Thiết kế thiết bị giám sát tình trạng kỹ thuật của các dòng xe thương mại từ xa

Chia sẻ: Lệ Minh Vũ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Thiết kế thiết bị giám sát tình trạng kỹ thuật của các dòng xe thương mại từ xa" nghiên cứu, thiết kế thiết bị giám sát tình trạng kỹ thuật từ xa của các dòng xe thương mại dựa trên việc truyền các tín hiệu của các cảm biến trên ô tô ECU, thông qua giao thức CAN. Bộ thiết bị sử dụng bo mạch Arduino để thu thập dữ liệu từ phương tiện thông qua cổng DLC3 của hệ thống OBD-II. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế thiết bị giám sát tình trạng kỹ thuật của các dòng xe thương mại từ xa

THIẾT KẾ THIẾT BỊ GIÁM SÁT TÌNH TRẠNG KỸ THUẬT CỦA CÁC DÒNG XE THƢƠNG MẠI TỪ XA Cao Gia Bảo*, Nguyễn Văn Nhanh Viện Kỹ thuật, Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh. *Tác giả liên hệ, Email: caogiabao4068@gmail.com. TÓM TẮT Đề tài này nghiên cứu, thiết kế thiết bị giám sát tình trạng kỹ thuật từ xa của các dòng xe thương mại dựa trên việc truyền các tín hiệu của các cảm biến trên ô tô ECU, thông qua giao thức CAN. Bộ thiết bị sử dụng bo mạch Arduino để thu thập dữ liệu từ phương tiện thông qua cổng DLC3 của hệ thống OBD-II. Kết hợp với ứng dụng IoT, bộ thiết bị giúp hiển thị và cảnh báo trạng thái xe nếu có bất thường từ xa cho tài xế biết bao gồm tốc độ xe, vòng quay động cơ, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát động cơ và mã sự cố chẩn đoán. Theo kết quả thực nghiệm, thiết bị có thể giúp người quản lí và nhân viên kỹ thuật theo dõi được các tình trạng kỹ thuật của xe từ xa (khi xe rời bến). Vì vậy, thiết bị có thể giảm được thời gian và nhân công giúp người quản lí phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố khi đang hoạt động và chủ động bảo dưỡng xe định kì. Từ khóa: CAN; OBD-II; IoT; Thiết bị giám sát; Tốc độ xe. 1. Tổng quan 1.1 Giới thiệu đề tài Ô tô ngày nay là một phương tiện được mọi người sử dụng phổ biến và rộng rãi, do tính chất đặc thù của ô tô là hoạt động xuyên suốt nên độ an toàn và tin cậy về khả năng vận hành cao. Đặc biệt là ô tô thương mại về việc an toàn và tin cậy khi vận hành lại đòi hỏi cao hơn so với ô tô sử dụng cho mục đích cá nhân, bởi vì những phương tiện này được sử dụng với tầng suất vô cùng cao nhưng độ tin cậy lại phải đảm bảo, do các dòng xe ô tô thương mại nếu xảy ra các vấn đề về kỹ thuật hay những yếu tố khách quan khác mà xe không vận hành được sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến kinh tế và đứt chuỗi cung ứng cho doanh nghiệp vận tải và khách hàng của họ, ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ của các công ty vận tải. Bởi những phương tiện đang hoạt động kinh doanh vận tải mà gặp về vấn đề kỹ thuật mà phải dừng hoạt động để khắc phục sự cố thì ảnh hưởng lớn đến doanh thu cho doanh nghiệp, thông thường mỗi xe kinh doanh xe đem về lợi nhuận cho doanh nghiệp từ 1 triệu đến 3 triệu đồng/xe/ngày. Căn cứ vào Điều 65 Luật Giao thông đường bộ 2008 [1] quy định như sau: Đối với doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực vận tải, họ phải đối mặt với rủi ro bị xử phạt và thu hồi phù hiệu, biển hiệu của phương tiện nếu dữ liệu từ thiết bị giám sát hành trình cho thấy có từ 05 lần vi phạm tốc độ/1000 km xe chạy trong một tháng (loại trừ các trường hợp vi phạm tốc độ dưới 05 km/h). Các quy định này áp dụng cho các đơn vị kinh doanh vận tải và đòi hỏi họ phải:Theo dõi và giám sát hoạt động của lái xe và phương tiện trong suốt quá trình kinh doanh vận tải.Thực hiện kiểm tra an toàn giao thông của xe ô tô và lái xe trước khi bắt đầu hành trình, đặc biệt là đối với các đơn vị kinh doanh vận tải hành khách bằng xe taxi, họ phải thực hiện kiểm tra theo kế hoạch sản xuất kinh doanh.Tuân thủ quy định về thời gian lái xe liên tục và thời gian làm việc trong ngày của lái xe.Thực hiện đúng chế độ bảo dưỡng sửa chữa đối với xe ô tô kinh doanh vận tải.Thực hiện kiểm tra và giám sát hoạt động của xe ô tô và lái xe trong suốt hành trình. Đảm bảo có phương án kiểm soát để đảm bảo rằng không còn hành khách trên xe khi hành trình đã kết thúc, đặc biệt là đối với các xe kinh doanh vận tải hành khách. 15
1.2 Hệ thống thiết bị giám sát tình trạng kỹ thuật của các dòng xe thương mại từ xa Hình 1. Sơ đồ hệ thống giám sát tình trạng kỹ thuật của xe Sơ đồ hệ thống thiết bị giám sát tình trạng kỹ thuật của các dòng xe thương mại từ xa là bộ đọc dữ liệu (My device) được giao tiếp với xe để đọc các thông số dữ liệu của xe thông qua cổng DLC3 của chuẩn chẩn đoán OBD-II [2]. Sau đó, bộ đọc dữ liệu sẽ đẩy các thông số vận hành của xe lên điện toán đám mây nhờ giao thức truyền thông TCP/IP [3], tác giả đọc dữ liệu các thông số vận hành của xe được trên máy tính hoặc điện thoại mà không cần trực tiếp đến xe. 2. Phƣơng pháp - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: + Nghiên cứu tổng quan về thiết bị giám sát tình trạng kỹ của ô tô, từ đó làm tiền đề cơ sở cho việc thiết kế thiết bị giám sát tình trạng kỹ thuật của các dòng xe thương mại từ xa. + Nghiên cứu lý thuyết truyền dữ liệu mạng CAN trên ô tô [4] với các thiết bị đọc dữ liệu động của xe có trên thị trường và thiết lập cách đọc dữ liệu cho bộ đọc dữ liệu mà tác giả cần nghiên cứu, thiết kế. - Phương pháp tính toán, thiết kế: Nghiên cứu xây dựng mô hình thiết kế thiết bị giám sát tình trạng kỹ thuật của các dòng xe thương mại từ xa, để đưa ra phương án thiết kế tối ưu bằng phần mềm Arduino IDE [5]. - Phương pháp thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm bằng thiết bị mô phỏng Cartek Simulator, xe Toyota Fortuner, xe ô tô khách giường nằm nhằm đánh giá tính năng hoạt động của thiết bị có đạt yêu cầu của tác giả, qua đó xây dựng phương án tối ưu thiết kế thiết bị để có thể đưa vào thương mại hóa. 3. Kết quả và thảo luận 3.1 Kết quả thực nghiệm trên mô hình mô phỏng Simulator Cartek tại Trường đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh Hình 2. Kết nối thiết bị với mô hình mô phỏng Simulator Cartek 16
Thiết bị được kết nối với bộ mô hình mô phỏng Simulator Cartek thông qua cổng DLC3 của hệ thống OBD II trên mô hình. Thiết bị được cấp nguồn 9V để thiết bị sử dụng nguồn điện các bo mạch hoạt hộng. Đầu tiên thiết bị sẽ scan các PID các thông số ECU có hỗ trợ, thiết bị sẽ đọc các thông số đó gửi các thông số thu được đẩy dữ liệu lên hệ thống điện toán đám mây. Các lưu ý: + Do thiết bị được nối dây để gắn vào cổng DLC3 nên cần lưu ý không gian bố trí bộ đọc hợp lý đảm bảo an toàn kỹ thuật. + Kiểm tra phần cứng phải đảm bảo kỹ thuật, các dây nối phải được hàn cố định trên module đảm bảo không xảy ra hiện tượng ngắn mạch trong quá trình vận hành. Khi kết nối thành công giữa bộ đọc thiết bị với mô hình mô phỏng Simulator Cartek thì chúng ta sẽ nhận được kết quả như sau: Các thông số trả về tốc độ xe bằng: 0 km/h, Lưu lượng khí nạp: 123 g/s, Nhiệt độ khí nạp 56 0C, Tốc độ động cơ 5380 vòng/phút, Nhiệt độ nước làm mát 880C, mã lỗi của xe P0174 và P0110. Và kết quả đƣợc thể hiện trên Thingspeak nhƣ sau: Hình 3. Các thông số hiển thị trên ứng dụng Thingspeak [6] Các thông số thu được trên ứng dụng Thingspeak hoàn toàn chính xác với giả lập ban đầu mà tác giả đã đặt ra với phần mềm mô phỏng Simulator Cartek. Ngoài những thông số đã thu thập được như trên thì thiết bị có thêm phần thông báo khi mất kết nối với cổng giao tiếp DLC3 của hệ thống OBD II thông qua tin nhắn SMS, tin nhắn này sẽ gửi về người quản lí phương tiện để thông báo biết được thiết bị không còn kết nối với phương tiện để người quản lí kiểm tra, khắc phụ thiết bị đảm bảo thiết bị không bị ngắt quản trong quá trình vận hành phương tiện. Không những thông báo phương tiện mất kết nối mà còn cho biết thêm vị trí phương tiện gặp vấn đề khi xảy ra sự cố. Từ đó, giúp người quản lí biết được vị trí chính xác của phương tiện mà họ đưa ra được phương án xử lí hiệu quả hơn, tiết kiệm được thời gian và chi phí. Hình 4. Thông báo SMS khi xe mất kết nối với thiết bị Thiết bị còn có thêm phần giới hạn tốc độ quy định khi chủ phương tiện mong muốn, 17
khi vận tốc của phương tiện đó vượt quá tốc độ giới hạn cho phép mà người chủ phương tiện đặt ra xe thì thiết bị cũng sẽ gửi tin nhắn SMS về cho người theo dõi nắm được vận tốc của xe khi vượt quá tốc độ. Đối với những phương tiện kinh doanh vận tải hiện nay khi xe vượt quá tốc độ quy định thì sẽ bị xử lí vi phạm rất nặng.Nếu thiết bị bị mất kết nối với xe thì trên phần mềm Thingspeak sẽ thể hiện kết quả bằng 0. Hình 6. Dữ liệu báo mất kết nối giữa Server và thiết bị. Nếu người quản lí không xem được tin nhắn báo tin nhắn SMS về điện thoại, thì chỉ cần nhìn vào ứng dụng Thingspeak các thông số đều quay về 0, giúp người quản lỉ biết được xe và thiết bị đã bị ngắt kết nối lúc này giúp người quản lí liên hệ với người điều khiển xe để khắc phục xem lí do mất kết nối thiết bị đảm bảo thiết bị luôn được kết nối với xe. Và các thông số luôn được gửi về ứng dụng Thingspeak đảm bảo thiết bị vận hành tốt nhất khi xe đang hoạt động. 3.2 Kết quả thực nghiệm trên dòng xe Toyota Fortuner 2019 Thực nghiệm trên xe Toyota Fortuner 2019 18
Tiến hành thực nghiệm kết nối thiết bị với xe Toyota Fortuner, thông qua cổng DLC3 trên xe. Cổng DLC3 trên các dòng xe hầu hết được đặt phía dưới bên trái vô lăng người điều khiển xe. Hình 7. Kết nối thiết bị với xe Toyota Fortuner 2019 Kết nối thiết bị với xe chúng ta cần chú ý đến vấn đề đặt thiết bị để đảm bảo an toàn kỹ thuật và điều kiện vận hành trong quá trình hoạt động của xe. Ngoài ra, để thiết bị không bị ảnh hưởng để thiết bị được vận hành liên tục không bị ngắt quản đảm bảo các thông số lỹ thuật luôn được cập nhật liên tục gửi về cho người quản lí theo dõi. Khi thiết bị đã kết nối thành công với xe thì chúng ta sẽ nhận được kết quả như sau: Các thông số trả về tốc độ xe bằng: 0 km/h, Lưu lượng khí nạp: 6 g/s, Nhiệt độ khí nạp 40 0C, Tốc độ động cơ 850 vòng/phút, Nhiệt độ nước làm mát 820C, mã lỗi của xe P0000 chứng minh được xe không bị lỗi. Kết quả đƣợc thể hiện trên ứng dụng Thingspeak Hình 8. Kết quả thu đƣợc trên phần mềm Thingspeak Kết quả tác giả thu được so với thông số thực tế trên xe thì thấy được kết quả thể hiện trên ứng dụng Thingspeak gần bằng với thông số thực tế. Sai số của của các thông số trên đã đạt được yêu cầu đề ra của tác giả. 3.3 Kết quả thực nghiệm trên dòng xe khách giường nằm Thaco HB120SL 2015 Thực nghiệm trên xe khách giƣờng nằm Thaco HB120SL 2015 Kết nối thiết bị với cổng DLC3 của chuẩn chẩn đoán OBD II trên xe khách giường nằm, trên xe này thì cổng chẩn đoán DLC3 nó được đặt ở hai vị trí. + Vị trí thứ nhất được đặt ở dưới bên trái vô lăng tài xế. + Vị trí thứ hai được đặt ở dưới khoang động cơ. 19
Hình 9. Kết nối thiết bị với xe khách giƣờng nằm + Khi thực nghiệm trên xe khách giường nằm chúng ta cần lưu ý do xe khách thương mại nên cổng DLC3 của chuẩn chẩn đoán OBD-II, chân 16 của cổng DLC3 điện áp của chân đó điện áp đến 24V, khi kết nối thiết bị với cổng DLC3 cần thêm đầu chuyển điện áp từ 24V xuống 12V để đảm bảo thiết bị không bị ảnh hưởng cháy mạch khi hoạt động. Các thông số trả về tốc độ xe bằng: 0 km/h, lưu lượng khí nạp: 26 g/s, nhiệt độ khí nạp 31 0C, tốc độ động cơ 1030 vòng/phút, nhiệt độ nước làm mát 600C. Kết quả đƣợc thể hiện trên ứng dụng Thingspeak Hình 10. Kết quả từ xe khách giƣờng nằm trên Thingspeak Kết quả tác giả thu được so với thông số thực tế trên xe thì thấy được kết quả thể hiện trên ứng dụng Thingspeak gần bằng với thông số thực tế. Sai số của của các thông số trên đã đạt được yêu cầu đề ra của tác giả, do dữ liệu đọc là dữ liệu động nên phần sai số luôn xảy ra. Bảng 1. Bảng đánh giá thực nghiệm của thiết bị Tên xe Tốc độ Nhiệt độ Lƣu lƣợng Tốc Nhiệt độ nƣớc Thiết bị mô phỏng động cơ khí nạp khí nạp độ xe làm mát Simulator Cartek 5380 56 123 0 88 Xe Toyota 850 40 6 0 82 Fortuner Xe khách giường 1030 31 26 0 60 nằm Qua ba trường hợp thực nghiệm trên chứng minh được bộ thiết bị giám sát tình trạng kỹ thuật của các dòng xe đã đạt được yêu cầu mà tác giả mong muốn trong mục tiêu đề án. Thành công trong việc đọc được cái thông số kỹ thuật thực trên của xe là tiền đề để hướng phát triển đề án sau này sẽ đọc được tất cả dữ liệu của phương tiện. 20
4. Kết luận - Thiết bị giám sát thông số tình trạng kỹ thuật của các dòng xe thương mại đã đáp ứng được mục tiêu đề ra, hiển thị được các thông số cơ bản trên xe như: tốc độ xe, tốc độ vòng tua máy, nhiệt độ nước làm mát, lưu lượng khí nạp, mã lỗi DTC và giám sát được hành trình. - Thiết bị đọc được dữ liệu kết nối tốt, trong suốt hành trình xe không bị gián đoạn, thiết bị đọc dữ liệu không sinh quá nhiều nhiệt, đảm bảo tuổi thọ lâu bền. - Kết nối được với phần mềm Thinkspeak thể hiện được khả năng thời gian thực, đảm bảo đọc được dữ liệu từ xa không cần đến trực tiếp xe. - Các thông số dữ liệu hiển thị rõ ràng, có thể mở được ở các chương trình phần mềm thông dụng. - Thiết bị đọc dữ liệu thử nghiệm và đáp ứng tốt trên nhiều dòng xe khác nhau. Phát hiện và biên dịch tốt các thông số yêu cầu đưa ra. Qua các đánh giá trên đã chứng tỏ bộ đọc dữ liệu đã đáp ứng đầy đủ các nội dung mục tiêu đề ra của đề tài nghiên cứu này, mặc dù còn giới hạn bởi yếu tố công nghệ và tính bảo mật ở các hãng xe nên bộ đọc dữ liệu vẫn còn hạn chế và phát triển thêm. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Luật giao thông đường bộ 2008. Truy xuất từ: https://thuvienphapluat.vn/van-ban/Giao- thong-Van-tai/Luat-giao-thong-duong-bo-2008-23-2008-QH12-82203.aspx 2. Keith McCord, 2011. Automotive Diagnostic Systems: Understanding OBD I and OBD II. Part of: Workbench. 3. TCP-IP. Truy xuất từ: www.techtarget.com/searchnetworking/definition/TCP-IP. 4. Konrad Reif, 2015. Automotive Mechatronics: Automotive Networking, Driving Stability Systems, Electronics. Bosch Professional Automotive Information (BPAI). 5. Arduino Documentation. Truy xuất từ: https://docs.arduino.cc/software/ide- v2/tutorials/ide-v2-serial-plotter/. 6. Hamza Benyezza; Mounir Bouhedda; Khaoula Djellout; Amina Saidi. 2019. “Smart Irrigation System Based Thingspeak and Arduino”. DOI: 10.1109/ICASS.2018.8651993. Date Added to IEEE Xplore: 28 February 2019. 21