Link tải luận văn miễn phí cho ae Ket-noi
TÓM TẮT
Đề tài: : Nghiên cứu hệ thống mạng CAN trên Ford Everest 2020 và Mô phỏng mạng
CAN trên MATLAB/SIMULINK
Với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô hiện đại, cũng như ngành công nghiệp bán dẫn các yêu cầu về hiệu suất truyền động, tính tiện nghi và an toàn ngày càng cao, số lượng các hộp điều khiển trên xe ngày càng nhiều. Nếu vẫn sử dụng kiểu kết nối truyền thống bằng dây điện thông thường từng điểm một (point to point) với nhau thì đường dây của 1 chiếc xe sẽ vô cùng phức tạp và có nhiều nhược điểm. Vì vậy cần có 1 giải pháp tối ưu hơn để giải quyết sự liên kết giữa các hộp điều khiển mà không cần tăng số lượng dây dẫn. Và từ đó, hệ thống mạng giao tiếp trên ô tô CAN ra đời và được sử dụng đến ngày nay.
Với mạng giao tiếp CAN, bộ điều khiển sẽ phát hiện tín hiệu chia sẻ dữ liệu với các bộ điều khiển khác một cách dễ dàng hơn, có thể được thiết lập chỉ với 1 hay 2 đường truyền Sự liên kết giữa các hộp điều khiển lại với nhau để có thể trao đổi thông tin thì yêu cầu nhanh chóng, kịp thời và chính xác.
Để trao dồi thêm kiến thức về mạng CAN, cũng như áp dụng các phần mềm đã học để hiểu rõ hơn về chúng. Việc thiết kế mô phỏng hệ thống mạng CAN trên matlab là một cách tiếp cận hiệu quả.
Từ những lí do trên và nắm được xu hướng phát triển của ô tô hiện nay, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Ứng dụng Matlab/Simulink mô phỏng hệ thống CAN trên Ford Everest 2020” để thực hiện đồ án tốt nghiệp
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................i
TÓM TẮT.......................................................................................................................ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU.....................................................vi DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................ix DANH MỤC BẢNG.....................................................................................................xii Chương 1 :TỔNG QUAN GIỚI THIỆU ..................................................................... 1
1.1 Lý do thực hiện đề tài ................................................................................................1 1.2 Mục tiêu của đề tài.....................................................................................................1 1.3 Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................................1 1.4 Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................................1 1.5 Giới hạn đề tài............................................................................................................1 1.6 Nội dung thực hiện: ...................................................................................................2 1.7 Bố cục của đồ án:.......................................................................................................2
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT...................................................................................3
2.1 Tổng quan về mạng giao tiếp trên ô tô ......................................................................3 2.1.1 Mạng giao tiếp trên ô tô......................................................................................3 2.1.2 Tầm quan trọng của mạng giao tiếp trên ô tô .....................................................3 2.1.3 Mạng truyền thông trên ô tô ...............................................................................4 2.1.4 Các loại giao thức giao tiếp ................................................................................6 2.1.5 Yêu cầu về mạng giao tiếp..................................................................................8
2.2 Tổng quan về mạng CAN ........................................................................................12 2.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển .......................................................................12 2.2.2 Đặc điểm của mạng CAN trên ô tô...................................................................13
Chương 3 CAN BUS của FORD................................................................................. 45
iii
3.1 Tổng quan các mô đun CAN bus Ford ....................................................................45 3.1.1 Đầu cuối mạng..................................................................................................47 3.1.2 Bộ điều khiển cổng kết nối GWM(Gateway Module)......................................48 3.1.3 CAN tốc độ cao HS-CAN1, HS-CAN2 trên xe FORD....................................49 3.1.4 Mạng vùng điều khiển tốc độ cao 3 (HS-CAN3, HS-CAN4) ..........................50 3.1.5 Mạng vùng điều khiển tốc độ trung bình (MS-CAN).......................................50
3.2 Dung sai lỗi mạng vùng điều khiển (CAN) trên Ford .............................................51 3.2.1 Hoạt động bình thường của dung sai lỗi...........................................................51 3.2.2 Hiện tượng ngắn mạch cùng nhau của mạch CAN ..........................................52 3.2.3 Hiện tượng ngắn mạch chạm đất của mạch CAN(+)........................................53 3.2.4 Hiện tượng ngắn mạch chạm đất của mạch CAN(-) ........................................54 3.2.5 Hiện tượng ngắn mạch nguồn Ắc quy của mạch CAN(-) ................................55 3.2.6 Hiện tượng ngắn mạch nguồn Ắc quy của mạch CAN (+) ..............................56 3.2.7 Hỏng mạch tín hiệu CAN .................................................................................57
3.3 Sơ đồ mạch chi tiết của CAN trên dòng xe FORD Everest.....................................58 3.4 Mã chẩn đoán sự cố (DTC) trên Ford......................................................................71
3.4.1 Mô tả mã chẩn đoán sự cố (DTC) 14229 của Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
(ISO) ..........................................................................................................................71
3.4.2 Cấu trúc DTC....................................................................................................71
Chương 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CAN TRÊN MATLAB................................77
4.1 Giới thiệu về matlab.................................................................................................77 4.2 Giới thiệu mô hình mạng CAN trên Ford Everest 2020..........................................78 4.2.1 Tổng quan về mô hình ......................................................................................78 4.2.2 Giới thiệu các chương trình con (Subsystem) trên mô hình.............................79 4.3 Kết quả mô phỏng....................................................................................................96
iv
4.3.1 Kết quả đạt được...............................................................................................96
4.3.2 Hạn chế của mô hình ........................................................................................96
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ..................... 97
5.1 Những kết quả đạt được...........................................................................................97 5.2 Hạn chế của đề tài....................................................................................................97 5.3 Hướng phát triển của đề tài......................................................................................97
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 99
v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
ABS: Antilock Brake System ACK: Acknowlegde Field
ACM: Audio Front Control Module APIM: SYNC Module
BCM: Body Control Module
CAN: Controller Area Network
CRC: Cyclic Redundancy Check Field DATC: Dual Automatic Temperature Control DDM: Driver Door Module
DLC: Data Length Code
ECM: Electronic Control Module
ECU: Electronic Control Unit
EOF: End Of Frame
EPB: Electric Paking Brake system
ESP: Electronic Stability Program
FCIM: Front Controls Interface Module
FTLS CAN: Fault Tolerance Low Speed CAN GWM: Gateway Module A
ID: Identification
IDE: IDentifier Extension
IPC: Instrument Panel Cluster
vi
IPM: Integrated Power Module
ISO: International Standardization Organization KWP 2000: KeyWord Protocol
LAN: Local Area Network
LIN: Local Interconnected Network
MC: Micro Computer
MOST: Media Oriented Systems Transport PAM: Parking Assist Contol Module
PCM: Powertrain Control Module
PDM: Passenger Door Module
PSCM: Power Steering Control Module
RCM: Restraints Control Module
RPM: Revolution Per Minute
RTM: Radio Transceiver Module
RTR: Remote Transmission Request
SAE: Society of Automotive Engineers
SCCM: Steering Column Control Module
SJB: Smart Junction Box
SOF: Start Of Frame
SPI: Serial Peripheral Bus
SRR: Substitute Remote Request
SRS: Supplemental Restraint System
TCM: Transmission Control Modul
vii
TCS: Traction Control System
UART: Universal Asynchronous Receiver Transmitter VSC: Vehicle Stability Control
viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Dây cáp của mạng CAN ....................................................................................14 Hình 2.2. Minh họa một mạng CAN với các node............................................................16 Hình 2.3.Minh họa một Node gồm bo mạch thực thị giao thức CAN, bo MCU, bo nút nhấn và bo LED .................................................................................................................16 Hình 2.4. Hai bộ điều khiển...............................................................................................21 Hình 2.5. Dòng dữ liệu của bộ điều khiển.........................................................................21 Hình 2.6. Một phần của bộ thu phát sóng..........................................................................24 Hình 2.7. Đường truyền .....................................................................................................26 Hình 2.8. Các node trong CAN được kết nối ....................................................................27 Hình 2.9. Điện trở ở hai đầu của đường giao tiếp CAN ....................................................29 Hình 2.10. Không sử dụng điện trở ở hai đầu của đường giao tiếp CAN .........................29 Hình 2.11. Phản xạ tín hiệu................................................................................................30 Hình 2.12. Điện trở trong mỗi bộ điều khiển.....................................................................31 Hình 2.13. Cấu hình đường truyền ....................................................................................31 Hình 2.14. Khi không có điện trở ......................................................................................33 Hình 2.15. Cấu trúc phân lớp của mạng CAN...................................................................34 Hình 2.16. Cấu trúc khung dữ liệu.....................................................................................35 Hình 2.17. Định dạng khung dữ liệu chuẩn (Standard Data frame) ..................................36 Hình 2.18. Định dạng khung dữ liệu mở rộng (Extended Data Frame) ............................36 Hình 2.19. Định dạng vùng điều khiển..............................................................................39 Hình 2.20. Bảng giá trị của DLC (r = recessive = 1, d = dominant = 0)...........................40 Hình 2.21. Vùng kiểm tra CRC .........................................................................................41 Hình 2.22. Vùng báo nhận ACK........................................................................................42 Hình 2.23. Khung yêu cầu dạng chuẩn..............................................................................43 Hình 2.24. Khung yêu cầu dạng mở rộng..........................................................................44 Hình 3.1. Sơ đồ khối bus CAN trên FORD .......................................................................45 Hình 3.2. GWM trên FORD ..............................................................................................49 Hình 3.3. Đồ thị hoạt động bình thường của mạch CAN ..................................................51
ix
Hình 3.4. Đồ thị mạch CAN có hiện tượng ngắn mạch.....................................................52 Hình 3.5. Đồ thị mạch CAN (+) ngắn mạch chạm đất ......................................................53 Hình 3.6. Đồ thị mạch CAN(-) ngắn mạch chạm đất ........................................................54 Hình 3.7. Đồ thị mạch CAN(-) ngắn mạch nguồn Ắc quy ................................................55 Hình 3.8. Đồ thị mạch CAN(+) ngắn mạch nguồn Ắc quy ...............................................56 Hình 3.9. Đồ thị CAN hỏng mạch tín hiệu ........................................................................57 Hình 3.10. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (1) ..........................................................58 Hình 3.11. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (2) ..........................................................59 Hình 3.12. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (3) ..........................................................60 Hình 3.13. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (4) ..........................................................61 Hình 3.14. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (5) ..........................................................62 Hình 3.15. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (6) ..........................................................63 Hình 3.16. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (7) ..........................................................64 Hình 3.17. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (8) ..........................................................65 Hình 3.18. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (9) ..........................................................66 Hình 3.19. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (10) ........................................................67 Hình 3.20. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (11) ........................................................68 Hình 3.21. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (12) ........................................................69 Hình 4.1. Biểu tượng MATLAB........................................................................................77 Hình 4.2. Mô hình Hệ thống CAN trên MATLAB ...........................................................78 Hình 4.3. Chương trình con tính toán tốc độ động cơ .......................................................79 Hình 4.4. Bên dưới khối "Throttle & Manifold" ..............................................................80 Hình 4.5. Bên dưới khối "Combustion".............................................................................80 Hình 4.6. Bên dưới khối "Vehicle Dynamics"...................................................................81 Hình 4.7. Chương trình con CAN Node ............................................................................ 82 Hình 4.8. Chương trình con tính toán nhiệt độ nước làm mát...........................................84 Hình 4.9. Bên dưới khối "Engine".....................................................................................85 Hình 4.10. Đồ thị nhiệt độ nước làm mát ..........................................................................85 Hình 4.11. Node điều khiển hệ thống ABS .......................................................................86 Hình 4.12. Chương trình con tính toán tốc độ xe ..............................................................86
x
Hình 4.13.. Hàm logic chuyển số "Shift logic" .................................................................87 Hình 4.14. Khối "Transmission"........................................................................................87 Hình 4.15. Các ly hợp làm việc tại các cấp số...................................................................88 Hình 4.16. Đồ thị biểu thị tốc độ xe...................................................................................88 Hình 4.17. Node điều khiển hệ thống FCIM .....................................................................89 Hình 4.18. Chương trình con tính toán nhiệt độ giàn lạnh ................................................89 Hình 4.19. Đầu vào hệ thống xác định trước.....................................................................90 Hình 4.20. Đồ thị biểu thị nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng CO2 trong xe của đầu vào xác
định trước...........................................................................................................................91 Hình 4.21. Đầu vào hệ thống thủ công ..............................................................................91 Hình 4.22. Đồ thị biểu thị nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng CO2 trong xe của đầu vào thủ công .................................................................................................................................... 92 Hình 4.23. Mô phỏng cabin xe ..........................................................................................92 Hình 4.24. Các tác nhân bên ngoài ảnh hưởng tới nhiệt độ trong cabin ...........................93 Hình 4.25. Node điều khiển hệ thống IPC.........................................................................94 Hình 4.26. Đồng hồ taplo...................................................................................................94 Hình 4.27. CAN Bus..........................................................................................................95
xi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Vai trò của các cổng giao tiếp ...........................................................................19 Bảng 2.2. Vai trò của từng bộ phận ...................................................................................21 Bảng 2.3. Giá trị điện áp....................................................................................................23 Bảng 3.1. Các Mô đun trong sơ đồ khối CAN bus Ford ...................................................45 Bảng 3.2. Sơ đồ mạng Mô đun ..........................................................................................46 Bảng 3.3. Các bộ phận trên hình 3.2..................................................................................49 Bảng 3.4. Ví dụ cấu trúc DTC ...........................................................................................71 Bảng 3.5. Cách giải mã các bit thành các số thập lục phân...............................................71 Bảng 3.6. Cách giải mã 4 bit đầu thành các số thập lục phân ...........................................72 Bảng 3.7. Ví dụ mã DTC ...................................................................................................72 Bảng 3.8. Ví dụ mã DTC (2) .............................................................................................73 Bảng 3.9. Các bit của byte trạng thái.................................................................................73 Bảng 3.10. Ví dụ DTC P0110:1C-AF................................................................................76
xii
Chương 1 :TỔNG QUAN GIỚI THIỆU
1.1 Lý do thực hiện đề tài
Từ hơn một thập kỷ nay, mạng truyền thông đã trở nên không thể thiếu được trong các hệ thống điều khiển và giám sát hiện đại. Mạng truyền thông giao thức CAN không phải là một lĩnh vực kỹ thuật hoàn toàn mới mà thực chất là các công nghệ được kế thừa, chắt lọc và phát triển từ kỹ thuật truyền thống cho phù hợp với các yêu cầu trong nền công nghệ ô tô. Song, thực tế người vận hành thường gặp phải hàng loạt các vấn đề trong việc tìm kiếm nguồn tham khảo đáng tin cậy, chuyên sâu và đầy đủ như cách thức hoạt động cụ thể của một mạng CAN, các chuẩn khi giao tiếp, ứng dụng khác nhau trong xe. Và trên ô tô ngày nay đều sử dụng hệ thống giao tiếp là mạng CAN. Nhưng hiện nay các mô hình về hệ thống mạng CAN để phục vụ cho mục đích học tập và nghiên cứu còn hạn chế.
1.2 Mục tiêu của đề tài
- Hiểu và nắm vững kiến thức lý thuyết về giao thức CAN.
- Hiểu được hệ thống mạng CAN sử dụng trên dòng xe FORD ứng với từng mô đun cụ
thể.
- Nắm được những trường hợp dung sai bị lỗi trên CAN của FORD.
- Tìm kiếm và phân tích sơ đồ mạch CAN trên xe cụ thể (Ford Everest).
- Hoàn thiện thiết kế hệ thống CAN trên trình mô phỏng MATLAB.
1.3 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của giao thức CAN, nghiên cứu về giao thức CAN được áp dụng trên dòng xe Everest của Ford.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Tham khảo tài liệu: thông qua tài liệu những quyển sách ô tô, dịch tài liệu nước ngoài, internet, youtube,...
Tổng hợp tài liệu, phân tích tài liêu, thực hiện nghiên cứu và mô phỏng.
1.5 Giới hạn đề tài
- Điều kiện và thời gian thực hiện đề tài không nhiều nên người thực hiện chưa thể khai thác hoàn toàn tất cả những ứng dụng và hình ảnh của CAN trên Xe thực tế.
1
Thiết kế giao diện mô phỏng còn đơn giản.
1.6 Nội dung thực hiện:
- Các giao thức giao tiếp dùng trên ô tô.
- Lý thuyết về truyền nhận mạng CAN.
- Tổng quan về mạng CAN trên dòng xe FORD.
- Tìm hiểu chi tiết mạch điện CAN trên FORD Everest và đo xung CAN thực tế trên xe. - Thiết kế hệ thống mạng CAN trên trình mô phỏng MATLAB.
1.7 Bố cục của đồ án:
- Chương 1: Tổng quan.
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
- Chương 3: CAN bus trên dòng Ford Everest.
- Chương 4: Ứng dụng Matlab để mô phỏng mạng CAN. - Chương 5: Kết luận và định hướng phát triển đề tài.
2
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về mạng giao tiếp trên ô tô
2.1.1 Mạng giao tiếp trên ô tô
Mạng giao tiếp trên ô tô là một phần không thể thiếu trên những chiếc xe ô tô hiện đại ngày nay.
Mạng giao tiếp trên ô tô nói riêng và mạng giao tiếp trên các phương tiện giao thông nói chung (Vehicle Bus) là một hệ thống các hộp điều khiển trên cùng một xe (các loại như ECM, TCM, BCM, ABS...). Khi hoạt động, chúng có thể giao tiếp trao đổi thông tin qua lại với nhau mà không cần tăng thêm số lượng dây dẫn để đáp ứng nhu cầu đó.
Để tối ưu cho việc điều khiển và hạn chế dây dẫn, tất cả các phương tiện từ ô tô con, xe tải, đầu kéo, máy công trình, máy bay, xe quân sự, thậm chí cả xe máy cũng đều sử dụng mạng giao tiếp.
2.1.2 Tầm quan trọng của mạng giao tiếp trên ô tô
Từ đầu năm 1970, hệ thống điều khiển điện tử trên xe bắt đầu phát triển, khi ứng
dụng lần đầu tiên vào hệ thống đánh lửa điều khiển bằng IC. Đến đầu những năm 1980, thì hộp ECM xuất hiện là hộp điều khiển động cơ.
Ở thời kì đầu, khi mà có quá ít hộp điều khiển và thông thường chỉ có hộp động cơ hay nhiều hơn là hộp điều khiển hộp số và ABS, thì các hộp được đấu nối trực tiếp với nhau từng điểm một.
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của công nghệ ô tô, một chiếc xe châu Âu bình thường trung bình có khoảng 30 hộp điều khiển khác nhau chưa kể đến một chiếc xe sang thì con số hộp điều khiển có thể lên đến hàng trăm hộp. Và tất cả các hộp này được kết nối với nhau để lấy tín hiệu của nhau.
Nếu như vẫn sử dụng kiểu kết nối truyền thống bằng dây điện thông thường từng điểm một với nhau theo kiểu từng điểm một thì đường dây của một chiếc xe sẽ rất phức tạp, có thể cabin xe sẽ thu lại rất nhỏ chừa không gian cho dây điện hay kích thước của xe sẽ tăng lên rất nhiều mới có thể chứa đầy tất cả dây điện.
Với sự ra đời của các hệ thống điều khiển điện tử này đã làm giảm số lượng dây điện trên ô tô xuống tới mức tối đa, làm giảm chi phí sản xuất, tối ưu hóa không gian cho
3
xe, tăng độ chính xác cho những khâu xử lý và đặc biệt rất ít lỗi trên hệ thống so với hệ thống thông thường không sử dụng hệ thống điều khiển điện tử.
Mạng là trạng thái một số phương tiện được kết nối với nhau. Giả sử rằng phương tiện này là một máy tính. Sau đó, mạng máy tính được tạo ra là một môi trường trong đó nhiều máy tính được kết nối để chia sẻ thông tin. Mạng máy tính là một môi trường trong đó các máy tính "nói chuyện" với nhau, chúng ta gọi quá trình này là "giao tiếp".Giao tiếp yêu cầu một quy tắc nhất định, và quy tắc này được gọi là giao thức.
Khi nhu cầu về an toàn, tiện lợi và độ chính xác cao, đòi hỏi phải có một sự liên kết giữa tất cả các hộp điều khiển lại với nhau để có thể trao đổi thông tin giữa các hộp điều khiển nhanh chóng, kịp thời và chính xác. Và mạng giao tiếp ô tô ngày nay là giải pháp tối ưu để giải quyết các vấn đề trên.
2.1.3 Mạng truyền thông trên ô tô
2.1.3.1 Khái niệm mạng truyền thông
Mạng truyền thông ra đời là quá trình tổng hợp từ các tiến bộ trong kỹ thuật máy tính, kỹ thuật thông tin. Mạng truyền thông công nghiệp nói chung và mạng truyền thông trong ngành công nghiệp ô tô nói riêng là một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để nối các thiết bị công nghiệp, các thiết bị trong một hay nhiều hệ thống lại với nhau.
Thiết lập được hệ thống đơn giản hóa: Cho phép tham gia và kiểm soát hiệu quả nhiều chức năng kiểm soát. Mạng truyền thông thực chất là một dạng đặc biệt của máy tính, so sánh với mạng máy tính thông thường có những điểm như sau:
- Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của cả hai .
- Yêu cầu về tính thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích trong ô tô cao hơn so với mạng máy tính thông thường, trong khi đó mạng máy tính đòi hỏi tính bảo mật
cao.
- Mạng máy tính sử dụng trên ô tô được xem là một phần trong mô hình phân cấp công
nghiệp
- Mạng máy tính có phạm vi trải rộng khác nhau
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
TÓM TẮT
Đề tài: : Nghiên cứu hệ thống mạng CAN trên Ford Everest 2020 và Mô phỏng mạng
CAN trên MATLAB/SIMULINK
Với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô hiện đại, cũng như ngành công nghiệp bán dẫn các yêu cầu về hiệu suất truyền động, tính tiện nghi và an toàn ngày càng cao, số lượng các hộp điều khiển trên xe ngày càng nhiều. Nếu vẫn sử dụng kiểu kết nối truyền thống bằng dây điện thông thường từng điểm một (point to point) với nhau thì đường dây của 1 chiếc xe sẽ vô cùng phức tạp và có nhiều nhược điểm. Vì vậy cần có 1 giải pháp tối ưu hơn để giải quyết sự liên kết giữa các hộp điều khiển mà không cần tăng số lượng dây dẫn. Và từ đó, hệ thống mạng giao tiếp trên ô tô CAN ra đời và được sử dụng đến ngày nay.
Với mạng giao tiếp CAN, bộ điều khiển sẽ phát hiện tín hiệu chia sẻ dữ liệu với các bộ điều khiển khác một cách dễ dàng hơn, có thể được thiết lập chỉ với 1 hay 2 đường truyền Sự liên kết giữa các hộp điều khiển lại với nhau để có thể trao đổi thông tin thì yêu cầu nhanh chóng, kịp thời và chính xác.
Để trao dồi thêm kiến thức về mạng CAN, cũng như áp dụng các phần mềm đã học để hiểu rõ hơn về chúng. Việc thiết kế mô phỏng hệ thống mạng CAN trên matlab là một cách tiếp cận hiệu quả.
Từ những lí do trên và nắm được xu hướng phát triển của ô tô hiện nay, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Ứng dụng Matlab/Simulink mô phỏng hệ thống CAN trên Ford Everest 2020” để thực hiện đồ án tốt nghiệp
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................i
TÓM TẮT.......................................................................................................................ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU.....................................................vi DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................ix DANH MỤC BẢNG.....................................................................................................xii Chương 1 :TỔNG QUAN GIỚI THIỆU ..................................................................... 1
1.1 Lý do thực hiện đề tài ................................................................................................1 1.2 Mục tiêu của đề tài.....................................................................................................1 1.3 Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................................1 1.4 Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................................1 1.5 Giới hạn đề tài............................................................................................................1 1.6 Nội dung thực hiện: ...................................................................................................2 1.7 Bố cục của đồ án:.......................................................................................................2
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT...................................................................................3
2.1 Tổng quan về mạng giao tiếp trên ô tô ......................................................................3 2.1.1 Mạng giao tiếp trên ô tô......................................................................................3 2.1.2 Tầm quan trọng của mạng giao tiếp trên ô tô .....................................................3 2.1.3 Mạng truyền thông trên ô tô ...............................................................................4 2.1.4 Các loại giao thức giao tiếp ................................................................................6 2.1.5 Yêu cầu về mạng giao tiếp..................................................................................8
2.2 Tổng quan về mạng CAN ........................................................................................12 2.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển .......................................................................12 2.2.2 Đặc điểm của mạng CAN trên ô tô...................................................................13
Chương 3 CAN BUS của FORD................................................................................. 45
iii
3.1 Tổng quan các mô đun CAN bus Ford ....................................................................45 3.1.1 Đầu cuối mạng..................................................................................................47 3.1.2 Bộ điều khiển cổng kết nối GWM(Gateway Module)......................................48 3.1.3 CAN tốc độ cao HS-CAN1, HS-CAN2 trên xe FORD....................................49 3.1.4 Mạng vùng điều khiển tốc độ cao 3 (HS-CAN3, HS-CAN4) ..........................50 3.1.5 Mạng vùng điều khiển tốc độ trung bình (MS-CAN).......................................50
3.2 Dung sai lỗi mạng vùng điều khiển (CAN) trên Ford .............................................51 3.2.1 Hoạt động bình thường của dung sai lỗi...........................................................51 3.2.2 Hiện tượng ngắn mạch cùng nhau của mạch CAN ..........................................52 3.2.3 Hiện tượng ngắn mạch chạm đất của mạch CAN(+)........................................53 3.2.4 Hiện tượng ngắn mạch chạm đất của mạch CAN(-) ........................................54 3.2.5 Hiện tượng ngắn mạch nguồn Ắc quy của mạch CAN(-) ................................55 3.2.6 Hiện tượng ngắn mạch nguồn Ắc quy của mạch CAN (+) ..............................56 3.2.7 Hỏng mạch tín hiệu CAN .................................................................................57
3.3 Sơ đồ mạch chi tiết của CAN trên dòng xe FORD Everest.....................................58 3.4 Mã chẩn đoán sự cố (DTC) trên Ford......................................................................71
3.4.1 Mô tả mã chẩn đoán sự cố (DTC) 14229 của Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
(ISO) ..........................................................................................................................71
3.4.2 Cấu trúc DTC....................................................................................................71
Chương 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CAN TRÊN MATLAB................................77
4.1 Giới thiệu về matlab.................................................................................................77 4.2 Giới thiệu mô hình mạng CAN trên Ford Everest 2020..........................................78 4.2.1 Tổng quan về mô hình ......................................................................................78 4.2.2 Giới thiệu các chương trình con (Subsystem) trên mô hình.............................79 4.3 Kết quả mô phỏng....................................................................................................96
iv
4.3.1 Kết quả đạt được...............................................................................................96
4.3.2 Hạn chế của mô hình ........................................................................................96
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ..................... 97
5.1 Những kết quả đạt được...........................................................................................97 5.2 Hạn chế của đề tài....................................................................................................97 5.3 Hướng phát triển của đề tài......................................................................................97
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 99
v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
ABS: Antilock Brake System ACK: Acknowlegde Field
ACM: Audio Front Control Module APIM: SYNC Module
BCM: Body Control Module
CAN: Controller Area Network
CRC: Cyclic Redundancy Check Field DATC: Dual Automatic Temperature Control DDM: Driver Door Module
DLC: Data Length Code
ECM: Electronic Control Module
ECU: Electronic Control Unit
EOF: End Of Frame
EPB: Electric Paking Brake system
ESP: Electronic Stability Program
FCIM: Front Controls Interface Module
FTLS CAN: Fault Tolerance Low Speed CAN GWM: Gateway Module A
ID: Identification
IDE: IDentifier Extension
IPC: Instrument Panel Cluster
vi
IPM: Integrated Power Module
ISO: International Standardization Organization KWP 2000: KeyWord Protocol
LAN: Local Area Network
LIN: Local Interconnected Network
MC: Micro Computer
MOST: Media Oriented Systems Transport PAM: Parking Assist Contol Module
PCM: Powertrain Control Module
PDM: Passenger Door Module
PSCM: Power Steering Control Module
RCM: Restraints Control Module
RPM: Revolution Per Minute
RTM: Radio Transceiver Module
RTR: Remote Transmission Request
SAE: Society of Automotive Engineers
SCCM: Steering Column Control Module
SJB: Smart Junction Box
SOF: Start Of Frame
SPI: Serial Peripheral Bus
SRR: Substitute Remote Request
SRS: Supplemental Restraint System
TCM: Transmission Control Modul
vii
TCS: Traction Control System
UART: Universal Asynchronous Receiver Transmitter VSC: Vehicle Stability Control
viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Dây cáp của mạng CAN ....................................................................................14 Hình 2.2. Minh họa một mạng CAN với các node............................................................16 Hình 2.3.Minh họa một Node gồm bo mạch thực thị giao thức CAN, bo MCU, bo nút nhấn và bo LED .................................................................................................................16 Hình 2.4. Hai bộ điều khiển...............................................................................................21 Hình 2.5. Dòng dữ liệu của bộ điều khiển.........................................................................21 Hình 2.6. Một phần của bộ thu phát sóng..........................................................................24 Hình 2.7. Đường truyền .....................................................................................................26 Hình 2.8. Các node trong CAN được kết nối ....................................................................27 Hình 2.9. Điện trở ở hai đầu của đường giao tiếp CAN ....................................................29 Hình 2.10. Không sử dụng điện trở ở hai đầu của đường giao tiếp CAN .........................29 Hình 2.11. Phản xạ tín hiệu................................................................................................30 Hình 2.12. Điện trở trong mỗi bộ điều khiển.....................................................................31 Hình 2.13. Cấu hình đường truyền ....................................................................................31 Hình 2.14. Khi không có điện trở ......................................................................................33 Hình 2.15. Cấu trúc phân lớp của mạng CAN...................................................................34 Hình 2.16. Cấu trúc khung dữ liệu.....................................................................................35 Hình 2.17. Định dạng khung dữ liệu chuẩn (Standard Data frame) ..................................36 Hình 2.18. Định dạng khung dữ liệu mở rộng (Extended Data Frame) ............................36 Hình 2.19. Định dạng vùng điều khiển..............................................................................39 Hình 2.20. Bảng giá trị của DLC (r = recessive = 1, d = dominant = 0)...........................40 Hình 2.21. Vùng kiểm tra CRC .........................................................................................41 Hình 2.22. Vùng báo nhận ACK........................................................................................42 Hình 2.23. Khung yêu cầu dạng chuẩn..............................................................................43 Hình 2.24. Khung yêu cầu dạng mở rộng..........................................................................44 Hình 3.1. Sơ đồ khối bus CAN trên FORD .......................................................................45 Hình 3.2. GWM trên FORD ..............................................................................................49 Hình 3.3. Đồ thị hoạt động bình thường của mạch CAN ..................................................51
ix
Hình 3.4. Đồ thị mạch CAN có hiện tượng ngắn mạch.....................................................52 Hình 3.5. Đồ thị mạch CAN (+) ngắn mạch chạm đất ......................................................53 Hình 3.6. Đồ thị mạch CAN(-) ngắn mạch chạm đất ........................................................54 Hình 3.7. Đồ thị mạch CAN(-) ngắn mạch nguồn Ắc quy ................................................55 Hình 3.8. Đồ thị mạch CAN(+) ngắn mạch nguồn Ắc quy ...............................................56 Hình 3.9. Đồ thị CAN hỏng mạch tín hiệu ........................................................................57 Hình 3.10. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (1) ..........................................................58 Hình 3.11. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (2) ..........................................................59 Hình 3.12. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (3) ..........................................................60 Hình 3.13. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (4) ..........................................................61 Hình 3.14. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (5) ..........................................................62 Hình 3.15. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (6) ..........................................................63 Hình 3.16. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (7) ..........................................................64 Hình 3.17. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (8) ..........................................................65 Hình 3.18. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (9) ..........................................................66 Hình 3.19. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (10) ........................................................67 Hình 3.20. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (11) ........................................................68 Hình 3.21. Sơ đồ mạch CAN Bus Ford Everest (12) ........................................................69 Hình 4.1. Biểu tượng MATLAB........................................................................................77 Hình 4.2. Mô hình Hệ thống CAN trên MATLAB ...........................................................78 Hình 4.3. Chương trình con tính toán tốc độ động cơ .......................................................79 Hình 4.4. Bên dưới khối "Throttle & Manifold" ..............................................................80 Hình 4.5. Bên dưới khối "Combustion".............................................................................80 Hình 4.6. Bên dưới khối "Vehicle Dynamics"...................................................................81 Hình 4.7. Chương trình con CAN Node ............................................................................ 82 Hình 4.8. Chương trình con tính toán nhiệt độ nước làm mát...........................................84 Hình 4.9. Bên dưới khối "Engine".....................................................................................85 Hình 4.10. Đồ thị nhiệt độ nước làm mát ..........................................................................85 Hình 4.11. Node điều khiển hệ thống ABS .......................................................................86 Hình 4.12. Chương trình con tính toán tốc độ xe ..............................................................86
x
Hình 4.13.. Hàm logic chuyển số "Shift logic" .................................................................87 Hình 4.14. Khối "Transmission"........................................................................................87 Hình 4.15. Các ly hợp làm việc tại các cấp số...................................................................88 Hình 4.16. Đồ thị biểu thị tốc độ xe...................................................................................88 Hình 4.17. Node điều khiển hệ thống FCIM .....................................................................89 Hình 4.18. Chương trình con tính toán nhiệt độ giàn lạnh ................................................89 Hình 4.19. Đầu vào hệ thống xác định trước.....................................................................90 Hình 4.20. Đồ thị biểu thị nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng CO2 trong xe của đầu vào xác
định trước...........................................................................................................................91 Hình 4.21. Đầu vào hệ thống thủ công ..............................................................................91 Hình 4.22. Đồ thị biểu thị nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng CO2 trong xe của đầu vào thủ công .................................................................................................................................... 92 Hình 4.23. Mô phỏng cabin xe ..........................................................................................92 Hình 4.24. Các tác nhân bên ngoài ảnh hưởng tới nhiệt độ trong cabin ...........................93 Hình 4.25. Node điều khiển hệ thống IPC.........................................................................94 Hình 4.26. Đồng hồ taplo...................................................................................................94 Hình 4.27. CAN Bus..........................................................................................................95
xi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Vai trò của các cổng giao tiếp ...........................................................................19 Bảng 2.2. Vai trò của từng bộ phận ...................................................................................21 Bảng 2.3. Giá trị điện áp....................................................................................................23 Bảng 3.1. Các Mô đun trong sơ đồ khối CAN bus Ford ...................................................45 Bảng 3.2. Sơ đồ mạng Mô đun ..........................................................................................46 Bảng 3.3. Các bộ phận trên hình 3.2..................................................................................49 Bảng 3.4. Ví dụ cấu trúc DTC ...........................................................................................71 Bảng 3.5. Cách giải mã các bit thành các số thập lục phân...............................................71 Bảng 3.6. Cách giải mã 4 bit đầu thành các số thập lục phân ...........................................72 Bảng 3.7. Ví dụ mã DTC ...................................................................................................72 Bảng 3.8. Ví dụ mã DTC (2) .............................................................................................73 Bảng 3.9. Các bit của byte trạng thái.................................................................................73 Bảng 3.10. Ví dụ DTC P0110:1C-AF................................................................................76
xii
Chương 1 :TỔNG QUAN GIỚI THIỆU
1.1 Lý do thực hiện đề tài
Từ hơn một thập kỷ nay, mạng truyền thông đã trở nên không thể thiếu được trong các hệ thống điều khiển và giám sát hiện đại. Mạng truyền thông giao thức CAN không phải là một lĩnh vực kỹ thuật hoàn toàn mới mà thực chất là các công nghệ được kế thừa, chắt lọc và phát triển từ kỹ thuật truyền thống cho phù hợp với các yêu cầu trong nền công nghệ ô tô. Song, thực tế người vận hành thường gặp phải hàng loạt các vấn đề trong việc tìm kiếm nguồn tham khảo đáng tin cậy, chuyên sâu và đầy đủ như cách thức hoạt động cụ thể của một mạng CAN, các chuẩn khi giao tiếp, ứng dụng khác nhau trong xe. Và trên ô tô ngày nay đều sử dụng hệ thống giao tiếp là mạng CAN. Nhưng hiện nay các mô hình về hệ thống mạng CAN để phục vụ cho mục đích học tập và nghiên cứu còn hạn chế.
1.2 Mục tiêu của đề tài
- Hiểu và nắm vững kiến thức lý thuyết về giao thức CAN.
- Hiểu được hệ thống mạng CAN sử dụng trên dòng xe FORD ứng với từng mô đun cụ
thể.
- Nắm được những trường hợp dung sai bị lỗi trên CAN của FORD.
- Tìm kiếm và phân tích sơ đồ mạch CAN trên xe cụ thể (Ford Everest).
- Hoàn thiện thiết kế hệ thống CAN trên trình mô phỏng MATLAB.
1.3 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của giao thức CAN, nghiên cứu về giao thức CAN được áp dụng trên dòng xe Everest của Ford.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Tham khảo tài liệu: thông qua tài liệu những quyển sách ô tô, dịch tài liệu nước ngoài, internet, youtube,...
Tổng hợp tài liệu, phân tích tài liêu, thực hiện nghiên cứu và mô phỏng.
1.5 Giới hạn đề tài
- Điều kiện và thời gian thực hiện đề tài không nhiều nên người thực hiện chưa thể khai thác hoàn toàn tất cả những ứng dụng và hình ảnh của CAN trên Xe thực tế.
1
Thiết kế giao diện mô phỏng còn đơn giản.
1.6 Nội dung thực hiện:
- Các giao thức giao tiếp dùng trên ô tô.
- Lý thuyết về truyền nhận mạng CAN.
- Tổng quan về mạng CAN trên dòng xe FORD.
- Tìm hiểu chi tiết mạch điện CAN trên FORD Everest và đo xung CAN thực tế trên xe. - Thiết kế hệ thống mạng CAN trên trình mô phỏng MATLAB.
1.7 Bố cục của đồ án:
- Chương 1: Tổng quan.
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
- Chương 3: CAN bus trên dòng Ford Everest.
- Chương 4: Ứng dụng Matlab để mô phỏng mạng CAN. - Chương 5: Kết luận và định hướng phát triển đề tài.
2
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về mạng giao tiếp trên ô tô
2.1.1 Mạng giao tiếp trên ô tô
Mạng giao tiếp trên ô tô là một phần không thể thiếu trên những chiếc xe ô tô hiện đại ngày nay.
Mạng giao tiếp trên ô tô nói riêng và mạng giao tiếp trên các phương tiện giao thông nói chung (Vehicle Bus) là một hệ thống các hộp điều khiển trên cùng một xe (các loại như ECM, TCM, BCM, ABS...). Khi hoạt động, chúng có thể giao tiếp trao đổi thông tin qua lại với nhau mà không cần tăng thêm số lượng dây dẫn để đáp ứng nhu cầu đó.
Để tối ưu cho việc điều khiển và hạn chế dây dẫn, tất cả các phương tiện từ ô tô con, xe tải, đầu kéo, máy công trình, máy bay, xe quân sự, thậm chí cả xe máy cũng đều sử dụng mạng giao tiếp.
2.1.2 Tầm quan trọng của mạng giao tiếp trên ô tô
Từ đầu năm 1970, hệ thống điều khiển điện tử trên xe bắt đầu phát triển, khi ứng
dụng lần đầu tiên vào hệ thống đánh lửa điều khiển bằng IC. Đến đầu những năm 1980, thì hộp ECM xuất hiện là hộp điều khiển động cơ.
Ở thời kì đầu, khi mà có quá ít hộp điều khiển và thông thường chỉ có hộp động cơ hay nhiều hơn là hộp điều khiển hộp số và ABS, thì các hộp được đấu nối trực tiếp với nhau từng điểm một.
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của công nghệ ô tô, một chiếc xe châu Âu bình thường trung bình có khoảng 30 hộp điều khiển khác nhau chưa kể đến một chiếc xe sang thì con số hộp điều khiển có thể lên đến hàng trăm hộp. Và tất cả các hộp này được kết nối với nhau để lấy tín hiệu của nhau.
Nếu như vẫn sử dụng kiểu kết nối truyền thống bằng dây điện thông thường từng điểm một với nhau theo kiểu từng điểm một thì đường dây của một chiếc xe sẽ rất phức tạp, có thể cabin xe sẽ thu lại rất nhỏ chừa không gian cho dây điện hay kích thước của xe sẽ tăng lên rất nhiều mới có thể chứa đầy tất cả dây điện.
Với sự ra đời của các hệ thống điều khiển điện tử này đã làm giảm số lượng dây điện trên ô tô xuống tới mức tối đa, làm giảm chi phí sản xuất, tối ưu hóa không gian cho
3
xe, tăng độ chính xác cho những khâu xử lý và đặc biệt rất ít lỗi trên hệ thống so với hệ thống thông thường không sử dụng hệ thống điều khiển điện tử.
Mạng là trạng thái một số phương tiện được kết nối với nhau. Giả sử rằng phương tiện này là một máy tính. Sau đó, mạng máy tính được tạo ra là một môi trường trong đó nhiều máy tính được kết nối để chia sẻ thông tin. Mạng máy tính là một môi trường trong đó các máy tính "nói chuyện" với nhau, chúng ta gọi quá trình này là "giao tiếp".Giao tiếp yêu cầu một quy tắc nhất định, và quy tắc này được gọi là giao thức.
Khi nhu cầu về an toàn, tiện lợi và độ chính xác cao, đòi hỏi phải có một sự liên kết giữa tất cả các hộp điều khiển lại với nhau để có thể trao đổi thông tin giữa các hộp điều khiển nhanh chóng, kịp thời và chính xác. Và mạng giao tiếp ô tô ngày nay là giải pháp tối ưu để giải quyết các vấn đề trên.
2.1.3 Mạng truyền thông trên ô tô
2.1.3.1 Khái niệm mạng truyền thông
Mạng truyền thông ra đời là quá trình tổng hợp từ các tiến bộ trong kỹ thuật máy tính, kỹ thuật thông tin. Mạng truyền thông công nghiệp nói chung và mạng truyền thông trong ngành công nghiệp ô tô nói riêng là một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để nối các thiết bị công nghiệp, các thiết bị trong một hay nhiều hệ thống lại với nhau.
Thiết lập được hệ thống đơn giản hóa: Cho phép tham gia và kiểm soát hiệu quả nhiều chức năng kiểm soát. Mạng truyền thông thực chất là một dạng đặc biệt của máy tính, so sánh với mạng máy tính thông thường có những điểm như sau:
- Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của cả hai .
- Yêu cầu về tính thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích trong ô tô cao hơn so với mạng máy tính thông thường, trong khi đó mạng máy tính đòi hỏi tính bảo mật
cao.
- Mạng máy tính sử dụng trên ô tô được xem là một phần trong mô hình phân cấp công
nghiệp
- Mạng máy tính có phạm vi trải rộng khác nhau
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links