MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài: Thế giới hiện nay khoa học và kỹ thuật không ngừng phát triển mạnh mẽ, kéo theo đó công nghệ ô tô luôn luôn đổi mới cùng những chức năng hiện đại đáp ứng tốt nhất cho nhu cầu con người. Và hệ thống smart key là một trong số đó. Hệ thống này không những giúp cho người sử dụng xe thuận tiện mà còn đảm bảo an toàn, hạn chế bị trộm cướp.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu: Với những kiến thức đã được học tập tại trường về hệ thống điện trên ô tô, lập trình arduino, chúng tôi áp dụng những kiến thức đó để nghiên cứu vào những vấn đề sau: • Thiết kế mô hình hệ thống Smart Key. • Thực hiện chế tạo mô hình hệ thống Smart Key trên ô tô sử dụng arduino để điều khiển.
Phạm vi nghiên cứu: Đối với phần lý thuyết, chúng tôi sẽ tập trung chủ yếu hệ thống Smart Key của hãng Toyota. Đối với phần nghiên cứu thực nghiệm, do hạn chế về mặt kinh nghiệm, chúng tôi sẽ chỉ thiết kế mô hình với những chức năng cơ bản của hệ thống bao gồm đóng, mở khóa cửa, khởi động, khóa tay lái, thông báo bằng còi và đèn.3 Phương pháp nghiên cứu: Chúng tôi sẽ sử dụng hai phương pháp chính để nghiên cứu: • Nghiên cứu lý thuyết: dựa trên những kiến thức, nghiên cứu thêm tài liệu về hệ thống Smart Key để làm cơ sở cho việc thực hiện mô hình và tìm hiểu thêm về cách lập trình với ngôn ngữ Arduino. • Nghiên cứu thực nghiệm: vận dụng lý thuyết đã nghiên cứu, chúng tôi sẽ tiến hành thiết kế và chế tạo một mô hình hệ thống Smart Key.4 Phạm vi ứng dụng: Đây là mô hình một hệ thống Smart Key đơn giản, do đó chỉ dừng lại ở mức dùng để học tập, nghiên cứu và giảng dạy. Để có thể ứng dụng thực tế, mô hình cần phải được cải tiển thêm.
2 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SMART KEY 2.1 Giới thiệu chung: 2.1 Giới thiệu hệ thống Smart Key: Hệ thống chìa khóa thông minh Smart Key là hệ thống cho phép chúng ta mở cửa, khởi động xe mà không cần phải dùng chìa khóa, hệ thống này đã phổ biến trên các dòng xe mới, cũng có thể nói đây là một tiêu chuẩn của các xe bây giờ. Hệ thống đầu tiên được phát triển bởi hãng điện lớn nhất Châu Âu Siemens GA vào năm 1995 và được giới thiệu đầu tiên bởi MERCEDES-BENZ vào năm 1998 trên dòng xe s-class w 220 sang trọng, được đặt tên là Keyless-Go và tên gọi này vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Các tên gọi khác nhau của hệ thống smart key: Acura: Keyless Access System Audi: Advanced Key Aston Martin: Keyless Entry and Push Button Start BMW: Comfort Access or Display Key Bugatti: Keyless Entry Remote Cadillac: Adaptive Remote Start & Keyless Access Fiat Chrysler: Keyless Enter-N-Go Ford: Intelligent Access with Push-button Start General Motors: Passive Entry Passive Start (PEPS) Honda: Smart Entry System Hyundai: Proximity Key and Smart Entry Key Infiniti: Infiniti Intelligent Key with Push-button Ignition Isuzu: Genius Entry Jaguar Cars: Smart Key System Kia Motors: Smart Key System 3 Lexus: Smart Access System Lincoln: Intelligent Access System Mazda: Advanced Keyless Entry & Start System Mercedes-Benz: Keyless-Go integrated into Smart Key 2.2 Hoạt động cơ bản của hệ thống Smart Key: Hệ thống Smart Key cho phép người lái giữ bộ điều khiển chìa khóa bỏ túi khi mở khóa, khóa và khởi động xe. Chìa khóa được xác định thông qua các ăng ten trong thân xe của chiếc xe và một máy phát xung radio trong bộ điều khiển chìa khóa.
Tùy thuộc vào hệ thống, chiếc xe sẽ tự động mở khóa khi bấm cảm biến trên tay nắm cửa hoặc bấm nút điều khiển, và việc mở cốp xe cũng tương tự. Ở các dòng xe Hyundai còn có chức năng Welcome system (hệ thống chào đón), khi lại gần xe khoảng 0,7 – 1 m xe xác định được bộ điều khiển trong vùng phát sóng, gương chiếu hậu tự mở, đèn pha xi nhan nhấp nháy. Các phương tiện có hệ thống chìa khóa thông minh có chìa khóa cơ khí dự phòng trường hợp bộ điều khiển hết pin. Về việc khởi động xe, ta chỉ cần bấm nút khởi động với điều kiện cần có bộ điều khiển trong xe, hoặc khởi động xe từ xa bằng bộ điều khiển ở các dòng xe Ford đời mới như dòng Explorer.
Khi rời khỏi xe, xe được khóa bằng cách bấm nút trên tay nắm cửa hoặc bấm nút trên bộ điều khiển chìa khóa hoặc chỉ cần đi xa ra khỏi xe khoảng vài mét. Ta cũng có thể xác định được vị trí xe trong phạm vi khoảng 500 m.1 RF (Radio Frequency): Radio Frequency là tần số vô tuyến nằm trong khoảng 3 KHz tới 300 GHz, tương ứng với tần số của các sóng vô tuyến sử dụng trong truyền hình, truyền thanh, điện thoại… 4 2.2 RFID (Radio Frequency Identification): RFID là công nghệ dựa trên sóng vô tuyến nhận dạng đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng RF, từ đó có thể giám sát, quản lý hoặc lưu vết từng đối tượng. Là một phương pháp nhận dạng tự động dựa trên việc lưu trữ dữ liệu từ xa, sử dụng thiết bị thẻ RFID và một đầu đọc RFID. Đặc điểm: o Sử dụng hệ thống không dây thu phát sóng RF.
o Thông tin có thể được truyền qua những khoảng cách khác nhau mà không cần một tiếp xúc vật lý nào. o Có thể đọc được thông tin xuyên qua các môi trường, vật liệu như: bê tông, tuyết, sương mù…. Hệ thống RFID hoạt động ở nhiều tần số khác nhau, từ 300KHz (tần số thấp) đến 3GHz (tần số siêu cao), thường được phân thành 2 loại chính là RFID chủ động và RFID thụ động. Nếu một hệ thống RFID hoạt động bằng tần số thấp, nó sẽ có phạm vi đọc ngắn và tốc độ đọc dữ liệu bị hạn chế hơn, nhưng khả năng nhận dạng đối tượng ở phạm vi gần hay đối tượng gắn trên bề mặt là chất liệu là kim loại, chất lỏng thì lại tốt hơn.
Nếu một hệ thống hoạt động ở tần số cao hơn, nó thường có khả năng truyền dữ liệu nhanh hơn và nhận dạng được dãy số dài hơn, nhưng bước sóng lại nhạy cảm hơn, dễ bị nhiễu do ảnh hưởng bởi vật liệu kim loại hay chất lỏng xuất hiện trong phạm vi đọc.3 Hệ thống RFID chủ động: Trong các hệ thống RFID chủ động, các thẻ điện tử được vận hành bằng pin và tự phát sóng tín hiệu để truyền tải dữ liệu ,thông thường là loại có băng tần số siêu cao và cung cấp một phạm vi quét có thể lên tới 100 m. 5 Đối với thẻ từ của hệ thống RFID chủ động chỉ truyền thông tin khi nó nhận được tín hiệu của đầu đọc, do vậy nó giúp duy trì được tuổi thọ pin khi thẻ nằm ngoài vùng phát sóng của đầu đọc.1 Cách thức hoạt động của hệ thống RFID chủ động 2.4 Hệ thống RFID thụ động: Trong hệ thống RFID thụ động thì khác, thẻ từ RFID sẽ tạo năng lượng điện để khởi động thẻ và phản ảnh lại cho đầu đọc khi vào trong vùng phát sóng của đầu đọc, do đó không cần pin để hoạt động.2 Một vài loại thẻ từ RFID Hệ thống RFID thụ động có thể hoạt động ở tần số thấp, tần số cao hay thậm chí cả tần số cực cao. Vì phạm vi hoạt động của dạng hệ thống thụ động này bị giới hạn bởi khả năng phát các tín hiệu vô tuyến của thẻ từ đến đầu đọc, cho nên phạm vi đọc của hệ thống thụ động này thường chỉ giới hạn tối đa là 10m.4 RFID trong hệ thống smart key: Hệ thống Smart Key làm việc thông qua key fob – một thiết bị phát sóng vô tuyến kết hợp một mạch RFID chủ động và một thẻ RFID thụ động. Mạch RFID chủ động hoạt động khi tài xế cần mở cửa, khóa cửa hoặc khởi động xe mà không cần đến chìa khóa cơ khí truyền thống.
Thẻ RFID thụ động được dùng để khởi động xe khi mà pin của key fob cạn.2 Hệ thống smart key: Có thể nói hệ thống Smart Key là hệ thống bao gồm ba hệ thống con: Smart Entry System, Start System và Immobilizer System.1 Tính năng chính: Hình 2.3 Chức năng chính của hệ thống Smart Key Khóa/Mở khóa cửa: o Khi người lái chạm vào cảm biến ở mặt trong trên tay cầm bên ngoài cửa, cửa sẽ được mở khóa. o Khi người lái ra ngoài xe và bấm nút ở mặt ngoài trên tay cầm cửa, cửa sẽ bị khóa. o Khi trong vùng phát sóng của xe, người lái có thể khóa/mở khóa cửa từ xa bằng việc bấm nút khóa/mở trên key fob. Khởi động động cơ: 7 o Khởi động động cơ bằng việc nhấn nút khởi động, đạp phanh và chỉnh tay số ở vị trí P hoặc N.
o Đặt key fob áp sát nút khởi động trong vòng 5 giây, đạp phanh và chỉnh tay số ở vị trí P hoặc N. Khóa cột lái điện (SLA: Steering Lock Actuator) o Khóa và mở khóa cột lái bằng mô tơ điện nhằm mục đích chống trộm. o SLA được điều khiển tự động bằng hộp Certification ECU mà không phải bằng tay của người lái.2 So sánh các phiên bản Toyota Smart Key: Bảng dưới đây thể hiện sự thay đổi, phát triển của hệ thống Smart Key của Toyota bắt đầu từ hệ thống 00CY System được trang bị trên xe Lexus LS430 năm 2004 đến hệ thống 05CY System.4 Bảng so sánh các phiên bảng Smart Key của Toyota 8 2.3 Tổng quan hệ thống: 2.1 Sơ đồ vị trí hệ thống Smart Key: Hình 2.5 Sơ đồ vị trí các bộ phận trong hệ thống Smart Key 9 2.2 Mạch điện hệ thống smart key. Sơ đồ hệ thống Smart Key của xe Toyota Fortuner 2017: Các bộ phận chính trong sơ đồ: Hộp Certfication ECU: o Gửi tín hiệu mở/khóa tới Body ECU.
o Kích hoạt hoạt động ăng ten yêu cầu nhận dạng chìa khóa thông qua các chân CLG1 – CG1B, CLG2 – CG2B, CLG5 – CG5b, CLG6 – CG6B, CLG7 – CG7B, CLG8 – CG8B. o Nhận tín hiệu mã của chìa khóa thông qua giao tiếp với Smart Door Control Receiver bằng chân RDAS. o Nhận tín hiệu từ nút khởi động qua hai chân SW1, SW2. o Nhận thông tin vị trị khóa tay lái và điều khiển chúng qua giao tiếp LIN.
o Cung cấp đường truyền tới máy chẩn đoán. o Tiếp nhận các thông tin cơ sở dữ liệu động cơ qua đường truyền CAN. o Điều khiển hoạt động rơ le ACC, rơ le IG NO. Hôp ECM (Electronic Control Module) : o Nhận tín hiệu của hộp Certification ECU qua CAN.
o Điều khiển khởi động (rơ le ST NO. o Xác định vị trí tay số qua chân D, N, R, P. Hộp Body ECU: o Nhận tín hiệu của hộp Certification ECU.