آشنایی با اجزای اصلی ایسیو (ECU)

ECU (electronic control unit) یا واحد کنترل الکترونیک، نقش هدایت و کنترل یک خودروی انژکتوری را بر عهده دارد. در این مقاله به توضیح اولیه درباره ECU و آشنایی با اجزای و قطعات ایسیو می پردازیم. اگر می خواهید به طور کامل با ایسیو، ساختار آن، اجزای به کار برده شده در ایسیو، سنسورها و عملگرهای ایسیو آشنا شوید توصیه می کنیم تا انتها این مطلب با ما همراه باشید.

ایسیو ECU چیست؟

ECU از یک میکرو کنترلر به عنوان سخت افزار و نرم افزارهایی که بر روی آن اجرا می شود، تشکیل شده است.

این قطعه یک میکرو کامپیوتر کوچک است که می تواند به کمک اطلاعاتی که به صورت زنده و همزمان از سنسور های وابسته می گیرد، با تعیین شرایط لحظه ای موتور به یک سری عملگر یا فرمان برهای نصب شده بر روی موتور، از طریق ^IC های قدرت فرمان دهد تا از این طریق، زمان و مدت پاشش سوخت ،زمان جرقه و فراهم سازی شرایط مناسب برای ایجاد احتراق را در داخل سیلندر ها تامین کند.

میکرو کنترلر یک کامپیوتر کوچک است که همه اجزای آن، مانند واحد پردازش مرکزی، واحدهای ورودی و خروجی و حافظه های گوناگون موقت و دائمی 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، مقاومت 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 می باشد.

نقش واحدهای کنترل الکترونیکی در خودرو  

امروزه میانگین شمار واحدهای کنترل الکترونیکی که در ساخت خودرو به کار می رود ، بسیار افزایش یافته است  .

مجموعه واحدهای کنترل الکترونیکی یک خودرو را می توان به چهار حوزه کاربردی تقسیم کرد :

• اتاق ، مانند شیشه بالابر ، تنظیم صندلی و برف پاک کن اتوماتیک .
• انتقال نیرو ، مانند کنترل موتور و دنده
• مانند دینامیک حرکت ABS و Distronic , Esp
•  تلماتیک ، مانند سیستم راهیابی  ، رادیو ، تلفن و اینترنت .

از دیدگاه دیگری ، الکترونیک خودرو به طور کلی به یکی از دو حوزه ایمنی و آسودگی مربوط است .

کارکردهایی همچون تنظیم حرارت اتاق و اینترنت مایه آسودگی و کارکردهایی مانند ^ABS و ^Airbag سبب افزایش ایمنی راننده و سرنشینان خودرو است.

فناوری تنظیم ECU 

امروزه موتورهای انژکتوری نقشی بسیار اساسی در موفقیت صنایع خودروسازی ایفا می نمایند و کیفیت و قابلیت های آن، درصد کارایی خودرو را نشان    می دهد .کنترل کننده موتورهای انژکتوری، بردی الکترونیکی به نام ^ECU می باشد 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  براساس سنسورهایی که بدان متصل است شرایط کار موتور را درک کرده و فرامین مناسب را به انژکتورها و شمع ها صادر می کند. از آنجا که دینامیک خودرو بسیار پیچیده و غیر خطی می باشد، طراحان ECU برای سهولت کار، جداولی را به نام ^map داخل حافظه ^ECU می ریزند 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  .

نکته ای که باید توجه کرد این است که مقادیر این جدول ها وابستگی مستقیمی به پارامترهای جغرافیایی موتور ،نظیر فشار و دمای هوا دارد. شرکت های خودروسازی ،^ECU را برای یک آب و هوای خاص طراحی نمی کنند، بلکه مقادیر جدول را به گونه ای تنظیم می کنند که برای انواع شرایط جغرافیایی جوابی بهینه و معقول بدهد. بنابراین جدول، 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 ^ECU ها برطرف کند، آنگاه می توان به طور اختصاصی جدول هر خودرو را کالیبره کرد و توان آن را افزایش داد.

به طور کلی واحدهای کنترل الکترونیکی توانایی انجام سه کارکرد زیر را دارند :

• نظارت 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 کارکردهای خودرو به وسیله بهینه کردن همواره آنها ، مانند تنظیم مصرف سوخت موتور توسط واحد کنترل الکترونیکی سیستم انژکتوری.
• کنترل 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 تواماً وجود دارند.

ساختار ایسیو

همانطور که گفته شد این کامپیوتر نیز مانند دیگر هم نوع های خود شامل ^CPU، حافظه و برنامه ریزی است.در داخل ^ECU دو نوع حافظه موجود است.

الف)حافظه موقت ایسیو: با قطع برق از بین می رود اما مجددًاً قابل استحصال است. به روش برگرداندن حافظه، روش تجدید حافظه می گویند. حافظه موقت، شناسایی استپ موتور، دنده ها و حالات عملی موتور و محاسبات لحظه ای برای تنظیمات لحظه ای را به عهده دارد و محلی برای نگهداری معایب موقت و دائم سیستم انژکتور است.

ب) حافظه دائم ایسیو:با قطع برق از بین نمی رود و اطلاعات آن توسط کارخانه سازنده برنامه ریزی شده است. حافظه دائم شامل جدول بزرگی به نام Look up table است که در این جدول به مانند جدول ضرب، ردیف ها و ستون ها و خانه هایی وجود دارد. با این تفاوت که تعداد ردیف ها و ستون های این جدول از عدد دو بیشتر بوده و تعداد آن برابر تعداد سنسور های موجود در سیستم موتور می باشد.

 اجزای و قطعات ایسیو ECU 

• مبدل آنالوگ به دیجیتال
• خروجی دیجیتال سطح بالا
• مبدل دیجیتال به آنالوگ
• متناسب کننده ی سیگنال
• تراشه های ارتباطی

۱.مبدل آنالوگ به دیجیتال ایسیو

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 ۰۱- درجه تا ۰۴ درجه  سانتیگراد را داشته باشد. به عنوان مثال دمای هوای امروز می تواند ۷.۱۲ درجه یسانتیگراد 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 ۷۲، ۱.۷۲ ۲.۷۲ … 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  مبدل آنالوگ به دیجیتال است.

اصول کار این مبدل ها تا حدودی مفصل است و بررسی مداری آن در اینجا چندان مناسب نیست اما باید گفت 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 ۶۱ بیتی از یک مبدل ۸ بیتی اطلاعات بیشتری را منتقل می کند. مبدل ها ی آنالوگ به دیجیتال ^ECU معمولا یک مبدل ۰۱ بیتی هستند ۱۰ .بیت، امکان ۲ به توان ۰۱ یا ۴۲۰۱ حالت را دارا می باشد پس اطلاعات آنالوگ یک سنسور می تواند به صورت ۱۰۲۴ عدد باینری کد شود. مبدل های آنالوگ به دیجیتال به نام ^ADC “ای تو دی” معروف هستند و معمولا به صورت مدارات مجتمع (^IC) در دسترس هستند به عنوان نمونه آی سی با شماره ی ^ADC0808 یک ADC هشت بیتی معروف است که معمولا ۸۲ پایه دارد.

۲.خروجی دیجیتال سطح بالا ایسیو

معمولا خروجی های ^ECU باید وسایلی را راه اندازی کند که نیاز به جریان بالایی دارند به عنوان مثال: کولر خودرو یا سیستم جرقه زنی. اما خروجی پردازنده می تواند جریان پایینی در حد میلی آمپر را تأمین کند. در حالی است که مثلاً ممکن است رله کولر خودرو در حالت روشن نیاز به ۲۱ ولت و ۰.۵ آمپر جریان داشته باشد. برای حل این مشکل از سوئیچ های ترانزیستوری استفاده می شود. همان طور که بیان شد با یک سوئیچ ترانزیستوری می توان با یک جریان کوچک در بیس ،جریان بزرگی را در کلکتور کنترل کرد. به عنوان مثال یک ترانزیستور نیمه قدرت می تواند با جریان ۰۲ میلی آمپر در بیس خود، جریان ۵.۰ میلی آمپر را در کلکتور خود سوئیچ کند و این جریان رله کولر خودرو را راه اندازی می کند.

۳.مبدل دیجیتال به آنالوگ ایسیو

فلسفه ی وجودی این واحد مثل مبدل آنالوگ به دیجیتال است که قبلا بررسی شد، با این تفاوت که این مبدل ،خروجی پردازنده ی ^ECU را که یک سیگنال دیجیتال یا گسسته است به یک سیگنال آنالوگ یا پیوسته تبدیل می کند ،زیرا بعضی از اجزا خودرو برای راه اندازی نیاز به سیگنال آنالوگ دارند.

۴.متناسب کننده ی سیگنال ایسیو

گاهی اوقات ورودی و خروجی ^ECU قبل از اینکه مورد استفاده قرار بگیرد باید تنظیم شود. به عنوان مثال مبدل آنالوگ به دیجیتالی که اطلاعات را از سنسور اکسیژن دریافت می کند باید ورودی آن در محدوده ای بین ۵-۰ ولت قرار داشته باشد در حالی که ممکن است خروجی این سنسور بین ۰-۱.۱ ولت باشد. متناسب کننده سیگنال با ضرب کردن خروجی سنسور اکسیژن در چهار موجب دریافت دقیق تر اطلاعات این سیگنال می شود.

۵.تراشه های ارتباطی ایسیو

این تراشه ها استاندارهای ارتباطی موجود در بخش های مختلف را مهیا می کنند. در خودرو های محتلف از استانداردهای مختلفی استفاده می شود اما استاندارد حاکم فعلی ^CAN نامیده می شود .این استاندارد اجازه ارتباط بخش های مختلف تا ۰۰۵ کیلو بیت در ثانیه را می دهد. این سرعت لازم است زیرا برخی اجزا،  اطلاعات را صدها بار در ثانیه بر روی گذرگاه  قرار می دهند.این استاندارد از دو سیم استفاده می کند.

سنسورهای ایسیو  

سنسور المان حس کننده ای است که کمیت های فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما و … را به کمیت های الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند. این سنسورها در ارتباط با انواع دستگاه های اندازه گیری و سیستم های کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند ^ECU خودرو مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاه های مختلف از جمله ^ECU باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی خودرو باشد. سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاه ها می شوند. سنسورهای کیت های انژکتوری، 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 یا  ATS ، سنسور اکسیژن ، سنسور ضربه ای و  …

عملگرهای ایسیو

عملگرها در خودرو به قطعاتی گفته می شود که فرامین صادر شده از ^ECU را گرفته و باعث تغییر عملکرد در قسمت مربوطه می شود. عملگرها عبارت اند از استپرموتور، پمپ بنزین ، رله دوبل، انژکتور و …

در این مطلب به آشنایی با ایسیو و اجزای اصلی ECU پرداختیم. در صورتی که قصد دارید به صورت حرفه ای تعمیرات ایسیو را فرا بگیرید، توصیه می کنیم در دوره های آموزش تعمیرات ecu  خودرو آموزشگاه فنون برق ثبت نام کرده و در مدت زمان کوتاهی به یک تعمیرکار حرفه ای ایسیو تبدیل شوید.