Tìm hiểu về mạng giao tiếp CAN trên ô tô

CAN là hệ thống mạng giao tiếp trên ô tô phổ biến nhất hiện nay. Hệ thống mạng giao tiếp CAN 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.

Tìm hiểu về mạng giao tiếp CAN trên ô tô
Tìm hiểu về mạng giao tiếp CAN trên ô tô

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.

Mạng giao tiếp CAN là gì?

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 hoạt 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.

CAN 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.

Tại sao phải sử dụng mạng giao tiếp CAN?

Hệ thống điện tử trên xe bắt đầu từ những năm 1970. Từ những ngày đầu tiên khi ứng dụng vào hệ thống đánh lửa điều khiển bằng IC, đã xuất hiện hộp điều khiển động cơ ECM. Do công nghệ điện tử có quá nhiều ưu điểm so với điều khiển bằng cơ khí thông thường nên công nghệ này đã phát triển không ngừng dẫn đến sự ra đời của hàng loạt hệ thống tiếp theo như hệ thống cân bằng điện tử ESP, hệ thống mã hóa động cơ immobilizer, hệ thống chìa khóa thông minh Smart Key, hệ thống hỗ trợ đỗ xe Parking Assist, …. Ngày nay tất cả hệ thống trên xe đều ứng dụng hệ thống điều khiển điện tử và điều khiển.

Tại sao phải sử dụng mạng giao tiếp CAN
Tại sao phải sử dụng mạng giao tiếp CAN

Và trong những ngày đầu tiên, các hộp được nối trực tiếp với nhau từng điểm một là chuyện hết sức bình thường vì khi đó số lượng hộp trên xe là không nhiều, chỉ được hộp điều khiển động cơ, có thể có thêm hộp điều khiển hộp số và đôi khi là hộp điều khiển phanh ABS.

Thế nhưng bây giờ, trên 1 chiếc xe bình thường trung bình có khoảng 30 hộp điều khiển khác nhau chưa kể các xe sang có thể lên đến hàng trăm hộp, tất cả các hệ thống trên xe dù là nhỏ nhất: điều khiển ghế ngồi, điều khiển mở cốp, điều khiển âm thanh, … đều có hộp riêng. Tất cả hộp này phải nối với nhau thì mới có thể lấy được tín hiệu của nhau. 

Như vậy 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.  

Phân loại mạng giao tiếp 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.

  1. 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.
Đường truyền MS-CAN
Đường truyền MS-CAN

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.

Cách gửi – nhận dữ liệu trên hệ thống mạng giao tiếp CAN

Trong mạng CAN, các thành phần nối với mạng có quyền ngang nhau trong việc truyền và nhận thông tin ( multi master ), và bất kỳ các thành phần đó đều có thể truyền cũng như nhận thông tin mà chúng cần từ các thành phần khác. Tuy nhiên, về thứ tự truyền thì tùy thuộc vào độ ưu tiên của thông tin mà chúng muốn truyền ( cái này được quy định trong cấu trúc của tập tin được truyền đi), cái này là để chống quá tải khi có nhiều thành phần cùng truyền và nhận.

Mạng giao tiếp CAN
Mạng giao tiếp CAN

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 module 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”.

Có thể thấy mạng giao tiếp CAN đã giúp 1 chiếc xe ô tô bình thường trở nên “thông minh” và tiện lợi hơn rất nhiều. Hi vọng qua bài viết trên, các bạn đã hiểu hơn về mạng giao tiếp CAN trên ô tô. 

Bạn cũng có thể thích Bài đăng cùng tác giả

Chia sẻ ý kiến của bạn

Thông Tin Cá Nhân

NamNữ

Trình Độ Học Vấn

Thông tin chung