Đồ án: Thiết kế và triển khai Switch Mạng cho Flashing Device và Nhiều ECU

Khám phá giải pháp thiết kế Switch Mạng chuyên dụng cho ECU và Flashing Device, tối ưu kết nối và hiệu suất cho chẩn đoán, lập trình ô tô.

Chuyên ngành

Mechatronics Engineering

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Graduation thesis

2023

146
1
0

Phí lưu trữ

35 Point

Mục lục chi tiết

ACKNOWLEDGEMENT

TABLE OF CONTENTS

LIST OF FIGURE

LIST OF TABLES

MOTIVATION FOR THE RESEARCH

REQUIREMENT FOR THE DEVICE

Scope And Objective of Project

METHOD TO SWITCH IN THE NETWORK

Messages Switching Method

Packet Switching Method

Circuit switching method

2. CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW

DEVICE IN THE SYSTEM SPECIFICATIONS REVIEW

Vector VX1000 series

JTAG INTERFACE OF ECU

NETWORK SWITCHING REVIEW

Internet of Things (IoT)

Architecture of a network

Circuit switching method phase

Mechanical drive selection

Linear guide mechanism selection

General About Image Processing

Performance And Description

Identification And Interpolation

Features Haar – Like

Multi-tasking Cascaded Convolutional Networks (MTCNN)

3. CHAPTER 3: DESIGN AND IMPLEMENTATION

Mechanical Block Diagram

Switch Box Controller And Function Flwchart

Machine Vision Method Flowchart

The Slection Of Electric Components

Mechanical Drive Design

Mechanical Guide Design

SWITCH BOX TOOL DESIGN

4. CHAPTER 4: DESIGN ANALYSIS

ESTABLISH TARGET SPECIFICATIONS

List of metrics

Proposed specifications and experimental methods

PROBLEMS AND SOLUTION

ABSTRACT

1. CHAPTER 1: INTRODUCTION

Chapter Outline

Motivation For The Research

Requirement For The Product

Method To Switch In The Network

Messages Switching Method

Packet Switching Method

Circuit switching method

MOTIVATION FOR THE RESEARCH

REQUIREMENT FOR THE DEVICE

Scope And Objective of Project

METHOD TO SWITCH IN THE NETWORK

Messages Switching Method

Packet Switching Method

Circuit switching method

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Switch Mạng Chuyên Dụng Cho Lập Trình ECU

Trong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô hiện đại, sự phức tạp của các hệ thống điện tử đòi hỏi những giải pháp kết nối và chẩn đoán tiên tiến. Thiết bị mạng ô tô không còn đơn thuần là công cụ kết nối mà đã trở thành một phần không thể thiếu của mạng trên xe (In-Vehicle Network - IVN), đóng vai trò trung tâm trong việc lập trình ECU qua Ethernet, chẩn đoán và cập nhật phần mềm. Một bộ chia mạng cho ECU được thiết kế tốt cho phép các kỹ sư kết nối một hoặc nhiều thiết bị flashing/debug với nhiều ECU khác nhau một cách linh hoạt và hiệu quả. Việc này đặc biệt quan trọng trong các môi trường phòng lab, nơi việc chuyển đổi kết nối thủ công gây tốn thời gian và chi phí. Sự ra đời của các giao thức như DoIP (Diagnostics over Internet Protocol)SOME/IP đã thúc đẩy việc phát triển các giải pháp mạng cho chẩn đoán ô tô thông minh hơn. Một switch mạng hiệu quả phải đảm bảo băng thông ổn định, độ trễ thấp và khả năng quản lý kết nối từ xa, từ đó tối ưu hóa toàn bộ dây chuyền lập trình ECU. Nghiên cứu về các giải pháp này không chỉ tập trung vào khía cạnh mạng logic mà còn cả các phương pháp chuyển mạch vật lý để giải quyết các bài toán cụ thể trong môi trường thử nghiệm.

1.1. Vai trò của thiết bị mạng ô tô trong hệ thống IVN hiện đại

Hệ thống mạng trên xe (In-Vehicle Network - IVN) là xương sống giao tiếp cho hàng chục, thậm chí hàng trăm ECU trên một chiếc xe hiện đại. Các thiết bị mạng ô tô như gateway và switch đóng vai trò then chốt trong việc điều phối luồng dữ liệu giữa các miền khác nhau (hệ thống truyền lực, ADAS, thông tin giải trí). Chúng phải xử lý đồng thời nhiều giao thức, từ CAN, LIN truyền thống đến Automotive Ethernet tốc độ cao. Vai trò của các thiết bị này không chỉ dừng lại ở việc truyền dữ liệu mà còn bao gồm cả việc đảm bảo an ninh mạng ô tô, ngăn chặn các truy cập trái phép. Trong lĩnh vực phát triển và kiểm thử, một Automotive Ethernet Switch chuyên dụng giúp mô phỏng chính xác môi trường mạng trên xe, cho phép các kỹ sư thực hiện kiểm thử HIL (Hardware-in-the-Loop) một cách hiệu quả. Thiết bị này tạo điều kiện cho việc chẩn đoán và cập nhật firmware ECU diễn ra nhanh chóng, giảm thiểu thời gian phát triển sản phẩm.

1.2. Phân biệt các loại bộ chia mạng cho ECU và chẩn đoán

Có nhiều loại bộ chia mạng cho ECU được sử dụng trong chẩn đoán và lập trình. Phổ biến nhất là các switch mạng công nghiệp dựa trên nền tảng Ethernet, hỗ trợ các tính năng như VLAN cho mạng chẩn đoán để phân tách các luồng dữ liệu và tăng cường bảo mật. Các switch này thường được tối ưu cho giao thức DoIP. Bên cạnh đó, các bộ chuyển đổi Media Converter ô tô cũng được sử dụng để kết nối giữa các loại mạng vật lý khác nhau, ví dụ như từ BroadR-Reach (100BASE-T1) sang Ethernet tiêu chuẩn. Một phương pháp khác, ít phổ biến hơn nhưng cực kỳ hiệu quả trong môi trường lab, là switch cơ điện tử. Thay vì chuyển mạch ở tầng mạng, loại switch này thực hiện chuyển đổi kết nối vật lý. Theo nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, một thiết bị như vậy có thể tự động kết nối một công cụ VCI (Vehicle Communication Interface) với nhiều lab ECU khác nhau, giải quyết bài toán chia sẻ tài nguyên đắt tiền và tự động hóa quy trình.

II. Thách Thức Khi Lập Trình Nhiều ECU Trong Môi Trường Lab

Việc thiết lập và vận hành một phòng lab để phát triển và kiểm thử ECU phải đối mặt với nhiều thách thức lớn, đặc biệt là về chi phí và hiệu suất. Các thiết bị chuyên dụng cho việc flashing và gỡ lỗi như IC5000 hay Vector VX1000 series có giá thành rất cao. Theo một nghiên cứu điển hình, chi phí cho một bộ thiết bị có thể lên tới hàng ngàn euro. Việc trang bị đầy đủ cho mỗi trạm lab là một khoản đầu tư khổng lồ. Hơn nữa, quy trình thiết lập thủ công tốn rất nhiều thời gian và công sức của kỹ sư. Việc di chuyển, cắm và kiểm tra kết nối lặp đi lặp lại không chỉ làm giảm năng suất mà còn tiềm ẩn nguy cơ lỗi do con người. Quản lý việc sử dụng các thiết bị này cũng là một vấn đề. Thường không có một hệ thống rõ ràng để theo dõi thiết bị nào đang được sử dụng, ở đâu, và khi nào sẽ có sẵn. Điều này dẫn đến sự thiếu hiệu quả trong việc phân bổ tài nguyên, gây ra tình trạng quá tải hệ thống và trì hoãn các dự án quan trọng. Đây là động lực chính để phát triển các giải pháp mạng cho chẩn đoán ô tô một cách tự động và thông minh.

2.1. Chi phí và hiệu suất của dây chuyền lập trình ECU truyền thống

Một dây chuyền lập trình ECU truyền thống trong phòng lab thường yêu cầu mỗi trạm kiểm thử phải có một bộ thiết bị flashing và gỡ lỗi riêng. Một nghiên cứu thực tế cho thấy chi phí cho một thiết bị IC5000 là khoảng €3000 và một bộ XCP là €1800. Với một rack gồm 4 lab, tổng chi phí có thể lên tới €19200. Đây là một rào cản tài chính đáng kể. Về mặt hiệu suất, quy trình chuyển đổi thiết bị thủ công giữa các lab mất trung bình 15-30 phút cho mỗi lần, bao gồm cả thời gian di chuyển và chờ xác nhận. Công việc đơn giản này lặp lại liên tục, tiêu tốn nguồn nhân lực quý giá. Việc thiếu một hệ thống quản lý tập trung cũng gây khó khăn trong việc lên lịch và tối ưu hóa việc sử dụng thiết bị, dẫn đến tình trạng thiết bị đắt tiền không được khai thác hết công suất.

2.2. Yêu cầu về băng thông cho flashing ECU và gỡ lỗi phức tạp

Quá trình cập nhật firmware ECU (flashing) đòi hỏi một kết nối ổn định với băng thông cho flashing ECU đủ lớn. Các bản cập nhật phần mềm cho những ECU phức tạp như ADAS hay infotainment có thể có dung lượng hàng trăm megabyte. Bất kỳ sự gián đoạn hay suy giảm băng thông nào cũng có thể dẫn đến lỗi flashing, gây hỏng hóc ECU. Tương tự, việc gỡ lỗi thời gian thực, đặc biệt là khi sử dụng các công cụ như VX1000 để thu thập dữ liệu trace tốc độ cao, cũng yêu cầu một kênh truyền thông có độ trễ cực thấp và băng thông cao. Kiến trúc mạng trên ô tô hiện đại với Automotive Ethernet đáp ứng tốt các yêu cầu này. Do đó, bất kỳ giải pháp chuyển mạch nào, dù là logic hay vật lý, đều phải đảm bảo không làm ảnh hưởng đến tính toàn vẹn và hiệu suất của tín hiệu truyền từ công cụ VCI đến ECU.

III. Giải Pháp Switch Cơ Điện Tử Tối Ưu Hóa Kết Nối Vật Lý

Để giải quyết các thách thức về chi phí và hiệu suất trong phòng lab, một giải pháp đột phá được đề xuất là thiết bị chuyển mạch cơ điện tử. Thay vì đầu tư vào nhiều bộ thiết bị đắt tiền, giải pháp này cho phép chia sẻ một thiết bị flashing/debug duy nhất cho nhiều trạm lab khác nhau. Về cơ bản, đây là một hệ thống robot nhỏ gọn, có khả năng di chuyển đầu nối của thiết bị đến các cổng chờ của từng ECU một cách chính xác. Hệ thống này được điều khiển bởi một vi điều khiển trung tâm như Raspberry Pi, nhận lệnh từ người dùng thông qua một giao diện web. Phương pháp này thuộc loại chuyển mạch kênh (Circuit Switching), tạo ra một kết nối vật lý chuyên dụng giữa hai điểm, đảm bảo tín hiệu được truyền đi một cách toàn vẹn với băng thông tối đa và độ trễ tối thiểu. Đây là một giải pháp mạng cho chẩn đoán ô tô cực kỳ hiệu quả về mặt chi phí, được thiết kế riêng cho môi trường kiểm thử và phát triển, nơi tính linh hoạt và tự động hóa là yếu tố then chốt. Nó là một minh chứng cho thấy việc tối ưu hóa lớp vật lý cũng quan trọng không kém việc phát triển các giao thức mạng tiên tiến.

3.1. Phân tích kiến trúc và nguyên lý chuyển mạch vật lý

Thiết bị được thiết kế dựa trên một kiến trúc mạng trên ô tô được đơn giản hóa cho môi trường lab. Kiến trúc cơ khí bao gồm một khung máy, các trục dẫn hướng tuyến tính, và bộ truyền động trục vít-đai ốc hoặc thanh răng-bánh răng. Một động cơ bước điều khiển vị trí của đầu nối (header) theo trục Y để chọn đúng lab, trong khi một servo motor điều khiển chuyển động lên xuống (trục Z) để cắm hoặc rút đầu nối. Toàn bộ hệ thống được đặt trong một tủ rack tiêu chuẩn. Nguyên lý hoạt động tương tự như một máy CNC nhỏ. Khi người dùng gửi lệnh chọn một lab, bộ vi điều khiển sẽ tính toán và gửi tín hiệu điều khiển đến các driver động cơ. Các động cơ di chuyển đầu nối đến vị trí đã được lập trình sẵn và thực hiện kết nối vật lý. Quá trình này đảm bảo một kết nối trực tiếp, không qua bất kỳ thành phần mạng trung gian nào, giúp bảo toàn chất lượng tín hiệu cho các giao diện nhạy cảm như JTAG hay data trace.

3.2. Thiết kế bộ truyền động chính xác cho công cụ VCI

Để đảm bảo kết nối chính xác và đáng tin cậy cho công cụ VCI (Vehicle Communication Interface), việc thiết kế bộ truyền động là cực kỳ quan trọng. Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng kết hợp động cơ bước cho chuyển động tịnh tiến và servo motor cho hành động cắm/rút là tối ưu. Động cơ bước cung cấp khả năng điều khiển vị trí vòng hở với độ chính xác cao mà không cần encoder phản hồi, giúp đơn giản hóa thiết kế và giảm chi phí. Bộ truyền động trục vít-đai ốc được chọn cho trục di chuyển chính vì nó cung cấp độ chính xác cao và khả năng tự hãm tốt. Các thành phần như ray trượt bi tuyến tính được sử dụng để giảm ma sát và đảm bảo chuyển động mượt mà. Việc lựa chọn và tính toán kỹ lưỡng các thành phần cơ khí này là yếu tố quyết định sự ổn định và tuổi thọ của toàn bộ hệ thống chuyển mạch tự động, đảm bảo quá trình lập trình ECU qua Ethernet và các giao thức khác diễn ra suôn sẻ.

IV. Hướng Dẫn Cấu Hình Mạng DoIP Điều Khiển Hoàn Toàn Tự Động

Hệ thống switch cơ điện tử không chỉ mạnh về phần cứng mà còn được tích hợp một hệ thống điều khiển và phần mềm thông minh. Trung tâm xử lý là một máy tính nhúng như Raspberry Pi 4, chạy một hệ điều hành Linux. Nó giao tiếp với một vi điều khiển phụ (ví dụ: Arduino) để điều khiển trực tiếp các động cơ. Người dùng tương tác với hệ thống thông qua một ứng dụng web, cho phép họ kiểm tra trạng thái của các lab, đặt lịch sử dụng thiết bị, và kích hoạt quá trình chuyển mạch từ xa. Toàn bộ hệ thống được kết nối vào mạng LAN của phòng lab. Mặc dù bản chất là chuyển mạch vật lý, hệ thống này hoàn toàn có thể tích hợp vào một quy trình làm việc dựa trên cấu hình mạng DoIP. Ví dụ, sau khi switch thực hiện kết nối vật lý, một script tự động có thể được kích hoạt để cấu hình địa chỉ IP và khởi tạo phiên chẩn đoán DoIP giữa công cụ và ECU. Sự kết hợp giữa tự động hóa cơ khí và điều khiển phần mềm mạng mang lại một giải pháp toàn diện, nâng cao hiệu quả và an toàn cho quy trình phát triển.

4.1. Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát từ xa qua LAN

Hệ thống điều khiển được xây dựng trên mô hình client-server. Raspberry Pi đóng vai trò là server, chạy một web server và xử lý các yêu cầu từ client (trình duyệt của kỹ sư). Giao diện người dùng (GUI) được thiết kế trực quan, hiển thị trạng thái hiện tại của từng lab (sẵn có, đang sử dụng, đang khóa). Người dùng có thể chọn lab muốn kết nối và gửi yêu cầu. Server sau đó sẽ gửi lệnh điều khiển tới Arduino qua cổng serial. Dữ liệu trạng thái của lab được lưu trữ trong một cơ sở dữ liệu SQLite và được cập nhật liên tục. Các file trạng thái cũng được lưu trên một thư mục chia sẻ trong mạng LAN, cho phép các hệ thống tự động khác (như Jenkins) có thể truy vấn và tích hợp switch vào một quy trình kiểm thử liên tục (CI/CT). Cách tiếp cận này giúp quản lý tài nguyên lab một cách tập trung và hiệu quả.

4.2. Tích hợp an ninh mạng ô tô Nhận diện khuôn mặt truy cập

Để tăng cường an ninh mạng ô tô ngay tại tầng truy cập vật lý, một tính năng nhận diện khuôn mặt đã được tích hợp. Trước khi cho phép người dùng điều khiển switch, hệ thống yêu cầu xác thực bằng camera. Nghiên cứu đã ứng dụng thuật toán Multi-task Cascaded Convolutional Networks (MTCNN) và các đặc trưng Haar-like để phát hiện và nhận diện khuôn mặt. Dữ liệu khuôn mặt của người dùng được huấn luyện trước và lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. Khi có yêu cầu truy cập, hệ thống sẽ chụp ảnh, xử lý và so sánh với dữ liệu đã biết. Chỉ khi xác thực thành công, người dùng mới có quyền điều khiển thiết bị. Tính năng này giúp ngăn chặn việc sử dụng thiết bị trái phép, đảm bảo chỉ những người có thẩm quyền mới có thể thực hiện các thao tác quan trọng như cập nhật firmware ECU, góp phần bảo vệ tài sản và dữ liệu của dự án.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Tối Ưu Chi Phí Thời Gian Flashing

Việc triển khai giải pháp switch mạng cơ điện tử đã mang lại những kết quả ấn tượng, được chứng minh qua các thử nghiệm thực tế. Mục tiêu chính của dự án là giảm chi phí đầu tư và tiết kiệm thời gian cho kỹ sư đã được hoàn thành xuất sắc. Bằng cách chia sẻ một bộ thiết bị flashing/debug cho bốn trạm lab, dự án đã chứng minh khả năng tiết kiệm một khoản chi phí đáng kể. Thời gian cần thiết để chuyển đổi kết nối giữa các lab được giảm từ hàng chục phút làm việc thủ công xuống chỉ còn vài giây vận hành tự động. Hệ thống hoạt động ổn định, đảm bảo chất lượng tín hiệu tương đương với việc cắm trực tiếp. Giao diện điều khiển từ xa và hệ thống đặt lịch giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, loại bỏ thời gian chờ đợi và xung đột. Các kết quả này cho thấy tiềm năng to lớn của việc tự động hóa lớp vật lý trong các môi trường phát triển và kiểm thử HIL, mở ra hướng đi mới để xây dựng các phòng lab thông minh và hiệu quả hơn.

5.1. Phân tích hiệu quả thực tiễn trong kiểm thử HIL

Trong các hệ thống kiểm thử HIL (Hardware-in-the-Loop), việc thay đổi cấu hình kiểm thử một cách nhanh chóng là rất quan trọng. Thiết bị switch tự động đã chứng tỏ hiệu quả vượt trội trong bối cảnh này. Nó cho phép các kỹ sư hoặc các hệ thống kiểm thử tự động (automation scripts) chuyển đổi kết nối đến các ECU khác nhau mà không cần sự can thiệp của con người. Điều này đặc biệt hữu ích khi chạy các chuỗi kiểm thử hồi quy (regression tests) qua đêm. Kết quả kiểm tra cho thấy thiết bị hoạt động ổn định, kết nối thành công 100% trong các bài test tĩnh. Tốc độ và sự ổn định của kết nối không bị ảnh hưởng, đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu trong quá trình flashing ECU và gỡ lỗi. Hệ thống giúp tăng tốc đáng kể chu kỳ phát triển và kiểm thử sản phẩm.

5.2. So sánh hiệu quả chi phí và thời gian trước và sau triển khai

Các số liệu định lượng đã chứng minh rõ ràng lợi ích của giải pháp. Về chi phí, bằng việc sử dụng một bộ thiết bị cho bốn lab thay vì bốn bộ, nghiên cứu ước tính đã tiết kiệm được €14,400. Đây là một con số rất có ý nghĩa đối với ngân sách của một phòng lab. Về thời gian, công việc chuyển đổi thủ công tốn từ 15 đến 30 phút mỗi lần đã được thay thế bằng một thao tác tự động chỉ mất vài giây. Điều này không chỉ giải phóng thời gian cho kỹ sư để tập trung vào các công việc chuyên môn hơn mà còn giảm thiểu rủi ro lỗi kết nối do con người. Việc tích hợp hệ thống booking và giám sát từ xa cũng loại bỏ hoàn toàn thời gian lãng phí do phải liên lạc và chờ đợi, giúp tăng hiệu suất sử dụng thiết bị lên mức tối đa.

VI. Tương Lai Của Automotive Ethernet Switch Mạng Chẩn Đoán

Ngành công nghiệp ô tô đang chứng kiến một sự chuyển dịch mạnh mẽ sang kiến trúc mạng trên ô tô dựa trên Ethernet. Các Automotive Ethernet Switch sẽ ngày càng trở nên thông minh và phức tạp hơn, không chỉ xử lý việc chuyển tiếp gói tin mà còn tích hợp các tính năng an ninh nâng cao và đồng bộ hóa thời gian. Các giải pháp như switch cơ điện tử, mặc dù giải quyết một bài toán rất cụ thể, nhưng cũng cho thấy một nguyên tắc quan trọng: tự động hóa là chìa khóa. Trong tương lai, các phòng lab sẽ tích hợp sâu hơn các giải pháp tự động hóa cả ở tầng vật lý và tầng mạng. Các switch mạng công nghiệp được tùy biến cho ngành ô tô sẽ hỗ trợ đầy đủ các giao thức mới, giúp đơn giản hóa việc cấu hình mạng DoIP và các giao thức khác. An ninh mạng sẽ là ưu tiên hàng đầu, với các cơ chế xác thực và mã hóa mạnh mẽ được tích hợp trực tiếp vào phần cứng mạng. Sự phát triển này sẽ tạo ra một môi trường liền mạch và hiệu quả cho việc phát triển thế hệ xe tự hành và xe kết nối tiếp theo.

6.1. Xu hướng tích hợp DoIP SOME IP và giao thức PTP

Tương lai của giải pháp mạng cho chẩn đoán ô tô nằm ở sự tích hợp liền mạch các giao thức chuẩn hóa. DoIP (Diagnostics over Internet Protocol) đã trở thành tiêu chuẩn cho việc chẩn đoán qua Ethernet. SOME/IP (Scalable service-Oriented Middleware over IP) cho phép giao tiếp hướng dịch vụ, rất quan trọng cho các kiến trúc phần mềm phức tạp trên xe. Ngoài ra, giao thức PTP (Precision Time Protocol) là không thể thiếu để đồng bộ hóa thời gian chính xác giữa các ECU, đặc biệt là trong các hệ thống ADAS và tự hành, nơi mọi mili giây đều quan trọng. Các Automotive Ethernet Switch thế hệ mới sẽ phải hỗ trợ nguyên bản các giao thức này, cung cấp các tính năng như Time-Sensitive Networking (TSN) để đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho các luồng dữ liệu quan trọng.

6.2. Triển vọng phát triển switch mạng công nghiệp cho ô tô

Các switch mạng công nghiệp truyền thống đang được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu khắt khe của ngành ô tô. Các yêu cầu này bao gồm khả năng hoạt động trong dải nhiệt độ rộng, chống rung sốc, và có kích thước nhỏ gọn. Về mặt phần mềm, chúng cần hỗ trợ các tính năng chuyên biệt như VLAN cho mạng chẩn đoán, lọc gói tin dựa trên các tiêu chí của ngành ô tô, và khả năng cấu hình linh hoạt để phù hợp với các topo mạng khác nhau. Hơn nữa, với sự gia tăng của các mối đe dọa an ninh, các switch này sẽ cần tích hợp các bức tường lửa (firewall) và hệ thống phát hiện xâm nhập (IDS) để bảo vệ mạng trên xe khỏi các cuộc tấn công. Sự hội tụ giữa công nghệ IT và công nghệ ô tô sẽ thúc đẩy sự phát triển của một thế hệ thiết bị mạng hoàn toàn mới, chuyên dụng và mạnh mẽ.

21/09/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION THESIS MECHANICAL ENGINEERING TECHONOLOGY RESEARCH, DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SWITCH-IN NETWORK DEVICE CONNECTING WITH FLASHING DEVICES AND MULTIPLE ECUS ADVISOR: MS NGUYEN MINH TRIET STUDENT: NGUYEN VIET HIEP NGUYEN DINH QUANG KHAI SKL010420 Ho Chi Minh City, Febuary, 2023 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT RESEARCH, DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SWITCH-IN NETWORK DEVICE CONNECTING WITH FLASHING DEVICES AND MULTIPLE ECUS STUDENT’S NAME AND ID: NGUYEN VIET HIEP - 18146017 NGUYEN DINH QUANG KHAI - 18146031 MAJOR: MECHATRONICS ENGINEERING INSTRUCTOR: MS. NGUYEN MINH TRIET HO CHI MINH CITY, 2/2023 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING Capstone Project Proposal Student name: Nguyễn Đinh Quang Khải Student ID: 18146031 ✆: 0338739318 Student name: Nguyễn Việt Hiệp Student ID: 18146017 ✆: 0776262656 Advisor: Nguyễn Minh Triết ✆: 0915719984 1. Title of Capstone Project: RESEARCH, DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SWITCH-IN NETWORK DEVICE CONNECTING WITH FLASHING/DEBUG DEVICES AND MULTIPLE ECUS USING FOR LABORATORIES. Initial materials: Microcontroller: Raspberry Pi 4.

Size and tolerance of device. The number of devices and ECU connected with the switch box. Using step motor for choosing communication port 3. Main Content: Microcontroller: Raspberry Pi 4.

Size and tolerance of device. The number of devices and ECU connected with the switch box. Using step motor for choosing communication port 4. Expected Results Real prototype of switch device Lab booking app Project report 5.

Language: Report: English • Vietnamese • Oral presentation: English • Vietnamese • Dean Head of Department Advisor THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, Day. MECHANTRONICS PROJECT ASSIGNMENT ADVISOR’S EVALUATION SHEET Student name: Nguyen Viet Hiep Student ID: 18146017 Student name: Nguyen Dinh Quang Khai Student ID: 18146031 Major: Mechatronics Engineering Project title: Research, Design And Implementation Of Switch-In Network Device Connecting With Flashing Devices And Multiple Ecus Advisor: MS. Nguyen Minh Triet Defender Teacher: Ph.D Vu Quang Huy EVALUATION 1. Content of the project:.

Approval for oral defense? (Approved or denied) .) Ho Chi Minh City, Day. ADVISOR (Sign with full name) ACKNOWLEDGEMENT We would like to express our great gratitude to our honorable teacher, MS. Nguyen Minh Triet, who supported us with proper guidance, sincere comments and advice, and led us in the right way to conduct our graduation thesis We are grateful to Ho Chi Minh City University of Technology and Education, The Faculty For High Quality Training and The Faculty Of Mechanical Engineering for giving us an intensive learning environment so that we could equip ourselves with both practical experience and necessary skills to encounter realistic working conditions. We also would love to thank all of my respected teachers who heartedly impart to us the knowledge during four years.

At last, we are thankful to our family and friends for their help during our learning period. Their faith in me has kept my spirits and motivation up throughout this process. We would like to express our heartfelt appreciation and gratitude to our colleagues at Bosch Global Software Technologies. Your encouragement and guidance have enabled us to complete our process in this thesis.

Your guidance on both research and my career has been invaluable. We will strive to use gained skills and knowledge in the best possible way in order to attain desired career objectives. Sincerely, 1 TABLE OF CONTENTS Contents ACKNOWLEDGEMENT. 1 TABLE OF CONTENTS.

2 LIST OF FIGURE. 5 LIST OF TABLES. MOTIVATION FOR THE RESEARCH. REQUIREMENT FOR THE DEVICE.

Scope And Objective of Project. METHOD TO SWITCH IN THE NETWORK. Messages Switching Method. Packet Switching Method.

Circuit switching method. 14 CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW. DEVICE IN THE SYSTEM SPECIFICATIONS REVIEW. Vector VX1000 series.

JTAG Interface Of ECU. NETWORK SWITCHING REVIEW. Internet of Things (IoT). Architecture of a network.

Circuit switching method phase. General About Image Processing. Features Haar – Like. Multi-tasking Cascaded Convolutional Networks (MTCNN).

39 CHAPTER 3: DESIGN AND IMPLEMENTATION. Mechanical Block Diagram. Switch Box Controller And Function Flwchart. Machine Vision Method Flowchart.

The Slection Of Electric Components. Mechanical Drive Design. Mechanical Guide Design. SWITCH BOX TOOL DESIGN.

73 CHAPTER 4: DESIGN ANALYSIS. ESTABLISH TARGET SPECIFICATIONS. List of metrics. Proposed specifications and experimental methods.

PROBLEMS AND SOLUTION. 117 4 LIST OF FIGURE Figure 1: Rack setup for switching device. 12 Figure 2: Message switching method diagram. 13 Figure 3: Packet switching diagram.

14 Figure 4: Circuit switching diagram. 15 Figure 5: IC500 specification table. 17 Figure 6: Bluebox device IC5000 .54mm MPC5xxx Debug Adapter. 18 Figure 8: VX1060 Base module specsification.

19 Figure 9: VX1060 Base module. 19 Figure 10: Bosch USS ECU. 21 Figure 11: Types of network topology. 22 Figure 12: SQLite Database.

25 Figure 13: LAN shared folders. 25 Figure 14: Lead screw – nut drive. 26 Figure 15: Lead scew structure. 27 Figure 16: Gear bell drive.

28 Figure 17: Rack and pinion gear drive. 29 Figure 18: Linear Motion Bearing. 31 Figure 19: Stepper Motor. 32 Figure 20: Principle diagram of DC servo motor with feedback.

33 Figure 21: DC Motor. 34 Figure 22: Step in image proccessing diagram. 35 Figure 23: Some feature of Haar-Like. 37 Figure 24: How to calculate the Integral Image of an image.

38 Figure 25: How to calculate the total pixel value of the area to be calculated. 38 Figure 26: Block diagram of AdaBoost face detection stage. 39 Figure 27: P-Net network architecture. 40 Figure 28: R-Net network architecture.

40 Figure 29:O-Net network architecture. 40 Figure 30: Block diagram. 43 Figure 31: Mechanical BLock Diagram Of Switch Box. 44 Figure 32: Controlling Flowchart.

47 Figure 33: Controlling Flowchart. 48 Figure 34: Machine Vision Method Flowchart. 50 Figure 35: Switch Box Body 3D design. 51 Figure 36: Operating Header 3D Design.

52 Figure 37: Bearing holder 3D design. 53 Figure 38: Track Holder 3D Design. 53 Figure 39: 8mm bearing 3D design. 54 5 Figure 40: Arduino Pin Diagram.

56 Figure 41: Raspberry Pi 4 Model B. 57 Figure 42: NIDEC Bipolar Type Stepper Catologue. 59 Figure 43: MG90S Servo Specification. 61 Figure 46: Circuit connection diagram of motor driver A4988.

61 Figure 47: Schematic diagram of switch box. 63 Figure 48: Input board 3D model. 64 Figure 49: Input board PCB design. 64 Figure 50: Output board PCB design.

64 Figure 51: Output board 3D model. 65 Figure 52: Diagram of lead screw. 66 Figure 53: Catalogue of Lead Screw Aluflex Group. 67 Figure 54: Guide Shaft diagram.

68 Figure 55: Bearing specification. 69 Figure 56: Train model flowchart. 70 Figure 57: Trained data set. 72 Figure 58: Check lab tool.

73 Figure 59: GUI of check lab tool. 73 Figure 60:Cchoosing lab connect. 74 Figure 61: List of available lab. 74 Figure 62: Lab status table.

75 Figure 63: Quick remote lab. 75 Figure 64: Lab user history. 75 Figure 65: Curent status of the lab. 76 Figure 66: Face recognition for lock/unlock feature.

76 Figure 67: Lock/Unlock status. 77 Figure 68: Dataset of user. 77 Figure 69:Data set of lab connection status. 78 Figure 70:Data set of lab lock/unlock.

78 Figure 71: Rack of lab use for testing. 83 Figure 72: Setup switch box with lab device. 83 Figure 73: Choosing lab to connect. 84 Figure 74: Check communication of debugger with lab.

84 Figure 75: Start flashing to ECU. 84 Figure 76: Face recognition check. 85 Figure 77: Collect data user face to train. 86 Figure 78: Label data.

87 Figure 79: Model compile parameters. 88 Figure 80: Keras model architecture. 89 6 Figure 81: Face recognition Test. 90 Figure 82: Face recognition Test with dark environment.

91 Figure 83: Face recognition test in office. 92 Figure 84: Face recognition with many angles and headset. 93 Figure 85: Face recognition with headset.93 Figure 86: Error in face recognition. 94 Figure 87: Wrong detection when wearing mask.

94 Figure 88: Model loss ratio in 10 epochs. 95 Figure 89: Model accuracy ratio in 10 epochs. 95 Figure 90: Loss and accuracy while training.96 Figure 91: Model loss ratio in 5 epochs. 96 Figure 92: Model accuracy ratio in 5 epochs.

97 7 LIST OF TABLES Table 1: Estimate cost of lab setup. 11 Table 2: Estimate time to setup lab. 11 Table 3: Arduino UNO Specification. 56 Table 4: A4988 Control Mode.

62 Table 5: List of metrics. 81 Table 6: Proposed specifications and experimental methods. 82 Table 7:Static tests parameters. 82 Table 8: Result of switch box testing.

85 Table 9: Face recognization testing result in many conditions. 98 Table 10: Calculated cost save with switch box. 100 Table 11: Calculated time save with switch box. 100 8 ABSTRACT Currently with the large demand of the project for testing, our lab system becomes overloaded.

Moreover, to be able to scale up the lab is very difficult due to the high cost of these flashing/debugging devices and the lack of chips in the industry, which makes testing equipment delayed and cannot be produced in time. Flashing and debugging devices are used by many labs and it requires someone to assist in manual setup. A simple setup job consumes a lot of effort to move from office to lab as well as waiting time for equipment. With the need to reduce investment costs for these devices by sharing them in many labs as well as reducing the effort of test engineers for a simple setup job that repeats continuously, we decided to develop a “switch- in network device”.

Basically, this device is developed based on a controlled electronic circuit with an intranet and web booking capabilities. Along with that, this device also aims to become a part of the continuous automation testing system called Jenkins. 9 CHAPTER 1: INTRODUCTION Chapter Outline 1. Motivation For The Research 1.

Requirement For The Product ● 1. Method To Switch In The Network ● 1. Messages Switching Method ● 1. Packet Switching Method ● 1.

Circuit switching method 10 1. MOTIVATION FOR THE RESEARCH As mentioned above, our lab system is now becoming overloaded with a shortage of flashing equipment for labs. Moreover, the setup of these devices is very simple, but it takes a lot of time for testing engineers to disassemble manually. In addition, these devices do not have a clear management system for usage time.

When someone has a need to use them, they have to contact each person in the team to know which lab the device is connected to and whether it is being used or not. That is the reason why we develop a switch-in network device. Price for each setup of IC5000 devices for lab could be take over €3000. So that if we prepare for each lab 1 IC5000 it will cost overall €12000.

The same as IC5000 for each XCP setup it will cost for device and license €1800 and for the whole lab in the rack is €7200. Full cost for debugger device in test lab is €19200. It could be a huge amount for test lab setup. These devices is require for testing lab but we don’t need to plug it all the time for lab it can be use in sharing mode.

With sharing mode, it could save €14400.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ