سیستم الکترونیک خودرو

ECU چیست؟

ECU  مخفف Electronic Control Unit یا واحد کنترل سیستم الکترونیک خودرو می باشد و نقش هدایت و کنترل یک خودروی انژکتوری را بر عهده دارد.

همانطور که می دانید خودروهای انژکتوری بدلیل عملکرد بهتر و توانایی پاس کردن استانداردهای آلودگی، بطور کامل در تمام دنیا جایگزین خودروهای کاربراتوری شده اند و مغز این سیستم ECU می باشد. ECU با توجه به سنسورهایی که به موتور متصل است وضعیت و شرایط خودرو را تحلیل کرده و پاسخهای لازم را به خروجیها که عبارتند از:

انژکتورها، جرقه زنها و … اعمال می کند. سنسورهای کیت های انژکتوری مختلف هستند که هر چه تعداد آنها بیشتر باشد ECU بهتر می تواند شرایط موتور را درک کند. سنسورهای مهم خودروهای انژکتوری عبارتند از: سنسور دور یا RPM، سنسور فشار داخل مانیفولد یا MAP، سنسور دریچه گاز یا TPS، سنسور دمای آب یا CTS، سنسور دمای هوا ATS، سنسور اکسیژن یا لاندا، سنسور ضربه و …

سیستم های الکترونیکی خودروکه دارای یک میکرو کنترلر هستند ، واحد کنترل الکتریکی یا ECU (Electronic Control Unit) نامیده می شوند . در ایران ، اغلب تنها سیستم الکترونیکی انژکتوری را با نام ECU می شناسند ، لیکن ما در این مقاله ، مطابق با واژه شناسی فنی رایج در صنعت جهانی خودرو ، سیستم های دارای میکرو کنترلر را ECU می نامیم .

طراحی و ساخت ECU یکی از فناوریهای کلیدی در صنعت خودرو سازی مدرن است .یک ECU شامل مجموعه ای از سخت افزار و نرم افزار است که وظیفه نظارت ، تنظیم یا هدایت و کارکرد ویژه ای را در خودرو به عهده دارد . سیستم ضد قفل ترمز (ABS) ، سیستم ایمنی کیسه هوا (AirBag) و برف پاک کن حساس به باران ، نمونه هایی از کاربرد ECU هستند. آغاز تکنولوژی ECU به سیستم انژکتوری شرکت بوش (Bochs) آلمان به نام JETronic باز می گردد که در سال ۱۹۶۸ در خودروی فولکس واگن VW 1600TL نصب شد.

اهمیت و نقش اقتصادی و تکنیکی ECU و به ویژه نرم افزار آن در ساخت خودرو روز به روز در حال افزایش است . بر طبق پیش بینی های انجام شده ، سهم الکترونیک در هزینه ساخت خودرو از ۲۲ درصد در سال ۲۰۰۰ به ۳۵ درصد در سال ۲۰۱۰ می رسد همچنین سهم هزینه نرم افزار الکترونیکی به کار گرفته شده در خودرو از ۲۰ درصد در سال ۲۰۰۰ به ۳۸ درصد در سال ۲۰۱۰ خواهد رسید .

به طور کلی واحدهای کنترل الکترونیکی تواناایی انجام سه کارکرد زیر را دارند :

نظارت (Monitoring) بر کارکرد های خودرو و آگاه کردن راننده از آن ، مانند نظارت بر مصرف سوخت و آگاه کردن راننده از مصرف لحظه ای یا میانگین سوخت ، یا نظارت بر موقعیت درها و آگاه کردن راننده از باز بودن آنها .

تنظیم (Regulating) کارکردهای خودرو به وسیله بهینه کردن همواره ی آنها ، مانند تنظیم مصرف سوخت موتور توسط واحد کنترل الکترونیکی سیستم انژکتوری .

کنترل (Controlling) کارکردهای خودرو از طریق محاسبه کمیات خروجی بر پایه داده های ورودی ، مانند : کنترل ترمز به وسیله سیستم ضد قفل (ABS) .در بیشتر واحد های کنترل الکترونیکی سه کارکرد نظارت ، تنظیم و کنترل توامان وجود دارند .

ساختار واحد کنترل الکترونیکی :

واحد کنترلر الکترونیکی از یک میکرو کامپیوتر یا میکرو کنرلر (Micro Controller) به عنوان سخت افزار و نرم افزارهایی که بر روی آن اجرا می شود ، تشکیل شده است . میکرو کنترلر یک کامپیوتر کوچک است که همه اجزلی آن ، مانند واحد پردازش مرکزی CPU ، واحدهای ورودی و خروجی (I/O) حافظه های گوناگون پاک شدنی (Erasable) و پاک نشدنی (Read Only ) برای نگه داری برنامه ها و داده ها ، معمولا بر روی یک تراشه نصب شده اند ، نکته مهم در ساخت سخت افزار واحد کنترل الکترونیکی ، ایسادگی آن در برابر تغییر دما ، رطوبت و تکان های شدیدی که پس از نصب در خودرو در معرض آن قرار دارد و همچنین قابلیت بالای سازگاری الکترو مغناطیسی(EMC) آن است .

شمار نرم افزارهای یک واحد کنترل الکترونیکی بستگی به و پیچیدگی آن دارد . در واحدهای کنترل الکترونیکی ساده تنها نرم افزاری که روی میکرو کنترلر نصب و اجرا می شود ، برنامه کاربردی مربوطه است . در نوع پیچیده آن ابتدا سیستم عامل بلادرنگ (Real Time Operation sustem) RTOS و نرم افزار های پایه ، مانند نرم افزارهای مدیریت شبکه مدیریت حافظه و غیره بر روی میکرو کنترلر نصب می شوند و سپس برنامه کاربردی ، که از خدمات ارائه شده به وسیله سیستم عامل و نرم افزارهای سیستمی سود می برد.

بخش اساسی تکنولوژی واحدهای کنترل الکترونیکی مربوط به نرم افزار کاربردی آنهاست.این بخش همچنین امروزه نیروی محرکه اصلی نوآوری در صنعت خودروسازی است .

سخت افزار میکرو کنترلر ها ، سیستم عامل بلادرنگ و دیگر نرم افزارهای پایه ای مورد نیاز واحدهای کنترل الکترونیکی به وسیله تولید کنندگان معروف در در سطح جهان ، مانند AMD ، NEC ، Motorola عرضه می شوند .ارزش افزوده ی سازندگان خودرو و قطعه در این عرصه ، ساخت نرم افزارهایی کاربردی و به ویژه کنترل و تضمین کیفیت کل سیستم است . بهبود کیفیت نرم افزار منوط به شیوه ها و ابزارهای مهندسی نرم افزار در عرصه مدیریت خواسته ها (Requirements management ) مدل سازی ، تولید کد برنامه از مدل ، مستند سازی و تست نرم افزار است .

سبب اهمیت فراوان کیفیت در ساخت واحدهای کنترل الکترونیکی ، همانا نقش واحدهای کنترل الکترونیکی در ایمنی خودرو و اثرات مخرب کارکرد نادرست آنها بر اعتماد مشتریان است .بدین ترتیب در حالیکه سازنده و عرضه کننده نرم افزار اداری ، با آسودگی خیال ، یافتن بخشی از اشتباهات نرم افزار ، فهرستی از نادرستی های تصحیح شده ارائه می کند سازنده واحد الکترونیکی خودرو باید از همان لحظه آغازین طراحی قطعه طراحی قطعه ، این اطمینان را داشته باشد که محصول بی هیچ نقص و نادرستی به دست مشتری خواهد رسید.

واحد کنترل الکترونیکی به طور معمول داده های لازم را به وسیله حسگر ها (Sensors) از محیط پیرامون می گیرد و پس از فرمان پردازش آنها فرمانهای مناسب را به کنشگرها (Actuators) منتقل می کند . کنشگرها به نوبه خود ، مطابق فرمانهایی که از واحد کنترل الکترونیکی می گیرند، کار ابزار مکانیکی ، هیدرولیکی ، پنوماتیکی یا الکتریکی مورد کنترل را هدایت می کنند .

نقش واحدهای کنترل الکترونیکی در خودرو

امروزه میانگین شمار رو به افزایش واحدهای کنترل الکترونیکی که در ساخت خودرو به کار می رود ، بالغ بر ۷۰ واحد است . در خودروهای گروه “لوکس” حتی تا ۱۱۰ واحد کنترل الکترونیکی نصب شده است .

مجموعه واحدهای کنترل الکترونیکی یک خودرو را می توان به چهار حوزه کاربردی تقسیم کرد :

۱- اتاق (Body) ، مانند شیشه بالابر ، تنظیم صندلی و برف پاک کن اتوماتیک .

۲- انتقال نیرو (Power Train ) ، مانند کنترل موتور و دنده

۳- دینامیک حرکت (Chasis / Driving functions ) مانند Distronic , Esp و ABS .

۴- تلماتیک (Telematic/infotainment/multimedia) ، مانند سیستم راهیابی (Navigation) ، رادیو ، تلفن و اینترنت .

از دیدگاه دیگری ، الکترونیک خودرو به طور کلی به یکی از دو حوزه ایمنی (Safety ) و آسودگی (Comfort ) مربوط است .کارکردهایی همچون تنظیم حرارت اتاق و اینترنت مایه آسودگی و کارکردهایی مانند ABS و AirVag سبب افزایش ایمنی راننده و سرنشینان خودرو است.

واحدهای کنترل الکترونیکی خودرو در تعامل با حسگرها و کنشگرها هستند . به عنوان مثال واحد کنترل الکترونیک ABS به وسیله حسگرها داده هایی مانند وضعیت پدال ترمز ، درجه گردش فرمان و سرعت دورانی و خطی چرخ ها را دریافت و بر پایه آن نیروی وارد بر ترمز چرخ را محاسبه و به کنشگر های ترمز منتقل می کند . .واحدهای کنترل الکترونیکی گوناگون ، حسگرها و کنشگرها به وسیله سیستم های سخت افزاری و نرم افزاری انتقال داده ها (Bus) به یکدیگر مربوط هستند .

رایج ترین سیستم انتقال داده ها در خودرو (Control Area Network ) CAN است است . در خودروهای پژو ساخت ایران ، افزون بر CAN از سیستم انتقال داده های دیگری به نام VAN نیز استفاده می شود. در سالهای اخیر سیستم های انتقال داده های دیگری ، مانند FlexRay,Lin, و MOST هم تعریف شده اند که در حوزه های گوناگون کارکردهای الکترونیکی خودرو به کار می روند

سازندگان معروف ECU چه شرکتهایی هستند؟

۱) شرکت Bosch آلمان: این شرکت بهترین و معروفترین سازنده ECU و کیت انژکتوری در دنیا می باشد و در اغلب خودروهای پیشرفته جهان نشانی از آن را می توان یافت. چند مدل از زانتیا موجود در ایران دارای کیت انژکتوری Bosch می باشد.

۲) شرکت Delco آمریکا: این شرکت یکی از قدیمی ترین شرکتهای سازنده ECU می باشد و ECU آن در اغلب خودروهای آمریکایی بخصوص خودروهای شرکت GM یا جنرال موتورز بکار رفته است مانند کادیلاک، پونتیاک و… همچنین در خودروهای دوو کره مانند دوو ESPERO.

۳) شرکت Ford آمریکا: این شرکت سازنده خودرو، سازنده ECU البته برای خودروهای فورد می باشد و اولین بار ایده کنترل تطبیقی یا خود-یادگیر در خودروهای این شرکت عملا پیاده سازی شد.

۴) شرکت Siemens آلمان: فعالیت این شرکت گرچه به اندازه رقیب آلمانی آن یعنی Bosch نیست اما ECU های خوبی می سازد. ECU پراید انژکتوری موجود در ایران طراحی این شرکت است.

۵) شرکت Magneti Marelli ایتالیا: این شرکت در اروپا محبوبیت زیادی داشته و بر روی اغلب خودروهای اروپایی کیت آن نصب است. به عنوان مثال خودروهای فیات مدل PUNTO و فولکس واگن مدل LF IV، مزدا ۳۲۳.

۶) شرکت Sagem فرانسه: بر روی اغلب ماشینهای فرانسوی ECU این شرکت نصب است. بنابراین پژو ۲۰۶، مدلهایی از زانتیا؛ همچنین خودروهای ایرانی مانند سمند و پیکان انژکتوری.

۷) شرکت Nippon Denso ژاپن: این شرکت توسط شرکت تویوتا تاسیس شده و بخش عمده سهام آن را دارا می باشد البته ۶ درصد سهام آن متعلق به شرکت Bosch است. ECU اغلب خودروهای تویوتا (مانند تویوتا لندکروز ) و برخی خودروهای ژاپنی مانند نیسان، هوندا، سوزوکی و … متعلق به این شرکت می باشد.

شرکتهای دیگری هم هستند مانند HITACHI، MATSUHITA، LOTUS و …

UNICHIP یا فن آوری تنظیم ECU

امروزه موتورهای انژکتوری نقشی بسیار اساسی در موفقیت صنایع خودروسازی ایفاء می‌نمایند و کیفیت و قابلیتهای آن، درصد کارایی خودرو را نشان می‌دهد. همانطور که می‌دانیم کنترل کننده موتورهای انژکتوری، بردی الکترونیکی به نام ECU می‌باشد و در واقع کارایی این بخش تعیین کننده کیفیت یک موتور و در ابعادی دیگر کیفیت خودرو خواهد بود؛ بدین معنی که هرچقدر ECU یک موتور بهتر طراحی شده باشد، آن موتور کیفیت بهتری خواهد داشت.

ECU بر اساس سنسورهایی که بدان متصل است شرایط کار موتور را درک کرده و فرامین مناسب را به انژکتورها و شمعها صادر می‌کند. از آنجا که دینامیک خودرو بسیار پیچیده و غیر خطی می‌باشد، طراحان ECU برای سهولت کار، جداولی را به نام map داخل حافظه ECU می‌ریزند که در آن مقدار پاشش سوخت و زاویه آوانس در هر دور و بار موتور مشخص شده است. هر چه دقت این جداول بیشتر باشد، دقت عملکرد ECU بیشتر خواهد بود.

نکته‌ای که باید توجه کرد اینست که مقادیر این جدولها وابستگی مستقیمی به پارامترهای جغرافیایی موتور، نظیر فشار و دمای هوا دارد. شرکتهای خودروسازی، ECU را برای یک آب و هوای خاص طراحی نمی‌کنند بلکه مقادیر map را بگونه‌ای تنظیم می‌کنند که برای انواع شرایط جغرافیایی جوابی بهینه و معقول بدهد. بنابراین map، در این حالت برای تمام خودروهای از یک مدل بهینه است نه هر خودروی خاص؛ زیرا هیچ دو خودرویی، حتی از یک مدل کاملاً مانند یکدیگر نیستند.

اگر سیستمی بتواند این نقیصه را از ECUها برطرف کند، آنگاه می‌توان به طور اختصاصی map هر خودرو را کالیبره کرده و توان آن را افزایش داد.

امروزه تیونینگ ECU خودروها، بحث جا افتاده ای است و شرکتهای بسیاری در این زمینه فعالیت می کنند بطور کلی دو روش برای تیونینگ خودروهای انژکتوری وجود دارد. روش اول خواندن دیتاهای (map) ECU و دادن دیتاهای جدید که شرکتهای بسیاری در این زمینه فعالند از جمله: Eurochip، Chip Tuning، Tech TV، Autospeed و …یکی از اشکالات این روش اینست که بشدت وابسته به ساختار ECU است و با پیچیده شدن سخت افزار ECU امکان خواندن و تغییر دیتاهای آن مشکل و گاهی غیرممکن می شود مگر آنکه شرکت سازنده ECU خود نحوه دسترسی به اطلاعات را در اختیار شرکتهای تیونینگ بگذارد. روش دوم اضافه کردن یک سخت افزار جانبی به ECU جهت تغییر پارامترهای ECU است. این روش گرچه گرانتر تمام می شود اما وابسته به نوع ECU نیست. یکی از شرکتهایی که در این زمینه فعال است

، شرکت Dastek است. شرکتی که در آفریقای جنوبی قرار دارد و با پرسنلی در حدود ۳۰ نفر توانسته موفقِِِِت چشمگیری داشته باشد.جالب است بدانید که این شرکت بظاهر کوچک توانسته است محصول خود را به کشورهای مختلف دنیا صادر کند و بیش از ۳۰۰ نمایندگی فروش در سرتاسر دنیا دارد که فقط ۱۰۰ تا از آنها در ایالات متحده آمریکا هستند. نام این محصول UNICHIP است.

اصول عملکرد UNICHIP بدین صورت که سنسورهای اصلی در یک موتور انژکتوری (MAP, RPM) را خوانده و سپس با توجه به نقطه کار موتور، مقادیری مجازی از این دو سنسور را به ECU اعمال می‌کند؛ بگونه‌ای که رفتار ECU نسبت به حالت قبل بهبود پیدا می‌کند.

آمارها نشان می‌دهد که موفقیت UNICHIP در این زمینه بسیار بالا بوده است:از هر ۴۰۰ خودرو، فقط یک خودرو ممکن است با UNICHIP بهینه نگردد، ۸۰% خودروهایی که در آفریقای جنوبی استفاده می‌شوند، UNICHIP را در خودروهای خود نصب کرده‌اند، UNICHIP بر روی بیش از ۳۲۰ مدل موتور از خودروسازان بزرگ دنیا پیاده شده است.

منبع

Summary
Review Date
Reviewed Item
امتیاز این صفحه
Author Rating
51star1star1star1star1star