مجله تخصصی خودرو اخبار خودرو , قیمت خودرو , خرید و فروش خودرو , قیمت ماشین , قیمت اتومبیل
واحد ECU یا کامپیوتر خودرو چیست و چگونه کار می‌کند + قسمت های ECU
ECU را می توان کامپیوتر خودرو تعریف کرد که مسئولیت های فراوان و مهمی دارد . اگر هر سال به روند پیشرفت صنعت خودروسازی و مدل های جدید توجه کنیم ، متوجه پیچیده تر شدن سیستم ها و فناوری های به کار رفته در محصولات برند های مختلف ، می شویم . به خصوص در چند دهه ی گذشته ی استفاده از انواع تجهیزات الکترونیک و ریزپردازنده ها در خودروها بیشتر شده است ؛ شاید استفاده بیشتر از ریز پردازنده ها ، تعمیر و دست کاری خودرو توسط مالک یا افرادی که اطلاعات کافی از مسائل فنی ندارند را مشکل تر کرده باشد ، اما در مجموع سرویس و خدمات خودرو ، آسان تر و سریع تر شده است .
قسمت های مختلف ECU
پردازنده در یک ماژول با صدها قطعه ی دیگر روی برد مدار چند لایه ای ، قرار گرفته است . اجزای زیر در ECU به پردازنده کمک می کنند .
1- مبدل های آنالوگ به دیجیتال
این قطعات ، خروجی برخی سنسورهای موجود در خودرو ، مانند سنسور اکسیژن را بررسی می کنند . خروجی سنسور اکسیژن ، ولتاژ آنالوگ بین صفر تا 1.1 ولت است ؛ پردازنده فقط عدد های دیجیتال را پردازش می کند ، بنابراین مبدل های آنالوگ به دیجیتال ، ولتاژ سنسور اکسیژن را به یک عدد دیجیتال 10 بیتی تبدیل می کنند .
2- خروجی های دیجیتال H Level
در خودروهای مدرن ، ECU در جرقه زنی شمع ها ، باز و بسته شدن انژکتورها و روشن و خاموش شدن فن تصمیم گیرنده ی اصلی است . تمام این وظایف نیازمند خروجی های دیجیتال هستند که تنها یا روشن ، یا خاموش است . برای نمونه ، خروجی کنترل فن می تواند 12 ولت و 0.5 آمپر به رله (Relay) فن خنک کننده در زمان روشن بودن یا صفر ولت در زمان خاموش بودن باشد . یک خروجی دیجیتال خود هم مانند رله عمل می کند ؛ نیروی کمی که پردازنده ارسال می کند ، ترانزیستور خروجی دیجیتال را تقویت خواهد کرد تا نیروی بیشتری به رله فن و در نهایت نیروی بیشتری هم به فن برسد .
3- مبدل های دیجیتال به آنالوگ
ECU باید بتواند خروجی ولتاژ آنالوگ هم داشته باشد تا بر برخی از اجزای پیشرانه ی خودرو هم تأثیر داشته باشد . پردازنده ی ECU یک قطعه ی دیجیتال است ، بنابراین برای تبدیل اعداد دیجیتال به ولتاژ آنالوگ ، نیازمند قطعه ای دیگر است .
4- فرم دهنده های سیگنال
فرهم دهنده یا کاندیشنر سیگنال (Conditioner)، برای تنظیم ورودی ها یا خروجی ها پیش از خوانده شدن (Read) استفاده می شوند . برای مثال ، ممکن است که مبدل آنالوگ به دیجیتال برای خواندن سیگنال صفر تا 5 ولت ولتاژ سنسور اکسیژن تنظیم شده باشد ، اما خروجی سنسور اکسیژن صفر تا 1.1 ولت باشد . سیگنال کاندیشنر مداری است که سطح سیگنال های ورودی و خروجی را تنظیم می کند ؛ اگر سیگنال کاندیشنر ولتاژ خروجی سنسور اکسیژن را 4 برابر کند ، در نهایت سیگنال صفر تا 4.4 ولت خواهیم داشت که بنابراین ، مبدل آنالوگ به دیجیتال به صورت دقیق تر ولتاژ را دریافت می کند .
5- تراشه های ارتباطی
چیپ های ارتباطی ECU، استاندارد های ارتباطی متنوعی در خودرو ها اجرا می کنند . چند نوع استاندارد ارتباطی در خودروها استفاده شده است ، اما یکی از مرسوم ترین موارد ارتباطی خودرو CAN یا ( شبکه سازی ناحیه کنترل کننده ) است . در استاندارد CAN، سرعت ارتباطات تا 500 کیلوبیت بر ثانیه می رسد که در مقایسه با استاندارد های ارتباطی گذشته ی خودرو ها ، سرعت بالاتری دارد . این سرعت برای ارتباط چند صد گذرگاه (Bus) در هر ثانیه ضروری است . گذرگاه ارتباطات باعث می شود تا هر ماژول نقص ها را به یک ماژول مرکزی مخابره کند ؛ این ماژول مرکزی می تواند تمام نقص ها را ذخیره و به یک ابزار شناسایی خارجی ارسال کند .
همین مورد ، کار مکانیک ها را آسان تر می کند ؛ در واقع شناسایی مشکلات متناوب فنی خودرو با وجود ماژول مرکزی ECU بسیار ساده تر شده است . امروزه تعمیرکاران با اتصال راحت یک اسکنر و اصطلاحاً دیاگ کردن (Diagnostic یا خطایابی ) ، می توانند مشکل های سطحی و عمقی ECU را تشخیص دهند . با دیاگ کردن هر خودرو ، در اسکنر کد های مشخص نمایش داده می شود ؛ هر کد بیانگر نقش در یک قسمت خاص از سیستم کلی است که معمولاً مجموعه ای کامل از کد ها و مفهوم آن در اختیار تعمیرگاه های به روز قرار دارد . در برخی خودرو ها نیازی به دیاگ کردن هم نیست ؛ در این مدل ها هنگام مشکل فنی ، چراغ چک یا خطای پیشرانه با الگوی خاصی که در دفترچه راهنمای آن ذکر شده است ، روشن و خاموش می شود و راننده می تواند نسبت به رفع آن اقدام کند .
بیشتر شدن ریز پردازنده ها در خودروهای مدرن دلایل مختلفی دارد که می توان آن ها را در موارد زیر ، خلاصه کرد :
1- دست یابی به استاندارد های سخت گیرانه تر آلایندگی و مصرف سوخت
2- تشخیص مشکلات فنی به صورت عمیق
3- آسان کردن روند تولید و طراحی خودرو
4- کاهش سیم کشی در خودرو
5- امکانات رفاهی و ایمنی جدید
ECU ؛ قدرتمند ترین کامپیوتر خودرو
پیش از تنظیم قوانین مختلف آلایندگی ، تولید خودروها بدون ریز پردازنده ها و کاملاً با ارتباط مکانیکی بین قطعات انجام می شد ؛ اما با ایجاد قوانین جدید آلایندگی و مصرف سوخت ، وجود برنامه های کنترلی پیچیده برای تنظیم دقیق ترکیب سوخت و هوا و کارایی تر بهتر مبدل کاتالیست برای کاهش دادن آلایندگی خروجی اگزوز لازم شد . کنترل اعمال پیشرانه ، مسئولیت اصلی ریز پردازنده های خودرو است ؛
واحد کنترل الکترونیک (Electronic Control Unit) یا ECU به عنوان قدرتمند ترین کامپیوتر خودرو ها ، مکانی برای گردهم آمدن ریز پردازنده ها در یک مجموعه است . ECUها از سیستم کنترل حلقه بسته استفاده می کنند ؛ در واقع یک طرح کنترلی ، که خروجی ها سیستم را برای کنترل ورودی های سیستم ؛ وضعیت مصرف سوخت ، آلایندگی پیشرانه و چند عامل دیگر ، بررسی و نظارت می کند . جمع آوری داده از سنسورهای موجود در خودرو که تعداد آن‌ها هم کم نیست ، انجام می شود تا ECU اطلاعات کاملی از وضعیت کلی خودرو از حرارت آب رادیاتور تا میزان اکسیژن موجود در سیستم اگزوز ، در اختیار داشته باشد .
در هر ثانیه ، میلیون ها محسابه و پردازش در ECU انجام می شود ؛ تصمیم گیری بر بهترین زمان جرقه زنی شمع ها یا مدت زمان باز بودن انژکتور بر عهده ی کامپیوتر خودرو است تا آلایندگی و مصرف سوخت در بهترین شرایط باشد . یک ECU مدرن می تواند پردازنده ی 40 مگاهرتزی 32 بیتی داشته باشد ؛ شاید این مشخصات در برابر پردازنده های پی سی ، قابل توجه نباشد اما پردازنده ی ECU خودرو کد بسیاری کارآمدتری از پی سی ها اجرا می کند . یک کد در ECU خودرو کمتر از یک مگابایت حافظه اشغال می کند که در برابر برنامه های نصب شده روی پی‌سی قابل مقایسه نیست . لازم به ذکر است که خودروهای مدرن چند ECU دارند و مجموع آن‌ها را کامپیوتر مرکزی خودرو شناسایی می کنند .
ECU ؛ آسان شدن طراحی و تولید خودرو
ایجاد استاندارد های ارتباطی در ECU خودروها ، طراحی و تولید را آسان تر کرده است که می توان بهترین نمونه های این مورد را در پنل های دیجیتال فرمان ، سرعت سنج ، کیلومترشمار مشاهده کرد . پنل پشت فرمان ، اطلاعات متنوع از بخش های مختلف خودرو دریافت می کند و به صورت عدد ، نمودار یا شکل دیجیتالی به نمایش می گذارد . بیشتر این اطلاعات ، پیش از نمایش در پنل فرمان در ماژول های دیگر استفاده شده اند ؛ در واقع ECU از حرارت آب رادیاتور و سرعت کارکرد پیشرانه کاملاً اگاه است ، واحد کنترل انتقال قدرت (TCU) سرعت کنترل خودرو را بررسی می کند و ماژول کنترل سیستم ترمز هم وجود مشکل در ABS را تشخیص می دهد .
تمام ماژول های بخش های مختلف خودرو ، داده ها را به گذرگاه ارتباطات (Communications Bus) ارسال می کنند . در هر ثانیه ، ECU چند مجموعه اطلاعات شامل سربرگ (Header) و داده (Data) مخابره می کند ؛ سربرگ یک عدد است که مجموعه اطلاعات را در قالب سرعت یا حرارت خواندن مشخص می کند و داده یک عدد مطابق سرعت یا حرارت سر برگ است . در پنل پشت فرمان یک ماژول قرار دارد که به دنبال دریافت اطلاعات لازم ، عقربه ها یا نشان گرهای خود را تغییر می دهد و راننده هر لحظه اطلاعات جدیدی از سرعت ، حرارت و دیگر بخش‌های خودرو دریافت می کند .
بیشتر خودروسازان ، پنل پشت فرمان کاملاً مونتاژ شده و آماده ی نصب را از یک برند دیگر را خریداری می کنند ؛ این کار به سود تأمین کننده ی پنل فرمان و خودروساز است . معمولاً خودروساز مجموعه ای از داده های مورد نیاز برای انواع سیگنال را به قطعه ساز سفارش می دهد ؛ پس از تحویل قطعه ی تولیدی ، خودروساز باید از هماهنگی بین داده ها و گذرگاه ارتباطات ECU اطمینان حاصل کند . قطعه ساز هم فقط باید به تولید پنل فرمان با اطلاعات خودروساز تمرکز کند . استاندارد ارتباطی ECU کاملاً بین قطعه ساز و خودروساز مشخص است و هر بخش به طور تخصصی مسئولیت اصلی خود را انجام می دهد ؛
سرمایه ، وقت و نیروی انسانی هم تلف نخواهد شد . امروزه قطعه سازان مختلف ، از سنسورهای هوشمند نیز استفاده می کنند . این سنسورها با تمام قطعات الکترونیکی خودرو و ریزپردازنده سازگار هستند . در این سنسورها ، ریز پردازنده هم وجود دارد ؛ درواقع عملیات خواندن ، تنظیم کردن و خروجی دیجیتال به گذرگاه ارتباطات تماماً در سنسور انجام می شود ، بنابراین بخشی از اعمال ماژول خودروساز کاهش پیدا می کند . مزیت دیگر سنسورهای هوشمند ، کاهش نویز هنگام انتقال سیگنال دیجیتال به گذرگاه ارتباطات است ؛ انتقال ولتاژ آنالوگ از طریق سیم ، هنگام عبور از مجاور برخی قطعات الکترونیکی ولتاژ اضافی دریافت می کند ، اما با وجود سنسورهای هوشمند ، این مشکل وجود نخواهد داشت .
گذرگاه های ارتباطات و ریز پردازنده های ECU ، در کاهش سیم کشی و تسهیم سازی یا مولتی پلکسینگ (Multiplexing) خودروها هم بسیار مؤثر است . در خودروهای قدیمی ، ارتباطات بین قطعه های مختلف با سیم برقرار می شد ، اما با گذشت زمان و اضافه شدن انواع قطعات به خودروها ، سیم کشی تمام آن ها یک کابوس خواهد بود . در سیستم تسهیم سازی شده ، یک ماژول با حداقل یک ریز پردازنده ، ورودی و خروجی های منطقه ای از خودرو را برقرار می کند . برای مثال ، در خودرو هایی که انواع دکمه های کنترلی روی درب دارند ، یک ماژول قرار داده شده است . بسیاری از مدل های امروزی ، پنجره های برقی ، آینه های جانبی برقی و صندلی های برقی دارند ؛
سیم کشی تمام این سیستم ها به شیوه ی قدیمی جوابگو نیست و یک ماژول تمام این اعمال را کنترل می کند . عملکرد این ماژول به این صورت است ؛ اگر راننده دکمه ی بالا یا پایین رفتن شیشه ی پنجره را فشار دهد ، ماژول نصب شده در درب خودرو ، رله ای که نیروی موتور پنجره را تأمین می کند ، متوقف خواهد کرد . اگر راننده دکمه ی تنظیم آینه ی جانبی سمت مخالف را فشار دهد ، ماژول سمت در راننده مجموعه داده ای به گذرگاه ارتباطات ECU می فرستند . این مجموعه داده دستور به کار افتادن ماژول بخش آینه ی جانبی سمت مخالف راننده را به همراه دارد . در این روش ، بیشتر سیگنال ها از طرف ماژول سمت در راننده به گذرگاه ارتباطات مخابره می شود .
آینده ی ECU ؛ سیستم برق 48 ولت
درطول دهه ی گذشته ، سیستم ها و فناوری های ایمنی مدرنی چون ترمز ABS و کیسه های هوا ، در خودروهای بیشتری به صورت استاندارد کار گذاشته شده اند و مواردی دیگر چون سیستم کنترل کشش و پایداری هم در مدل های لوکس ، اسپرت و گران تر وجود دارند . هر یک از این سیستم ها ، ماژول مخصوص به خود را به خودرو اضافه می کند ؛ هر ماژول با ریز پردازنده های خود همراه است و به زودی با بیشتر شدن چنین فناوری هایی ، تعداد ماژول های موجود در خودرو افزایش پیدا می کند . نمی توان مرز مشخصی برای سیستم های ایمنی خودرو ها مشخص کرد ؛ درواقع با افزایش انواع ماژول ها ، سیستم های برق خودروها هم تغییر می کند . تا به امروز چند خودروساز اروپایی به دلیل تأمین نیروی انواع سیستم های مدرن ایمنی و رفاهی ، سیستم برق 12 ولت قدیمی را کنار گذاشته اند و از نوع 48 ولتی استفاده می کنند .
بیشتر بدانید
