جستجو در تالارهای گفتگو

اين مقاله در مورد سيستم هاي الکترونيکي موجود در خودرو هاي جديد است، اگرچه از زمان فراگير شدن ميکروکنترلر ها که حدود بيست سال از آن مي گذرد، در خودرو هاي پيشرفته ي دنيا از سيستم هاي کنترل الکترونيکي استفاده مي شود اما چند سالي است که در خودرو هاي ساخت داخل کشور هم از اين امکانات استفاده مي شود. به عنوان مثال اگر شما به سيستم برق پژو 206 آشنا باشيد مي بينيد که اين خودرو از لحاظ سيستم هاي الکترونيکي در سطح پيشرفته اي قرار دارد و يا در مدل هايي از خودروي فورد از حدود 50 ميکروپروسسور استفاده شده است. اگرچه اين سيستم ها باعث مي شوند تعمير اين نوع خودروها نياز به دانش فني ويژه اي داشته باشد اما داراي مزايايي است که ارزش زيادي دارند. به طور کلي هدف از استفاده از کامپيوتر هاي الکترونيکي در خودرو ها عبارتند از: - نياز به کنترل دقيق مقدار سوخت مصرفي در خودرو براي رسيدن به استاندارهاي اقتصادي و زيست محيطي - عيب يابي پيشرفته - کاهش مقدار سيم هاي استفاده شده در خودرو (با استفاده از روش هاي مالتي پلکسينگ) - افزايش امنيت (در برابر سوانح رانندگي و سرقت) - افزايش امکانات رفاهي در خودرو به طور کلي کنترل موتور مهمترين وظيفه ي سيستم کامپيوتري موجود در خودرو است. از اين رو واحد کنترل موتور يا ECU قدرتمندترين کامپيوتر موجود در خودرو است. (لازم به ذکر است که واژه ي "کامپيوتر"ي که در اينجا از آن استفاده مي کنيم به معناي آن کامپيوتري که الان شما از آن اين مطالب را مي خوانيد نيست بلکه از اين کامپيوتر ها در فرهنگ الکترونيک به Embedded System يا سيستم هاي جاسازي شده ياد مي شود.) روش کنترلي که ECU از آن استفاده مي کند، Closed Loop Control نام دارد. در مورد اين روش کنترل کافي است بدانيد که به سيستم هايي که از خروجي خود براي کنترل سيستم نمونه برداري مي کنند، کنترل حلقه بسته يا Closed Loop Control مي گويند. ECU براي استفاده از اين روش کنترل، از طريق تعداد زيادي سنسور، اطلاعات زيادي از وضعيت قسمت هاي مختلف (مثل دماي سيستم خنک کننده يا مقدار اکسيژن در اگزوز) بدست مي آورد. ECU با استفاده از اين اطلاعات بدست آمده و قرار دادن آن در تعداد زيادي فرمول، بهترين زمان جرقه در موتور و مدت زمان باز بودن پاشنده ي سوخت (Fuel Injector) را تعيين مي کند. در واقع ECU اين کار را براي به کمينه رساندن مقدار مصرف سوخت انجام مي دهد. در يک ECU مدرن ممکن است از يک پردازنده ي 32 بيتي و 40 مگاهرتزي استفاده شود. (اگر با اين مفاهيم آشنا نيستيد به پست هاي 2/11/2005 و 2/20/2005 مراجعه کنيد.) اگرچه در نگاه اول ممکن است اين مقادير را با پردازنده ي 2 يا 3 گيگاهرتزي کامپوتر خود مقايسه کنيد ولي اين مقايسه ي درستي نيست زيرا در سيستم هاي جاسازي شده يا Embedded System حجم کدهايي که مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب کمتر از حجم نرم افزارهايي است که شما در کامپيوتر خود اجرا مي کنيد. به عنوان مثال حافظه هاي مورد استفاده در ECU ها در حدود 1 مگابايت هستند در حالي که شما ممکن است نرم افزاري با حجم 300 مگابايت را در کامپيوتر خود اجرا کنيد، يعني 300 برابر! پس ECU ها خيلي هم قدرتمند هستند! در شکل زير تصوير يک ECU استفاده شده در خودروي فورد را مشاهده مي کنيد: در اين مدار، پردازنده به همراه صدها قطعه ي الکترونيکي ديگر بر روي يک برد چند لايه قرار گرفته است. تعدادي از اجزاي الکترونيکي که به همراه پردازنده در اين مدار قرار دارند عبارتند از: - Analog-to-digital converters يا مبدل آنالوگ به ديجيتال - High-level digital outputs يا خروجي ديجيتال سطح بالا - Signal conditioners يا متناسب کننده ي سيگنال - Communication chips يا تراشه هاي ارتباطي 1- Analog-to-digital converters يا مبدل آنالوگ به ديجيتال اصولا پديده هاي فيزيکي در دنياي اطراف ما پديده هايي آنالوگ (پيوسته يا قياسي) هستند، يعني اين کميات هر مقداري از يک بازه ي مشخص را مي توانند به خود اختصاص دهند. به عنوان مثال دماي هواي تهران در شرايط عادي مي تواند هر مقداري بين -10 درجه تا 40 درجه ي سانتيگراد را داشته باشد. به عنوان مثال دماي هواي امروز مي تواند 21.7 درجه ي سانتيگراد باشد. همين طور است در مورد کمياتي مثل فشار، ارتفاع، وزن و غيره. اما سيستمهاي ديجيتال و کامپيوتري فقط با مقادير گسسته کار مي کنند. به عنوان مثال ما فقط مي توانيم مجموعه اي از اعداد گسسته مثل 27، 27.1 27.2 ... را به عنوان ورودي به يک سيستم ديجيتال وارد کنيم و اگر دماي مورد نظر ما چيزي بين يکي از اين دو مقدار باشد براي اين سيستم مفهومي نخواهد داشت. پس براي اينکه يک دستگاه آنالوگ (مثل يک سنسور دما) بتواند با يک دستگاه ديجيتال (مثل يک ميکروپروسسور) ارتباط برقرار کند بايد اين دو دستگاه با يکديگر سازگار شوند. اين کار به عهده ي مبدل آنالوگ به ديجيتال است. اصول کار اين مبدل ها تا حدودي مفصل است و بررسي مداري آن در اينجا چندان مناسب نيست اما بد نيست بدانيد که فرايند تبديل يک سيگنال آنالوگ به ديجيتال شامل مرحله اي به نام Quantizing يا پله اي کردن است که هر چه فواصل پله اي شدن يک سيگنال آنالوگ کمتر باشد اطلاعات کمتري در حين تبديل از بين مي رود. اين کيفيت را با عنواني به نام تعداد بيت مبدل مي سنجند. به عنوان مثال يک مبدل 16 بيتي از يک مبدل 8 بيتي اطلاعات بيشتري را منتقل مي کند. مبدل ها ي آنالوگ به ديجيتال ECU معمولا يک مبدل 10 بيتي هستند. 10 بيت، امکان 2 به توان 10 يا 1024 حالت را دارا مي باشد پس اطلاعات آنالوگ يک سنسور مي تواند به صورت 1024 عدد باينري کد شود. مبدل هاي آنالوگ به ديجيتال به نام ADC "اي تو دي" معروف هستند و معمولا به صورت مدارات مجتمع (IC) در دسترس هستند به عنوان نمونه آي سي با شماره ي ADC0808 يک ADC هشت بيتي معروف است که معمولا 28 پايه دارد. در زير تصوير اين IC را مشاهده مي کنيد. 2- High-level digital outputs يا خروجي ديجيتال سطح بالا معمولا خروجي هاي ECU بايد وسايلي را راه اندازي کند که نياز به جريان بالايي دارند به عنوان مثال: کولر خودرو يا سيستم جرقه زني. اما خروجي پردازنده مي تواند جريان پاييني در حد ميلي آمپر را تامين کند در حالي که مثلا ممکن است رله ي کولر خودرو در حالت روشن نياز به 12 ولت و 0.5 آمپر جريان داشته باشد. براي حل اين مشکل از سوييچ هاي ترانزيستوري استفاده مي شود. همان طور که مي دانيد با يک سوييچ ترانزيستوري مي توان با يک جريان کوچک در بيس (يا گيت در سوييچ هاي FET) جريان بزرگي را در کلکتور (يا درين در سوييچ هاي FET) کنترل کرد. به عنوان مثال فرض کنيم يک ترانزيستور نيمه قدرت مي تواند با جريان 20 ميلي آمپر در بيس خود، جريان 0.5 ميلي آمپر را در کلکتور خود سوييچ کند و اين جريان رله ي کولر خودرو را راه اندازي مي کند. 3- Digital-to-analog converters يا مبدل ديجيتال به آنالوگ فلسفه ي وجودي اين واحد مثل مبدل آنالوگ به ديجيتال است که قبلا بررسي شد، با اين تفاوت که اين مبدل، خروجي پردازنده ي ECU را که يک سيگنال ديجيتال يا گسسته است به يک سيگنال آنالوگ يا پيوسته تبديل مي کند زيرا بعضي از اجزا خودرو براي راه اندازي نياز به سيگنال آنالوگ دارند. 4 - Signal conditioners يا متناسب کننده ي سيگنال گاهي اوقات ورودي و خروجي ECU قبل از اينکه مورد استفاده قرار بگيرد با تنظيم شود. به عنوان مثال مبدل آنالوگ به ديجيتالي که اطلاعات را از سنسور اکسيژن دريافت مي کند بايد ورودي آن در محدوده اي بين 0-5 ولت قرار داشته باشد در حالي که ممکن است خروجي اين سنسور بين 0-1.1 ولت باشد. متناسب کننده ي سيگنال با ضرب کردن خروجي سنسور اکسيژن در چهار موجب دريافت دقيقتر اطلاعات اين سيگنال مي شود. 5 - Communication chips يا تراشه هاي ارتباطي اين تراشه ها استاندارهاي ارتباطي موجود در بخشهاي مختلف را مهيا مي کنند. در خودرو هاي محتلف از استادهاي مختلفي استفاده مي شود اما استاندارد حاکم فعلي CAN (controller-area networking) ناميده مي شود. اين استاندارد اجازه ي ارتباط بخش هاي مختلف تا 500 کيلو بيت در ثانيه (500 Kbps) را مي دهد. اين سرعت لازم است زيرا برخي اجزا اطلاعات را صدها بار در ثانيه بر روي گذرگاه (BUS) قرار مي دهند. اين استاندار از دو سيم استفاده مي کند. تا اينجا فقط ECU يا کامپيوتر کنترل موتور را مورد مطالعه قرار داديم. در ادامه مباحث ديگري نيز وجود دارد، مثل: عيب يابي پيشرفته، سنسورهاي هوشمند، وايرينگ مالتي پلکس شده، امکانات امنيتي - رفاهي و غيره که بررسي آن ها نيازمند چندين پست است.