از اولين سال هاي توليد خودرو، اين ساخته دست بشر تا به امروز شاهد پيشرفت هاي زيادي بوده است و امروزه يكي از بنيادي ترين صنعت هاي قرن حاضر و جزو صنايع مادر به شمار مي آيد.
در اين بين مقوله برق و الكترونيك خودرو تا حدودي از قافله پيشرفت عقب افتاد، چرا كه در زمانهاي اوليه بيشتر توجه خودروسازان بر روي طراحي موتور، شاسي، شكل اتاق و… بود. همچنين استفاده وسيع از وسايل الكترونيكي تا به اين حد كه امروزه در خودروها كاربرد دارد مورد توجه نبود و پیچیدگی سیستمهای سیمکشی مدرن به طور پیوسته افزایش یافته است و در سالهای اخیر این افزایش به شدت چشمگیر شده است. اکنون کار به جایی رسیده است که اندازه و وزن دستهسیم به مشکل مهمی تبدیل شده است تعداد سیمهای لازم در خودروهای پيچيده، به حدود 1200 رشته میرسد. دستهسیم لازم برای کنترل همه کارکردهایی که به در سمت راننده مربوط میشود ممکن است تا 50 رشتهسیم داشته باشد و ادوات قرارگرفته در ناحیه داشبورد ممکن است به تنهایی بیش از 100 رشتهسیم و اتصال داشته باشند. بنابراین آشکار است که گذشته از مشکل بدیهی اندازه و وزن دستهسیم، با افزایش اتصالها و سیم ها احتمال بروز عیب هم بیشتر میشود. تخمین زده میشود که هر 10 سال، پیچیدگی سیمکشی خودرو دو برابر میشود.
با توجه به مسائل يادشده و افزايش قيمت قطعات مصرفي،كاهش هزينه و آسانتر كردن تعميرات سعي بر كاهش هزينه و بالا بردن كيفيت خودرو، خودروسازان را به يكي از موارد موجود كه همان لزوم سادهكردن سيمكشي موجود خودرو و ارتقای اين سيستم در خودرو معطوف كرد. در اين بين توجه متخصصان به سيستمي كه در صنايع مخابراتي مورد استفاده بود معطوف شد و همان سيستم مالتيپلكس بود كه البته با تلفيق اين سيستم با ساير فناوريهاي موجود به صورت امروزي در خودروسازي مورد استفاده قرار گرفت. در حال حاضر نيز از اين فناوري در اغلب محصولات ايرانخودرو نظير خانواده سمند و سورن، خانواده 206 و 207 و همچنين سوزوكي گراند ويتارا استفاده ميشود.
سيستم مالتيپلكس
معنای لغوی مالتیپلکس، چندجزئی بودن است و به هر مجموعه که دارای تعدادی عضو همراستا در جهت یک هدف مشخص باشد، مالتیپلکس گفته می شود. این اعضا باید ويژگيهاي مشترکی دارا باشند که در عین مجزا بودن و عملکرد مستقل، مفهوم مشترکی را ظاهر کنند. مالتیپلکس در تعریف ساده، استفاده از سیمهای مشترک و ساماندهی آن ها توسط یک مغز الکترونیکی (ECU) است. مالتیپلکس یکی از پیشرفتهترین و مدرنترن سیستمهای جامع برقی در خودرو است كه قابلیت تشخیص عیب را دارد. این سامانه علاوه بر این که رله ها، فیوزها و مزایای سیستم هشداردهنده قبلی و دیگر قطعات برقی را به صورت یکپارچه در بر دارد، از نظر کیفی، شرایط الکترونیک خودرو را نیز ارتقاء داده و به دلیل ارتباط سیستمهای برقی با نرمافزار مربوطه قابلیتهای جدیدی از قبیل اعلام وضعیت لامپهای خودرو در جلوآمپر و... را نیز شامل میشود. از نقاط مثبت این سیستم میتوان به کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری خودرو، سهولت افزودن قابلیتهای جدید و صرفهجویی در زمان مونتاژ و خدمات پس از فروش اشاره كرد.
نحوه كار مالتيپلكس
کار سیستمهای مالتیپلکس بر اساس شبکه است. مالتیپلکس در کم کردن حجم سیمها در خودرو نقش زیادی دارد، به این معنی که هرابزار یا عملگر درسیستم، خود دارای یک پردازشگر است که بصورت یک شبکه با یکدیگر در ارتباط هستند. اطلاعات بصورت دیجیتال و از طریق یک سیم بین اجزا و سرور شبکه که در خودرو با نام BSIشناخته میشود رد و بدل میشود و هرابزار با کدگشایی از اطلاعات، عمل درخواست شده را انجام میدهد. سیستمهای مالتیپلکس خودرو از چند زیر شبکه تشکیل شده است.
امروزه تعداد سیستمهای که به صورت الکترونیکی کنترلمی شود پیوسته رو به افزایش است. هماکنون استفاده از بعضی از این سیستمها متداول شده و استفاده از بعضی دیگر نیز رو به افزایش است كه به عنوان نمونه چند مورد از این سیستمها را نام میبریم:
1- سیستم مديريت موتور
2- سیستم ترمز ضد قفل (ABS)
3- سیستم کنترل اصطكاك يا ضد هرزگردي
4- سیستم زمانبندی متغیر سوپاپها (CVVT)
5- سیستم کنترل جعبهدنده
6- سیستم تعلیق فعال
همه این سیستمها کار خود را انجام میدهند اما به یکدیگر هم مربوطاند. بسیاری از حسگرهايی که برای یک واحد کنترل الکترونیکی، داده يا اطلاعات خام فراهم میکنند، ميان همه واحدها یا بعضی از آنها مشترکند.
فایده استفاده از سیستم مالتیپلکس در خودرو
همانطور كه گفته شد، با افزایش روزافزون سیستمهای برقی خودرو بر حجم و پیچیدگی سیمکشی آن نیز افزوده میشود که علاوه بر بالارفتن هزینه تولید باعث مشکل شدن تعمیرات نیز میشود. در سیستم مالتیپلکس به جای اینکه برای هر ابزار دو رشتهسیم مجزا برده شود در کل خودرو یک سیم شبکه عبور داده میشود، هر وسیله بعنوان یک نود (گره) به این سیم وصل میشود البته با یک واسطه که اطلاعات را کدگذاري میکند. کل سیستم توسط یک رايانه به نام BSI مدیریت میشود. به عنوان مثال وقتی شما چراغ را روشن میکنید یک پالس به BSI فرستاده میشود و پس از تجزیه و تحلیل، اطلاعات به چراغها فرستاده و آنها روشن میشوند. با استفاده از سیستم مالتیپلکس به دلیل کاهش حجم سیمکشی، زمان مونتاژ برای هر خودرو حدود 15 دقیقه کوتاهتر شده و هزینه سیمکشی آن نیز کاهش ميیابد. ضمنا عیبیابی و تعمیرات بعدی نیز بسیار آسانتر میشود. با توجه به کنترل سیستم توسط BSI جریان ثابت میماند و عمر لوازم برقی بیشتر میشود و خطر اتصالی کوتاه نیز بسیار کمتر میشود. امروزه در اکثر خودروهای جدید از این سیستم استفاده میشود.
دلايل استفاده از مالتيپلكس
در ادامه به دلايل بيشتري براي استفاده از سيستم مالتيپلكس اشاره خواهيم كرد. البته تعداد كمي از موارد در بالا ذكر شد كه توجه شما را به ساير موارد جلب می کنيم.
1- افزايش بيش از حد استفاده از قطعات الكترونيكي در خودرو و نیاز به آیندهنگری
2- لزوم سادهسازي استفاده از سيمكشي و سادهسازي دسته سيمها (سادهسازی موضوع مهمی است که حتی در مدلهاي 206 غیرمالتیپلکس با ابداع BSI مورد توجه قرار گرفته است).
3- بالا رفتن تعداد ارتباط ميان ECU با ساير اجزای خودرو و نياز به هماهنگي بين داده ها.
4- لزوم بالا بردن كيفيت، ايمني و آسايش در خودروها.
5- بهبود روش عيبيابي خودرو و نياز به آسانكردن كار با دستگاه هاي عيبيابي. اين موضوع باعث ميشود تا ریزترین فرمانبرهای موجود در خودرو - حتی عقربه دور موتور - را نیز میتوان جداگانه آزمايش کرد.
6- تنظیمات جدید (آلايندگي، سیستم ترمز،... ): اين موضوع باعث ميشود، اتصال سیستمهای جدید کارآیی بیشتری به همراه داشته باشد.
7- مديريت همگون قطعات توليدشده توسط سازنده هاي مختلف: يكي از معضلات خودروسازان، منطبقساختن قطعات شركتهاي مختلف با سيستم خودرو توليدي آنهاست، در حالي كه در سيستم جديد تنها كافي است سفارش قطعهاي داده شود كه بتواند طبق استاندارد شبكه، اطلاعات را وارد خودرو كند. در اين حالت اضافه كردن سيستمهاي جديد نيز كاري بسيار ساده بوده و خودرو قابليت افزايش آپشن را با اطمينان بيشتر و صرف هزينه كمتر داراست.
انواع مختلف مالتيپلكس
كشورهاي مختلف استانداردهاي خاص و نامهاي خاصي را براي اين سيستم به كار ميبرند كه از جمله معروفترين آنها عبارتند از:
1- استاندارد CAN: ساخت آلمان كه در خودروهاي بنز، بامو، فيات و ولوو به كار ميرود.
2- استاندارد VAN: ساخت كشور فرانسه بوده و در محصولات رنو و پژو مورد استفاده قرار ميگيرد.
3- استاندارد J1850: ساخت كشور امريكاست كه بر روي محصولات توليد كرايسلر، فورد و جيام مورد استفاده است.
4- استاندارد proprietary: توليد كشور ژاپن است كه بر روي محصولات اين كشور مورد استفاده است.
5- استاندارد Absus: محصول آلمان و مورد استفاده بر روي محصولات گروه فولكس واگن.
در ميان استانداردهاي بالا، CAN از موفقترين آنها به حساب ميآيد و بيشتر خودروسازان از اين استاندارد بر روي محصولاتشان استفاده ميكنند. پرسرعتترين شبكه هم CAN است كه انتقال اطلاعات در آن تا يك مگابيت بر ثانيه هم ميرسد.
- شبكه CAN:
اين شبكه اولين بار در كشور آلمان و توسط شركت بوش به دنياي اتومبيل معرفي شد، كه در اوايل دهه 80 اين اتفاق رخ داد و چندين سال طول كشيد كه قابليت تطبيق با سيستمهاي خودرو و كسب مجوز را داشته باشد و بعد از آن توسط شركت بنز و در يكي از كلاسهاي گران اين شركت كه همان كلاس «اس» است، مورد استفاده قرار گرفت. اين شبكه بر خلاف شبكه قبلي از دو لايه براي ارتباط استفاده ميكند و سرعت انتقال اطلاعات نيز در آن به مراتب از شبكه قبلي بيشتر است.
- شبكه VAN:
اين شبكه در سال هاي 1985 تا 1986 پا به عرصه وجود گذاشت. در سال هاي 1992 تا 1993 توانست مجوزهاي كامل را كسب كند و با آغاز توليد صنعتياش كم كم فراگير شد.
انواع شبكه VAN:
1- شبكه Body Bus: در اين شبكه نوع طبقهبندي دستگاه ها و ساير اجزاي خودرو به صورت Master/Slave است كه نوع مشخصه و اطلاعات هر ECU از نظر مهم بودن مشخص شده و تغييرات ايجاد شده بنا به مهم بودن، انجام شده و يا نمايش داده ميشود.
2- شبكهBus Comfort: اين شبكه بر خلاف نوع قبلي از قابليت انعطافپذيري بيشتري برخوردار هست و در آن سيستم كاري بر مبناي MultiMasterاست كه هر ECU ميتواند اطلاعات را بر روي شبكه بفرستد و در همان زمان نيز نشان داده شود.
واحد كنترل الكترونيكي (Electronic Control Unit):
سیستمهای الکترونیکی خودرو که دارای یک میکروکنترلر هستند، واحد کنترل الکتریکی یا ECU نامیده میشوند. یکECU شامل مجموعهای از سختافزار و نرمافزار است که با سه وظیفه پايش (Monitoring)، تنظیم (Regulating) و یا کنترل (Controlling)، کارکرد ویژهای در خودرو بر عهده دارد.
آغاز فناوري استفاده از ECU به سیستم انژکتوری شرکت بوش آلمان به نام جترونيك باز میگردد که در سال 1968 در خودروی فولکس واگن 1600 تيال نصب شد.
نحوه كار ECU
واحد کنترل الکترونیکی به طور معمول داده های لازم را به وسیله حسگرها از محیط پیرامون میگیرد و پس از پردازش آنها، فرمانهای مناسب را به کنشگرهاActuators) ) منتقل می کند.
کنشگرها يا عملگرها به نوبه خود، مطابق فرمانهایی که از واحد کنترل الکترونیکی میگیرند، کار ابزار مکانیکی، هیدرولیکی، پنوماتیکی یا برقی مورد کنترل را هدایت میکنند.
نحوه قرارگيري ECUها در شبكه
شبکه Star: پیکربندی ستاره كه در اين چيدمان، تمام ECUهاي موجود به صورت جداگانه به ECU مركزي وصل می شود.
شبکهBus: در اين حالت تمامي ECUها به طور جداگانه پس از اتصال به دو خط گذرگاه داده ها به یکدیگر متصل می شوند.
شبکه Tree: تلفيقي از دو شبكه بالا است.
شبکه Lattice: در اين نوع شبكه، ارتباط ECUها به صورت تصادفي (رندوم) برقرار ميشود.
شبکه Ring: در اين حالت بين دو ECU، يك ECU ديگر قرار گرفتهاست.
ساختار سختافزاری
هر ECU در مالتیپلکس دارای یک سری پایه های ورودي و خروجي و یک اوسیلاتور تولید فرکانس، یک كنترلگر VAN یا CAN (بر اساس این که ECU مربوطه به شبکه VAN یا CAN متصل باشد.) و یک درگاه ترانسیور فرستنده و گیرنده است که به صورت همزمان، می تواند اطلاعات ارسالی را دریافت کند. تمامی ECUها در هنگام ارسال و دریافت اطلاعات توسط ECU دیگر قادر به مشاهده اطلاعات روی گذرگاه داده ها (که شامل دو سیم اطلاعاتی بههمپیچیده است) هستند و از این طریق می توانند اطلاعات مربوطه را ارزیابی و در صورت مرتبط بودن با اطلاعات از آن استفاده کنند.
ساختار داخلی ECUها:
BSI يا System Interface in-Built: يكي از مهمترين اجزاي سيستمهاي مالتيپلكس، BSI است. BSI در واقع يك سيستم داخلي است كه كنترل تمام سيستمهاي برقي اعم از الكترونيكي يا الكتروتكنيكي در خودرو را بر عهده دارد. وجود اين سيستم در واقع تضمينكننده صحت و سلامت كامل وسايل برقي خودرو شما نيز هست.
وظایف BSI در سیستم مالتیپلکس
اين سيستم وظيفه سادهسازي شبكه در عين پيچيدگي آن را بر عهده دارد. اولين مورد، كنترل تمام ادوات به وسيله واحد رايانهاي است كه جز نظارت دقيق و مطمئن چيزي مد نظر نيست. دومين مساله كمك به آسايش راننده و سرنشين خودرو است.
این واحد، قلب ساختار مالتیپلکس بوده و وظیفه اصلی را به عنوان سِرور شبکه به عهده دارد. BSI گذرگاهی برای ارتباط سه BUS مختلف بوده و این اطلاعات را بین ECU فرستنده تا گیرنده منتقل می کند. BSI وظیفه فعالسازی و آمادهباش سیستم VAN را نیز بر عهده دارد و برق اصلی سیستم شبکه را نیز کنترل می کند. همچنین واسطه بین تجهیزات عیب یابی و ECUهایی است که به سیستم VAN متصلند.