Mỗi bức điện đều bắt đầu bằng một bít khởi điểm và mã căn cước, vì thế nếu hai hoặc nhiều trạm cùng đồng thời bắt đầu gửi thông báo, việc xung đột trên đường truyền sẽ được phân xử dựa[r]
Trang 1TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BÀI GIẢNG DÙNG CHUNG
HỌC PHẦN: HỆ THỐNG ĐIỆN THÂN XE VÀ ĐIỀU
KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN ÔTÔ
SỐ TÍN CHỈ: 02 LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Trang 2MỤC LỤC TÍN CHỈ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN THÂN XE 3
1.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG 3
1.1.1 Bối dây 4
1.1.2 Các chi tiết bảo vệ 6
1.1.3 Công tắc và Rơ le 7
1.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 8
1.3 MẠNG CAN VÀ MÃ CHÌA KHÓA CHỐNG TRỘM 9
1.3.1 Mạng CAN 9
1.3.2 Mã chìa khóa chống trộm 19
CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN Ô TÔ 21
2.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG 21
2.1.1 Tổng quan về hệ thống 21
2.1.2 Cấu trúc tổng quát của hệ thống 22
2.1.3 Phân loại và yêu cầu của hệ thống 23
2.2 THÔNG TIN DẠNG TƯƠNG TỰ (Analog) 25
2.2.1 Đồng hồ và cảm biến báo áp suất dầu 25
2.2.2 Đồng hồ nhiên liệu 29
2.2.3 Đồng hồ và cảm biến báo nhiệt độ nước làm Mát 33
2.2.4 Đồng hồ báo tốc độ động cơ 34
2.2.5 Đồng hồ và cảm biến báo tốc độ xe 37
2.2.6 Đồng hồ Ampere 38
2.2.7 Các mạch đèn cảnh báo 40
2.3 THÔNG TIN DẠNG SỐ (Digital) 41
2.3.1 Cấu trúc cơ bản 41
2.3.2 Các dạng màn hình 42
2.4 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THÔNG TIN TIÊU BIỂU 46
CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG VÀ TÍN HIỆU 47
3.1 TỔNG QUÁT HỆ THỐNG 47
3.1.1 Sơ đồ tổng thể của hệ thống 47
3.1.2 Chức năng 47
3.1.3 Yêu cầu 47
3.1.4 Phân loại 47
3.2 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG 48
3.2.1 Hệ thống quang học và kết cấu đèn 48
3.2.2 Các mạch đèn chiếu sáng tiêu chuẩn 53
Trang 33.2.3 Đèn pha cao áp và đèn thông minh 64
3.3 HỆ THỐNG TÍN HIỆU 78
3.3.1 Hệ thống đèn xi nhan và cảnh báo nguy hiểm 79
3.3.2 Hệ thống đèn kích thước 82
3.3.3 Hệ thống đèn phanh 82
3.3.4 Hệ thống cảnh báo lùi xe 83
3.3.5 Hệ thống còi điện và chuông nhạc 84
CHƯƠNG 4 CÁC HỆ THỐNG TIỆN NGHI TRÊN Ô TÔ 88
4.1 HỆ THỐNG GẠT NƯỚC VÀ RỬA KÍNH 88
4.1.1 Khái quát 88
4.1.2 Cấu tạo 88
4.1.3 Nguyên lý hoạt động 94
4.1.4 Một số kiểu gạt nước rửa kính 96
4.2 HỆ THỐNG CỬA SỔ ĐIỆN 100
4.2.1 Khái quát 100
4.2.2 Cấu tạo 101
4.2.3 Nguyên lý hoạt động 103
4.3 HỆ THỐNG KHÓA CỬA (power door locks) 106
4.3.1 Khái quát 106
4.3.2 Cấu tạo 107
4.3.3 Nguyên lý hoạt động 109
Trang 4CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN THÂN XE 1.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG
Hệ thống điện thân xe áp dụng rất nhanh những tiến bộ của khoa học kỹ thuật cho
hệ thống an toàn hơn và tạo ra nhiều tiện ích cho người sử dụng
Hệ thống điện thân xe bao gồm các hệ thống chia nhỏ sau đây:
+ Các loại đồng hồ chỉ báo + Các đèn cảnh báo
+ Các cảm biến cho đồng hồ và cảm biến báo nguy + Các giắc chẩn đoán và giắc kết nối dữ liệu
Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu:
+ Các đèn chiếu sáng + Các công tắc và rơle điều khiển + Các ECU đèn
+ Các cảm biến
+ Các môtơ gạt nước + Công tắc và rơle điều khiển + Các ECU điều khiển
+ Các cảm biến
+ Các môtơ điều khiển khóa cửa + Các bộ phận phát, nhận tín hiệu điều khiển cửa + Các công tắc rơle điều khiển
+ Các ECU điều khiển + Các cảm biến
+ Các môtơ cửa sổ điện + Các công tắc cửa sổ điện + Các IC điều khiển và cảm biến tốc độ
+ Cụm gương và các môtơ + Các công tắc điều khiển và ECU
+ Các cảm biến + ECU điều khiển
Trang 5+ Các công tắc điều khiển + Các bộ phận chấp hành
Hệ thống túi khí, dây đai:
+ Bộ túi khí + Bộ dây đai + Các cảm biến + Bộ kiểm soát CPU
+ Các IC CAN + Các ECU + Cáp nối
Các bộ phận cơ bản của hệ thống điện thân xe:
Trước khi tìm hiểu các bộ phận cơ bản của hệ thống điện thân xe ta tìm hiểu khái niệm Mát thân xe Trên ô tô, các cực âm của tất cả các thiết bị điện và âm ắc quy đều được nối với các tấm thép của thân xe nhằm tạo nên một mạch điện Chỗ nối các cực
âm vào thân xe gọi là Mát thân xe Mát thân xe làm giảm số lượng dây điện cần sử dụng
1.1.1 Bối dây
Dây điện có chức năng nối các bộ phận điện của ô tô với nhau Bối dây được chia thành các nhóm như sau:
- Dây điện được mã màu
- Các chi tiết nối: Hộp nối, hộp rơle, giắc nối, bulông nối Mát
a Dây điện
Dây điện và cáp có 3 loại:
Dây thấp áp (dây bình thường) loại này được dùng phổ biến trên ô tô bao gồm có lõi dẫn điện và vỏ bọc cách điện
Dây cao áp (dây cao áp trong hệ thống đánh lửa) và cáp bao gồm lõi dẫn điện phủ lớp cao su cách điện dày nhằm ngăn không cho điện cao áp bị rò rỉ
Dây cáp được thiết kế để bảo vệ nó khỏi những nhiễu điện bên ngoài Nó sử dụng làm cáp ăng ten radio, cáp mạng CAN…
Trang 6Hình 1.1: Sơ đồ dây điện trên xe
b Các chi tiết nối
Để hỗ trợ việc nối các chi tiết, dây điện được tập trung tại một số phần trên xe ôtô
a Hộp nối là một chi tiết mà ở đó các giắc nối của mạch điện được nhóm lại với nhau Thông thường nó bao gồm bảng mạch in liên kết các cầu chì, rơle với các bối dây
b Các giắc nối (3) , giắc nối dây (4) và bulông nối Mát (5) hình 1.2
Hình 1.2: Các chi tiết nối
- Giắc nối được sử dụng giữa dây điện với dây điện hoặc giữa dây điện với bộ phận điện để tạo ra các kết nối Có 2 loại giắc kết nối là kết nối dây điện với dây điện
Trang 7và dây điện với bộ phận điện Các giắc nối được chia thành giắc đực và giắc cái tùy theo hình dạng các cực của chúng Giắc kết nối có nhiều màu khác nhau
- Giắc nối dây có chức năng là nối các cực của cùng một nhóm
- Bulông nối Mát được sử dụng nối Mát dây điện hoặc các bộ phận điện với thân
xe, không giống như bulông thông thường bề mặt của bulông nối Mát được sơn chống
ô xy hóa màu xanh lá cây
1.1.2 Các chi tiết bảo vệ
Các chi tiết bảo vệ, bảo vệ mạch khỏi dòng điện lớn quá mức cho phép chạy trong dây dẫn hay các bộ phận điện, điện tử khi bị ngắn mạch
Các chi tiết bảo vệ bao gồm: các loại cầu chì Cầu chì được lắp giữa nguồn điện với các thiết bị điện, khi dòng điện vượt qua một cường độ nhất định chạy qua mạch điện của thiết bị nào đó cầu chì sẽ nóng chảy để bảo vệ mạch đó Có 2 loại cầu chì là cầu chì dẹt và cầu chì hộp
Cầu chì dòng cao (thanh cầu chì): một cầu chì dòng cao được lắp trong đường dây giữa nguồn điện và thiết bị điện, dòng điện có cường độ lớn sẽ chạy qua cầu chì này, nếu dây điện bị chập thân xe cầu chì sẽ chảy để bảo vệ dây điện
Bộ ngắt mạch (cầu chì tự nhảy) được sử dụng bảo vệ mạch điện với tải có cường
độ dòng lớn mà không thể bảo vệ bằng cầu chì như cửa sổ điện, mạch sấy kính, quạt gió… Khi dòng điện chạy qua vượt quá cường độ hoạt động một thanh lưỡng kim trong bộ ngắt mạch sẽ tạo ra nhiệt và giãn nở để ngắt mạch Thậm chí trong một số mạch nếu dòng điện thấp hơn cường độ hoạt động nhưng dòng lại hoạt động trong thời gian dài thì nhiệt độ thanh lưỡng kim cũng tăng lên và ngắt mạch Không giống như cầu chì bộ ngắt mạch được sử dụng lại sau khi thanh lưỡng kim khôi phục Bộ ngắt
mạch có 2 loại là tự khôi phục và khôi phục bằng tay (Hình 1.4)
Trang 81.1.3 Công tắc và Rơ le
Hình 1.5: vị trí công tắc và rơle trên ô tô
Công tắc và rơle mở và đóng mạch điện nhằm tắt bật đèn cũng như vận hành các
hệ thống điều khiển
Nhóm công tắc và rơle được chia như trong hình 1.6:
Hình 1.6: Các loại công tắc và rơ le
1 Công tắc vận hành trực tiếp bằng tay có
- Công tắc xoay: khóa điện (a hình 1.6)
- Công tắc ấn: công tắc cảnh báo nguy hiểm (b hình 1.6)
- Công tắc bập bênh: công tắc khóa cửa (c hình 1.6)
- Công tắc cần: công tắc tổ hợp (d hình 1.6)
2 Công tắc vận hành bằng cách thay đổi nhiệt độ hay cường độ dòng điện
- Công tắc phát hiện nhiệt độ (e hình 1.6)
Trang 9- Công tắc phát hiện dòng điện (f hình 1.6)
3 Công tắc vận hành bằng sự thay đổi mức dầu
4 Rơle
- Rơle điện từ (rơle 4 chân) (g hình 1.6)
- Rơle bản lề (rơle 5 chân) (h hình 1.6)
1.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Hiện nay bộ điều khiển trung tâm (ECU) xuất hiện ngày càng nhiều trên các hệ thống Điện thân xe và hệ thống gầm ô tô Nó có chức năng thu thập các tín hiệu đầu vào (là tín hiệu của các loại cảm biến) sau đó tính toán, xử lý và đưa ra các tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành
Hình 1.7 Mối quan hệ giữa tín hiệu đầu vào, đầu ra và ECU Cấu trúc tổng thể:
Trang 10Bố trí ECU thân xe trên một số dòng xe:
Hình 1.9 ECU trên S- class
Hình 1.10 ECU trên xe tải MB (Actros)
1.3 MẠNG CAN VÀ MÃ CHÌA KHÓA CHỐNG TRỘM
1.3.1 Mạng CAN
1.3.1.1.Tổng quan
CAN (Controller Area Network) xuất phát là một phát triển chung cua hai hãng Bosch và Intel phục vụ cho việc nối mạng trong các phương tiện giao thông cơ giới để thay thế cách nối điểm cổ điển sau đó được chuẩn hóa quốc tế trong ISO 11898
1.3.1.2 Kiến trúc giao thức
Đối chiếu với mô hình ISO/OSI, CAN định nghĩa lớp liên kết dữ liệu gồm hai lớp con (LLC và MAC) cũng như phần chính của lớp vật lý
- Lớp vật lý đề cập tới việc truyền
Trang 11tín hiệu, vì thế định nghĩa cụ thể
phương thức định thời, tạo nhịp bít (bit
timing), phương pháp mã hóa bít và
đồng bộ hóa Tuy nhiên, chuẩn CAN
không quy định các đặc tính của các bộ
thu phát với mục đích cho phép lựa
chọn môi trường truyền cũng như mức
tín hiệu thích hợp cho từng lĩnh vực
ứng dụng
- Lớp điều khiển truy nhập môi
trường (MAC) là phần cốt lõi trong
kiến trúc giao thức CAN Lớp MAC có
trách nhiệm tạo khung thông báo, điều
khiển truy nhập môi trường, xác nhận
thông báo và kiểm soát lỗi
Hình 1.11 Phạm vi định nghĩa của CAN
trong mô hình OSI
- Lớp điều khiển liên kết logic (LLC) đề cập tới các dịch vụ gửi dữ liệu và yêu cầu dữ liệu từ xa, thanh lọc thông báo, báo cáo tình trạng quá tải và hồi phục trạng thái
1.3.1.3 Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn
CAN thực chất chỉ là chuẩn giao thức từ phần trên của lớp vật lý cho tới hết lớp liên kết dữ liệu, vì vậy không quy định cụ thể về chuẩn truyền dẫn cũng như môi trường truyền thông Thực tế cáp đôi dây xoắn kết hợp với chuẩn RS-485 cũng như cáp quang được sử dụng rộng rãi
Đối với cáp đôi dây xoắn, cấu trúc mạng thích hợp nhất là cấu trúc đường thẳng, mắc theo kiểu đường trục đường nhánh, trong đó chiều dài đường nhánh hạn chế dưới 0.3m
Tốc độ truyền có thể lựa chọn ở nhiều mức khác nhau, tuy nhiên phải thống nhất
và cố định trong toàn bộ mạng Do có sự ràng buộc giữa tốc độ truyền và chiều dài dây dẫn trong phương pháp truy nhập bus CSMA/CA Tốc độ truyền tối đa là 1Mbit/s ở khoảng cách 40m và 50 kbit/s ở khoảng cách 1000m Số trạm phụ thuộc nhiều vào cấu trúc mạng, cáp truyền và đặc tính điện học của các bộ thu phát thông thường hạn chế ở con số 64 đối với cấu trúc đường thẳng và sử dụng cáp đôi dây xoắn CAN phân biệt hai trạng thái logic của tín hiệu là mức trội (dominant) và mức lặn (recessive), tuy nhiên không quy định rõ giá trị bít nào ứng với mức tín hiệu nào Trong trường hợp cả bít trội và bít lặn được phát đồng thời thì bít trội sẽ lấn át tín hiệu trên bus sẽ có mức
Trang 121.3.1.4 Cơ chế giao tiếp
Đặc trưng của CAN là phương pháp định địa chỉ và giao tiếp hướng đối tượng, trong khi hầu hết các hệ thống bus trường khác đều giao tiếp dựa vào địa chỉ các trạm Mỗi thông tin trao đổi trong mạng được coi như một đối tượng, được gán một số mã căn cước Thông tin được gửi đi trên bus theo kiểu truyền thông báo với độ dài có thể khác nhau
Các thông báo không được gửi tới một địa chỉ nhất định mà bất cứ trạm nào cũng
có thể nhận theo nhu cầu Nội dung mỗi thông báo được các trạm phân biệt qua một
mã căn cước (IDENTIFIER) Mã căn cước không nói lên địa chỉ đích của thông báo,
mà chỉ biểu diễn ý nghĩa của dữ liệu trong thông báo Vì thế, mỗi trạm trên mạng có thể tự quyết định tiếp nhận và xử lý thông báo hay không tiếp nhận thông báo qua phương thức lọc thông báo (message filtering) Cũng nhờ sử dụng phương thức lọc thông báo, nhiều trạm có thể đồng thời cùng nhận một thông báo và có các phản ứng khác nhau
Một trạm có thể yêu cầu một trạm khác gửi dữ liệu bằng cách gửi một khung REMOTE FRAME Trạm có khả năng cung cấp nội dung thông tin đó sẽ gửi trả lại một khung dữ liệu DATA FRAME có cùng mã căn cước với khung yêu cầu
Cùng với tính năng đơn giản, cơ chế giao tiếp hướng đối tượng ở CAN còn mang lại tính linh hoạt và tính nhất quán dữ liệu của hệ thống Một trạm CAN không cần biết thông tin cấu hình hệ thống (ví dụ địa chỉ trạm) Nên việc bổ xung hay bỏ đi một trạm trong mạng không đòi hỏi bất cứ một sự thay đổi nào về phần cứng hay phần mềm ở các trạm khác Trong mạng CAN, có thể chắc chắn rằng một thông báo hoặc được tất cả các trạm quan tâm tiếp nhận đồng thời, hoặc không được trạm nào tiếp nhận Tính nhất quán dữ liệu được đảm bảo qua các phương pháp gửi đồng loạt và xử
lý lỗi
1.3.1.5 Cấu trúc bức điện
CAN sử dụng phương thức định địa chỉ theo đối tượng Các đối tượng được hiểu
ở đây chính là đại diện cho các thông báo mang dữ liệu quan tâm như giá trị đo, giá trị điều khiển, thông tin trạng thái
Mỗi đối tượng thông báo có một tên riêng biệt, hay nói cách khác là là một căn cước (IDENTIFIER) được sử dụng để truy cập trên bus Mỗi bức điện sẽ có một ô chứa căn cước của đối tượng với chiều dài 11 bít (dạng khung chuẩn theo CAN2.0A) hoặc 29 bít (khung mở rộng CAN2.0B)
CAN định nghĩa 4 kiểu bức điện sau:
- Khung dữ liệu (DATA FRAME) mang dữ liệu từ một trạm truyền tới các trạm nhận
Trang 13- Khung yêu cầu dữ liệu (REMOTE FRAME) được gửi từ một trạm yêu cầu truyền khung dữ liệu với cùng mã căn cước
- Khung lỗi (ERROR FRAME) được gửi từ bất kỳ trạm nào phát hiện lỗi bus
- Khung quá tải (OVERLOAD FRAME) được sử dụng nhằm tạo một khoảng cách thời gian bổ sung giữa hai khung dữ liệu hoặc yêu cầu dữ liệu trong trường hợp một trạm bị quá tải
Hình 1.12 Cấu trúc khung dữ liệu ở CAN
Các khung dữ liệu và yêu cầu dữ liệu có thể sử dụng ở cả dạng khung chuẩn và dạng khung mở rộng Giữa hai khung dữ liệu hoặc yêu cầu dữ liệu cần một khoảng cách ít nhất là 3 bít lặn để phân biệt được gọi là INTERFRAME SPACE Trong trường hợp quá tải khoảng cách này sẽ lớn hơn bình thường
Khung dữ liệu/Yêu cầu dữ liệu
Mỗi khung dữ liệu có thể mang từ 0 đến 8 byte dữ liệu sử dụng Chuẩn CAN không quy định giao thức và các dịch vụ trên lớp 2, do đó việc diễn giải vùng dữ liệu này như thế nào thuộc toàn quyền người sử dụng Các bức điện nhỏ có thể không thích hợp với một số lĩnh vực ứng dụng nhất định, nhưng tạo lợi thế về tính năng thời gian thực Cụ thể, tình trạng một thành viên chiếm giữ bus trong một thời gian dài nhờ vậy
sẽ không xảy ra
Khung yêu cầu dữ liệu cũng có cấu trúc tương tự như khung dữ liệu, nhưng không mang dữ liệu và khác với khung dữ liệu ở bít cuối của ô phân xử
- Khởi đầu khung là một bít trội và đánh dấu khởi đầu của một khung dữ liệu hoặc khung yêu cầu dữ liệu Tất cả các trạm sẽ phải đồng bộ hóa dựa vào bít khởi đầu này
- Ô phân xử được sử dụng là mức ưu tiên của bức điện Quyết định quyền truy