بررسی سیستم مدارهای الکترونیکی در خودرو یا همان ECU

شناخت مدارهای الکترونیکی در خودرو و (ECU)

فهرست

    دیودومشخصه آن دربایاس مستقیم ومعکوس

    ترانزیستور

    IC

   مقاومت وانواع آن

   خازن

   ECU درخودرو،وکاربردهای آن

  سازندگان ECUوUNICHIP یا فن آوری تنظیم ECU

   مدارهای ECUودستگاه عیب یاب خودرو

دیود
دیود یک قطعه ‌الکترونیکی است که ‌از به هم چسباندن دو نوع ماده n و p (هر دو از یک جنس ، سیلیسیم یا ژرمانیم) ساخته می‌شود. چون دیود یک قطعه دو پایانه ‌است، اعمال ولتاژ در دو سر پایانه‌هایش سه حالت را پیش می‌آورد.
دیود بی بایاس یا بدون تغذیه که ولتاژ دو سر دیود برابر صفر است و جریان خالص بار در هر جهت برابر صفر است.
بایاس مستقیم یا تغذیه مستقیم که ولتاژ دو سر دیود بزرگتر از صفر است که ‌الکترونها را در ماده n و حفره‌ها را در ماده p تحت فشار قرار می‌دهد تا یونهای مرزی با یکدیگر ترکیب شده و عرض ناحیه تهی کاهش یابد. (گرایش مستقیم دیود)
تغذیه یا بایاس معکوس که ولتاژ دو سر دیود کوچکتر از صفر است، یعنی ولتاژ به دو سر دیود طوری وصل می‌شود که قطب مثبت آن به ماده n و قطب منفی آن به ماده p وصل گردد و به علت کشیده شدن یونها به کناره عرض ناحیه تهی افزایش می‌یابد (گرایش معکوس دیود).

دیود در گرایش مستقیم

فرض کنید توسط مداری بتوانیم ولتاژ دو سر یک دیود را تغییر دهیم و توسط ولتمتر و آمپرمتر ولتاژ و جریان دیود را در هر لحظه اندازه گیری کرده ،بر روی محورهای مختصات رسم نماییم.جریان I در جهتی است که دیود قادر به عبور آن است .به همین علت اصطلاحاَ گفته می شود دیود در گرایش مستقیم یا بایاس مستقیم است . در هر حال ولتاژ دو سر دیود را از صفر افزایش دهیم ،مشاهده می شود تا ولتاژ به خصوصی ، جریان قابل ملاحظه ای از دیود عبور نمی کند.به این ولتاژ زانو می گویند ،این ولتاژبرای دیودهای از جنس ژرمانیم ۲/۰ ولت و برای دیودهای سیلیسیم ۷/۰ ولت است .

ترانزیستور

اگر ساده بخواهیم به موضوع نگاه کنیم عملکرد یک ترانزیستور را می توان تقویت جریان دانست. مدار منطقی کوچکی را در نظر بگیرید که تحت شرایط خاص در خروجی خود جریان بسیار کمی را ایجاد می کند. شما بوسیله یک ترانزیستور می توانید این جریان را تقویت کنید و سپس از این جریان قوی برای قطع و وصل کردن یک رله برقی استفاده کنید.

موارد بسیاری هم وجود دارد که شما از یک ترانزیستور برای تقویت ولتاژ استفاده می کنید. بدیهی است که این خصیصه مستقیما” از خصیصه تقویت جریان این وسیله به ارث می رسد کافی است که جریان وردی و خروجی تقویت شده را روی یک مقاومت بیندازیم تا ولتاژ کم ورودی به ولتاژ تقویت شده خروجی تبدیل شود.

ترانزستورهای اولیه از دو پیوند نیمه هادی تشکیل شده اند و بر حسب آنکه چگونه این پیوند ها به یکدیگر متصل شده باشند می توان آنها را به دو نوع اصلی PNP یا NPN تقسیم کرد.

مقاومت چیست؟

مقاومت ها اجزایی هستند که مقاومت مدار را زیاد می کنند . آنها از موادی با هدایت کم و در اندازه ها و شکل های متنوع ساخته شده اند .

مقاومت الکتریکی

عبور جریان الکتریکی از هادی ها از بسیاری جهات شبیه عبور گاز از یک لوله است . اگر این لوله پر از پشم فلزی یا ماده مختلفی باشد ، این شباهت ها بیشتر می شود . اتم های تشکیل دهنده سیم هادی از عبور الکترون ها جلوگیری می کنند ، همانطور که الیاف پشم فلزی مانع عبور مولکولهای گاز می شوند .

اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدار
مدارهای الکتریکی به دو نوع بسته می شوند : سری یا موازی

اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدارسری :
در مدار سری همانگونه که از نامش پیدا است مقاومت ها به دنبال هم بسته شده اند پس باید تمامی مقدار آنها را با هم جمع کرد
اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدار موازی :
در مدار موازی باید حاصل ضرب تمام مقاومت ها را تقسیم بر مجموع مقاومت ها کرد .

طبقه بندی مقاومت های از نظر نوع کار
۱- مقاومت های ثابت : مقاومت های ثابت دو سیم رابط دارند که به دو انتهای مقاومت متصل است . اصولا مقدار این نوع مقاومت های ثابت است ولی بعضی از آنها دارای مقاومتهای متفاوتی هستند . این مقاومت ها به دو دسته ی الف – مقاومت ها زبانه دار و ب – مقاومتهای قابل تنظیم تقسیم می شوند .
الف) مقاومت های زبانه دار : در این نوع مقاومت ها علاوه بر دو سیم انتهایی ، سر سیم های دیگری بین دو سر مقاومت وجود دارد . با اتصال ترمینال های مختلف به مدار مقاومت های متفاوتی حاصل می شود . هر یک از این مقاومت ها دارای مقاومت ثابتی هستند .

ب) مقاومت های قابل تنظیم : دیدید که مقاومت های ثابت قابلیت انعطاف ندارند ، زیرا مقاومتشان کاملا تعیین شده و مقدار آن تغییر نا پذیر است . مقاومت های زبانه دار تا حدودی قابلت انعطاف دارند ، چون بیش از یک مقدار مقاومت می توان از آنها بدست آورد . با وجود نوع دیگری وجودداردکه این مقاومت ها طوری ساخته نشده اند که بتوان آنها را پیوسته تغییر داد . در واقع ، هنگام نصب این مقاومت ها در مدار، آنها را روی مقاومت دلخواه تنظیم کرده و سپس با همان مقاومت در مدار کار می کنند .

۲- مقاومت های متغییر : در بسیاری از وسایل الکتریکی مقدار بعضی از مقاومتها باید پیوسته تغییر کند ، پیچ ولوم رادیو ، کنترل کننده روشنایی تلویزیون از آن جمله اند . مقاومتهای متغیر مقاومتهایی هستند که پیوسته می توان مقدار آنها را تغییر داد .
به آن دسته از مقاومت های متغیر ، ” وابسته ” گفته می شود که به وسیله عواملی از قبیل نور ، حرارت ، ولتاژ و … مقدار مقاومتشان تغییر کند . این مقاومت ها انواع مختلفی دارد که عبارت اند از :
الف- مقاومتهای تابع حرارت THERMISTOR (Tehrmally sensitive resistor)
ب- مقاومت های تابع نور (LDR )(Dependent Resistor (Light
ج- مقاومت های تابع ولتاژ VDR( ( Voltage Dependent Resistor
د-مقاومت های تابع میدان مغناطیسی( (Magnetic Dependen Resistor

IC ای سی

حروف اختصاری IC از دو کلمه انگلیسی integrated circuit به معنی مدار مجتمع گرفته شده است. پیش از اخترا ع IC ،مدارهای الکترونیکی ازتعداد زیادی قطعه یا المان الکتریکی تشکیل می‌شدند. این مدارات فضای زیادی را اشغال می‌کردند و توان الکتریکی بالایی نیز مصرف می‌کردند. و این، امکان بوجود آمدن نقص و عیب در مدار را افزایش می‌داد. همچنین سرعت پایینی هم داشتند. IC ، تعداد زیادی عناصر الکتریکی را که بیشتر آنها ترانزیستور هستند، در یک فضای کوچک درون خود جای داده است و همین پدیده است که باعث شده امروزه دستگاه‌های الکترونیکی کاربرد چشمگیری در همه جا و در همه زمینه‌ها داشته باشند.

خازن‌
عبارتست از دو صفحهٔ موازی فلزی که در میان آن لایه‌ای از هوا یا عایق قرار دارد. خازن‌ها انرژی الکتریکی را نگهداری می‌کنند
همچنین از خازن‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌شود. از خازن‌ها در مدارات به‌عنوان فیلتر هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنالهای غیر مستقیم AC را عبور می‌‌دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم DC می‌شوند .

ظرفیت
ظرفیت معیاری برای اندازه گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است.

ECU

ECU مخفف Electronic Control Unit یا واحد کنترل الکترونیک 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 ( البته بجز برخی کشورها ، نظیر ایران ( 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. سنسورها کیت های 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 …

نحوه ارتباط ECU با سنسورها

به طور کلی واحدهای کنترل الکترونیکی توانایی 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 .

 

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 GOLF 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.

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

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 بدانید که این شرکت بظاهر کوچک توانسته است محصول خود را به کشورهای مختلف دنیا صادر کند 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.

 

Diag دیاگ

واژه Diag بر گرفته از لفظ انگلیسی Diagnosis است که به مفهوم “عیب شناسی” بوده است .

در صنعت خودرو نیز به هرگونه ابزار و یا وسیله ای که به تشخیص عیب کمک کند Diagnostic Tool گفته می شود، صرف نظر از اینکه آیا یک وسیله پیشرفته کامپیوتریست یا وسیله ساده مکانیکی.
دستگاه جایگزین شرکت پژو برای دیاگ ۲۰۰۰ دستگاه جدیدتری به نام سیستم PPS است که بر روی لپ تاپ IBM نصب و مورد استفاده قرار می گیرد.
چه چیزهایی می توان از یک دستگاه عیب یاب توقع داشت؟

۱-خواندن کد خطا
۲- پاک کردن کد خطا
۳-نمایش اطلاعات لحظه ای Live Data
۴- راه اندازی مستقیم عملگرها
۵- برنامه ریزی
Programming and Configuration