Mạng giao tiếp trên ô tô là gì?
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 bao gồm 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 phải tăng thêm số lượng dây dẫn để đáp ứng nhu cầu đó.
Nhằm tối ưu cho việc điều khiển và hạn chế dây dẫn, ngày nay, 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.
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.
Có quá nhiều ưu điểm so với điều khiển bằng cơ khí nên công nghệ điều khiển điện tử được nghiên cứu và phát triển nhanh chóng cho đến năm 1990, sự ra đời của hệ thống cân bằng điện tử ESP, hệ thống mã hóa động cơ immobilizer càng khẳng định tầm quan trọng của công nghệ này. Điều này đã dẫn đến sự ra đời của hàng loạt hệ thống tiếp theo như hệ thống chìa khóa thông minh Smart Key, hệ thống hỗ trợ đỗ xe Parking Assist, hệ thống kiểm soát chệch làn đường Lane Keeping…
Ở thời kì đầu, khi mà có quá ít hộp điều khiển và thông thường chỉ có hộp động cơ hoặc 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. Ngay cả trên hệ thống điều khiển ghế ngồi, điều khiển mở cốp, điều khiển âm thanh đều có một hộp điều khiển riêng.
Tất cả các hộp này được kết nối với nhau để lấy tín hiệu của nhau. Ví dụ: Hộp điều khiển hộp số TCM sẽ lấy tín hiệu tốc độ động cơ, tín hiệu bàn đạp ga để điều khiển sang số; tín hiệu tốc độ xe hiển thị trên đồng hồ taplo lấy từ hộp điều khiển hộp số hoặc lấy từ hộp ABS cho thấy một mối quan hệ xuyên suốt.
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 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.
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.
Phân loại mạng giao tiếp trên ô tô
CAN (Controller Area Network)
Giao thức CAN là tiêu chuẩn thực tế hiện tại cho mạng LAN xe. CAN cũng có nhiều loại khác nhau: Single CAN, CAN tốc độ thấp (low speed CAN), CAN tốc độ cao (high speed CAN).
Ethernet (K-line)
K-line nổi bật như một giao thức chẩn đoán cho các hộp điều khiển kết nối điện tử thân xe, khung gầm và động cơ được sử dụng cho các kết nối mạng. Trên giắc chẩn đoán OBD-II chúng ta dễ dàng nhận biết qua chân số 7 có nghĩa là giắc chẩn đoán OBD-II của xe nào có sử dụng chân số 7 thì chân đó là chân K-line theo quy ước chung của OBD-II.
Flexray
FlexRay là một giao thức truyền thông tốc độ cao cung cấp mức độ linh hoạt và độ tin cậy cao. Nó là cơ sở để phát triển công nghệ TÍCH CỰC (treo tích cực, phanh tích cực, lái tích cực,…) và nhiều ứng dụng của nó bao gồm các hệ thống X-by-Wire và các hệ thống cốt lõi khác.
LIN (Local Interconnect Network)
LIN là một giao thức mạng cục bộ LAN của phương tiện sử dụng một máy chủ duy nhất để đạt được tỷ lệ hiệu suất chi phí vượt trội. trên hệ thống body không cần tốc độ truyền cao và có thể giao tiếp 2 chiều. LIN thường sử dụng trên những hệ thống phụ “Sub system”, những hệ thống không cần tốc độ truyền cao và dữ liệu nhiều. Một số hệ thống thường dùng mạng giao tiếp LIN như: điều khiển gương, điều khiển ghế, khóa cửa, cửa sổ trời, gạt mưa, nâng hạ kính…
Media Oriented Systems Transport (MOST)
Nói đơn giản MOST là mạng truyền cáp quang với tốc độ tối đa lên đến 150 Mb/s và sử dụng trong mạng thông tin giải trí trên xe thường gặp trên các dòng xe châu Âu.
Đặc điểm của mạng MOST là liên kết với nhau theo kiểu vòng tròn khép kín. Do đó, khi có một điểm trong vòng tròn này bị đứt hoặc một module hỏng thì xem như toàn hệ thống không hoạt động.
Xu hướng trong tương lai
Ngoài những mạng giao tiếp đã được nói đến ở trên thì theo thống kê của Wikipedia còn rất nhiều các giao thức mạng khác đang được áp dụng trên xe ô tô và những dòng xe tải siêu tải trọng (heavy trucks).
Tương lai, chiếc xe với mục tiêu tự hành hoàn toàn thì khối lượng dữ liệu và tốc độ truyền dẫn phải rất lớn để duy trì an toàn cho người lái, tốc độ mà các mạng như CAN và FlexRay phổ biến đang áp dụng nhiều nhất hiện nay hay cả MOST cũng không thể đáp ứng được. Vậy mạng giao tiếp nào sẽ được lựa chọn?
Xe tự hành sẽ được trang bị công nghệ tiên tiến, thêm rất nhiều cảm biến, Radar, Lidar, Camera,… ghi và phân tích hình ảnh nhận dạng đối tượng, giao tiếp giữa xe V2X. Do đó mạng giao tiếp được lựa chọn chính là đây:
Ethernet TSN (Time-Sensitive Networking)
Ethernet AVB là một Ethernet độc lập thời gian thực cho âm thanh và video.
Ethernet AVB (Audio Video Bridging)
Ethernet TSN là một phần mở rộng của các tiêu chuẩn Ethernet AVB hiện đang được sử dụng trong các thiết bị âm thanh chuyên nghiệp và các mạng trong xe. Ethernet TSN bao gồm một số tính năng, bao gồm đồng bộ hóa thời gian cũng như lên lộ trình chạy khi biết trước điểm đến, kiểm soát xâm nhập chống trộm Hacker và công nghệ mạng tốc độ cao đủ để hỗ trợ các ứng dụng lái xe tự động.