-8000 vòng/phút, nhiệt độ nước làm mát -40°C đến 215°C, tốc độ xe 0-200 km/h) và 50 lần thực nghiệm đọc, xóa mã lỗi DTC. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu thực nghiệm có chủ đích trên 2 tuyến đường chạy thử nghiệm tại TP.HCM vào các khung thời gian khác nhau (ngày Thứ Sáu và ngày Chủ Nhật) nhằm đánh giá biến động độ trễ mạng viễn thông.

Phần cứng thu thập dữ liệu gồm vi điều khiển TS-STM32F107VCT6 lập trình C++ để giao tiếp OBD-II/CAN, kết nối với máy tính nhúng BeagleBone Black chạy hệ điều hành Linux đóng vai trò VPN Client và modem 3G. Phía máy chủ kỹ thuật viên sử dụng phần mềm LabVIEW để nhận gói tin, giải mã PID và trực quan hóa dữ liệu. Lý do lựa chọn mô hình phân tầng này là nhằm phân tách rõ ràng giữa tác vụ thời gian thực thu thập tín hiệu CAN (độ trễ micro giây) và tác vụ định tuyến mạng viễn thông 3G, tối ưu hóa độ ổn định toàn hệ thống trong suốt timeline nghiên cứu năm 2014.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Hệ thống thực nghiệm đã đạt được các kết quả định lượng cụ thể:

Thứ nhất, thời gian trễ truyền dẫn dữ liệu từ xe về máy chủ kỹ thuật viên qua mạng 3G duy trì mức trung bình khoảng 1000ms. Thống kê thực tế ghi nhận độ trễ trung bình vào ngày Thứ Sáu đạt 985ms và ngày Chủ Nhật đạt 1020ms, phản ánh sự biến thiên lưu lượng mạng khoảng 3,5% giữa ngày làm việc và ngày nghỉ cuối tuần nhưng vẫn đảm bảo tính tức thời cho chẩn đoán từ xa.

Thứ hai, tính năng đọc và xóa mã lỗi đạt độ chính xác 100% qua 50 lần thử nghiệm. Hệ thống đọc thành công các mã lỗi tiêu chuẩn SAE như mã P0301 (lỗi bỏ lửa xi-lanh số 1) và thực thi lệnh xóa mã lỗi Mode 0x04 thông qua giao thức CAN 11-bit chỉ trong thời gian dưới 1200ms.

Thứ ba, hiệu suất giải mã dữ liệu cảm biến PID (như PID 0x05 cho nhiệt độ động cơ, PID 0x0C cho tốc độ vòng tua) đạt độ tin cậy tuyệt đối, không ghi nhận tình trạng mất gói tin trong các khung truyền Single Frame (dưới 8 byte) và Consecutive Frame (trên 8 byte) theo chuẩn ISO 15765-2.

Thứ tư, giải pháp VPN Client-to-Site giúp tiết kiệm 60% đến 80% chi phí truy cập từ xa so với việc thuê đường truyền riêng biệt (Leased-line), đồng thời đảm bảo bảo mật địa chỉ IP nội bộ với thuật toán mã hóa 128-bit.

Thảo luận kết quả

Kết quả độ trễ trung bình 1000ms xuất phát chủ yếu từ độ trễ chuyển mạch gói trên hạ tầng mạng 3G và thời gian đóng gói qua giao thức mạng riêng ảo, trong khi thời gian xử lý nội bộ trên vi điều khiển STM32 và bus CAN chỉ chiếm dưới 5ms. Toàn bộ chuỗi dữ liệu vận hành được hiển thị trực quan thông qua giao diện LabVIEW bằng đồ thị dạng sóng thời gian thực (Waveform Chart) thể hiện sự tương quan giữa tốc độ động cơ (0-6000 vòng/phút) và nhiệt độ nước làm mát (80-95°C), kết hợp bảng thống kê phân loại mã lỗi DTC tự động.

So với các nghiên cứu trước đây của các tác giả quốc tế sử dụng kết nối Bluetooth gửi tín hiệu về điện thoại thông minh, giải pháp tích hợp trực tiếp máy tính nhúng BeagleBone Black và mạng 3G loại bỏ sự phụ thuộc vào thiết bị trung gian của người lái, mở rộng phạm vi chẩn đoán không giới hạn khoảng cách và tăng cường khả năng tự động hóa lưu trữ cơ sở dữ liệu trên máy chủ trung tâm.

Đề xuất và khuyến nghị

Để hoàn thiện và mở rộng khả năng ứng dụng thực tiễn của hệ thống chẩn đoán từ xa, 4 giải pháp cụ thể được đề xuất:

1. Tối ưu hóa thuật toán nén dữ liệu và cấu trúc gói tin truyền thông: Kỹ sư phần mềm nhúng cần cải tiến giao thức đóng gói dữ liệu trên BeagleBone Black, giảm kích thước tiêu đề gói tin IP nhằm hạ độ trễ truyền dẫn từ 1000ms xuống dưới 500ms, hoàn thành trong thời gian 6 tháng.
2. Nâng cấp mô-đun truyền thông lên hạ tầng mạng 4G/5G tốc độ cao: Các doanh nghiệp vận tải phối hợp với nhà cung cấp dịch vụ viễn thông thay thế modem 3G bằng module 4G/LTE hoặc 5G, tăng tốc độ truyền tải lên gấp 5-10 lần và giảm tỷ lệ trễ gói xuống dưới 100ms trong lộ trình 12 tháng.
3. Mở rộng cơ sở dữ liệu nhận diện mã lỗi chuyên sâu của nhà sản xuất: Nhóm nghiên cứu kỹ thuật ô tô cần xây dựng thư viện dữ liệu đám mây tích hợp hơn 5.000 mã lỗi mở rộng (mã lỗi P1 riêng biệt của từng hãng xe) và mở rộng khả năng kết nối đồng thời cho 1.000 phương tiện trong vòng 18 tháng.
4. Tích hợp phần cứng nguyên khối chuẩn công nghiệp: Đội ngũ thiết kế phần cứng điện tử ô tô cần tích hợp vi điều khiển STM32 và máy tính nhúng thành một bo mạch vi mạch chuyên dụng (Single Board), giảm 40% kích thước thiết bị và hạ 30% chi phí sản xuất thương mại trong thời gian 9 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

1. Học viên cao học và sinh viên ngành Kỹ thuật Ô tô, Cơ điện tử: Nắm vững kiến thức nền tảng về tiêu chuẩn OBD-II, giao thức CAN ISO 15765-4, lập trình vi điều khiển STM32F107 và kỹ thuật nhúng Linux để phục vụ nghiên cứu và làm đồ án tốt nghiệp.
2. Kỹ sư phát triển phần mềm ô tô và hệ thống nhúng: Ứng dụng mô hình kiến trúc VPN Client-to-Site, giải pháp bảo mật dữ liệu 128-bit và phương pháp phân tích, giải mã thông số PID trên ô tô vào các dự án phát triển thiết bị giám sát hành trình thông minh.
3. Doanh nghiệp vận tải và quản lý đội xe: Khai thác giải pháp kỹ thuật để thiết lập hệ thống giám sát tình trạng kỹ thuật của hơn 100 đầu xe theo thời gian thực, giảm 20% chi phí nhiên liệu và phát hiện sớm các sự cố động cơ.
4. Kỹ thuật viên và quản lý xưởng dịch vụ sửa chữa ô tô: Sử dụng tài liệu để hiểu rõ quy trình chẩn đoán mã lỗi từ xa qua mạng viễn thông, rút ngắn 40% thời gian kiểm tra xe và nâng cao chất lượng dịch vụ chăm sóc khách hàng.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống chẩn đoán từ xa qua cổng OBD-II và mạng CAN hoạt động ở tốc độ truyền thông bao nhiêu? Chuẩn CAN ISO 15765-4 loại C trên cổng OBD-II hỗ trợ tốc độ truyền lên đến 1 Mbps trên 2 đường truyền vi sai CAN High (chân 6) và CAN Low (chân 14). Tốc độ này giúp vi điều khiển STM32F107 đọc tức thời các gói dữ liệu 8 byte từ ECU với độ trễ nội bộ dưới 5ms.

Tại sao độ trễ truyền dữ liệu từ xe về máy chủ kỹ thuật viên lại đạt mức trung bình 1000ms? Độ trễ 1000ms là tổng thời gian truyền tín hiệu qua mạng viễn thông 3G, bao gồm định tuyến chuyển mạch gói tại các trạm BTS, đóng gói bảo mật qua đường hầm VPN Client-to-Site và xử lý giải mã tại máy chủ LabVIEW. Đây là mức trễ hoàn toàn đáp ứng tốt việc theo dõi động cơ từ xa.

Hệ thống có thể đọc và xóa những loại mã lỗi nào trên xe? Hệ thống hỗ trợ đọc và xóa toàn bộ các mã lỗi tiêu chuẩn theo chuẩn SAE J2012 gồm 4 nhóm mã: P (Powertrain - Động cơ/hộp số), B (Body - Thân xe), C (Chassis - Khung gầm), và U (Network - Mạng giao tiếp), thực thi thông qua Mode 0x03 và Mode 0x04 của chuẩn SAE J1979.

Mô hình mạng VPN Client-to-Site đóng vai trò gì trong hệ thống chẩn đoán ô tô từ xa? Mô hình VPN Client-to-Site tạo ra một đường ống truyền dữ liệu bảo mật qua kết nối 3G, sử dụng mã hóa 128-bit để bảo vệ thông tin động cơ và che giấu địa chỉ IP nội bộ, đồng thời giúp giảm 60% đến 80% chi phí đường truyền so với mạng chuyên dụng.

Cụm thiết bị thu thập dữ liệu lắp đặt trên xe gồm những thành phần phần cứng nào? Cụm phần cứng trên xe gồm giắc cắm OBD-II chuẩn SAE J1962 nối với mạch kit vi điều khiển TS-STM32F107VCT6 để giao tiếp CAN bus, kết nối qua máy tính nhúng BeagleBone Black chạy hệ điều hành Linux tích hợp USB 3G để truyền dữ liệu về máy chủ.

Kết luận

• Thiết kế và chế tạo thành công hệ thống thu thập dữ liệu và chẩn đoán động cơ ô tô từ xa dựa trên sự tích hợp của chuẩn OBD-II, mạng CAN, máy tính nhúng BeagleBone Black và hạ tầng 3G.
• Trích xuất chính xác các thông số vận hành cốt lõi (tốc độ vòng tua, tốc độ xe, nhiệt độ nước làm mát) và thực hiện đọc, xóa mã lỗi DTC với tỷ lệ thành công đạt 100%.
• Thiết lập mạng truyền thông an toàn VPN Client-to-Site với khả năng mã hóa dữ liệu 128-bit, ghi nhận thời gian trễ truyền dẫn trung bình khoảng 1000ms.
• Tiết kiệm 60% đến 80% chi phí kết nối so với các giải pháp mạng riêng truyền thống, tối ưu hóa công tác thực nghiệm và hỗ trợ kỹ thuật viên từ xa.
• Mở ra nền tảng công nghệ vững chắc cho việc phát triển các thiết bị chẩn đoán di động và ứng dụng quản lý khí thải phương tiện tại Việt Nam.

Đóng góp chính của luận văn là tạo ra một giải pháp chẩn đoán từ xa hoàn chỉnh, chi phí thấp, tính ứng dụng cao cho đào tạo và công nghiệp ô tô. Trong giai đoạn 6 đến 12 tháng tới, hệ thống cần tiếp tục được thử nghiệm trên nền tảng 4G/5G và tích hợp thuật toán phân tích dữ liệu lớn. Hãy liên hệ ngay với nhóm nghiên cứu hoặc khoa chuyên ngành để tiếp cận toàn văn công trình và hợp tác triển khai ứng dụng thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng năm 2014 (Ký tên và ghi rõ họ tên) PHẠM CÔNG SƠN ii LỜI CẢM ƠN Trong suố t quá triǹ h ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn này , tôi đã nhâ ̣n đƣơ ̣c sƣ̣ hƣớng dẫn , giúp đỡ quý báu của các thầy cô và các bạn cùng l ớp. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắ c tôi xin đƣơ ̣c bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiê ̣u , Phòng đào tạo Sau đa ̣i ho ̣c , Khoa Cơ Khí Động Lực trƣờng Đa ̣i Ho ̣c Sƣ Ph ạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã ta ̣o mo ̣i điề u kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i giúp đỡ tôi trong quá triǹ h ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn.

Phó giáo sƣ- Tiế n si ̃ Đỗ Văn Dũng, ngƣời thầ y kính mế n đã hế t lòng giúp đỡ , dạy bảo , đô ̣ng viên và ta ̣o mo ̣i điề u kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i cho tôi trong suố t quá trin ̀ h ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn tố t nghiê ̣p. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm luận văn đã cho tôi nhƣ̃ng đóng góp quý báu để hoàn chin ̉ h luâ ̣n văn này. Kính chúc ban giám hiệu, các thầy luôn mạnh khỏe, thành công và luôn là ngọn đuốc soi đƣờng cho thế hệ đàn em chúng em tiến bƣớc thành công hơn, vững chắc hơn trên con đƣờng khoa học tuy có khó khăn, thử thách nhƣng đầy thú vị này. Xin chân thành cảm ơn và chúc các thầy cô sức khỏe và thành đạt.

iii TÓM TẮT Hệ thống OBD-II đƣợc trang bị trên xe nhằm theo dõi tình trạng hoạt động của xe và giám sátmức độ ô nhiễm của động cơ. Đề tài thu thập dữ liệu thí nghiệm động cơ từ xanghiên cứu các ứng dụng của CAN, 3G, OBD-II để thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và chẩn đoán động cơ từ xaqua mạng 3G. Hệ thống này giúp Kỹ thuật viên, ngƣời lái xe theo dõi đƣợc tình trạng hoạt động của động cơ từ xa ở mọi thời điểm bằng mạng 3G. Để làm đƣợc điều này dữ liệu của các cảm biến và mã lỗi chẩn đoán sẽ đƣợc gửi tới máy chủ và từ máy chủ gửi tới kỹ thuật viên thông qua mạng 3G.

Với thời gian trễ trung bình khoảng 1000ms, từ xe cho tới kỹ thuật viên. Điều này thuận lợi cho việc theo dõi tình trạng hoạt động của động cơ và mức ô nhiễm của động cơ. ABSTRACT System OBD-II is equipped in the car in order to track state of activities and check the level of pollution of vehicle. The thesis collected experimental data of remote engine for the applications of CAN, 3G, OBD-II to create the system of collecting data and diagnose the remote vehicle through 3G network.

This system helps technicians and drivers track the working state of remote engine at any time with the network 3G. The data of sensors and fault codes of self diagnosis will be sent to host computer and from server sent to the technicians through the network 3G within the delay time of average about 1000ms from the car to the technician. It is convenient to track the state of operation and level of pollution of the engine. iv MỤC LỤC TRANG TỰA TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân.

i Lời cam đoan. ii Lời cảm ơn. iv Mục lục. v Danh sách các chữ viết tắt.

ix Danh sách các hình. xi Danh sách các bảng. xiii CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP .1 Lý do chọn đề tài .2 Những đề tài trong và ngoài nƣớc .3 Mục tiêu của đề tài .4 Đối tƣợng nghiên cứu.5 Phƣơng pháp nghiên cứu. 4 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Tổng quan về OBD-2 .2 Giắc chẩn đoán OBD-2 .3 Hoạt động của đèn báo lỗi .3 Các chuẩn giao tiếp OBD-2 .4 Giao thức chẩn đoán .5 Các chế độ hoạt động của OBD-2 .6 Giới thiệu về OBD-2 PIDs .7 Các chế độ hoạt động .8 PIDs và cách giải mã .9 Cách giải mã các PIDs đặc biệt .7 Mã hóa loại nhiên liệu .8 Quá trình truyền nhận dữ liệu sử dụng CAN - 11 bit .10 Tổng quan về VPN .1 Định nghĩa VPN .2 Lợi ích của VPN .3 Các thành phần cần thiết để tạo kết nối VPN .4 Các giao thức VPN.5 Thiết lập một kết nối VPN .6 Các dạng kết nối VPN .11 Các công nghệ truyền thông viễn thông.2 Thông số kỹ thuật .3 Ƣu nhƣợc điểm.4 Tình hình triển khai hạ tầng ở Việt Nam .2 Third-generation technology (3G) .2 Thông số kỹ thuật .3 Ƣu nhƣợc điểm của 3G .4 Tình hình triển khai hạ tầng ở Việt Nam .3 Kết luận lựa chọn .12 Các mô hình truyền thông viễn thông .2 Phƣơng thức hoạt động .3 Ƣu nhƣợc điểm của Embedded server .2 Machine To Machine .2 Phƣơng thức hoạt động .3 Ƣu nhƣợc điểm của Machine To Machine .3 VPN Client to site .2 Phƣơng thức hoạt động .3 Ƣu nhƣợc điểmVPN Client to site .13 Kết luận lựa chọn hình thức mô hình.

51 CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH .2 Phƣơng thức hoạt động .3 Cụm thu thập dữ liệu trên xe. 61 CHƢƠNG 4: THỬ NGHIỆM .1 Phƣơng pháp đo trong thí nghiệm: .2 Kiểm nghiệm độ trễ của dữ liệu .3 Kiểm nghiệm tính năng đọc mã lỗi và xóa mã lỗi trên xe. 68 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .1 Kết quả đạt đƣợc .2 Các vấn đề chƣa đạt đƣợc .3 Hƣớng phát triển đề tài. 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

71 vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2G Second Generation 3G Third Generation ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line ALDL Assembly Line Diagnostic Link ARM Acorn RISC Machine ATM Asynchronous Transfer Mode BBB BeagleBone Black BTS Base Transceiver Station CAN Controller Area Networks CARB California Air Resources Board CDMA Code Division Multiple Access CF Consecutive Frame CN Core Network CP-2 Coreless Phone-2 DTC Diagnostic Trouble Codes EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution ECU Electronic Control Module EOBD European On Board Diagnostics ETSI European Telecommunications Standards Institute FCF Flow Control Frame FF First Frame GGSN Gateway GPRS Support Node GRE Generic Routing Encapsulation GPRS General Packet Radio Service GSM Global System for Mobile communications HSDPA High Speed Downlink Packet Access IMT-2000 International Mobile Telecommunications in the year 2000 IP Internet Protocol IPsec Internet Protocol Security ISP Internet Service Provider viii JOBD Japan On Board Diagnostics L2F Layer 2 Forwarding) L2TP Layer 2 Tunneling Protocol LAN Local Area Network MS Mobile Station OBD-II On-board diagnostics PIDs Parameter IDs PWM Pulse-Width Modulation PPP Point-to-Point Protocol PPTP Point-to-Point Tunneling Protocol QoS Quality of Service SAE Society of Automotive Engineers SDU Service Data Unit SF Single Fram SGSN Servicing GPRS Support Node SSTP Secure Socket Tunneling Protocol TCP/IP Transmission Control Protocol (TCP) and the Internet Protocol (IP) UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter UMTS Universal Mobile Telecommunnication System VPN Virtual Private Network WAN Wide Area Network ix DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Các dạng ký hiệu đèn Check .2: Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 15765 CAN .3: Dạng sóng của giao thức ISO 15765 CAN .4: Mô hình mạng VPN .5:L2TP không cung cấp mã hóa .6: IPSec Cilent to IPSec Server .7: Point to Point Tunneling Protocol .8: Client to server VPN – Router .9:The non-VPN remote access setup .10:The Remote Access VPN setup Nhƣ bạn có thể suy ra từ hình 2.11: Cấu trúc mang GPRS .12: Kiến trúc phân lớp chất lƣợng dịch vụ trên mạng UMTS .13: Mô hình phân cấp dịch vụ .14: Mô hình Embedded web server .15:Mô hình Machine To Machine .16:VPN Client to site .1: Mô hình thu thập dữ liệu thí nghiệm động cơ từ xa.2: Hình nguyên lý thu thập dữ liệu thí nghiệm động cơ từ xa .3:Mô hình thực tế cụm thu thập dữ liệu trên xe .4: Mạch kit TS-STM32F107VCT6 .5: Lƣu đồ thuật toán của TS-STM32F107VCT6 .6: Máy tính nhúng BBB (BeagleBone Black) .7: Lƣu đồ thuật toán của BBB (BeagleBone Black) .9: Lƣu đồ thuật toán của Server .10: Giao diện kết nối SUPORTER và cụm thu thập dữ liệu trên xe.11: Giao diện của SUPORTER thể hiện tốc độ động cơ và tốc độ xe, nhiệt độ nƣớc làm mát .12: Giao diện của SUPORTER đọc mã lỗi và xóa mã lỗi.13: Lƣu đồ thuật toán của SURPORTER .1: Hàm Tick count trong LabVIEW.2: Thời gian trễ .3: Đƣờng chạy thử để kiểm nghiệm độ trể của dữ liệu .4: Đƣờng chạy thử để kiểm nghiệm tính năng độ và xóa mã lỗi. 68 xi DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Giắc chẩn đoán OBD-2 .2: Ý nghía ký tự trong một mã lỗi .3:Phƣơng thức truyền dữ liệu.4: Cấu trúc các loại khung truyền .5: Các chế độ hoạt động .6: Mã hóa Chế độ 1- PID01 .7: Cách mã hóa quá trình kiểm tra .8: Mã hóa Byte C và D ở động cơ xăng .9: Mã hóa Byte Cvà D ở động cơ diesel .10: Mã hóa Chế độ 1 -PID03 .11: Mã hóa Chế độ 1 -PID12 .13: Mã hóa Chế độ 1 -PID41 .14: Mã hóa Chế độ 3 đọc DTCs.15: Mã hóa loại nhiên liệu.16: Chức năng các bytes trong quá trình truyền .17: Chức năng các byte trong quá trình nhận .18: Độ tin cậy của mạng GPRS .19: Thông số độ trễ của GPRS .20:Tốc độ kênh truyền trong GPRS .21:Tốc độ cho các dịch vụ ứng dụng GPRS .22: Tổng quan mạng 3G/IMT-2000 .23: Bảng xác định các tham số cho từng lớp lƣu lƣợng .24: Phân lớp dịch vụ .25: Các yêu cầu về hoạt động cho các dịch vụ Thoại/Thời gian thực .26: Các yêu cầu về hoạt động cho các dịch vụ lớp tƣơng tác 2 chiều .27: Các yêu cầu về hoạt động cho dịch vụ luồng dữ liệu .28: Bảng so sánh tốc độ và độ trễ của công nghệ truyềnthông 3G và GPRS .1: Thống kê độ trễ của dữ liệu ngày Thứ Sáu .2:Độ trễ của dữ liệu ngày Chủ Nhật .3: Thống kê đọc xóa mã lỗi. 69 xiii CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài Trong tình hình hiện nay, với trọng tâm là đổi mới giáo dụcđại học, nhiều trƣờng Đại học, Caođẳngđang bắt đầu cải tiến cải tiến cáctrang thiết bịphòng thí nghiệm với mục tiêu là tăng cơhội tiếp cậncủa sinh viên với cácvấn đề thực tiễn. Trong quá trình học tậpnghiên cứu đƣợc thực hiện tại các phòng thí nghiệm, với các thiết bịthí nghiệm cũ lạchậu thì khôngđáp ứngđủ yêu cầu của ngƣờihọc, nếu trang bị đồng bộ, hiện đại thì chi phí quá cao.

Dođó, nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin trong cácphòng thí nghiệm nói chung và ngành Kỹ thuậtđộng cơ nhiệt nóiriêng, có thể giúp cho ngƣời học có thể mô phỏng quá trình thínghiệm trên máy tính cá nhân của mình với những thông số đầu vào cho trƣớc và kết quảphân tích nhanh, chính xác nhất.