کنترل الکترونيکي در خودروها (ECU)

سيستم هاي الکترونيکي خودروکه داراي يک ميکرو کنترلر هستند ، واحد کنترل الکتريکي يا ECU (Electronic Control Unit) ناميده مي شوند . در ايران ، اغلب تنها سيستم الکترونيکي انژکتوري را با نام ECU مي شناسند ، ليکن ما در اين مقاله ، مطابق با واژه شناسي فني رايج در صنعت جهاني خودرو ، سيستم هاي داراي ميکرو کنترلر را ECU مي ناميم .

طراحي و ساخت ECU يکي از فناوريهاي کليدي در صنعت خودرو سازي مدرن است .يک ECU شامل مجموعه اي از سخت افزار و نرم افزار است که وظيفه نظارت ، تنظيم يا هدايت و کارکرد ويژه اي را در خودرو به عهده دارد . سيستم ضد قفل ترمز (ABS) ، سيستم ايمني کيسه هوا (AirBag) و برف پاک کن حساس به باران ، نمونه هايي از کاربرد ECU هستند. آغاز تکنولوژي ECU به سيستم انژکتوري شرکت بوش (Bochs) آلمان به نام JETronic باز مي گردد که در سال ۱۹۶۸ در خودروي فولکس واگن VW 1600TL نصب شد.
اهميت و نقش اقتصادي و تکنيکي ECU و به ويژه نرم افزار آن در ساخت

خودرو روز به روز در حال افزايش است . بر طبق پيش بيني هاي انجام شده ، سهم الکترونيک در هزينه ساخت خودرو از ۲۲ درصد در سال ۲۰۰۰ به ۳۵ درصد در سال ۲۰۱۰ مي رسد همچنين سهم هزينه نرم افزار الکترونيکي به کار گرفته شده در خودرو از ۲۰ درصد در سال ۲۰۰۰ به ۳۸ درصد در سال ۲۰۱۰ خواهد رسيد .
به طور کلي واحدهاي کنترل الکترونيکي تواناايي انجام سه کارکرد زير را دارند :
نظارت (Monitoring) بر کارکرد هاي خودرو و آگاه کردن راننده از آن ، مانند نظارت بر مصرف سوخت و آگاه کردن راننده از مصرف لحظه اي يا ميانگين سوخت ، يا نظارت بر

موقعيت درها و آگاه کردن راننده از باز بودن آنها .
تنظيم (Regulating) کارکردهاي خودرو به وسيله بهينه کردن همواره ي آنها ، مانند تنظيم مصرف سوخت موتور توسط واحد کنترل الکترونيکي سيستم انژکتوري .
کنترل (Controlling) کارکردهاي خودرو از طريق محاسبه کميات خروجي بر پايه داده هاي ورودي ، مانند : کنترل ترمز به وسيله سيستم ضد قفل (ABS) .در بيشتر واحد هاي کنترل الکترونيکي سه کارکرد نظارت ، تنظيم و کنترل توامان وجود دارند .
ساختار واحد کنترل الکترونيکي :
واحد کنترلر الکترونيکي از يک ميکرو کامپيوتر يا ميکرو کنرلر (Micro Controller) به عنوان سخت افزار و نرم افزارهايي که بر روي آن اجرا مي شود ، تشکيل شده است . ميکرو کنترلر يک کامپيوتر کوچک است که همه اجزلي آن ، مانند واحد پردازش مرکزي CPU ، واحدهاي ورودي و خروجي (I/O) حافظه هاي گوناگون پاک شدني (Erasable) و پاک نشدني (Read Only ) براي نگه داري برنامه ها و داده ها ، معمولا بر روي يک تراشه نصب شده اند ، نکته مهم در ساخت سخت افزار واحد کنترل الکترونيکي ، ايسادگي آن در برابر تغيير دما ، رطوبت و تکان هاي شديدي که پس از نصب در خودرو در معرض آن قرار دارد و همچنين قابليت بالاي سازگاري الکترو مغناطيسي(EMC) آن است .
شمار نرم افزارهاي يک واحد کنترل الکترونيکي بستگي به و پيچيدگي آن دارد . در واحدهاي کنترل الکترونيکي ساده تنها نرم افزاري که روي ميکرو کنترلر نصب و اجرا مي شود ، برنامه کاربردي مربوطه است . در نوع پيچيده آن ابتدا سيستم عامل بلادرنگ (Real Time Operation sustem) RTOS و نرم افزار هاي پايه ، مانند نرم افزارهاي مديريت شبکه مديريت حافظه و غيره بر روي ميکرو کنترلر نصب مي شوند و سپس برنامه کاربردي ، که از خدمات ارائه شده به وسيله سيستم عامل و نرم افزارهاي سيستمي سود مي برد.
بخش اساسي تکنولوژي واحدهاي کنترل الکترونيکي مربوط به نرم

افزار کاربردي آنهاست.اين بخش همچنين امروزه نيروي محرکه اصلي نوآوري در صنعت خودروسازي است .
سخت افزار ميکرو کنترلر ها ، سيستم عامل بلادرنگ و ديگر نرم افزارهاي پايه اي مورد نياز واحدهاي کنترل الکترونيکي به وسيله توليد کنندگان معروف در در سطح جهان ، مانند AMD ، NEC ، Motorola عرضه مي شوند .ارزش افزوده ي سازندگان خودرو و قطعه در اين عرصه ، ساخت نرم افزارهايي کاربردي و به ويژه کنترل و تضمين کيفيت کل سيستم است . بهبود کيفيت نرم افزار منوط به شيوه ها و ابزارهاي مهندسي نرم افزار در عرصه مديريت خواسته ها (Requirements

management ) مدل سازي ، توليد کد برنامه از مدل ، مستند سازي و تست نرم افزار است .
سبب اهميت فراوان کيفيت در ساخت واحدهاي کنترل الکترونيکي ، همانا نقش واحدهاي کنترل الکترونيکي در ايمني خودرو و اثرات مخرب کارکرد نادرست آنها بر اعتماد مشتريان است .بدين ترتيب در حاليکه سازنده و عرضه کننده نرم افزار اداري ، با آسودگي خيال ، يافتن بخشي از اشتباهات نرم افزار ، فهرستي از نادرستي هاي تصحيح شده ارائه مي کند سازنده واحد اشته باشد که محصول بي هيچ نقص و نادرستي به دست مشتري خواهد رسيد.
واحد کنترل الکترونيکي به طور معمول داده هاي لازم را به وسيله حسگر ها (Sensors) از محيط پيرامون مي گيرد و پس از فرمان پردازش آنها فرمانهاي مناسب را به کنشگرها (Actuators) منتقل مي کند . کنشگرها به نوبه خود ، مطابق فرمانهايي که از واحد کنترل الکترونيکي مي

گيرند، کار ابزار مکانيکي ، هيدروليکي ، پنوماتيکي يا الکتريکي مورد کنترل را هدايت مي کنند .
نقش واحدهاي کنترل الکترونيکي در خودرو
امروزه ميانگين شمار رو به افزايش واحدهاي کنترل الکترونيکي که در ساخت خودرو به کار مي رود ، بالغ بر ۷۰ واحد است . در خودروهاي گروه “لوکس” حتي تا ۱۱۰ واحد کنترل الکترونيکي نصب شده است .
مجموعه واحدهاي کنترل الکترونيکي يک خودرو را مي توان به چهار حوزه کاربردي تقسيم کرد :
۱- اتاق (Body) ، مانند شيشه بالابر ، تنظيم صندلي و برف پاک کن اتوماتيک .
۲- انتقال نيرو (Power Train ) ، مانند کنترل موتور و دنده
۳- ديناميک حرکت (Chasis / Driving functions ) مانند Distronic , Esp و ABS .
4- تلماتيک (Telematic/infotainment/multimedia) ، مانند سيستم راهيابي (Navigation) ، راديو ، تلفن و اينترنت .
از ديدگاه ديگري ، الکترونيک خودرو به طور کلي به يکي از دو حوزه ايمني (Safety ) و آسودگي (Comfort ) مربوط است .کارکردهايي همچون تنظيم حرارت اتاق و اينترنت مايه آسودگي و کارکردهايي مانند ABS و AirVag سبب افزايش ايمني راننده و سرنشينان خودرو است.
واحدهاي کنترل الکترونيکي خودرو در تعامل با حسگرها و کنشگرها هستند . به عنوان مثال واحد کنترل الکترونيک ABS به وسيله حسگرها داده هايي مانند وضعيت پدال ترمز ، درجه گردش فرمان و سرعت دوراني و خطي چرخ ها را دريافت و بر پايه آن نيروي وارد بر ترمز چرخ را محاسبه و به کنشگر هاي ترمز منتقل مي کند . .واحدهاي کنترل الکترونيکي گوناگون ، حسگرها و کنشگرها به وسيله سيستم هاي سخت افزاري و نرم افزاري انتقال داده ها (Bus) به يکديگ

ر مربوط هستند . ايج ترين سيستم انتقال داده ها در خودرو (Control Area Network ) CAN است است . در خودروهاي پژو ساخت ايران ، افزون بر CAN از سيستم انتقال داده هاي ديگري به نام VAN نيز استفاده مي شود. در سالهاي اخير سيستم هاي انتقال داده هاي ديگري ، مانند FlexRay,Lin, و MOST هم تعريف شده اند که در حوزه هاي گوناگون کارکردهاي الکترونيکي خودرو به کار مي روند .

 

 

تقويت سيستم برق و جرقه زني
يکي از راههاي افزايش قدرت اتومبيل تقويت سيستم برق و جرقه زني در اتومبيل مي باشد، كلآ يك سيستم Ignation به چند قسمت تقسيم ميشه:
كويل
دلكو
وايرشمع .
.MSD Igenation System
تشكيل شده از كويل آمپلي فاير و واير شمع، آمپلي فاير برق رو بعد از تقويت به كويل ميرسونه و كويل برق قويتري رو به بقيه سيستم ميرسونه.
فرق اين سيستم با سيستم استاندار در اينه كه برق به وجوداومده در كويل بعد از نصب آمپلي فاير يا همون Igenation Control قويتر و منظم تر از سيستم استاندارد ميباشد،به اين صورت كه در سيستم استاندار رو آرپي ام هاي پايين برق به صورت منظم وارد كويل ميشود و كويل استاندارد تا رنجهاي پايين تر از ۳۰۰۰ خوب جواب ميده ولي وقتي دور موتور بالا رفت حالت خازني كويل از بين ميره و نميتونه دقيق برق رو در خودش ذخيره كنه و كار كرد اون نامنظم ميشه و قدرت اصلي خودش رو از دست ميده مسئله دوم قدرت جريان خروجي از كويله كه با نصب MSD قدرت جريان خروجي بسته به كلاس خودش بيشتر ميشه،MSD كلاسهاي مختلفي داره:

كلاس ۵ :سطح شهري
كلاس ۶ :درون شهري تقويت شده

كلاس ۷ :دراگ
البته كلاسهاي بالاتر از اين هم هست ولي موضوعش خيلي فرق ميكنه
مثال
كويل ماشين هشت سيلندري در حالت استاندارد ۹۰ ميلي ژول نيروي الكتريكي توليد ميكرد و اين ۹۰ ميلي ژول تقسيم بر ۸ ميشد يعني روي هر شمعي ۱۱٫۲۵ ميلي ژ

ول نيرو در ۳۰۰۰۰ هزار ولت برق اما پس از نصب اين سيستم (سري ۶ ) قدرت توليدي توسط كويل به ۸۴۰ تا ۹۲۰ ميلي ژول يعني روي هر شمع بين ۱۰۵ تا ۱۱۵ ميلي ژول نيرو در ۴۵۰۰۰ ولت برق پس نتيجه اينکه در اينجا مقدار بيشتري از سوخت سوخته ميشه و قدرت بيشتري توليد ميشه.
توجه
اين سيستم رو ماشينهايي كه كويل اونها از دلكو جدا هست ميشه نصب كرد، براي ماشينهايي هم كه كويل و دلكو با هم هست سيستم كامل آماده شده هست براي تنظيم موتور اذيت نميكنه ولي بايد درست نصب بشه زياد تاثير داره بستگي داره چه نوع و مدلي رو انتخاب كنيد با تستي كه ما داشتيم سري ۶ حدود ۶۴ اسب قدرت موتور را افزايش دادمصرف ماشين رو كم ميكنه
سیستم سوخت رسانی الکترونیکی خودرو جهت سالم سازي محيط زيست در جهان
مقدمه :
يكي از روشهاي مناسب جهت سالم سازي محيط زيست در جهان ، كاهش گازهاي آلاينده متصاعد شده از موتورها مي‌باشد كه در نسل جديد خودروها توسط جايگزين كردن سيستم سوخت‌ رساني انژكتوري الكترونيكي بجاي سيستم كاربراتوري ، گام مهمي در اين جهت برداشته شده است .
مهمترين دليل براي انتخاب اين سيستم عبارت است از :
۱- بالارفتن راندمان حرارتي و افزايش قدرت حجمي
۲- توزيع يكنواخت سوخت در كليه سيلندرها
۳- گشتاور بالا در دورهاي پايين
۴- عدم نياز به ذخيره بنزين در مانيفولد ورودي
۵- كاهش مصرف سوخت
۶- كاركرد بهتر در هواي سرد
۷- كاهش گازهاي آلاينده خروجي
۸- تنظيم دور آرام (۸۰۰- ۸۵۰ RPM )
9- عدم نياز به گرم كردن مانيفولد هوا

 

يكي ديگر از دلايل جايگزين سيستم انژكتوري به جاي كاربراتوري بهبود كاركرد و افزايش بازدهي و توان اتومبيل مي‌باشد .
مهمترين هدف سيستم كنترل الكترونيكي موتور ، اعمال تنظيم دقيق بر روي دو عامل مي‌باشد:
۱- كنترل نسبت سوخت به هوا
۲- كنترل زمان بندي جرقه
امروزه سيستمهاي الكترونيكي تزريق سوخت با وجود گران بودن به عنوان بهترين راه حل مورد استفاده قرار گرفته‌اند . در مورد پرايد انژكتوري مورد بحث در كشور ما ، روش اندازه منيفولد (MAP ) با كمك سنسور هوا ( ATS) مي‌باشد .

مزاياي خودروي انژكتوري نسبت به خودري كاربراتوري:
۱- كاهش ناگهاني قدرت در سر پيچهاي تند در خودروي كاربراتوري :
هر تغييري در جهت حركت خودرو باعث وارد آمدن نيروي گريز از مركز به آن مي‌شود و اين نيرو به تمام قسمتهاي خودرو وارد مي‌گردد كه از جمله اين قسمتها پياله سوخت است . پيچهاي تند تمايل دارن كه سوخت را در پياله سوخت در ديواره به سمت بالا بياورند . بنا بر اين با بالا برن شناور مانع دريافت سوخت بيشتر شده و افت قدرت ايجاد مي‌گردد . اين مشكل به دليل عدم وجود كاربراتور در خودروي انژكتوري ، وجود ندارد .
۲- عدم توزيع يكنواخت سوخت در سيلندر ها :

پس از اختلاط سوخت و هوا در كاربراتور ، مخلوط حاصله به صورت موجي حركت مي‌كند كه باعث تغيير در سرعت جريان مي‌گردد و اين تغيير براي هريك از دهانه‌هاي ورودي هوا متفاوت مي‌باشد و اين تفاوت علت اصلي عدم توضيع سوخت يكنواخت در سيلندرها مي‌باشد و بعضي از سيلندرها با سوخت غني‌تر نسبت به ديگران پر مي‌شود ، بنا بر اين به جهت كامل پر شدن ديگر سيلندرها مجبوريم سوخت را مقداري غني‌تر در نظر بگيريم و اين موضوع يكي از علل افزايش مصرف سوخت و آلودگي هوا مي‌باشد .
۳- پلاتين به كار رفته در سيستم جرقه زني معمولي داراي بعضي مشكلات مكانيكي بوده و عمر آن محدود مي‌باشد .
۴- جريان عبوري از مدار اوليه كويل بايد به ۴ آمپر محدود گردد در غير اين صورت پلاتين آسيب مي‌بيند يا لااقل عمر آن كاهش مي‌يابد .
۵- عدم نياز به گرم كرده مانيفولد ورودي در هواي سرد در سيستم انژكتور : در سيستم انژكتوري موتور در هواي سرد به راحتي روشن مي‌شود ، چون ECU بر اساس دماي موتور مقدار پاشش سوخت را بيشتر مي‌كند و به تدريج با گرم شدن موتور زمان پاشش نيز كمتر مي‌گردد .
۶- تعداد قطعات فرسايشي درسيستم انژكتور نسبت به سيستم كاربراتوري كمتر مي‌باشد .
۷- فقيرسازي مقدار سوخت در شتاب منفي خودرو:پس از مشخص افت ولتاژ سنسور موقعيت دريچه گاز (TPS) ، ECU درميابد كه بايد ميزان سوخت را كاهش دهد بنا بر اين طول پالس ارسالي از TPS به ECU كاهش يافته تا مصرف سوخت كاهش يابد . هنگامي كه دريچه گاز كاملآ بسته است پاشش سوخت قطع مي‌شود .
۸- قطع جريان سوخت جهت جلوگيري از افزايش دور معيني از موتور : براي جلو گيري از صدمه ديدن موتور در نتيجه افزايش بيش‌ از حد دور آن ، ECU انژكتورها را پس از گذشتن دور موتور از حد معين ، از كار مي‌اندازد . هر زمان كه دور موتور كاهش يافت و به زير مقدار آستانه‌اي رسيد دوباره انژكتورها پاشش سوخت را انجام مي‌دهند
۹- در صورتي كه به هر دليل موتور خاموش شد ، پمپ بنزين قطع شده و احتمال آتش سوزي در تصادفات كاهش مي‌يابد .
۱۰- سرويس و نگهداري سيستم انژكتوري از كاربراتوري راحت‌تر بوده و نياز به تنظ

يمات دلكو و دريچه گاز ندارد .
۱۱- در نتيجه احتراق كامل و سيستم جرقه زني بادوام ، قدرت خروجي در پرايد

 

انژكتوري در حدود ۳ اسب بخار از نوع كاربراتوري بيشتر مي‌باشد .( افزايش راندمان حجمي )
۱۲- در سيستم كاربراتور سوخت قطرات سوخت به دليل خلأ منيفولد به داخل كشيده شده و با هواي جريان بالا دست مخلوط مي‌شوند . احتمال زياد وجود دارد كه قطرات سوخت در ديواره مانيفولد به همان حالت باقي بمانند و تعادل مخلوط سوخت و هوا را به هم بزنند . اما در سيستم انژكتور سوخت تحت فشار هواي ورودي به داخل منيفولد مي‌رود و به دليل اينكه انژكتور نزديك سوپاپ گاز قرار دارد احتمال اينكه در ديواره منيفولد قطره ايجاد شود حيلي كم مي‌باشد و تمام سوخت به داخل سيلندر مي‌رود و اجازه مي‌دهد كه نسبت استوكيومتري هوا و سوخت دقيق كنترل شود
سنسورها :
۱- سنسور دماي هوا (ATS)
اين سنسور در مسير دستگاه هواي هواكش قرار گرفته است و اطلاعات مربوت به دماي هوا و مقدار هواي ورودي را به موتور را به واحد كنترل الكترونيكي ارسال مي‌دارد .
واحد كنترل اين اطلاعات را به جهت تنظيم مقدار پاشش سوخت در مانيفولد ورودي به كار مي‌برد . اين سنسور در واقع يك سنسور حرارتي مي‌باشد كه نوعي مقاومت است كه آن با دماي هواي ورودي تغيير مي‌كند بر اساس ولتاژ خروجي ، كامپيوتر موتور دماي هواي ورودي را تعين كرده و مطابق با آن ميزان سوخت تزريقي را تنظيم مي‌كند .
۲- سنسور دماي آب (CTS )
اين سنسور بر روي سر سيلندر و بر روي منيفولد هوا قرار گرفته است . اين سنسور اطلاعات مربوط به درجه حرارت آب خنك كننده را توسط يك مقاومت حساس در برابر حرارت به واحد كنترل موتور بر اساس ولتاژ خروجي سنسور مربوطه ، گرم شدن موتور را تشخيص داده و در نتيجه مخلوط مناسبي از هوا و بنزين را در هنگامي كه موتور سرد است فراهم مي‌كند .