دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
امروزه دیگر از خودروهای پر سر و صدا که دود می کنند خبری نیست. دیگر صحبت از شتاب گیری ضعیف نیست. اکنون اول آلایندگی بعد شتاب و توان قابل قبول، مطرح است. امروزه استفاده از موتور دیزل در خودروها بشدت افزایش یافته و دیگر کسی با دید قبلی به این خودروها نمی نگرد، بلکه نام دیزل یک موتور کم مصرف، پاک و کم هزینه را تداعی می کند.
همه این ها مرهون سیستم های کنترل الکترونیک است که موتورهای دیزل را بهبود بخشیده است. البته اگر طراحی بهینه ای انجام شود سیکل دیزل به گونه ای است که همیشه حجم هوای اضافه در سیلندر موجود است. با استفاده از این موضوع و ایجاد شرایط احتراق کامل موتور دیزل فوق العاده موتور پاکی است در ضمن این سیکل این اجازه را می دهد تا از سوخت های دیگر مانند سوخت های گیاهی و سوخت های ترکیبی نیز استفاده نمود.
با این همه الکترونیک کار را بسیار آسان نموده است. در سیستم های جدید کنترل بهتر و محسوس تری انجام می گیرد که با بالا بردن فشار سوخت به احتراق بهتر و شتاب بیشتر کمک می نماید. برای جلوگیری از کوبش و کاهش صدای موتور از پیش پاشش یا پاشش ترتیبی استفاده می شود. در بعضی سیستم ها نیز می توان از پس پاشش بعنوان یک عامل برای کاهش آلایندگی استفاده کرد.
در این پروژه با چگونگی عملکرد سیستم های کنترل سوخت رسانی موتورهای دیزل (EDC) ، واحد کنترل الکترونیکی (ECU) (در خودرو به هر واحد هوشمند الکترونیکیECU گفته می شود. اما این واژه بیشتر در مورد کنترلر موتور بکار برده می شود.) ، برخی سنسورها و عملگرهای موتور دیزل که در خودروها و وسایل نقلیه تجاری کاربرد دارند و پیرامون این سیستم ها و اجزای مرتبط با آنها آشنا می شویم. این سیستم ها انحصاری است و قوی ترین، قدیمی ترین و کامل ترین آنها متعلق به شرکت بوش می باشد. البته شرکت های دیگری نیز وارد این عرصه شده اند مانند دلفی و غیره، ولی در ابتدای راه می باشند. شرکت بوش با توسعه پمپ های قدیمی (مکانیکی) خود و استفاده از الکترونیک در پمپ های جدید در دنیای دیزل حرف اول را می زند.
بطور خلاصه روش کار در موتورهای دیزل مجهز به EDC بدین صورت است که: ابتدا برخی کمیتها مانند دما ، فشار ، ضربه ، دور موتور و وضعیت پدال گاز توسط سنسورها دریافت و به EDC گزارش می شوند. سپس EDC با استفاده از جداول و فرمول های از پیش تعیین شده موجود در حافظه خود ، یک سری سیگنالهای الکتریکی تولید کرده و به عملگرها می فرستد. عملگرها نیز به نوبه خود سیگنالها را به کمیت‌های غیر الکتریکی مانند مکانیکی در شیر برقی ، دما در هیتر و غیره تبدیل میکنند و در نهایت عملکرد موتور به بهترین شکل ممکن کنترل می شود.
اینجانب تلاش نمودم تا با جمع آوری و ترجمه متون شرکت بوش و اطلاعات سایت شرکت بوش مجموعه اطلاعات مفیدی را گردآوری نمایم، امیدوارم سودمند واقع گردد.
عرفان یادگاری
بهار 88
فصل اول
کنترل الکترونیکی دیزل EDC (Electronic Diesel Control)
هدایت الکترونیکی مدرن موتور دیزل امکان تغییر و تنظیم دقیق و با اختلاف کم مقادیر تزریق را فراهم میکنند. فقط این چنین خواسته‌های فراوان موتور امروزی می‌توانند برآورده شوند. کنترل الکترونیکی دیزل EDC
(Electronic Diesel control)در سه گروه سیستم سنسورها، مقایسه‌کننده‌ها با مقادیر ایده‌آل (پردازنده) و عملگرها تقسیم‌بندی می‌شوند.
الگوریتم 1-1 اجزای اصلی EDC.
1-1 نگاه اجمالی به سیستم
کنترل الکترونیکی دیزل مدرن EDC به واسطه توان محاسباتی شدیداً افزایش یافته میکروکنترل‌های امروزی در موقعیتی است که بتواند خواسته‌های فوق‌الذکر را برآورده سازد.
برخلاف خودروهای دیزلی با پمپ‌های انژکتور که رگلاتورهای سنتی مکانیکی داشتند، راننده در یک سیستم EDC تاثیر مستقیمی بر حجم سوخت تزریقی (مثلاً از طریق پدال گاز و یا سیم‌کشی) ندارد. حجم سوخت تزریقی بیشتر توسط کمیت‌های مؤثر گوناگون معین میشود. از جمله آنها عبارتند از:
- خواسته (واکنش) راننده (وضعیت پدال گاز)
- شرایط کارکرد
- دما موتور
- تاثیرات بر انتشار مواد آلاینده و غیره
مقدار سوخت تزریقی براساس این کمیت‌های تاثیرگذار در پردازنده محاسبه میگردد. همچنین لحظه تزریق نیز میتواند تغییر یابد و این مستلزم یک برنامه اطمینان بخش است که تفاوت‌ها و تغییرات را تشخیص دهد و به تناسب تاثیرات، تدابیر متناسب را اجرا کند (مثلاً محدود کردن گشتاور و یا افزایش دور ضروری در دور آرام). در EDC به همین دلیل چند مدار تنظیم وجود دارد.
کنترل الکترونیکی دیزل همچنین تبادل اطلاعات و داده‌ها را با سیستم‌های الکترونیکی دیگر در خودرو مانند مثلاً کنترل لغزش خودرو (ASR)، کنترل الکترونیکی جعبه دنده (EGS) یا برنامه پایداری الکترونیکی (ESP) امکانپذیر می‌سازد. به این ترتیب کنترل موتور میتواند در سیستم کلی خودرو یکپارچه شود.
(مثلاً کاهش گشتاور موتور در هنگام تعویض اتوماتیک دنده، تطبیق گشتاور موتور با چرخ‌ها، آزاد کردن تزریق سوخت توسط سیستم ضد سرقت و غیره).
سیستم EDC کاملاً در سیستم عیبیابی خودرو یکپارچه شده است. آن همه خواسته‌های
(On-Board Diagnosis)، (European OBD) EOBD, OBD یا OBD اروپایی را برآورده می‌کند.
1-2 الزامات
کاهش مصرف سوخت و آلاینده‌ها به همراه افزایش همزمان در توان و عملکرد و همچنین گشتاور چرخشی توسعه کنونی در حوزه تکنولوژی دیزل را طلب می‌کند. این موضوع در سال‌های اخیر منجر به کاربرد افزاینده سیستم‌های تزریق مستقیم (DI) در موتورهای دیزل شده است که در آنها فشار تزریق در برابر سیستم‌های تزریق غیرمستقیم (IDI) با اتاق چرخش هوا و روش اتاقک پیش احتراق به وضوح بیشتر است. از این طریق ساخت مخلوط سوخت و هوا بهتر انجام میشود.
قطرات ریز سوخت که به خوبی در هوا پخش شده‌اند آسان‌تر محترق می‌شوند. این چنین هیدروکربن‌های (HC) نسوخته کمتر در گاز خروجی به وجود می‌آیند. به علت تشکیل مخلوط بهتر و عدم از بین رفتن جریان بین اتاق پیش احتراق و اتاقک چرخش هوا با اتاق احتراق اصلی، مصرف سوخت موتورهای تزریق مستقیم نسبت به موتورهای با تزریق غیرمستقیم حدود10 تا 20% کاهش یافته است.
علاوه بر آن توقعات در مورد راحتی و آسایش رانندگی نیز بر خواسته‌های ما از موتور دیزل تاثیر می‌گذارند. در مساله کاهش سروصدا و انتشار مواد مضر (NOX، CO، HC, ذرات معلق) نیز خواسته‌های بالاتری مطرح می‌شوند. این موضوع منجر به توقعات بیشتر از سیستم انژکتور و تنظیمات آن در مورد
- فشارهای تزریق بالا
- فرم مسیر پاشش
- شروع تزریق متغیر
- پیش پاشش و در صورت نیاز پس پاشش
- در هر شرایط کارکرد، مقدار مناسب تزریق سوخت، فشار هوای ورودی و شروع تزریق
- مقدار سوخت حالت استارت بسته به دما
- تنظیم دور آرام مستقل از بار
- تنظیم سرعت حرکت خودرو
- باز خوراندن گاز خروجی تنظیم شده
- تلرانس‌های کوچک لحظه تزریق و مقدار تزریق سوخت و دقت بالا در مدت طول عمر خودرو (رفتار طولانی مدت)
سیستم‌های کنترل دور سنتی به وسیله ابزارهای تطابق گوناگون شرایط کارکرد موتور را دریافت کرده و کیفیت بالای ساختن مخلوط احتراق را تضمین میکنند. آنها البته در یک مدار تنظیم ساده روی موتور محدود می‌شوند و نمی‌توانند کمیت‌های مؤثر مهم مختلف را به سرعت دریافت کنند و یا اصلاً نمی‌توانند دریافت کنند.EDC با خواسته‌های در حال افزایش از یک سیستم ساده با مقادیر تنظیم الکتریکی به یک سیستم کنترل موتور پیچیده که تعداد زیاد از داده‌ها را در زمان واقعی میتواند پردازش کند توسعه یافته است.
1-3 بخش‌های سیستم
کنترل الکترونیکی دیزل EDC به سه قسمت تقسیم میشود.
1_پردازنده اطلاعات، سنسورها و نشانگرهای مقادیر درخواستی را طبق الگوهای محاسباتی ریاضی مشخص (الگوریتم‌های کنترل) پردازش می‌کند. آن سپس به عملگرها با سیگنالهای خروجی الکتریکی فرمان می‌دهد. ضمنآً پردازنده، رابطه با سیستم‌های دیگر و نیز با رابط عیبیابی (Diagnostic) برقرار می‌سازد.
2_ حسگرها و نشانگرهای مقدار خواسته راننده، شرایط کاری (مثلاً دور موتور) و مقادیر خواسته راننده (مانند وضعیت پدال گاز) دریافت میکنند. آنها کمیت‌های فیزیکی را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکنند.
3_عملگرها سیگنالهای الکتریکی خروجی از پردازنده را به کمیت‌های مکانیکی مبدل میکنند. (برای نمونه شیر برقی سیستم تزریق سوخت).
شکل 1-1 نگاه اجمالی اجزای EDC برای پمپ های تزریق سوخت ردیفی (خطی).
شکل1-2 نگاه اجمالی اجزای EDC برای پمپ های توزیع کننده VE..EDC مارپیچ (هلیکس) و کنترل دریچه (مجرا).
شکل1-3 نگاه اجمالی اجزای EDC برای پمپ های توزیع کننده کنترل شیر برقی VE..MV,VR.
شکل1-4 نگاه اجمالی اجزای EDC برای سیستم های یونیت انژکتور در خودروهای سواری.
شکل1-5 نگاه اجمالی اجزای EDC برای سیستم های یونیت انژکتور (UIS) و سیستم های یونیت پمپ (UPS) در وسایل نقلیه تجاری.
شکل1-6 نگاه اجمالی اجزای EDC برای سیستم های ریل مشترک (CRS) در خودروهای سواری.
شکل1-7 نگاه اجمالی اجزای EDC برای سیستم های ریل مشترک (CRS) در وسایل نقلیه تجاری.
فصل دوم
واحد کنترل الکترونیکی ECU (Electronic Control Unit)
با فن‌آوری دیجیتال مدرن امکانات متنوعی برای هدایت خودرو به وجود آمده‌اند. بسیاری از کمیت‌های فیزیکی مؤثر، می‌توانند همزمان تاثیر خود را بگذارند، طوری که سیستم‌ها به صورت بهینه کار کنند. پردازنده مرکزی سیگنالهای الکتریکی سنسورها و نشان‌دهنده کمیت‌های درخواستی راننده را دریافت می‌کند. آن را ارزیابی می‌کند و سیگنال های کنترلی را برای هدایت عملگرها محاسبه می کند. برنامه پردازشگر در یک حافظه ذخیره شده است اجرای برنامه به عهده یک میکروکنترلر است.
2-1 وضعیت عملکرد
خواسته‌های زیاد و سطح بالایی از یک پردازنده وجود دارد و البته در ارتباط با:
- دمای محیط (در حرکت معمولی خودرو بین40- تا 85+ درجه سانتیگراد برای خودروهای سنگین و40- تا 70+ درجه سانتیگراد برای سواری)
- توانایی مقاومت در برابر مواد موجود در موتور (روغن، سوخت و غیره)
- رطوبت موجود در محیط
- تحریک مکانیکی مانند ارتعاشات ناشی از موتور
2-2 طرح و ساختار
پردازنده در یک محفظه فلزی قرار دارد. سنسورها، عملگرها و تغذیه جریان از طریق یک رابط دارای پین‌های بسیار زیاد به پردازنده متصل می‌گردند. اجزای ساختاری عملکرد جهت هدایت مستقیم عملگرها چنان در محفظه پردازنده یکپارچه شده‌اند که یک عایق حرارتی بسیار خوب نسبت به محفظه تضمین شود.
در هنگام نصب پردازنده روی موتور گرمای محفظه میتواند از طریق صفحه خنک تعبیه شده، به سوخت که دور پردازنده جریان دارد، منتقل شود (خنک‌کننده پردازنده، فقط خودروهای سنگین).
اغلب اجزای تشکیل‌دهنده الکترونیکی به صورت فن‌آوری SMD (اجزای مونتاژ شده روی سطح) ساخته می‌شوند. فقط بعضی اجزای عملکردی و سوکت ها سیم‌کشی شده‌اند. این موضوع یک ساختار دارای وزن کم ولی با فضای زیاد را ممکن می‌سازد.
شکل 2-1 طرحی از یک ECU برای سیستم ریل مشترک با انژکتور درون پیزو.
1- کلید مد تغذیه برق قدرت با تثبیت کننده ولتاژ 7- ASIC برای راه اندازی طبقه محرک
2- حافظه EPROM 8- ذخیره ولتاژ بالا (حامل شارژ ولتاژ بالا)
3- خازن پشتیبان باتری (برای تولید ولتاژ بالا) 9- اتصال
4- حسگر فشار جو 10- اتصال طبقه محرک
5- تغذیه برق قدرت ولتاژ بالا 11- کلید چندگانه (چندفاز) طبقه محرک
6- طبقات محرک قدرت بالا
2-3 پردازش داده‌ها
سیگنالهای ورودی
سنسورها به همراه عملگرها، رابطه بین خودرو و پردازنده را به عنوان واحد پردازش برقرار می‌سازند.
سیگنالهای ورودی آنالوگ
سیگنالهای ورودی آنالوگ می‌توانند هر مقدار ولتاژ را بدون محدودیت در یک محدوده مشخص بپذیرند مثال‌هایی از کمیت‌های فیزیکی که به عنوان مقادیر آنالوگ آماده می شوند، مقدار دبی هوای ورودی، ولتاژ باتری، فشار داخل مانیفولد هوا و فشار هوای ورودی به موتور، دمای هوای مکیده شده و مایع خنک‌کن موتور هستند. آنها توسط یک مبدل آنالوگ دیجیتال (مبدل A/D) در میکروکنترلر پردازنده به مقادیر دیجیتال تبدیل می‌شوند که میکروپروسسور با آنها میتواند محاسبات را انجام دهد. مقدار تفکیک سیگنال وابسته به تعداد مرحله‌های تبدیل است.
سیگنالهای ورودی دیجیتال
سیگنالهای ورودی دیجیتال فقط دو حالت دارند: بالا و پایین. مثال‌هایی از سیگنالهای ورودی دیجیتال سیگنالهای کلید (خاموش / روشن) و یا سیگنال سنسورهای دیجیتال مثل پالس‌های دور موتور در سنسور هال هستند. آنها
می‌توانند مستقیماً توسط پردازنده پردازش شوند.
سیگنالهای ورودی به شکل پالس
سیگنالهای ورودی به شکل پالس از سنسورهای القایی با اطلاعاتی درباره دور موتور و علامت مربوط در یک بخش مداری در پردازنده آماده‌سازی می‌شوند. در این حال پالس‌های نویز از بین می‌روند و سیگنالهای پالسی شکل به سیگنالهای مستطیلی مبدل می‌شوند.
آماده‌سازی سیگنال
سیگنالهای ورودی با یک مدار محافظ به حداکثر ولتا مجاز محدود می‌شوند. سیگنال مفید توسط فیلتر کردن تا حد زیادی از سیگنالهای مزاحم همراه خود رها می‌شوند و در صورت نیاز توسط تقویت‌کننده به حد ولتاژ ورودی مجاز پردازنده تطبیق می‌یابند. بسته به درجه یکپارچه بودن سنسور، آماده‌سازی سیگنال میتواند بخشی از آن یا کل آن در سنسور اتفاق بیفتد.
پردازش سیگنال
پردازنده، مرکز کنترل جریان عملکرد است. در میکروکنترلر، الگوریتم‌های کنترل و تنظیم اجرا می‌شوند. سیگنالهای ورودی که توسط سنسورها و نشان‌دهنده‌های مقدارهای خواسته راننده و رابط‌ها برای سایر سیستم‌ها آماده شده‌اند، به عنوان کمیت‌های ورودی هستند. آنها در پردازشگر یک بار دیگر تغییر می‌یابند و به کمک برنامه و خط مشخصه و میدان مشخصه، سیگنالهای خروجی محاسبه می‌شوند. یک کوارتز میکروکنترلر را زمان‌بندی می‌کند.
حافظه برنامه
میکروکنترلر یک برنامه احتیاج دارد که در یک حافظه نوع سخت (ROM یا EPROM) قرار دارد، به علاوه داده‌های خاص (داده‌های منفرد، خطوط مشخصه و میدان‌های مشخصه) در این حافظه موجود هستند. در این جا اطلاعات غیرقابل تغییر هستند، که در زمان کار خودرو نیز نمی‌توانند تغییر کنند.
تعداد زیاد مدل‌های خودرو، که مجموعه‌های داده‌های مختلفی را طلب میکنند، یک سیستم و شیوه را جهت کاهش انواع مدل‌های پردازنده موردنیاز برای سازندگان خودرو را طلب می‌کند. در این مورد محدوده حافظه جهت کاهش انواع مدل‌های پردازنده‌های موردنیاز برای سازندگان خودرو را طلب می‌کند. در این مورد محدوده حافظه کامل (FEPROM) Flash EPROM با برنامه و مجموعه‌های داده مختص مدل مربوط در پایان تولید خودرو برنامه ریزی می‌شوند (برنامه‌سازی پایان خط تولید EOL: End Of Line) یک امکان دیگر نیز این است
که در حافظه، چندین مدل گوناگون از داده‌ها (مثلاً داده‌های کشورهای مختلف) داده شوند که سپس از طریق برنامه‌نویسی در انتهای خط تولید انتخاب شوند.
حافظه داده‌ها
یک حافظه قابل نوشتن و خواندن (RAM) لازم است تا داده‌هایی قابل تغییر مانند مقادیر محاسبه‌ای و مقدارهای سیگنالها را ذخیره کند. RAM برای عملکرد خود احتیاج به تغذیه دائم برق دارد. در صورت خاموش شدن پردازنده با بستن سوییچ این حافظه، کلیه موجودی داده‌های خود را از دست می‌دهد (حافظه فرار). مقادیر تطبیقی (مقادیر دریافت شده از طریق شرایط موتور و شرایط کارکرد خودرو) باید در این حالت پس از روشن شدن دوباره پردازنده مجدداً دریافت شوند. داده‌هایی که نباید از دست بروند (مثلاً کدهای دزدگیر یا ذخیره‌کننده عیوب خودرو) باید همواره در یک EEPROM ذخیره شوند، موجودی اطلاعات در این حافظه حتی در صورت جدا کردن سر باتری نیز از بین نمی‌روند.
الگوریتم 2-1 پردازش سیگنال در ECU .
ASIC
به خاطر پیچیدگی در حال افزایش عملکردهای پردازنده، توان محاسباتی میکروکنترلر کفایت نمی‌کند. در اینجا ASIC (مدار یکپارچه ویژه کاربرد Application Specified Integrated Circuit) کمک می‌کند این ICها طبق الگوی توسعه پردازنده طراحی و ساخته شوند. آنها مثلاً شامل یک RAM اضافی، ورودی‌ها و خروجی‌ها هستند و می‌توانند سیگنالهای PWM تولید کنند و به بیرون دهند.
مدول کنترل
پردازنده از یک مدول کنترل برخوردار است که در ASIC یکپارچه شده است. میکروکنترلر و مدول کنترل یکدیگر را کنترل میکنند. در صورتی که یک خطا تشخیص داده شود، آنها هر دو مستقل از یکدیگر سیستم تزریق را خاموش کنند.
سیگنالهای خروجی
میکروکنترلر با سیگنالهای خروجی مرحله پایانی را کنترل می‌کند، این مراحل پایانی در برابر اتصال کوتاه به بدنه و یا ولتاژ باتری و همچنین در برابر خراب شدن در اثر اضافه بار الکتریکی حفاظت شده است. این خطاها و نیز سیم‌های پاره شده و یا اشکالات سنسور توسط کنترلر تشخیص داده شده و به میکروکنترلر اعلام می‌شوند.
سیگنالهای کلیدزنی
با سیگنالهای کلیدزنی عملگرها می‌توانند روشن و خاموش شوند. (مثلاً فن موتور)
سیگنالهای PWM
سیگنالهای خروجی دیجیتال می‌توانند به عنوان سیگنالهای PWM بیرون داده شوند. این سیگنالهای مدوله پالس گسترده سیگنالهای مستطیلی شکل با فرکانس ثابت ولی زمان خاموش و روشن شدن متغیر هستند. با این سیگنالها مبدل‌های الکترونیوماتیکی در هر موقعیتی می‌توانند کنترل و فرماندهی شوند. (مثل شیر بازخوراندن دود خروجی).
a- فرکانس ثابت
b- متغیر نسبت به زمان
نمودار 2-1 سیگنال های PWM .
ارتباطات داخل پردازنده
این اجزای ساختمانی حاشیه‌ای، که میکروکنترلر را در کارش حمایت و پشتیبانی میکنند باید با آن ارتباط داشته باشند. این حالت از طریق سیستم گذرگاه CAN اتفاق می‌افتد. میکروکنترلر از طریق گذرگاه آدرس مثلاً آدرس RAM را به بیرون می‌فرستد که محتوای حافظه آن باید خوانده شود. سپس از طریق گذرگاه داده‌ها به داده‌های متعلق به آدرس منتقل می‌شوند در توسعه اولیه در این حوزه، خودروها با یک ساختار گذرگاه 8 بیتی کار می‌کردند یعنی باس داده ها از هشت سیم تشکیل میشود که از طریق آنها 256 مقدار می‌توانستند منتقل شوند. با گذرگاه آدرس 16 بیتی معمول همراه این سیستم‌ها 65536 آدرس می‌توانند مخاطب قرار گیرند. سیستم‌های پیچیده امروزی 16 و یا حتی 32 بیت گذرگاه داده‌ها را طلب میکنند. برای آنکه تعداد پین‌ها در بخش‌های تشکیل دهنده کم شود. گذرگاه آدرس و داده می‌توانند با یکدیگر مولتی‌پلکس شوند، یعنی آدرس و داده‌ها به شکل زمانی به جای یکدیگر منتقل شوند و از سیم‌های یکسان استفاده میکنند.
سیستم عیبیابی
کنترل سنسورها
در کنترل سنسورها به کمک عیبیابی یکپارچه بررسی میشود که آیا سنسور جریان کافی دارد و آیا سیگنال آن در محدوده مجاز قرار دارد (مثلاً دمای بین oC40- و oC50+). سیگنالهای مهم، تا جایی که ممکن باشد، 3-2 برابر (دوبل) اجرا می‌شوند یعنی این امکان وجود دارد در حالت معیوب بودن یکی از دو تا سه انتخاب موجود استفاده شود.
شناخت عیب
تشخیص عیب در حوزه کنترل یک سنسور ممکن است در عملکرد با مدار کنترل بسته (مثلاً کنترل فشار) خارج شدن از یک محدوده تنظیم نیز میتواند تشخیص داده شود.
یک مسیر سیگنال به عنوان خراب دسته‌بندی میشود، وقتی که یک خطا در مدتی بیش از زمان از پیش تعریف شده وجود داشته باشد در این صورت خطا به همراه شرایط محیطی همراهش، که خطا در آن شرایط افتقا افتاده (مثلاً دمای آب خنک‌کنندة، در موتور و غیره)، در ذخیره‌کننده خطاهای پردازنده ذخیره می‌شوند.
برای بسیاری از خطاها یک تشخیص ـ دوباره ـ بی‌عیب شدن نیز ممکن است. در این مورد مسیر سیگنال یک زمان تعریف شده به عنوان بدون عیب تشخیص داده شود.
برطرف کردن عیب
در صورت آسیب دیدن محدوده سیگنال مجاز در یک سنسور، یک مقدار ثابت از پیش تعریف شده به آن نسبت داده میشود. این شیوه در مورد سیگنالهای ورودی زیر به کار می‌رود:
- ولتاژ باتری
- دمای روغن، هوا و مایع خنک‌کننده
- فشار هوای ورودی به موتور
- فشار اتمسفر و دبی هوا
در مورد عملکردهای مهم، واکنش‌های جانشین هم وجود دارند، که ادامه حرکت خود را مثلاً تا اولین تعمیرگاه ممکن میکنند. از کار افتادن یک پتانسیومتر پدال گاز میتواند مثلاً با مقدار پتانسیومتر دوم محاسبه گردد وقتی که پتانسیومتر اول مقادیر بسیار با نوساناتی را نشان می‌دهد و یا موتور با یک دوره موتور ثابت و پایین حرکت می‌کند.
2-4 عملکرد EDC
پردازنده سیگنالهای سنسور خارجی را ارزیابی می‌کند و آنها را تا حد ولتاژ مجاز محدود می‌کند. میکروپروسسور از این داده‌های ورودی و با توجه به میدان‌های مشخصه ذخیره شده در خود زمان‌های پاشش (و مدت آنها را) محاسبه می‌کند و این زمان‌ها را به جریان‌های زمانی سیگنالها تبدیل می‌کند که با شرایط کارکرد موتور نیز همخوانی داشته باشد. به خاطر دقت موردنظر و حرکت بالای موتور یک توان محاسباتی بالا موردنیاز است.
به وسیله سیگنالهای خروجی، رابطهای خروجی پردازنده کنترل می‌شوند که توان کافی را برای همه عملگرها (مثل شیر برقی) فراهم میکنند. به علاوه موقعیت‌دهنده‌های عملکرد موتور (مانند بازخوراندن گاز خروجی سیلندر و یا هوای ورودی سیلندر) و برای عملکردهای کمکی دیگر (مثل رله شمع پیش گرمکن و یا تهویه مطبوع Air condition) کنترل می‌شوند. این خروجی‌های پردازنده در مقابل اتصال کوتاه و نیز خرابی در اثر اضافه بار الکتریکی محافظت می‌شوند. خطاهایی از این نوع و نیز سیم‌های پاره شده به میکروپروسسور اعلام می‌شوند.
عملکرد عیبیابی خروجی پردازنده برای شیرهای برقی مسیرهای سیگنال معیوب را نیز تشخیص می‌دهد. به علاوه بعضی از سیگنالهای خروجی از طریق رابطهایی به سیستم‌های دیگر در خودرو داده می‌شوند، در چارچوب یک اصل امنیتی، پردازنده بر کل سیستم تزریق انژکتوری نظارت می‌کند.
تنظیم شرایط کارکرد
برای آنکه موتور در همه شرایط کارکرد با احتراق بهینه کار کند، مقدار تزریق مناسب لحظه‌ای در پردازنده محاسبه میگردد. در این مورد باید کمیت‌های گوناگونی مدنظر قرار گیرند.
مقدار سوخت در حالت استارت
در هنگام استارت مقدار سوخت وابسته به دمای مایع خنک‌کننده و دور موتور محاسبه میشود. مقدار سوخت استارت با روشن شدن سوییچ تا رسیدن به یک حداقل دور موتور ارسال میشود. راننده تاثیری بر مقدار سوخت در حال استارت ندارد.
شرایط حرکت خودرو
در شرایط کارکرد عادی خودرو حرکت آن مقدار سوخت تزریقی وابسته به موقعیت پدال گاز (سنسور پدال گاز) و دور موتور محاسبه میشود. این حالت از طریق منحنی مشخصه برای رفتار حرکت اتفاق می‌افتد. خواسته راننده و توان خودرو به این ترتیب در بهترین حالت ممکن با یکدیگر تطبیق می‌یابند.
تنظیم دور آرام
در دور آرام موتور نقش اصلی را در مصرف سوخت، مقدار بازده خودرو و دور آرام موتور بازی میکنند. بخش قابل توجهی از مصرف سوخت خودروها در ترافیک فشرده خیابان‌ها به شرایط کارکرد موتور وابسته است. به همین دلیل یک دور موتور حتی‌الامکان پایین دارای مزیت است. ولی دور آرام باید چنان تنظیم گردد که دور آرام در همه شرایط (مثلاً هنگام روشن بودن سیستم برقی خودرو، یا روشن بودن تهویه مطبوع و غیره) خیلی افت کند، و یا حتی خاموش گردد.
برای تنظیم دور ایده‌آل آرام موتور تنظیم‌کننده با رگلاتور دور آرام مقدار سوخت را تا آنجا تغییر می‌دهد که دور موتور واقعی اندازه‌گیری شده درست با دور موتور ایده‌آل برابر شود. دور موتور ایده‌آل ویژگی‌های تنظیم توسط دنده در حال کار (در جعبه دنده اتوماتیک) و دمای موتور (سنسور مایع خنک‌کننده) تحت تاثیر قرار می‌گیرد.
به گشتاور خارجی، گشتاورهای مالشی درونی نیز اضافه می‌شوند که توسط کنترل دور آرام باید حذف شده و به تعادل برسند. آنها بسیار کم تغییر میکنند ولی دائماً در تمام طول عمر موتور متغیر هستند و به علاوه به شدت به دماوابسته هستند.
الگوریتم 2-2 محاسبه مراحل تزریق سوخت در ECU .
کنترل کارکرد آرام
به خاطر تلرانس‌های مکانیکی و تغییرات در طول مدت حرکت همه سیلندرهای موتور گشتاور یکسانی تولید نمی‌کنند. این موضوع به ویژه در دور آرام نمود بیشتری دارد و منجر به اصطلاحاً نامیزان کار کردن موتور می‌شوند. رگلاتور کارکرد آرام، تغییرات دور موتور را پس از هر احتراق دریافت کرده و آنها را با هم مقایسه می‌کند. مقدار سوخت برای هر سیلندر سپس با استفاده از تفاوت‌های دورها چنان تنظیم میشود که همه سیلندرها حتی‌الامکان یک مقدار مساوی گشتاور تحویل دهند.
کنترل سرعت حرکت خودرو
برای راندن اتومبیل با سرعت ثابت رگلاتور سرعت ثابت وارد عمل میشود. آن سرعت خودرو را روی مقدار خواسته شده ثابت نگاه می‌دارد. این مقدار میتواند به وسیله اهرم تنظیم گردد. مقدار سوخت تزریقی تا زمانی بالا و پایین می‌رود که سرعت اندازه‌گیری شده با سرعت ایده‌آل تنظیم شده برابر شود. اگر راننده در هنگام روشن بودن رگلاتور سرعت ثابت پدال کلاچ یا ترمز را بگیرد، فرآیند تنظیم خاموش میشود.
با گرفتن پدال گاز سرعت ایده‌آل را می‌توان بالا برد و شتاب گرفت. وقتی پدال گاز دوباره رها شود، کنترل‌کننده سرعت آخرین سرعت موجود را به کمک تنظیم مجدد اهرم خود تنظیم می‌کند. یک تغییر پله پله و مرحله‌ای سرعت ایده‌آل نیز از طریق اهرم، ممکن می‌باشد.
تنظیم مقدار تزریق
همیشه تزریق مقدار سوخت خواسته راننده و یا مقدار سوختی که به صورت فیزیکی ممکن باشد مجاز نیست. این مطلب میتواند دلایل زیر را داشته باشد:
- آلایندگی بیش از حد
- خروج بیش از حد دوده
- اضافه بار مکانیکی به خاطر وجود گشتاور بیش از حد و یا دور بیش از حد موتور
- حرارت اضافی به خاطر دمای مایع خنک‌کننده، روغن و یا توربور شارژر
حد تزریق سوخت به خاطر وجود کمیت‌های ورودی مختلف مانند مقدار هوای مکشی، دور و دمای مایع خنک‌کننده قرار داده میشود.
در صورت گرفتن ناگهانی و یا رها کردن ناگهانی پدال گاز نتیجه آن یک سرعت زیاد تغییر در مقدار تزریق سوخت است و به همراه آن همچنین گشتاور چرخشی است. موتور و قطعات متحرک به خاطر این تغییر بار ناگهانی ارتعاشات تولید میکنند که در تکان‌ها و تغییرات در دور موتور خود را نشان می‌دهند.
گزینه جذب فعال این تغییرات دوره‌ای در دور موتور را کاهش می‌دهد، به این طریق که مقدار سوخت تزریقی با دوره تناوب ارتعاش یکسان تغییر می‌کند، در هنگام افزایش دور کمتر شده و در هنگام کاهش دور افزایش می‌یابد. حرکت به این ترتیب تا حد زیادی جذب میشود.
a- بدون خفه کن موج فعال
b- با خفه کن موج فعال
1- عملکرد فیلتر
2- تصحیح فعال
نمودار 2-2 نمونه ای از خفه کن موج فعال (ARD) .
شکل 2-2 نمونه ای از کنترل مداوم آرام (LRR) .
تصحیح ارتفاع
به کمک سنسور فشار محیط، فشار اتمسفر میتواند توسط پردازنده دریافت گردد. فشار اتمسفر روی تنظیم فشار هوای ورودی سیلندر تاثیرگذار است و همچنین بر محدودیت گشتاور چرخشی مؤثر است. به این وسیله در ارتفاعات بالا مقدار سوخت پاشش کاهش می‌یابد و خروجی دود کاهش می‌یابد.
خاموشی سیلندر
اگر در دور موتورهای بالا یک گشتاور چرخشی پایین مدنظر باشد، باید سوخت خیلی کمی پاشیده شود. یک امکان دیگر به اصطلاح قطع سیلندر است. در این حال نصف انژکتورها قطع می‌شوند (UIS، UPS، CR) و انژکتورهای
باقیمانده به همین نسبت مقدار سوختشان بیشتر میشود. این مقدار می‌توان با دقت بیشتری تزریق شود.
به وسیله الگوریتم‌های مخصوص نرم‌افزاری تغییر حالت‌های ملایم یعنی بدون تغییر در گشتاور چرخشی در زمان روشن کردن و یا قطع کردن سیلندر به دست می‌آیند.
خاموش کردن موتور
اصول کاری خود احتراقی این نتیجه را دارد که موتور دیزل فقط به وسیله قطع تحویل سوخت به حالت خاموش در می‌آید. در کنترل الکترونیکی دیزل، موتور از طریق روند پردازنده تزریق صفر (عدم باز شدن شیر برقی) خاموش میشود.
تبادل اطلاعات
ارتباط بین پردازنده موتور و سایر پردازنده از طریق گذرگاه (Controller Area Network) CAN انجام می‌گیرد. به این طریق مقادیر ایده‌آل جهت نظارت بر خطاها و کارکرد خودروها که موردنیاز هستند و داده‌های مربوط به شرایط کارکرد و اطلاعات وضعیت منتقل می‌شوند.
مداخله خارجی در تنظیم مقدار سوخت تزریقی
در مداخله خارجی مقدار سوخت تزرقی توسط یک پردازنده بیرونی (مثلاً پردازنده سیستم ABS، ASR و...) تحت تاثیر قرار می‌گیرد. این پردازنده به پردازنده موتور اطلاع می‌دهد که تا چه مقدار گشتاور چرخشی موتور (و به همین ترتیب مقدار سوخت تزریقی) باید تغییر کند.
سیستم ضد سرقت الکترونیکی
برای امنیت خودرو در برابر سرقت به کمک یک پردازنده اضافی برای استفاده ضد سرقت می‌توان جلوی استارت خودرو را گرفت. راننده میتواند به این پردازنده مثلاً از طریق کنترل از راه دور علامت دهد که او مجاز به استفاده از خودرو می‌باشد. سپس در پردازنده موتور، ارسال سوخت باز میشود طوری که استارت موتور و حرکت خودرو امکانپذیر شود.
سیستم تهویه
برای اینکه در دماهای بالا محیط بیرونی یک دمای مطبوع در درون خودرو داشته باشیم، سیستم تهویه هوا را به کمک یک کمپرسور سرماساز خنک می‌کند.
نیاز آن به توان مکانیکی بسته به موتور و وضعیت حرکت خودرو 1 تا 30% توان موتور را در بر می‌گیرد. به محض اینکه راننده پدال گاز را به سرعت بگیرد (یعنی درخواست بیشتر گشتاور ممکن را کند)، کمپرسور سرماساز مدت کوتاهی توسط EDC خاموش میشود.
از این طریق توان موتور به طور کامل در اختیار قوه محرکه قرار می‌گیرد. این موضوع در دمای داخل اتاق تاثیر محسوسی ندارد.
پردازنده کنترل شمع پیش گرمکن
پردازنده شمع گرمکن (Preheating Glow Plug) برای کنترل شمع پیش‌گرمکن از پردازنده موتور اطلاعات
مربوط به زمان و مدتی که باید شمع سرخ شود دریافت می‌کند. پردازنده شمع پیش‌گرمکن بر فرآیند برافروخته شدن شمع نظارت می‌کند و ایرادها و مشکلات را به پردازنده موتور اعلام می‌کند تا در عملکرد عیبیابی مدنظر قرار گیرد.
2-5 انتقال اطلاعات به سیستم‌های دیگر
نگاهی به سیستم
کاربرد افزاینده سیستم‌های کنترل و هدایت الکترونیکی در خودروها مانند:
- کنترل الکترونیکی پمپ انژکتور و موتور
- کنترل جعبه دنده یا گیربکس
- سیستم ترمز ضد قفل ABS
- کنترل لغزش ASR
- کنترل حرکت و پایداری خودرو ESP
- کنترل گشتاور کششی موتور MSR
- کامپیوتر مرکزی و غیره
شبکه کردن این پردازنده‌های منفرد را می‌طلبد. تبادل اطلاعات بین سیستم‌ها تعداد سنسورها را کاهش داده و بهره هریک از سیستم‌ها را افزایش می‌دهد. رابطهایی که مخصوصاً و به صورت ویژه برای کاربردهای خودرویی توسعه داده شده‌اند می‌توانند در دو بخش تقسیم‌بندی شوند:
- رابطهای سنتی
- رابطهای سریال مانند CAN
انتقال سنتی اطلاعات
انتقال سنتی اطلاعات در خودرو به این طریق شناخته میشود که هر سیگنال به یک سیم منفرد مربوط است. سیگنالهای دودویی (باینری) می‌توانند فقط از طریق دو وضعیت، (1) (بالا) و یا (0) (پایین) (مثلاً کمپرسور تهویه خاموش یا روشن) منتقل شوند (کد باینری).
از طریق نسبت‌ها، کمیت‌های متغیر می‌توانند به صورت پیوسته منتقل شوند (مثلاً وضعیت سنسور پدال گاز). افزایش تبادل داده‌ها بین اجرای الکترونیکی در خودرو دیگر نمیتواند از طریق رابطهای معمولی انجام گیرد. پیچیدگی دسته سیم‌ها و اندازه کانکتورها امروزه فقط با مصرف بسیار زیاد و هزینه بسیار، قابل انجام است و خواسته‌ها از سیستم تبادل اطلاعات بین پردازنده‌ها نیز همچنان افزایش می‌یابد. در بعضی خودروها پردازنده‌ها با حدود 30 جزء تشکیل‌دهنده ارتباط دارند. این گستردگی و جامعیت با کابل‌کشی سنتی به شکل اقتصادی انجام‌پذیر نیست.
شکل 2-3 وضعیت معمولی انتقال اطلاعات.
انتقال داده‌ها به صورت CAN
مشکلات تعداد بسیار زیاد سیم‌ها در تبادل اطلاعات از طریق رابطهای معمولی می‌توانند با استفاده از سیستم‌های گذرگاه حل شوند. CAN یک سیستم گذرگاه است که به صورت ویژه برای خودروها طراحی شده است. داده‌ها به صورت سریال منتقل می‌شوند یعنی روی یک سیم اطلاعات پشت سر هم ارسال می‌گردند. وقتی که پردازنده‌های الکترونیکی یک رابط سیال CAN داشته باشند، می‌توانند داده‌ها را روی سیم‌های گذرگاه CAN ارسال و دریافت کنند.
حوزه‌های کاربرد
چهار حوزه کاربرد با خواسته‌های متفاوت برای CAN در خودرو وجود دارند:
استفاده از مولتی پلکس
استفاده از مولتی پلکس برای کاربرد کنترل و تنظیم اجزا در حوزه الکترونیک مربوط به راحتی سرنشینان و اتاق خودرو کاربرد دارد. مانند تنظیم تهویه مطبوع، قفل مرکزی و جابجایی و تنظیم صندلی‌ها. نرخ انتقال داده‌ها عموماً بین 10 کیلوبایت در ثانیه و 125 کیلوبایت در ثانیه هستند (CAN سرعت پایین).
کاربرد در ارتباط بی‌سیم و متحرک
در این کاربرد اجزایی مانند سیستم ناوبری، تلفنی یا سیستم صوتی با واحدهای نمایش و دسته کنترل با هم مرتبط می‌شوند. هدف این است که مسیرهای دستوری را تا حد امکان یکپارچه کرد. همچنین اطلاعات وضعیت را جمع‌بندی کرد تا انحراف راننده به حداقل برسد.
نرخ داده‌ها در این حوزه تا Kbit/s125 است: در این حالت انتقال مستقیم داده‌های صوتی و تصویری ممکن نیست.
کاربردهای عیبیابی
کاربردهای عیبیابی با استفاده از CAN این هدف را دارند که شبکه موجود را جهت عیبیابی پردازنده‌های متصل به کار ببرند. عیبیابی مرسوم امروزی از طریق کابل (ISO 9141) دیگر موردنیاز نیست. نرخ انتقال داده‌ها Kbit/s500 برنامه‌ریزی شده است.
کاربرد زمان واقعی یا همزمان (Real time)
این کاربردها که در آنها سیستم‌های الکتریکی مانند کنترل موتور، کنترل جعبه دنده و کنترل حرکت و پایداری خودرو (ESP) با یکدیگر شبکه می‌شوند، در خدمت تنظیم حرکت خودرو هستند.
ویژگی خاص آنها نرخ انتقال داده بین Kbit/s125 و Mbit/s 1 (CAN سرعت بالا برای انجام روش زمان واقعی) یا همزمان است. این قسمت به کاربردهای زمان واقعی اختصاص دارد.
جفت کردن پردازنده
در جفت کردن پردازنده‌ها سیستم‌های الکترونیکی مانند کنترل موتور، سیستم ضد قفل (ABS)، کنترل لغزش (ASR) و همچنین کنترل حرکت و پایداری خودرو (ESP)، کنترل الکترونیکی جعبه دنده و غیره از طریق رابط CAN با یکدیگر جفت می شوند. پردازنده‌ها در این حال به عنوان ایستگاه دارای شرایط یکسان از طریق ساختار گذرگاه خطی مرتبط هستند. این ساختار به نام Multi-Master شناخته می‌شوند. این سیستم دارای این مزیت است که سیستم باس در هنگام از کار افتادن یک ایستگاه برای سایر سیستم‌ها به طور کامل در دسترس است. در مقایسه با سایر چیدمان‌های لاجیک (منطقی) (مثل ساختار حلقه یا ستاره) در این حالت احتمال خرابی کل سیستم به شدت کاهش یافته است. در ساختارهای حلقه‌ای یا ستاره‌ای خرابی یکی از اعضاء و یا واحد مرکزی منجر به از کار افتادن کل سیستم میگردد.
نرخ‌های معمول در این سیستم بین حدود Kbit/s125 و Mbit/s1 قرار دارند. آنها باید آن قدر بالا باشند که رفتار زمان واقعی مورد انتظار تضمین شود. این یعنی اینکه مثلاً پردازنده موتور مقداری را که از بار موتور می‌خواند در چند میلی‌ثانیه به پردازنده جعبه دنده انتقال دهد.
شکل 13-4 وضعیت گذرگاه خطی اطلاعات.
آدرس‌دهی مربوط به محتوا
سیستم گذرگاه CAN تک‌تک ایستگاهها را آدرس‌دهی نمی‌کند، بلکه به هریک پیغام یک شناسه ثابت 11 بیتی (فرمت استاندارد برای خودروهای سواری) و یا 29 بیتی (فرمت گسترش یافته برای وسایل نقلیه سنگین) اختصاص می‌دهد. این شناسه محتوای پیام را مشخص می‌کند (مثلاً دور موتور). در یک پیام می‌توانند همچنین چند سیگنال با هم ارسال شوند (مثلاً وضعیت قرارگیری چند کلید).
یک ایستگاه، فقط داده‌هایی را استفاده می‌کند، که شناسنه متعلق به آن در فهرست پیام‌های قابل دریافتش وجود داشته باشند (آزمایش پذیرش پیام). از همه داده‌های دیگر به سادگی چشم‌پوشی میشود. این عملکرد میتواند توسط یک زیربنای ویژه CAN برآورده شود (Full-CAN) از طریق بار روی میکروکنترل کاهش می‌یابد. زیربنای اساسی CAN همه پیام‌ها را می‌بینند. سپس میکروکنترلر به محل‌های حافظه مهم دسترسی پیدا می‌کند.
آدرس‌دهی مربوط به محتوا این امکان را پدید می‌آورد که یک سیگنال به چندین ایستگاه ارسال شود، به این طریق که یک فرستنده سیگنال خود را مستقیماً و یا از طریق یک پردازنده روی شبکه گذرگاه ارسال می‌کند. آنجا سیگنال در دسترس همه گیرنده‌ها قرار دارد. به علاوه از آنجا که سیستم‌های بیشتری نیز به سیستم CAN موجود می‌توانند اضافه شوند، تعداد زیادی از انواع ابزارها می‌توانند اضافه شوند. در صورت که ECU یا پردازنده به اطلاعات بیشتری که در گذرگاه وجود دارند نیاز داشته باشد، تنها کاری که باید انجام دهد فراخوانی آن است.
ایستگاه 2 در حال فرستادن،
ایستگاه 1و4 در حال دریافت
داده ها
الگوریتم 2-3 آدرس دهی و فیلتر کردن پیام (بررسی دریافت).
ایستگاه 2 استفاده از اولین دریافت
(سیگنال در گذرگاه = سیگنال از
ایستگاه 2)
0- سطح تعادل
1- سطح مغلوب
نمودار 2-3 داوری رقم دودئی بوسیله رقم دودئی.
اولویت‌بندی
شناسه علاوه بر محتوای داده‌ها، همزمان اولویت پیام را در هنگام ارسال مشخص می‌کند. یک سیگنال که خیلی سریع تغییر می‌کند (مثلاً دور موتور). باید به همان نسبت سریع‌تر ارسال شود به همین علت اولویت بالاتری را نسبت به سیگنالی که به نسبت کندتر تغییر می‌کند (مثلاً دمای موتور) دریافت می‌کند. در ادامه پیام‌ها براساس اهمیتشان نیز رتبه‌بندی می‌شوند (مثلاً عملکرد امنیت خودرو). پیام‌های دارای اولویت یکسان وجود ندارند.
توزیع گذرگاه بین پردازنده‌ها
وقتی که گذرگاه، آزاد و خالی است هر ایستگاه میتواند انتقال پیام‌ها را شروع کند. وقتی که چند ایستگاه همزمان شروع به ارسال کنند، در این صورت پیام دارای اولویت بالاتر تقدم می‌یابد، بدون اینکه اتلاف وقت یا داده‌ها به وجود آید (پروتکل بدون خرابی). این موضوع با استفاده از مفهوم بیت در حال استراحت (عدد منطقی 1) و حاکم (عدد منطقی 0)، که در آن پیام‌های حاکم یا مسلط بر پیام‌های دیگر غلبه دارند. فرستنده‌ها با پیام‌های با اولویت کمتر، به طور خودکار گیرنده می‌شوند و فرستادن پیام خود را به محض آزاد شدن مجدد گذرگاه تکرار میکنند. برای آنکه همه پیغام‌ها موقعیت ورود به گذرگاه را داشته باشند، سرعت باس باید با تعداد
ایستگاههای متناسب باشد. یک زمان سیکل باری سیگنال‌هایی که دائماً در حال تغییر هستند تعریف میشود (مثل
