Điều này cho phép các hệ thống như hệ thống điều khiển điện tử của hệ thống động cơ ECU, hệ thống phanh chống bó cứng ABS, hệ thống kiểm soát độ bám đường, hệ thống kiểm soát tay lái, hệ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
MÔN HỌC: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Ô TÔ
BÁO CÁO
Vehicle CAN systems
GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG SVTH:
1.Lê Minh Khôi 2.Cao Tuấn Anh 3.Nguyễn Văn Tiên 4.Ngô Kim Khang
Mã lớp học: AEES330233_21_2_03
Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 3 năm 2021
Trang 2NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
Điểm: ………
KÝ TÊN
Trang 3Mục lục
1 Khái niệm và lịch sử hình thành của CAN 2
1.1 Khái niệm 2
1.2 Lịch sử hình thành 3
2 Đặc điểm và phân loại CAN 4
2.1 Đặc điểm của mạng giao tiếp CAN 4
2.2 Phân loại hệ thống CAN 5
3 Cấu trúc mạng CAN 6
4.Nguyên lý hoạt động 6
5 Định nghĩa các thuật ngữ về hệ thống CAN 7
5.1 Dây đường truyền chính: 7
5.2 Dây nhánh: 7
5.3 Điện trở cực: 7
5.4 Các ecu và cảm biến trong hệ thống thông tin liên lạc CAN 8
6.Sự phát triển của mạng giao tiếp CAN cho Ô tô 8
7.Hệ thống CAN bị Lỗi và nguyên nhân 9
8.Các ứng dụng CAN Bus phổ biến 11
Trang 4CAN là hệ thống mạng giao tiếp trên ô tô phổ biến nhất hiện nay Hệ thống mạng giao tiếp trên ô tô được phát triển từ những năm 1980 tuy nhiên phải đến những năm đầu thế kỷ 21 thì CAN mới bắt đầu thực sự thịnh hành và xuất hiện trong các xe mới
Kể từ đó cho đến nay, ngày càng nhiều xe ô tô đã được trang bị hệ thống CAN, và ở Mỹ, đến năm 2008 khi hầu như tất cả các xe ô tô chở khách và xe tải nhẹ bán ra tại Mỹ được trang bị mạng giao tiếp này
CAN là một chuẩn giao tiếp cho phép các module khác nhau và các máy tính trên xe ô tô nói chuyện với nhau Nó như một nhóm các đường dẫn với tốc
độ rất cao cho phép các dữ liệu và các lệnh được nén qua lại từ một module khác nhau
Điều này cho phép các hệ thống như hệ thống điều khiển điện tử của hệ thống động cơ ECU, hệ thống phanh chống bó cứng ABS, hệ thống kiểm soát độ bám đường, hệ thống kiểm soát tay lái, hệ thống cân bằng điện tử, hệ thống treo điện tử, hệ thống kiểm soát làm lạnh tự động, module điều khiển ánh sáng và hàng chục, hàng trăm hệ thống khác… tất cả được kết nối với nhau bằng điện tử
Trang 51.Khái niệm và lịch sử hình thành của CAN
1.1 Khái niệm
CAN là viết tắt của Control Area Network – nghĩa là Mạng điều khiển cục bộ Là một hệ thống truyền tải dữ liệu nối tiếp ứng dụng thời gian thực Nó
là một hệ thống thông tin phức hợp có tốc độ truyền rất cao và đặc biệt là khả năng phát hiện ra hư hỏng
Bằng cách kết hợp dây đường truyền CANH và CANL, CAN thực hiện việc liên lạc dựa trên sự chênh lệch điện áp ECU hoặc các cảm biến lắp trên xe
Trang 6hoạt động bằng cách chia sẻ thông tin và liên lạc với nhau CAN có 2 điện trở 120Ω, dùng để thông tin liên lạc với đường truyền chính
1.2 Lịch sử hình thành
Pre CAN: ECU ô tô dựa trên hệ thống dây điểm-điểm phức tạp 1986: Bosch phát triển giao thức CAN như một giải pháp 1991: Bosch xuất bản CAN 2.0 (CAN 2.0A: 11 bit, 2.0B: 29 bit) 1993: CAN được thông qua làm tiêu chuẩn quốc tế (ISO 11898) 2003: ISO 11898 trở thành một loạt tiêu chuẩn
2012: Bosch phát hành CAN FD 1.0 (tốc độ dữ liệu linh hoạt) 2015: Giao thức CAN FD được tiêu chuẩn hóa (ISO 11898-1) 2016: Lớp CAN vật lý cho tốc độ dữ liệu lên đến 5 Mbit/s được tiêu chuẩn hóa trong ISO 11898-2
Ngày nay, CAN là tiêu chuẩn trong oto (xe tải, xe bus, máy kéo,…) tàu thuỷ, máy bay, pin EV, máy móc và hơn thế nữa
Tương lai của hệ thống CAN trên xe
Trang 7Trong tương lai, giao thức CAN bus sẽ vẫn phù hợp – mặc dù nó sẽ bị ảnh hưởng bởi các xu hướng chính
Nhu cầu về chức năng ngày càng nâng cao của phương tiện
Sự nổi lên của điện toán đám mây
Sự phát triển của Internet of Things (IoT) và các phương tiện được kết nối
Tác động của xe tự hành
2.Đặc điểm và phân loại CAN
2.1.Đặc điểm của mạng giao tiếp CAN
- Là một công nghệ mạng nối tiếp cho các giải pháp nhúng
- Hoạt động với tốc độ dữ liệu lên đến 1 Megabit mỗi giây
- Hỗ trợ tối đa 8 byte cho mỗi khung tin nhắn
Trang 8- Không hỗ trợ ID nút, chỉ ID thông báo Một ứng dụng có thể hỗ trợ nhiều
ID tin nhắn
- Hỗ trợ mức độ ưu tiên của tin nhắn, tức là ID tin nhắn càng thấp thì mức độ
ưu tiên của nó càng cao
- Hỗ trợ hai độ dài ID tin nhắn, 11-bit (tiêu chuẩn) và 29-bit (mở rộng)
- Không gặp xung đột tin nhắn (vì chúng có thể xảy ra trong các công nghệ nối tiếp khác)
- Không đòi hỏi khắt khe về yêu cầu cáp Hệ thống dây xoắn đôi là đủ
2.2.Phân loại hệ thống CAN
Có 2 loại đường truyền CAN khác nhau thường được sử dụng được phân loại dựa trên tốc độ truyền tín hiệu điển hình
1 Đường truyền HS-CAN là đường truyền tốc độ cao được sử dụng để liên lạc giữa các hệ thống truyền lực, gầm và một số hệ thống điện thân xe Đường truyền HS-CAN được dùng để gọi “Đường truyền CAN No.1” và “Đường truyền CAN No.2”
Nó hoạt động ở tốc độ khoảng 500 kbps Các điện trở cực cho đường truyền CAN No.1 được đặt ở trong ECU trung tâm và CAN No.2 J/C Điện trở của đường truyền CAN No.2 không thể đo được từ giắc DLC3
2 Đường truyền MS-CAN là đường truyền tốc độ trung bình được sử dụng để liên lạc giữa các hệ thống điện thân xe Đường truyền MS-CAN được gọi là “Đường truyền CAN MS” Nó hoạt động ở tốc độ khoảng 250 kbps Các điện trở cực cho đường truyền MS-CAN được đặt ở trong ECU thân xe chính và ECU chứng nhận Điện trở của đường truyền CAN MS không thể
đo được từ giắc DLC3
Việc thông tin liên lạc giữa những mạng này được thực hiện qua ECU thân xe (cho đường truyền CAN MS) hay ECU trung tâm (cho đường truyền CAN No.2), có vai trò như một ECU trung tâm
5
Trang 93 Cấu trúc mạng CAN
4.Nguyên lý hoạt động
Như đã nêu trước đó, CAN là một mạng ngang hàng Điều này có nghĩa là không có master nào điều khiển khi các nút riêng lẻ có quyền truy cập để đọc và ghi dữ liệu trên CAN bus Khi một nút CAN đã sẵn sàng để truyền dữ liệu, nó sẽ kiểm tra xem bus có bận hay không và sau đó chỉ cần ghi một khung CAN lên mạng Các khung CAN được truyền không chứa địa chỉ của nút truyền hoặc bất
kỳ (các) nút nhận dự kiến Thay vào đó, một ID trọng tài duy nhất trên toàn mạng sẽ gắn nhãn khung Tất cả các nút trên mạng CAN đều nhận được khung CAN và, tùy thuộc vào ID trọng tài của khung được truyền đó, mỗi nút CAN trên mạng quyết định có chấp nhận khung hay không
Trang 10Nếu nhiều nút cố gắng truyền một thông báo lên xe buýt CAN cùng một lúc, thì nút có mức ưu tiên cao nhất (ID trọng tài thấp nhất) sẽ tự động nhận được quyền truy cập xe buýt Các nút có mức độ ưu tiên thấp hơn phải đợi cho đến khi bus khả dụng trước khi cố gắng truyền lại Bằng cách này, bạn có thể triển khai mạng CAN để đảm bảo giao tiếp xác định giữa các nút CAN
Trên đây là những chia sẻ về nguyên lý lý hoạt động của mạng giao tiếp CAN trên xe ô tô mà các bạn có thể tham khảo để hiểu hơn về mạng giao tiếp trên xe ô tô
5 Định nghĩa các thuật ngữ về hệ thống CAN
5.1 Dây đường truyền chính:
Dây đường truyền chính và một dây điện nối giữa hai điện trở cực trên đường truyền (dây truyền dữ liệu) Đây là đường truyền chính trong hệ thống thông tin liên lạc CAN
5.2 Dây nhánh:
Dây nhánh là dây điện mà chia ra từ dây đường truyền chính đến một ECU hay cảm biến
5.3 Điện trở cực:
Hai điện trở 120 Ω được lắp song song qua hai đầu của dây đường truyền CAN chính Chúng được gọi là điện trở cực Những điện trở này cho phép bù lại
sự thay đổi về điện áp giữa dây đường truyền CAN, cần phải lắp cả hai điện trở
Do hai điện trở được lắp song song, việc đo điện trở giữa hai dây đường truyền CAN phải được chế tạo có chỉ số khoảng 60 Ω
Trang 115.4. Các ecu và cảm biến trong hệ thống thông tin liên lạc CAN
– ECU điều khiển trượt
– Cảm biến độ lệch thân xe
– Cảm biến góc quay vô lăng
– Đến ECU chính thân xe
– Cảm biến túi khí trung tâm
– ECM
– ECU trung tâm
– ECU chứng nhận
– ECU điều khiển gương ngoài
– ECU chân máy điều khiển chủ động
– Bộ khuếch đại điều hoà
– Đồng hồ táp lô
– ECU báo khoảng cách
– ECU điều khiển vị trí ghế (ghế trước trái)
– AFS ECU
– ECU nghiêng và trượt đa năng
6.Sự phát triển của mạng giao tiếp CAN cho Ô tô
Trong sự phát triển của các hệ thống điều khiển điện tử, CAN ra đời vào năm 1984 bởi Robert Bosch Corp Ứng dụng của CAN đầu tiên là vào năm 1992
ở một số mô hình của xe Mercedes-Benz
Mỗi module được gắn vào một mạng lưới dữ liệu có khả năng gửi và nhận tín hiệu và chúng đều có địa chỉ của mình trên mạng lưới cho phép các module nhận được các thông tin đầu vào và các dữ liệu cần thiết để hoạt động Khi
Trang 12module truyền thông tin qua mạng lưới, các thông tin này sẽ được mã hóa để tất
cả các module khác nhận ra nó đến từ đâu và gửi thông tin gì
Dữ liệu được gửi là một loạt các bit kỹ thuật số bao gồm “0” và “1 “ Thông số điện áp thấp tương ứng với giá trị “0”, giá trị đo điện áp cao tương ứng với “1” Thông thường điện áp thực tế tại đây sẽ được hoạt động trong phạm vi 5-7 volt
Thông thường các module điều khiển hoặc cụm mô đun trên xe được giao nhiệm vụ quản lý lưu lượng mạng Khi các module thấy một thông điệp tới, nó
sẽ nhìn vào bit đầu tiên trong dòng dữ liệu Nếu bit là một “0”, nó sẽ được ưu tiên hơn các thông điệp khác, được gọi là một “trội tin nhắn” Nếu bit đầu tiên là một “1” được cho một ưu tiên thấp hơn được gọi là một “lặn tin nhắn”
Như vậy, thông điệp ưu tiên cao nhất luôn được thông qua đến các địa điểm dự định của nó và những thông điệp ưu tiên thấp sẽ có thể tạm thời bị chặn cho đến khi “giao thông trên đường truyền giảm tốc”
7.Hệ thống CAN bị Lỗi và nguyên nhân
Xe có hệ thống CAN có thể dễ bị lỗi điện tử như những chiếc xe cũ Mặc
dù hệ thống CAN sử dụng ít dây và ít kết nối để giảm trọng lượng và chi phí, nhưng nó lại sử dụng nhiều module và các module phức tạp hơn
Vấn đề giao tiếp có thể xảy ra lỗi nếu kết nối module trở nên bị ăn mòn hoặc lỏng, nếu dây mass có điện trở lớn, quá thiếu hoặc đứt, hoặc hệ thống điện
áp thấp hơn thông số kỹ thuật Một số module thậm chí có thể quên thiết lập vị trí của họ hoặc nếu acquy bị ngắt kết nối – bị chết
Trên một số minivan Chrysler, ví dụ: Hệ thống kiểm soát làm lạnh tự động sẽ bỏ làm việc nếu acquy ngắt kết nối do động cơ bước điện điều khiển vị trí của các cửa blend quên vị trí Hệ thống này phải được đưa vào một chế độ
“học lại” để thiết lập lại tất cả các địa điểm và các thiết lập cơ.
Các module trong hệ thống CAN cần một số lượng điện áp nhất định cho các thiết lập của nó để giữ các dữ liệu động Nếu điện áp bị mất, các module sẽ
Trang 13quên những cài đặt và có thể không hoạt động đúng cho đến khi nó có thời gian
để học lại các dữ liệu được thiết lập
Trong một số trường hợp, điều này đòi hỏi phải có một thủ tục học lại đặc biệt bằng cách sử dụng một công cụ máy chẩn đoán với chức năng đặc biệt, vì các module không thể tự học lại
Một trong những tính năng của CAN và hệ thống mạng khác là module có thể gửi và nhận tín hiệu để cho các module điều khiển chính biết được nó có đang làm việc hay không Điều này làm cho chẩn đoán trên xe trở nên dễ dàng hơn, đồng thời nó cũng có nghĩa là một module có thể phá hủy toàn bộ mạng gây ngắt hoạt động hoàn toàn của chiếc xe
Khi vấn đề truyền dữ liệu bị lỗi nối tiếp xe xảy ra, nó sẽ thường thiết lập một “U” mã lỗi chẩn đoán (DTC) và bật đèn chỉ thị sự cố (MIL) Tùy thuộc vào các lỗi, chiếc xe có thể có hoặc có thể không hoạt động
Ví dụ: Việc mất liên lạc giữa bộ điều khiển động cơ và bộ điều khiển truyền dẫn có mã U1026 (trên dòng GM) gây cho xe có hiện tượng hoạt động không ổn định Tất cả các module trên một mạng lưới của xe cần ba điều để hoạt động đúng: điện, mặt đất và kết nối dữ liệu nối tiếp
Một số module có thể vẫn còn hoạt động trong một khoảng thời gian sau khi hệ hống đánh lửa được tắt Thì để giảm hao tổn nguồn khi xe tắt, một tín hiệu “ngủ” sẽ được gửi tới các module trên mạng lưới Tuy nhiên một số không bao giờ có thể đi vào giấc ngủ như module chống trộm, khóa,… để đảm bảo độ
an toàn
Trang 148.Các ứng dụng CAN Bus phổ biến
Ngày nay, các ứng dụng CAN đang được thống trị
có động cơ Hơn hết CAN còn được tìm thấy trên hầu hết tìm thấy giao thức CAN đang được sử dụng trong:
Mọi loại phương tiện: xe máy, ô tô, xe tải …
Thiết bị viễn thông hạng nặng Máy bay
Nhà máy sản xuất các loại
Tàu thuyền
Thiết bị y tế
Hệ thống bảo trì dự đoán
Máy giặt, máy sấy và các thiết bị
bởi thế giới ô tô và xe mọi ngành Bạn có thể
