Đồ án tốt nghiệp
Luận văn
Đề tài: Tìm hiểu hệ thống mạng kết
nối thông tin điều khiển CAN-MPX
trên ôtô. Ứng dụng máy chẩn đoán lỗi
để kiểm tra và chẩn đoán lỗi trên ôtô
1
Đồ án tốt nghiệp
LỜI MỞ ĐẦU
Trong vài thập niên gần đây nền kinh tế thế giới đã có những dấu hiệu
chuyển mình khá rõ rệt, các nghành kinh tế của các nước có nhửng đột phá mới
mẻ. Cùng với sự đi lên của nền kinh tế mở mang, năng động mang tính thị
trường của thế giới nền kinh tế Việt Nam ta cũng có những phát triển đáng kể.
Các phương tiện vận tải hiện đại từ các nước có nền công nghiệp tiên tiến được
nhập vào Việt Nam ngày càng nhiều. Công nghiệp ô tô nước ta tuy còn rất non
trẻ nhưng đã bắt đầu có những bước đi triển vọng.
Nhưng năm gần đây xe ô tô ở Việt Nam bắt đầu được sử dụng rộng rãi,
số lượng ô tô hiện đại sử dụng công nghệ đánh lửa điện tử ngày càng nhiều. Nhờ
vào hệ thống phun xăng, đánh lửa điện tử và hoạt dộng của các cảm biến dẫn tới
việc điều khiển xe ngày càng dễ dàng hơn. Mặt khác nó cũng đề ra thách thức
kjhi sử lý sự cố hỏng hóc của các dòng xe này, một mặt nữa là các trang thiết bị
sửa chữa còn nghèo nàn, lạc hậu, trình độ của người kỹ thuật chưa cao và có
nhiều hạn chế về ngoại ngữ trong vấn đề tiếp thu trình độ khoa học kỹ thuật
nước ngoài.
Qua quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp chúng em nhận thấy rằng
hệ thống đánh lửa điện tử sử dụng trên ô tô có nhiều ưu điểm vượt trội so với
các hệ thống thông thường trước đó như: công suất được nâng cao, khí thải ra
sạch sẽ hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn…
Với mục đích giúp sinh viên có khả năng làm việc độc lập, sáng tạo và
củng cố kiến thức đã học đào sâu và tìm tòi nghiên cứu về kiến thức chuyên
môn về nguyên lý, cấu tạo hệ thống điều khiển nâng cao hiểu biết cơ sở lý luận
nhu cầu cần thiết của con người trong sinh hoạt hàng ngày. Từ việc mong muốn
sao cho đi lại được tiện lợi hơn, nhanh hơn, đỡ tốn sức hơn, nhân loại đã sáng
tạo ra nhiều loại phương tiện khác nhau như: xe ngựa, xe đạp, xe điện, máy bay,
… Với ưu điểm tốc độ di chuyển cao, cơ động, không tốn sức, ô tô đã trở thành
phương tiện hữu ích ở tất cả các quốc gia trên thế giới và là phương tiện không
thể thiếu của người dân các nước công nghiệp phát triển.
Năm 1820 ở Đức, lần đầu tiên người ta nhìn thấy một chiếc xe chuyển
động bằng động cơ hơi nước. Chiếc xe vừa to vừa thô kệch lại tuôn ra nhiều
khói nên đã không dược chấp nhận. Cho đến năm 1885 chiếc ô tô chạy bằng
động cơ xăng đầu tiên ra đời do một người Đức có tên là Karl Vesh phát minh.
Chiếc ô tô chạy băng động cơ xăng này đã thực sự trở thành phương tiện mang
tính thực dụng. Nhưng thời đó, ô tô vẫn bị coi là những cỗ máy thô kệch, là nỗi
kinh hoàng của người đi đường và nó không thể sánh được với những cỗ xe
ngựa sang trọng.
Năm 1892, tại một cuộc triển lãm ở Chicago (Mỹ) đã xuất hiện một chiếc
ô tô chạy bằng động cơ đốt trong, có bốn bánh và hàng loạt tính năng kỹ thuật
mới như hệ thống đánh lửa bằng điện, bộ bơm dầu tự động. Phát minh này là
của ông Iacốplép, một kỹ sư cơ khí quân đội Nga, và nó đã được thử nghiệm
thành công. Chiếc xe có thể chạy với tốc độ 20 km/h. Ngay sau đó, Nga hoàng
đã ban sắc lệnh về quy chế và các điều kiện để sử dụng các loại xe có dộng cơ tự
vận hành ở nước Nga. Điều đó có nghĩa là xe ô tô, bằng hiệu quả thực tế của nó,
đã trở thành loại phương tiện của giai cấp đặc quyền và những người giàu có.
4
Đồ án tốt nghiệp
Đa số các nhà sản xuất ô tô thời kỳ đó đều muốn làm sao sản xuất ra được nhiều
xe có chất lượng cao mà giá thành thấp. Mục tiêu đó đã được thực hiện và một
kỷ nguyên mới của ô tô bắt đầu: Sản xuất dây chuyền và ô tô “nhân dân”.
Vào năm 1902 ở Pháp, ô tô “Popula” ra đời, người ta gọi là xe nhân dân.
Đây mới chỉ là tên gọi, phải ba năm sau xe Popula mới thực sự đi vào đời sống
của tầng lớp bình dân. Ở Mỹ, có một nhà sản xuất tên là Ranson Onsu cũng
tế với một tiềm lực phi thường. Người Nhật Bản sang Mỹ để học kinh nghiệm
chế tạo ô tô và họ đã thành công, trở thành một trong những nước có ngành công
nghiệp ô tô phát triển nhất thế giới.
Ngày nay, sản xuất ô tô đã trở thành một ngành công nghiệp chủ yếu của
thế giới. Công nghiệp ô tô được đánh giá là bộ mặt cho nền công nghiệp mỗi
quốc gia. Tổng số ô tô trên thế giới hiện nay khoảng 660 triệu xe. Số lượng này
hầu như không tăng giảm trong nhiều năm gần đây và sản lượng ô tô thế giới
gần như ổn định quanh con số khoảng 50 -52 triệu xe/năm, tập trung vào 3 trung
tâm công nghiệp lớn là Bắc Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản. Tuy nhiên, trong những
năm gần đây, Đông Nam Á và Châu Á cũng đang nổi lên và có xu hướng là một
trung tâm công nghiệp ô tô của thế giới trong tương lai (đáng kể là Hàn Quốc,
Thái Lan và Trung Quốc). Các hãng sản xuất ô tô hàng đầu thế giới hiện nay là:
TOYOTA, FORD, CHRYSLER, GM, VW, FIAT, NISSAN, MISUBISHI,
PEUGEOT,…
Ngày nay sản xuất ô tô đã mang tính quốc tế và toàn cầu, sự hợp tác và
chuyên môn hoá sản xuất không có biên giới, khoảng cách địa lý và không gian
hầu như không có ý nghĩa. Sự đầu tư của các nước đan xen nhau và hoà lẫn
nhau. Điều đó giải thích một phần cho sự thâm nhập ồ ạt của các hãng sản xuất ô
tô hàng đầu thế giới vào Việt Nam thời gian qua.
1.1.2. Đặc điểm của ngành công nghiệp ô tô.
1.1.2.1. Về vốn đầu tư.
So với vốn đầu tư vào đại bộ phận các ngành công nghiệp khác, vốn đầu
tư vào sản xuất ô tô cao hơn rất nhiều, trung bình để sản xuất một xe ô tô cần
khoảng 15.000-20.000 USD. Mỗi ô tô có đến 20.000 -30.000 chi tiết, bộ phận
6
Đồ án tốt nghiệp
khác nhau. Các chi tiết, bộ phận lại được sản xuất với những công nghệ có đặc
điểm khác biệt, do vậy vốn đầu tư cho việc sản xuất 20.000- 30.000 chi tiết thường rất
lớn.
Thêm vào đó, do đặc điểm của ngành là không ngừng vận dụng các tiến
này lại là chất lượng nguồn lao động không cao.
Vì vậy, có thể khẳng định ngành không tận dụng được nhiều lợi thế so
sánh về nguồn lao động của các nước đang phát triển (dồi dào về số lượng, chi
phí nhân công thấp). Thêm vào đó có thể thấy được đây là một khó khăn lớn cho
các nước đang phát triển trong quá trình xây dựng và phát triển ngành công
nghiệp ô tô bởi đây là một ngành khá mới mẻ, kiến thức nghề nghiệp và kinh
nghiệm của người công nhân còn non.
1.1.3. Vai trò của nghành.
Bên cạnh vai trò cung cấp phương tiện đi lại tối ưu, từ việc gắn chặt với
các tiến bộ khoa học kỹ thuật, công nghiệp ô tô còn đóng vai trò thúc đẩy phát
triển khoa học kỹ thuật của các quốc gia có ngành sản xuất ô tô, đặc biệt là khoa
học điện tử, tự động hoá, công nghệ vật liệu mới. Sở dĩ như vậy là do nguồn gốc
xuất xứ của các sản phẩm ô tô là từ các nước công nghiệp phát triển. Đứng trước
nhu cầu ngày càng cao của các khách hàng khó tính, các hãng sản xuất không
ngừng đẩy mạnh công tác nghiên cứu phát triển sản phẩm để nắm chắc và phát
triển thị phần của mình. Chiếc ô tô đầu tiên xuất hiện vào năm 1885 ở Đức, chạy
bằng động cơ xăng bị cho là những cỗ máy thô kệch, là nỗi kinh hoàng của
người đi đường đã buộc các nhà khoa học phải nghiên cứu một sản phẩm khác
và năm 1892 chiếc ô tô chạy bằng động cơ đốt trong đã ra đời. Còn đối với các
nước có nền kinh tế ít phát triển thì việc xây dựng ngành công nghiệp ô tô từ sự
trợ giúp của nước ngoài đã thúc đẩy tiến bộ trong kỹ thuật và công nghệ không
chỉ cho riêng ngành công nghiệp ô tô mà còn tác động đến nhiều ngành liên
quan khác như ngành hoá chất, điện tử,…Tính đến cuối thế kỷ XX, thế giới có
khoảng 170 nước có công nghiệp chế tạo hoặc lắp ráp ô tô, vì các quốc gia đều
hiểu và xác định được ngành sản xuất ô tô là động lực phát triển cho các ngành
liên quan. Hiện ngành đang tiêu thụ 77% cao su tự nhiên, 67% sản lượng chì,
8
Đồ án tốt nghiệp
64% gang đúc, 50% cao su tổng hợp, 40% máy công cụ, 25% vật liệu bán dẫn,
18% nhôm, 12% thép và một số lượng khổng lồ các nhiên liệu gồm: xăng, dầu
Việt Nam và tạo nên sức hấp dẫn cho các hãng ô tô hàng đầu thế giới đầu tư vào
Việt Nam sau khi Mỹ bỏ cấm vận vào giữa năm 1995. Cũng cần phải nói thêm
rằng ở thời điểm 1991, không một hãng ô tô có uy tín nào muốn đầu tư vào Việt
Nam để sản xuất, lắp ráp. Nhưng mới chỉ sau 5 năm, đến tháng 9/1996 trên toàn
quốc, chúng ta đã có tới 14 công ty liên doanh sản xuất, lắp ráp ô tô hợp tác với
hầu hết các hãng nổi tiếng thế giới.
Mục tiêu lâu dài của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam được xác định
trong Quy hoạch tổng thể ngành cơ khí Việt Nam đến năm 2010 là xây dựng
ngành công nghiệp ô tô Việt Nam tiên tiến, hoàn chỉnh để Việt Nam có thể chế
tạo lấy các loại ô tô cơ bản phục vụ cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu, với tỷ lệ chế
tạo nội địa hoá khoảng 40% vào năm 2010 cho ô tô và 30% cho phụ tùng .
1.2.2. Tình hình cung cấp ô tô nước ta.
Ô tô nước ta được cung cấp từ hai nguồn chính là nhập khẩu và do các
liên doanh lắp ráp và chế tạo ô tô trong nước cung cấp.
Công nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tô Việt Nam thời gian qua phát triển
chậm nhưng cũng đã sản xuất ra nhiều sản phẩm, thay thế gần như toàn bộ số
lượng xe ô tô cũ kỹ của Đông Âu trước đây. Nhiều kiểu mẫu xe tiên tiến đang
thịnh hành ở các nước công nghiệp phát triển như Iveco Turbo Daily, BMW
325i, Mitsubisshi Pajero, Ford Laser, Toyota Camry,…đã được các nhà sản xuất
ô tô liên doanh với Việt Nam đưa vào nước ta, đáp ứng phần nào nhu cầu các
loại xe du lịch cho các cơ quan, công sở và các quan chức Nhà nước.
Tính đến hết ngày 30/6/2002, chúng ta có 11 đơn vị hoạt động trong lĩnh
vực lắp ráp và chế tạo ô tô (mặc dù có 14 dự án lắp ráp ô tô được cấp giấy phép
đầu tư tại Việt Nam nhưng có 3 dự án không triển khai là Chrysler, Nissan,
Viet-Sin; Chrysler và Viet-Sin bị giải thể theo quyết định ra ngày 6/7/2000 và
ngày 18/12/2000, riêng Nissan dãn tiến độ đến 2003) và cả 11 cơ sở này đều là
liên doanh. Tổng sản lượng ô tô tại Việt Nam tính từ ngày cấp giấy phép đầu tư
đầu tiên là 68.196 xe với nhiều loại xe khác nhau. Sản lượng bình quân năm của
10
Đồ án tốt nghiệp
nâng cao hơn trước nên số lượng tiêu thụ ô tô ở thị trường nước ta tăng mạnh:
Toàn quốc đăng ký mới tổng số 191.979 xe ô tô . Như vậy trong 6 năm này,
bình quân mỗi năm tăng 31.996 xe ô tô, tăng gần gấp đôi so với 6 năm trước đó.
11
Đồ án tốt nghiệp
Riêng trong 3 tháng đầu năm 2002, toàn quốc đăng ký mới 13.602 xe ô tô, nâng
tổng số xe hiện có trong cả nước lên 547.791 xe ô tô.
Cho đến nay, mặc dù Nhà nước đã có chính sách hạn chế và cấm nhập
khẩu xe nguyên chiếc để dành thị trường nội địa cho các liên doanh lắp ráp và
chế tạo ô tô trong nước song số lượng xe được tiêu thụ là xe nhập khẩu vẫn
chiếm tỷ trọng lớn.
Bảng 1.3: Lượng ô tô lưu hành tại Việt Nam từ 1996 đến 2001
Nhưng mức cầu này chưa làm hài lòng các nhà hoạch định kế hoạch,
chính sách phát triển kinh tế và chưa bằng 50% nhu cầu dự báo của các hãng sản
xuất, lắp ráp ô tô ở Việt Nam. Nguyên nhân chính của việc chậm mở rộng thị
phần ô tô của nước ta là do giá thành ô tô còn quá cao, chưa phù hợp với thu
nhập của người dân Việt Nam. Năm 1997, giá một chiếc xe ô tô du lịch lắp ráp
tại Việt Nam dao động từ 20.000-60.000 USD. Đơn cử, xe Mercedes- Benz
C200K số cơ khí giá 48.194 USD, số tự động giá 52.920 USD; Mercedes- Benz
140D giá 27.000USD. Xe ô tô cũ nhập từ nước ngoài về giá cũng không thấp
hơn 4000 USD.
1.3. Xu hướng phát triển của ngành
Hiện nay ngành công nghiệp ô tô đang chú trọng đến các loại xe thân
thiện với môi trường, sử dụng các nguồn nhiên liệu sạch, có sẵn trong tự nhiên
hay nguồn nhiên liệu sinh học, các loại xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu…
Dưới đây là một số hình ảnh của một số loại xe đang được thế giới quan
tâm và chú trọng:
12
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.5. Xe năng lượng mặt trời
Từ đó đến nay có nhiều nhá sản xuất linh kiện bán dẫn khác đã quyết định
sản xuất loại bộ điều khiển CAN độc lập, hoặc thực hiện chúng trong những
thiết kế chíp đơn.
Một bước phát triển thành công CAN đáng kể khác là sự thành lập tồ
chức nhóm các nhà sản xuất và người sử dụng quốc tế, gọi là Hội CAN tự động
hóa (CiA = CAN in Automation) năm 1992, hoạt động của hội này dựa trên mối
quan tâm, tham gia và khởi xướng của các thành viên.
Tóm tắt lịch sử CAN
1983: Bắt đầu dự án phát triển mạng trên xe hơi trong nội bộ hãng Bosch
1986: Chính thức giới thiệu giao thức CAN
1987: Những chíp điều khiển CAN đầu tiên xuất hiện ở nhà sản xuất linh
kiện bán dẫn Intle và Philips
1991: Bosch xuất bản thông số kỹ thuật CAN 2.0
1992: Thành lập nhóm các nhà sử dụng và sản xuất CAN quốc tế
1993: Xuất bản tiêu chuẩn ISO 11898
1994: CiA tổ chức Hội nghị CAN quốc tế lần thứ nhất (iCC)
1995: Xuất bản Tiêu chuẩn ISO 11898 sửa đổi định dạng khung mở rộng
1995: CiA xuất bản giao thức CANopen
2.1.1.2 Nguyên lý truyền thông tin của CAN
Trong một mạng CAN mỗi nút đều nhận tín hiệu ngay lập tức sau khi
chúng được phát ra theo trật tự gói dữ liệu thông báo. Nguyên lý này cho phép
khả năng đáp ứng rất nhanh tới những dữ liệu không đồng bộ và nó nhận boeets
mức độ quan trọng của gói dữ liệu đang truyền trong thời gian vài mili giây, đây
là những yêu cầu mấu chốt đối với các dữ liệu thuộc bộ phận truyền lực và hộp
số tự động.
Vì địa chỉ của gói dữ liệu đang truyền đều được tất cả các nút trên mạng
nhận biết. Bằng phương pháp lọc, từng nút chọn những thông báo có liên quan
16
Đồ án tốt nghiệp
đến nó. Có thể có tối đa 2048 gói thông báo trong mạng, nhờ địa chỉ được dành
Trong xe hơi hiện đại có rất nhiều các hệ thống sử dụng vi điều khiển, vi
xử lý. Các hệ thống đó lại cần giao tiếp, trao đổi thông tin với nhau, trong những
xe hơi hiện đại số lượng ECU( có thể hiểu là một máy tính nhỏ) có thể lên tới
vài chiếc cho tới "nhiều chục" chiếc như LEXUS LS. Do đó phải có một mạng
thông tin để các ECU này trao đổi thông tin với nhau. Chính vì thế người ta đã
nghĩ ra một mạng giao tiếp và đặt tên là MPX. Và nói đến mạng thì phải nói đến
giao thức( cách thức chuyển giao dữ liệu), và MPX trên các xe hiện đại thì sử
dụng CAN (Controler Area network) để chuyển giao dữ liệu do CAN có ưu
điểm vì tốc độ truyền dữ liệu cao và ít bị nhiễu.
2.1.2.1. Đường truyền tín hiệu
Các cực của đường truyền tín hiệu dùng trong hệ thống MPX thường
được ký hiệu là MPX1, MPX2…Khi tranzitor được bật lên, mức truyền dẫn sẽ
trở nên cao = “1”. Điều này được gọi là trạng thái Trội. Khi Tranzistor tắt đi,
mức truyền dẫn trở nên thấp= ‘’0’’. Đây được gọi là trạng thái Lặn. Nếu có bất
kỳ một Nút được nối với đường truyền tín hiệu phát ra “1”, mức tín hiệu truyền
dẫn sẽ là “1”. Chỉ khi tất cả các nút phát tín hiệu “0” sẽ làm cho mức tín hiệu
truyền dẫn là “0”. (Nút mà phát ra tín hiệu “1” trước những nút khác.)
Trạng thái Trội: Trạng thái của đường truyền là trội (hay Chủ động 1
trong hệ thống BEAN
Trạng thái Lặn: Trạng thái của đường truyền là “Lặn” (hay Thụ động 0
trong hệ thống BEAN
Các chức năng của đường truyền trong quá trình truyền và nhận tín hiệu
là như sau:
Trong khi truyền: Từng nút sẽ theo dõi trạng thái truyền dẫn trong khi
truyền dữ liệu(để quyết định và đánh giá RSP)
Trong khi nhận: Mặc dù không có nút nào có thể truyền dữ liệu khi đang
nhận, bộ phận phát có thể chỉ được kích hoạt tại thời điểm đang nhận RSP (tín
hiệu ACK hoặc NAK được phát ra)
2.1.2.2. Các loại hệ thống truyền tín hiệu
19
(giao thức): Chuẩn hay giao thức là những quy tắc cần thiết để quản lý việc
truyền tín hiệu giữa các loại thiết bị và máy tính khác nhau. Chúng quy định các
trạng thái khác nhau, như phần cứng và phần mềm, cho việc truyền tín hiệu.
Cấu trúc thông điệp của hệ thống BEAN: Thông điệp của BEAN bao gồm
“Bắt đầu mẫu tin” và “Kết thúc mẫu tin”. Để tăng hiệu quả truyền, còn có những
thông tin “Truyền định kỳ” được truyền theo chu kỳ và “Truyền không định kỳ”
nó được truyền khi có điều gì đó xảy ra.
2.2. Điểm điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống mạng kết nối thông
tin điều khiển CAN-MPX trên ô tô
2.2.1. Điểm điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống mạng kết nối
thông tin điều khiển CAN
Ngoài việc sử dụng BEAN - Mạng điều khiển điện tử thân xe và AVC-
LAN - mạng cục bộ cho hệ thống nghe nhìn, từ năm 2003, hệ thống MPX đã
ứng dụng CAN để điều khiển các hệ thống điều khiển điện gầm xe.
21
Đồ án tốt nghiệp
Hình 2.6. Sơ đồ vị trí các bộ phận của CAN
Sơ đồ bố trí các bộ phận của CAN trên xe RX330, CAN bao gồm những
chi tiết sau, vị trí của chúng được biểu diễn trong hình vẽ:
• CAN J/C (Hộp giắc nối) No.1
• CAN J/C No.2
• ECU điều Khiển trợt
• Cảm biến vôlăng
• Cảm biến độ lệch và cảm biến gia tốc dọc
• DLC3
2.2.1.1. Khái quát
Hinh 2.7. Sơ đồ mạch điện CAN
22
Đồ án tốt nghiệp
CAN bao gồm giắc kết nối tạo nên đường truyền chính và các đường
Khi hệ thống điều khiển gầm xe sử dụng BEAN và AVC- LAN với tốc độ liên
lạc chậm hơn CAN, điều đó có nghĩa là việc điều khiển hệ thống bị chậm lại.
Vì lý do đó, hệ thống điều Khiển gầm xe sử dụng CAN, nó có tốc độ liên
lạc nhanh hơn và có thể gửi và nhận một lượng thông tin lớn cùng một lúc.
24
Đồ án tốt nghiệp
Hình 2.10. Bảng mã chẩn đoán hư hỏng CAN
2.2.2. Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống mạng kết nối
thông tin điều khiển MPX
Hình 2.11. Sơ đồ mạng kết nối MPX
2.2.2.1. Khái quát
Một đặc tính của ô tô hiện đại là sự phát triển việc điều khiển điện tử một
cách nhanh chóng: Nhiều hệ thống khác nhau và điều khiển chính xác. Vấn đề
đặt ra là sự gia tăng mạnh của số lượng dây điện. Để đối phó với điều này, mỗi
nhà sản xuất ô tô đã chủ động phát triển MPX (Multiplex Communication
25
Copyright: Tài liệu đại học ©