تحقیق بررسی سیستم های الکترونیکی خودروهای جدید,Analog,to,digital converters یا مبدل آنالوگ به دیجیتال,, High,level digital outputs یا خروجی دیجیتال سطح بالا,, Signal conditioners یا متناسب کننده ی سیگنال,, Communication chips یا تراشه های ارتباطی
تحقیق بررسی سیستم های الکترونیکی خودروهای جدید
بررسی سیستم های الکترونیکی خودروهای جدید
این مقاله در مورد سیستم های الکترونیکی موجود در خودرو های جدید است، اگرچه از زمان فراگیر شدن میکروکنترلر ها که حدود بیست سال از آن می گذرد، در خودرو های پیشرفته ی دنیا از سیستم های کنترل الکترونیکی استفاده می شود اما چند سالی است که در خودرو های ساخت داخل کشور هم از این امکانات استفاده می شود. به عنوان مثال اگر شما به سیستم برق پژو 206 آشنا باشید می بینید که این خودرو از لحاظ سیستم های الکترونیکی در سطح پیشرفته ای قرار دارد و یا در مدل هایی از خودروی فورد از حدود 50 میکروپروسسور استفاده شده است. اگرچه این سیستم ها باعث می شوند تعمیر این نوع خودروها نیاز به دانش فنی ویژه ای داشته باشد اما دارای مزایایی است که ارزش زیادی دارند. به طور کلی هدف از استفاده از کامپیوتر های الکترونیکی در خودرو ها عبارتند از:
– نیاز به کنترل دقیق مقدار سوخت مصرفی در خودرو برای رسیدن به استاندارهای اقتصادی و زیست محیطی
– عیب یابی پیشرفته
– کاهش مقدار سیم های استفاده شده در خودرو (با استفاده از روش های مالتی پلکسینگ)
– افزایش امنیت (در برابر سوانح رانندگی و سرقت)
– افزایش امکانات رفاهی در خودرو
به طور کلی کنترل موتور مهمترین وظیفه ی سیستم کامپیوتری موجود در خودرو است. از این رو واحد کنترل موتور یا ECU قدرتمندترین کامپیوتر موجود در خودرو است. (لازم به ذکر است که واژه ی ‘کامپیوتر’ی که در اینجا از آن استفاده می کنیم به معنای آن کامپیوتری که الان شما از آن این مطالب را می خوانید نیست بلکه از این کامپیوتر ها در فرهنگ الکترونیک به Embedded System یا سیستم های جاسازی شده یاد می شود.) روش کنترلی که ECU از آن استفاده می کند، Closed Loop Control نام دارد. در مورد این روش کنترل کافی است بدانید که به سیستم هایی که از خروجی خود برای کنترل سیستم نمونه برداری می کنند، کنترل حلقه بسته یا Closed Loop Control می گویند. ECU برای استفاده از این روش کنترل، از طریق تعداد زیادی سنسور، اطلاعات زیادی از وضعیت قسمت های مختلف (مثل دمای سیستم خنک کننده یا مقدار اکسیژن در اگزوز) بدست می آورد. ECU با استفاده از این اطلاعات بدست آمده و قرار دادن آن در تعداد زیادی فرمول، بهترین زمان جرقه در موتور و مدت زمان باز بودن پاشنده ی سوخت (Fuel Injector) را تعیین می کند. در واقع ECU این کار را برای به کمینه رساندن مقدار مصرف سوخت انجام می دهد.
در یک ECU مدرن ممکن است از یک پردازنده ی 32 بیتی و 40 مگاهرتزی استفاده شود. (اگر با این مفاهیم آشنا نیستید به پست های 2/11/2005 و 2/20/2005 مراجعه کنید.) اگرچه در نگاه اول ممکن است این مقادیر را با پردازنده ی 2 یا 3 گیگاهرتزی
کامپوتر خود مقایسه کنید ولی این مقایسه ی درستی نیست زیرا در سیستم های جاسازی شده یا Embedded System حجم کدهایی که مورد استفاده قرار می گیرد به مراتب کمتر از حجم نرم افزارهایی است که شما در کامپیوتر خود اجرا می کنید.
به عنوان مثال حافظه های مورد استفاده در ECU ها در حدود 1 مگابایت هستند در حالی که شما ممکن است نرم افزاری با حجم 300 مگابایت را در کامپیوتر خود اجرا کنید، یعنی 300 برابر! پس ECU ها خیلی هم قدرتمند هستند!
در شکل زیر تصویر یک ECU استفاده شده در خودروی فورد را مشاهده می کنید:
در این مدار، پردازنده به همراه صدها قطعه ی الکترونیکی دیگر بر روی یک برد چند لایه قرار گرفته است. تعدادی از اجزای الکترونیکی که به همراه پردازنده در این مدار قرار دارند عبارتند از:
– Analog-to-digital converters یا مبدل آنالوگ به دیجیتال
– High-level digital outputs یا خروجی دیجیتال سطح بالا
– Signal conditioners یا متناسب کننده ی سیگنال
– Communication chips یا تراشه های ارتباطی
1- Analog-to-digital converters یا مبدل آنالوگ به دیجیتال
اصولا پدیده های فیزیکی در دنیای اطراف ما پدیده هایی آنالوگ (پیوسته یا قیاسی) هستند، یعنی این کمیات هر مقداری از یک بازه ی مشخص را می توانند به خود اختصاص دهند. به عنوان مثال دمای هوای تهران در شرایط عادی می تواند هر مقداری بین -10 درجه تا 40 درجه ی سانتیگراد را داشته باشد. به عنوان مثال دمای هوای امروز می تواند 21.7 درجه ی سانتیگراد باشد. همین طور است در مورد کمیاتی مثل فشار، ارتفاع، وزن و غیره. اما سیستمهای دیجیتال و کامپیوتری فقط با مقادیر گسسته کار می کنند. به عنوان مثال ما فقط می توانیم مجموعه ای از اعداد گسسته مثل 27، 27.1 27.2 … را به عنوان ورودی به یک سیستم دیجیتال وارد کنیم و اگر دمای مورد نظر ما چیزی بین یکی از این دو مقدار باشد برای این سیستم مفهومی نخواهد داشت. پس برای اینکه یک دستگاه آنالوگ (مثل یک سنسور دما) بتواند با یک دستگاه دیجیتال (مثل یک میکروپروسسور) ارتباط برقرار کند باید این دو دستگاه با یکدیگر سازگار شوند. این کار به عهده ی مبدل آنالوگ به دیجیتال است. اصول کار این مبدل ها تا حدودی مفصل است و بررسی مداری آن در اینجا چندان مناسب نیست اما بد نیست بدانید که فرایند تبدیل یک سیگنال آنالوگ به دیجیتال شامل مرحله ای به نام Quantizing یا پله ای کردن است که هر چه فواصل پله ای شدن یک سیگنال آنالوگ کمتر باشد اطلاعات کمتری در حین تبدیل از بین می رود. این کیفیت را با عنوانی به نام تعداد بیت مبدل می سنجند. به عنوان مثال یک مبدل 16 بیتی از یک مبدل 8 بیتی اطلاعات بیشتری را منتقل می کند. مبدل ها ی آنالوگ به دیجیتال ECU معمولا یک مبدل 10 بیتی هستند. 10 بیت، امکان 2 به توان 10 یا 1024 حالت را دارا می باشد پس اطلاعات آنالوگ یک سنسور می تواند به صورت 1024 عدد باینری کد شود.