تحقیق مقاله کنترل الکترونیکی در خودرو ها (ECU)

کنترل الکترونیکی در خودروها (ECU)

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 .

تقویت سیستم برق و جرقه زنی

یکی از راههای افزایش قدرت اتومبیل تقویت سیستم برق و جرقه زنی در اتومبیل می باشد، کلآ یک سیستم Ignation به چند قسمت تقسیم میشه:

کویل

دلکو

وایرشمع .

.MSD Igenation System

تشکیل شده از کویل آمپلی فایر و وایر شمع، آمپلی فایر برق رو بعد از تقویت به کویل میرسونه و کویل برق قویتری رو به بقیه سیستم میرسونه.

فرق این سیستم با سیستم استاندار در اینه که برق به وجوداومده در کویل بعد از نصب آمپلی فایر یا همون Igenation Control قویتر و منظم تر از سیستم استاندارد میباشد،به این صورت که در سیستم استاندار رو آرپی ام های پایین برق به صورت منظم وارد کویل میشود و کویل استاندارد تا رنجهای پایین تر از 3000 خوب جواب میده ولی وقتی دور موتور بالا رفت حالت خازنی کویل از بین میره و نمیتونه دقیق برق رو در خودش ذخیره کنه و کار کرد اون نامنظم میشه و قدرت اصلی خودش رو از دست میده مسئله دوم قدرت جریان خروجی از کویله که با نصب MSD قدرت جریان خروجی بسته به کلاس خودش بیشتر میشه،MSD کلاسهای مختلفی داره:

کلاس 5 :سطح شهری

کلاس 6 :درون شهری تقویت شده

کلاس 7 :دراگ

البته کلاسهای بالاتر از این هم هست ولی موضوعش خیلی فرق میکنه 

مثال

کویل ماشین هشت سیلندری در حالت استاندارد 90 میلی ژول نیروی الکتریکی تولید میکرد و این 90 میلی ژول تقسیم بر 8 میشد یعنی روی هر شمعی 11.25 میلی ژول نیرو در 30000 هزار ولت برق اما پس از نصب این سیستم (سری 6 ) قدرت تولیدی توسط کویل به 840 تا 920 میلی ژول یعنی روی هر شمع بین 105 تا 115 میلی ژول نیرو در 45000 ولت برق پس نتیجه اینکه در اینجا مقدار بیشتری از سوخت سوخته میشه و قدرت بیشتری تولید میشه.

توجه

این سیستم رو ماشینهایی که کویل اونها از دلکو جدا هست میشه نصب کرد، برای ماشینهایی هم که کویل و دلکو با هم هست سیستم کامل آماده شده هست برای تنظیم موتور اذیت نمیکنه ولی باید درست نصب بشه زیاد تاثیر داره بستگی داره چه نوع و مدلی رو انتخاب کنید با تستی که ما داشتیم سری 6 حدود 64 اسب قدرت موتور را افزایش دادمصرف ماشین رو کم میکنه

سیستم سوخت رسانی الکترونیکی خودرو جهت سالم سازی محیط زیست در جهان

مقدمه :

یکی از روشهای مناسب جهت سالم سازی محیط زیست در جهان ، کاهش گازهای آلاینده متصاعد شده از موتورها می‌باشد که در نسل جدید خودروها توسط جایگزین کردن سیستم سوخت‌ رسانی انژکتوری الکترونیکی بجای سیستم کاربراتوری ، گام مهمی در این جهت برداشته شده است .

مهمترین دلیل برای انتخاب این سیستم عبارت است از :

- بالارفتن راندمان حرارتی و افزایش قدرت حجمی

2- توزیع یکنواخت سوخت در کلیه سیلندرها

3- گشتاور بالا در دورهای پایین

4- عدم نیاز به ذخیره بنزین در مانیفولد ورودی

5- کاهش مصرف سوخت

6- کارکرد بهتر در هوای سرد

7- کاهش گازهای آلاینده خروجی

8- تنظیم دور آرام (800- 850 RPM )

9- عدم نیاز به گرم کردن مانیفولد هوا

یکی دیگر از دلایل جایگزین سیستم انژکتوری به جای کاربراتوری بهبود کارکرد و افزایش بازدهی و توان اتومبیل می‌باشد .

مهمترین هدف سیستم کنترل الکترونیکی موتور ، اعمال تنظیم دقیق بر روی دو عامل می‌باشد:

1- کنترل نسبت سوخت به هوا

2- کنترل زمان بندی جرقه

امروزه سیستمهای الکترونیکی تزریق سوخت با وجود گران بودن به عنوان بهترین راه حل مورد استفاده قرار گرفته‌اند . در مورد پراید انژکتوری مورد بحث در کشور ما ، روش اندازه منیفولد (MAP ) با کمک سنسور هوا ( ATS) می‌باشد .

مزایای خودروی انژکتوری نسبت به خودری کاربراتوری:

1- کاهش ناگهانی قدرت در سر پیچهای تند در خودروی کاربراتوری :

هر تغییری در جهت حرکت خودرو باعث وارد آمدن نیروی گریز از مرکز به آن می‌شود و این نیرو به تمام قسمتهای خودرو وارد می‌گردد که از جمله این قسمتها پیاله سوخت است . پیچهای تند تمایل دارن که سوخت را در پیاله سوخت در دیواره به سمت بالا بیاورند . بنا بر این با بالا برن شناور مانع دریافت سوخت بیشتر شده و افت قدرت ایجاد می‌گردد . این مشکل به دلیل عدم وجود کاربراتور در خودروی انژکتوری ، وجود ندارد .

2- عدم توزیع یکنواخت سوخت در سیلندر ها :

پس از اختلاط سوخت و هوا در کاربراتور ، مخلوط حاصله به صورت موجی حرکت می‌کند که باعث تغییر در سرعت جریان می‌گردد و این تغییر برای هریک از دهانه‌های ورودی هوا متفاوت می‌باشد و این تفاوت علت اصلی عدم توضیع سوخت یکنواخت در سیلندرها می‌باشد و بعضی از سیلندرها با سوخت غنی‌تر نسبت به دیگران پر می‌شود ، بنا بر این به جهت کامل پر شدن دیگر سیلندرها مجبوریم سوخت را مقداری غنی‌تر در نظر بگیریم و این موضوع یکی از علل افزایش مصرف سوخت و آلودگی هوا می‌باشد .

3- پلاتین به کار رفته در سیستم جرقه زنی معمولی دارای بعضی مشکلات مکانیکی بوده و عمر آن محدود می‌باشد .

4- جریان عبوری از مدار اولیه کویل باید به 4 آمپر محدود گردد در غیر این صورت پلاتین آسیب می‌بیند یا لااقل عمر آن کاهش می‌یابد .

5- عدم نیاز به گرم کرده مانیفولد ورودی در هوای سرد در سیستم انژکتور : در سیستم انژکتوری موتور در هوای سرد به راحتی روشن می‌شود ، چون ECU بر اساس دمای موتور مقدار پاشش سوخت را بیشتر می‌کند و به تدریج با گرم شدن موتور زمان پاشش نیز کمتر می‌گردد .

6- تعداد قطعات فرسایشی درسیستم انژکتور نسبت به سیستم کاربراتوری کمتر می‌باشد .