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 1968 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 22 درصد در سال 2000 به 35 درصد در سال 2010 می رسد همچنین سهم هزینه نرم افزار الکترونیکی به کار گرفته شده در خودرو از 20 درصد در سال 2000 به 38 درصد در سال 2010 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 70 واحد است . در خودروهای گروه "لوکس" حتی تا 110 واحد کنترل الکترونیکی نصب شده است .
مجموعه واحدهای کنترل الکترونیکی یک خودرو را می توان به چهار حوزه کاربردی تقسیم کرد :
1- اتاق (Body) ، مانند شیشه بالابر ، تنظیم صندلی و برف پاک کن اتوماتیک .
2- انتقال نیرو (Power Train ) ، مانند کنترل موتور و دنده
3- دینامیک حرکت (Chasis / Driving functions ) مانند Distronic , Esp و ABS .
4- 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 . ایج 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 .
ماخذ : آمل تک
