CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG TRÊN Ô TÔ 1. KHÁI NIỆM VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG Sù phæ biÕn cña c¸c gi¶i ph¸p tù ®éng ho¸ sö dông hÖ thèng truyÒn th«ng sè lµ kÕt qu¶ tæng hîp cña c¸c tiÕn bé trong kü thuËt vi ®iÖn tö, kü thuËt m¸y tÝnh, kü thuËt th«ng tin vµ ®-¬ng nhiªn lµ cña c¶ kü thuËt tù ®éng ho¸. M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp nãi chung vµ m¹ng truyÒn th«ng trªn «t« nãi riªng lµ mét kh¸i niÖm chung chØ c¸c hÖ thèng m¹ng truyÒn th«ng sè, truyÒn bÝt nèi tiÕp, ®-îc sö dông ®Ó ghÐp nèi c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp, c¸c thiÕt bÞ trong mét hoÆc nhiÒu hÖ thèng víi nhau C¸c hÖ thèng truyÒn th«ng phæ biÕn hiÖn nay cho phÐp liªn kÕt m¹ng ë nhiÒu møc kh¸c nhau, tõ c¸c c¶m biÕn, c¬ cÊu chÊp hµnh d-íi cÊp tr-êng cho ®Õn c¸c m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn, thiÕt bÞ quan s¸t, m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t vµ c¸c m¸y tÝnh cÊp ®iÒu hµnh xÝ nghiÖp, qu¶n lý c«ng ty. M¹ng truyÒn th«ng thùc chÊt lµ mét d¹ng ®Æc biÖt cña m¹ng m¸y tÝnh, cã thÓ so s¸nh víi m¹ng m¸y tÝnh th«ng th-êng ë nh÷ng ®iÓm gièng nhau vµ kh¸c nhau nh- sau: * Kü thuËt truyÒn th«ng sè hay truyÒn d÷ liÖu lµ ®Æc tr-ng chung cña c¶ hai lÜnh vùc.
* Trong nhiÒu tr-êng hîp, m¹ng m¸y tÝnh sö dông trong « t« ®-îc coi lµ mét phÇn trong m« h×nh ph©n cÊp cña m¹ng c«ng nghiÖp. * Yªu cÇu vÒ tÝnh n¨ng thêi gian thùc, ®é tin cËy vµ kh¶ n¨ng t-¬ng thÝch trong « t« cña m¹ng truyÒn th«ng cao h¬n so víi mét m¹ng m¸y tÝnh th«ng th-êng, trong khi ®ã m¹ng m¸y tÝnh th-êng ®ßi hái cao h¬n vÒ ®é b¶o mËt. * M¹ng m¸y tÝnh cã ph¹m vi tr¶i réng rÊt kh¸c nhau, vÝ dô cã thÓ nhá nh- m¹ng LAN cho mét nhãm vµi m¸y tÝnh, hoÆc rÊt lín nh- m¹ng Internet. Trong nhiÒu tr-êng hîp, m¹ng m¸y tÝnh gi¸n tiÕp sö dông dÞch vô truyÒn d÷ liÖu cña m¹ng viÔn th«ng.
Trong khi ®ã, cho ®Õn nay c¸c hÖ thèng m¹ng truyÒn th«ng trªn « t« th-êng cã tÝnh chÊt ®éc lËp, ph¹m vi ho¹t ®éng t-¬ng ®èi hÑp. Sù kh¸c nhau trong ph¹m vi vµ môc ®Ých sö dông gi÷a c¸c hÖ thèng m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp vµ m¹ng truyÒn th«ng trªn « t« víi c¸c hÖ thèng m¹ng viÔn th«ng vµ m¹ng m¸y tÝnh dÉn ®Õn sù kh¸c nhau trong c¸c yªu cÇu vÒ mÆt kü thuËt còng nh- kinh tÕ. VÝ dô, do yªu cÇu kÕt nèi nhiÒu m¸y tÝnh kh¸c nhau vµ cho nhiÒu ph¹m vi øng dông kh¸c nhau, kiÕn tróc giao thøc cña c¸c m¹ng m¸y tÝnh phæ th«ng th-êng phøc t¹p h¬n so víi kiÕn tróc giao thøc c¸c m¹ng c«ng nghiÖp vµ m¹ng truyÒn th«ng trªn «t«. §èi víi c¸c hÖ thèng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp vµ m¹ng truyÒn th«ng trªn «t«, ®Æc biÖt lµ ë c¸c cÊp d-íi th× c¸c yªu cÇu vÒ tÝnh n¨ng thêi gian thùc, kh¶ n¨ng thùc hiÖn ®¬n gi¶n, gi¸ thµnh h¹ l¹i lu«n ®-îc ®Æt ra hµng ®Çu.
VAI TRÒ CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG 1 GhÐp nèi thiÕt bÞ, trao ®æi th«ng tin lµ mét trong nh÷ng vÊn ®Ò c¬ b¶n trong bÊt cø mét gi¶i ph¸p tù ®éng ho¸ nµo. Mét bé hoÆc nhiÒu bé ®iÒu khiÓn cÇn ®-îc ghÐp nèi víi c¸c c¶m biÕn vµ c¬ cÊu chÊp hµnh,. Gi÷a c¸c bé ®iÒu khiÓn trong mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn ph©n t¸n còng cÇn trao ®æi th«ng tin víi nhau ®Ó phèi hîp thùc hiÖn ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh ghÐp nèi vµ giao tiÕp víi c¸c bé ®iÒu khiÓn ®Ó cã thÓ theo dâi, gi¸m s¸t toµn bé qu¸ tr×nh ho¹t ®éng vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn. VËy, m¹ng truyÒn th«ng trªn «t« cã vai trß quan träng nh- thÕ nµo trong c¸c lÜnh vùc ®o l-êng, ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng hãa c¸c hÖ thèng? Sö dông m¹ng truyÒn th«ng trªn «t«, ®Æc biÖt lµ bus tr-êng ®Ó thay thÕ c¸ch nèi ®iÓm - ®iÓm cæ ®iÓn gi÷a c¸c thiÕt bÞ đã mang l¹i hµng lo¹t nh÷ng lîi Ých nh- sau: * §¬n gi¶n ho¸ cÊu tróc liªn kÕt gi÷a c¸c thiÕt bÞ: Mét sè l-îng lín c¸c thiÕt bÞ thuéc c¸c chñng lo¹i kh¸c nhau ®-îc ghÐp nèi víi nhau th«ng qua mét ®-êng truyÒn duy nhÊt.
* TiÕt kiÖm d©y nèi vµ c«ng thiÕt kÕ, l¾p ®Æt hÖ thèng: Nhê cÊu tróc ®¬n gi¶n, viÖc thiÕt kÕ hÖ thèng trë nªn dÔ dµng h¬n nhiÒu. Mét sè l-îng lín c¸p truyÒn ®-îc thay thÕ b»ng mét ®-êng duy nhÊt, gi¶m chi phÝ ®¸ng kÓ cho nguyªn vËt liÖu vµ c«ng l¾p ®Æt. * N©ng cao ®é tin cËy vµ ®é chÝnh x¸c cña th«ng tin: Khi dïng ph-¬ng ph¸p truyÒn tÝn hiÖu t-¬ng tù cæ ®iÓn, t¸c ®éng cña nhiÔu dÔ lµm thay ®æi néi dung th«ng tin mµ c¸c thiÕt bÞ kh«ng cã c¸ch nµo nhËn biÕt. Nhê kü thuËt truyÒn th«ng sè, kh«ng nh÷ng th«ng tin truyÒn ®i khã bÞ sai lÖch h¬n, mµ c¸c thiÕt bÞ nèi m¹ng cßn cã thªm kh¶ n¨ng tù ph¸t hiÖn lçi vµ chÈn ®o¸n lçi nÕu cã.
H¬n thÕ n÷a, viÖc bá qua nhiÒu lÇn chuyÓn ®æi qua l¹i t-¬ng tù - sè vµ sè – t-¬ng tù n©ng cao ®é chÝnh x¸c cña th«ng tin. * N©ng cao ®é linh ho¹t, tÝnh n¨ng më cña hÖ thèng: Mét hÖ thèng m¹ng chuÈn ho¸ quèc tÕ t¹o ®iÒu kiÖn cho viÖc sö dông c¸c thiÕt bÞ cña nhiÒu h·ng kh¸c nhau. ViÖc thay thÕ thiÕt bÞ, n©ng cÊp vµ më réng ph¹m vi chøc n¨ng cña hÖ thèng còng dÔ dµng h¬n nhiÒu. Kh¶ n¨ng t-¬ng t¸c gi÷a c¸c thµnh phÇn (phÇn cøng vµ phÇn mÒm) ®-îc n©ng cao nhê c¸c giao diÖn chuÈn.
* §¬n gi¶n ho¸ /tiÖn lîi ho¸ viÖc tham sè ho¸, chÈn ®o¸n, ®Þnh vÞ lçi, sù cè cña c¸c thiÕt bÞ; Víi mét ®-êng truyÒn duy nhÊt, kh«ng nh÷ng c¸c thiÕt bÞ cã thÓ trao ®æi d÷ liÖu qu¸ tr×nh, mµ cßn cã thÓ göi cho nhau c¸c d÷ liÖu tham sè, d÷ liÖu tr¹ng th¸i, d÷ liÖu c¶nh b¸o vµ d÷ liÖu chÈn ®o¸n. C¸c thiÕt bÞ cã thÓ tÝch hîp kh¶ n¨ng tù chÈn ®o¸n, c¸c tr¹m trong m¹ng còng cã thÓ cã kh¶ n¨ng c¶nh giíi lÉn nhau. ViÖc cÊu h×nh hÖ thèng. lËp tr×nh, tham sè ho¸, chØnh ®Þnh thiÕt bÞ vµ ®-a vµo vËn hµnh cã thÓ thùc hiÖn tõ xa qua mét tr¹m kü thuËt trung t©m.
* Më ra nhiÒu chøc n¨ng vµ kh¶ n¨ng øng dông míi cña hÖ thèng: Sö dông m¹ng truyÒn th«ng cho phÐp ¸p dông c¸c kiÕn tróc ®iÒu khiÓn míi nh- ®iÒu khiÓn ph©n t¸n, ®iÒu khiÓn ph©n 2 t¸n víi c¸c thiÕt bÞ tr-êng, ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t hoÆc chÈn ®o¸n lçi tõ xa qua Internet, tÝch hîp th«ng tin cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn vµ gi¸m s¸t th«ng tin. Cã thÓ nãi, m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp nãi chung vµ m¹ng truyÒn th«ng trªn «t« nãi riªng ®· lµm thay ®æi h¼n t- duy vÒ thiÕt kÕ vµ tÝch hîp hÖ thèng. -u thÕ cña gi¶i ph¸p dïng m¹ng truyÒn th«ng kh«ng nh÷ng n»m ë ph-¬ng diÖn kü thuËt, mµ cßn ë khÝa c¹nh hiÖu qu¶ kinh tÕ. ChÝnh v× vËy, øng dông cña nã réng r·i trong hÇu hÕt c¸c lÜnh vùc c«ng nghiÖp, nh- ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh, tù ®éng hãa xÝ nghiÖp, tù ®éng ho¸ toµ nhµ, ®iÒu khiÓn giao th«ng, v.
Trong ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh, c¸c hÖ thèng bus tr-êng ®· dÇn thay thÕ c¸c m¹ch dßng t-¬ng tù (current loop) 4-20mA. Trong c¸c hÖ thèng tù ®éng ho¸ xÝ nghiÖp hoÆc tù ®éng hãa toµ nhµ, mét sè l-îng lín c¸c phÇn tö trung gian ®-îc bá qua nhê c¸c hÖ bus ghÐp nèi trùc tiÕp c¸c thiÕt bÞ c¶m biÕn vµ chÊp hµnh. Nãi tãm l¹i, sö dông m¹ng truyÒn th«ng lµ kh«ng thÓ thiÕu ®-îc trong viÖc tÝch hîp c¸c hÖ thèng tù ®éng hãa hiÖn ®¹i. SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT Hình 1.
Minh họa về số lượng ECU sử dụng trên ô tô Những năm gần đây, những hệ thống điều khiển tự động và điều khiển thông minh trên ôtô đã đƣợc tạo ra ngày càng nhiều để đáp ứng những yêu cầu khắt khe về tính năng an toàn, thoải mái và tiện nghi trên xe. Điều này đã tạo nên sự đột phá trong công nghệ chế tạo hộp điều khiển điện tử (ECU) và công nghệ cảm biến (Sensor). Số lƣợng ECU trên một chiếc xe (hình 1.1) đã tăng lên rất nhiều, có thể lên đến 40 ECU trên chiếc xe con và 25 ECU trên những chiếc xe tải. Chính vì thế, nó đã làm tăng trọng lƣợng xe do sự gia tăng mạnh của số lƣợng dây điện.
Mạng không dây trong hệ thống giao thông hiện đại Để đối phó với điều này, mỗi nhà sản xuất ôtô đã chủ động nghiên cứu và phát minh ra một hệ thống có thể kết nối tất cả các ECU trên xe mà không sử dụng dây dẫn điện thông thƣờng. Hệ thống này đƣợc gọi là mạng truyền thông đa dẫn (MPX- Multiplex Communication System). Chính việc kết nối giữa các ECU của các hệ thống thông qua các bus dữ liệu đã làm tăng tốc độ truyền tín hiệu và làm giảm trọng lƣợng của xe. Ví dụ về một mạng truyền thông của hãng Lexus đƣợc trình bày trên hình 1.
Sơ đồ tổng quát của mạng truyền thông trên xe Lexus 1. CÁC LOẠI GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG TRÊN ÔTÔ B¶ng 1. Các loại giao thức truyền thông hay sử dụng trên ô tô BEAN CAN LIN AVC-LAN Protocol (TOYOTA Original) (ISO Standard) (ISO Standard) (TOYOTA Original) Application Body Electrical Power Train Body Electrical Audio Communication 500 kbps (HS) 10 kbps 9.8 kbps Speed 250 kbps (MS) 1 – 11 Byte 1 – 8 Byte 0 – 8 Byte Data Length 0 – 32 Byte (Variable) (Variable) (Variable) (0, 2, 4, 8) Communication AV Signal Wire Twisted-pair wire AV Signal Wire Twisted-pair wire Wire Single Wire Voltage Differential Single Wire Differential Voltage Drive Type Drive Voltage Drive Voltage Drive Drive One-way and Communication Two-way Two-way Two-way Two-way Direction Communication Communication Communication Communications CSMA/CD CSMA/CR Master/Slave Master/Slave Access System (Multi Master) (Multi Master) (Single Master) (Single Master) Topology Bus (Daisy Chain) Bus Star Star Sleep/Wake-up Available N. Error Detection CRC CRC N.
Parity Check Response ACK, NAK ACK N. ACK 5 + Truyền dữ liệu một chiều tốc độ thấp giữa công tắc chính cửa sổ điện và ECU thân xe. Đây chỉ là việc giao tiếp một chiều đến ECU định trƣớc do hệ thống truyền tín hiệu một chiều (tốc độ truyền là 1 kbps). + BEAN (Body Electronics Area Network - Mạng điện tử thân xe): Hệ thống này có tốc độ truyền dữ liệu là 10kbps.
+ CAN (Controller Area Network): Dùng để truyền tín hiệu giữa các ECU trên xe (có 2 tốc độ truyền: CAN tốc độ thấp-125kbps và CAN tốc độ cao- 1Mbps) Ngoài ra còn có các giao thức khác cũng đƣợc sử dụng trên mạng truyền thông trên ôtô, gồm: Byteflight, TTP/C, TTCAN, FlexRay,… Trong tài liệu này chỉ tập chung nghiên cứu các giao thức BEAN, AVC-LAN, LIN và CAN. 6 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA TRUYỀN THÔNG 2. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 2. Thông tin, dữ liệu và tín hiệu 2.