کامپیوتر خودرو چیست و چه وظیفه‌ای دارد؟

وجه مشترک تمامی تولیدات صنعتی در دنیای امروز، مجهز بودن آن‌ها به ریزپردازنده‌ها و کامپیوتر‌ها است. اتومبیل‌ها نیز نوعی کالای صنعتی محسوب می‌شوند و از این رو حضور کامپیوتر خودرو در هر اتومبیل نقش حیاتی را ایفا می‌کند. در این مقاله نگاهی کامپیوتر خودرو، وظایف آن و نحوه عملکرد این قطعه مدرن و مهم خواهیم داشت. با ما همراه باشید.

کامپیوتر خودرو چیست؟

کامپیوتر خودرو تقریبا هر چیزی که درون یک اتومبیل قرار دارد را کنترل می‌کند. درست مانند رایانه خانگی یا یک لپ تاپ، کامپیوتر خودرو نیز اطلاعات بسیاری را پردازش می‌کند که حاصل آن انجام امور مختلف توسط بخش‌های مختلف خودرو است. کامپیوتر ماشین وظیفه دارد تا اتومبیل را در بهینه‌ترین و ایمن‌ترین حالت ممکن قرار دهد.

کامپیوتر خودرو با اسامی مختلفی شناخته می‌شود. مشهورترین نام آن واحد کنترل موتور یا ECU است. از دیگر نام‌های این قطعه نیز می‌توان به ماژول کنترل موتور (ECM) یا ماژول کنترل پیشرانه (PCM) اشاره کرد.

اطلاعات کامپیوتر خودرو چگونه فراهم می‌شود؟

اگر با علم رایانه آشنا باشید، می‌دانید که هر پردازشگر نیاز به داده‌های ورودی دارد تا با انجام عملیات پردازشی، آن‌ها را به داده‌های خروجی تبدیل کند. کامپیوتر ماشین نیز همانند هر رایانه دیگر به اطلاعات ورودی نیاز دارد. اطلاعات ورودی ECU توسط انبوهی از حسگرها تامین می‌شود. فعالیت این حسگرها نیز توسط فیوزها و مدارهای الکتریکی کوچک‌تر کنترل می‌شود. سنسور اکسیژن، سنسور فشار هوا، سنسور دمای هوا، سنسور موقعیت دریچه گاز و سنسور ناک یا ضربه برخی از این حسگرها هستند.

علاوه بر اطلاعاتی که توسط سنسورها مهیا می‌شود، یادگیری ماشین نیز بخش دیگری از اطلاعات مورد نیاز کامپیوتر خودرو را فراهم می‌کند. کامپیوترهای خودرو ماشین‌های خودآموز هستند که براساس شرایط خودرو و عادت رانندگی فرد، عملکردهای خود را تنظیم می‌کنند. این مساله به آن معنا است که کامپیوتر تنظیمات کوچکی را در قسمت‌های مختلف موتور و سیستم‌های مختلف انجام می‌دهد تا با شرایط محیطی متفاوت و نحوه رانندگی شما سازگار شود.

مشخصات فنی یک کامپیوتر خودرو

کامپیوتر خودرو یک ریزپردازنده است که با توجه به فناوری ساخت اتومبیل، قدرت محاسباتی آن تعیین می‌شود. اکثر کامپیوترهای خودرو به طور معمول از پردازنده‌های 32 بیتی 40 مگاهرتزی استفاده می‌کنند.

ابعاد و قدرت این پردازنده در دنیای رایانه‌های قدرتمند امروز چندان چشم‌گیر نیست اما همین پردازنده کوچک قادر است تا تمامی اعمال خودرو را تحت کنترل خود داشته باشد. شاید باور این مساله دشوار باشد اما به علت بار اندکی که روی پردازنده خودرو قرار دارد، کارایی کامپیوتر خودرو از پردازنده لپ تاپ‌های عمومی بیشتر است.

حجم کد موجود در کامپیوتر ماشین حدود یک مگابایت است که رقم بسیار اندکی در دنیای امروز محسوب می‌شود. برای مقایسه بهتر است بدانید که برنامه راه انداز کامپیوترهای شخصی، حدود دو گیگابایت حجم دارد. بنابراین برنامه کامپیوتری راه انداز یک اتومبیل، دو هزار برابر کمتر از برنامه راه اندازی یک کامپیوتر شخصی است. رایانه خودرو در انجام محاسبات کامپیوتری خودرو تنها نیست، بلکه ابزارهای دیگری نیز این قطعه را در کنترل خودرو یاری می‌کنند. این ابزارها شامل قطعات زیر هستند:

مبدل آنالوگ به دیجیتال: خروجی برخی حسگرهای خودرو همچون سنسور اکسیژن از نوع آنالوگ است، در حالی که کامپیوتر خودرو با داده‌های دیجیتال کار می‌کند. به همین دلیل بایستی از مبدل آنالوگ به دیجیتال برای تغییر نوع داده استفاده کرد. این مبدل‌ها داده‌های آنالوگ را به داده‌های دیجیتال 10 بیتی تبدیل می‌کنند.

خروجی‌های دیجیتال ولتاژ بالا: یکی از وظایف معمول کامپیوتر خودرو در اتومبیل‌های درون‌سوز، انجام فرآیند احتراق است. به این منظور رایانه اتومبیل باید جرقه شمع‌ها را فعال کند، ورودی انژکتور را تحت کنترل داشته باشد و فن خنک کننده رادیاتور را خاموش/روشن کند. همه این خروجی‌ها به مدارهای رله نیاز دارند که با ولتاژ بالا کار می‌کند.

مبدل‌های دیجیتال به آنالوگ: در قسمت قبل به مبدل آنالوگ به دیجیتال اشاره کردیم که رابط بین کامپیوتر خودرو و برخی حسگرها است. در مسیر عکس نیز این مبدل‌ها وجود دارند. گاهی اوقات رایانه خودرو ناچار است تا برخی قطعات موتور را با استفاده از سیگنال‌های آنالوگ به حرکت درآورد. به همین منظور لازم است تا چند مبدل آنالوگ به دیجیتال را برای این منظور در خودرو تعبیه کنیم.

تنظیم کننده سیگنال: سیگنال‌ها علاوه بر آن‌که در نوع دچار تفاوت هستند، از نظر ولتاژ نیز در سطوح گوناگونی طبقه بندی می‌شوند. به همین منظور لازم است تا یک تنظیم کننده میزان ورودی و خروجی هر سیگنال را تنظیم کند. برای مثال مبدل آنالوگ به دیجیتال سیگنال‌ها را در محدوده 0 تا 5 ولت می‌خواند اما خروجی سیگنال آنالوگ سنسور اکسیژن بین 0 الی 1.1 ولت است. در نتیجه بایستی مبدل را برای دریافت محدوده لازم تنظیم کرد.

تراشه‌های ارتباطی: کامپیوتر خودرو توسط برندهای مختلفی ساخته می‌شوند که از جمله آن‌ها می‌توان به ساژم و زیمنس اشاره کرد. هرکدام از این کامپیوترها براساس یک استاندارد ارتباطی فعالیت می‌کنند که تنظیم ارتباط براساس استاندارد وظیفه تعدادی از تراشه‌ها است. استاندارد مرسوم در ارتباط الکترونیکی اکثر خودروهای امروزی، CAN (شبکه کنترل کننده منطقه‌ای) نامیده می‌شود.

مزایای استفاده از کامپیوتر خودرو

سابقه استفاده از ECU در اتومبیل‌ها به اواخر دهه 1970 میلادی باز می‌گردد. در سال 1978، جنرال موتورز نخستین کامپیوتر خودرو به شکل امروزی را معرفی کرد. استفاده از ECU طی دهه 1980 میلادی فراگیر شد و در نهایت اکثر خودروهای تولیدی دهه 1990 به سیستم کنترل الکترونیکی مجهز شدند. مزایای فراوان ECU، سبب شد تا خودروسازان مختلف استفاده از سیم‌کشی‌های آنالوگ را کنار بگذارند و سیستم‌های الکترونیکی را جایگزین کنند. اما این مزایا چه هستند؟ در ادامه برخی از مزایا استفاده از کامپیوتر ماشین را بازگو خواهیم کرد.

مزیت اول، کاهش سیم کشی: نخستین مزیت استفاده از ECU به عنوان مغز کنترل کننده خودرو، کاهش سیم‌کشی و به تبع آن کاهش پیچیدگی سیستم برق یک خودرو است. کامپیوترهای اتومبیل از شبکه کنترل کننده منطقه‌ای (CAN) بهره می‌برند که ارتباط قسمت‌های مختلف خودرو را در یکدیگر تجمیع کرده است. تا پیش از این خودروسازان ناچار بودند برای برقراری ارتباط بین دو قسمت خودرو از یک سیم جداگانه استفاده کنند. این کار موجب می‌شد تا درون هر خودرو با انبوهی از سیم انباشته شود که ایجاد نظم بین آن‌ها به دردسری بزرگ برای طراحان تبدیل شده بود.

مزیت دوم، عیب یابی سریع: دیگر مزیت استفاده از کامپیوتر در خودروهای مدرن، امکان عیب‌یابی سریع است. رایانه اتومبیل به کمک مجموعه‌ای از حسگرها فعالیت تمامی قسمت‌های خودرو را تحت نظر دارد و به راحتی می‌توان ایراد به وجود آمده در یک قسمت را شناسایی کرد. این کار با استفاده از دستگاه دیاگ صورت می‌گیرد و مکانیک قادر است تا با خواندن خطاهای کامپیوتر خودرو، متوجه اشکالات به وجود آمده شود.

مزیت سوم، افزایش ایمنی و راحتی: خودروهای مدرن به انبوهی از سامانه‌های ایمنی مجهز هستند که شامل کیسه‌های هوا، ترمز ضد قفل، توزیع نیرو ترمز، کنترل کشش و کنترل پایداری می‌شوند. بدیهی است که کنترل تمامی این قطعات با سیستم سیم‌کشی معمولی امکان‌پذیر نیست، چرا که فعالیت این قطعات در گرو استفاده از حسگرهای آنالوگ و دیجیتال است که توسط کامپیوتر ماشین کنترل می‌شوند.

علاوه بر ایمنی، آپشن‌های رفاهی نیز توسط رایانه اتومبیل کنترل می‌شوند. معرفی کامپیوتر خودرو و قابلیت‌های فراوان آن سبب شد تا مسیر برای ورود آپشن‌های بیشتر به خودروها هموار شود. از جمله امکانات رفاهی در خودروهای جدید می‌توان به سیستم تهویه صندلی و سامانه‌های مولتی مدیا اشاره کرد که کنترل آن‌ها توسط کامپیوتر خودرو صورت می‌گیرد.

مزیت چهارم، کاهش آلایندگی: همان‌طور که در قسمت‌های قبلی متن اشاره کردیم، کامپیوتر خودرو با استفاده از اطلاعات سنسورها فعالیت تمامی قسمت‌های موتور را تحت نظر دارد. خودروسازان با استفاده از رایانه اتومبیل، موفق شدند تا فرآیندهای احتراق را در موتورهای درون‌سوز تحت نظارت و کنترل در آورند. این کار به آن‌ها کمک کرد تا میزان گازهای آلاینده خروجی از موتور را کاهش دهند. استانداردهای آلایندگی جدید نیز براساس کنترل الکترونیکی فرآیند احتراق پیشرانه تعریف شده‌اند.

مزیت پنجم، ارتقا سطح سرگرمی خودرو: مهم‌ترین مزیت استفاده از کامپیوتر در خودروها از دید کاربران، افزایش سطح سرگرمی موجود در اتومبیل‌ها است. استفاده از رایانه و کنترل کننده‌های الکترونیکی به خودروسازان اجازه داده است تا سطح آپشن‌های خودرو را ارتقا دهند. رهیاب ماهواره‌ای، کنسول‌های بازی، گیرنده‌های تلویزیون و رادیو و اتصال بلوتوث از جمله مواردی هستند که به لطف استفاده از کامپیوتر در خودروهای امروزی پدیدار شده‌اند.

مشکلات معمول کامپیوتر خودرو

رایانه اتومبیل نیز همچون هر قطعه دیگری در خودرو، ممکن است تا دچار مشکل شود. رایج‌ترین ایراد برای کامپیوتر‌های خودرو، برهم خوردن ولتاژ برق ورودی به آن‌ها است که موجب نیم‌سوز شدن یا سوختن برخی مدارهای موجود روی برد رایانه‌ای می‌شود. علت این رخداد نیز مشکل در باتری یا سیم کشی خودرو است که نتیجه آن افزایش بیش از حد ولتاژ برق ورودی به اتومبیل است.

ایراد شایع دوم در کامپیوتر خودرو، مربوط به نقص سنسورها است. این ایراد را مالکان خودروهای مجهز به موتور TU5 به خوبی درک می‌کنند. ایراد سنسور اکسیژن بر اثر تماس با رطوبت مشکل شایع پیشرانه TU5 است که باعث ناکارآمدی کامپیوتر خودرو می‌شود. وقتی رایانه اتومبیل نتواند اطلاعات مفید و قابل اعتمادی را از سنسورها دریافت کند، قادر به برنامه ریزی صحیح عملکردهای خود نخواهد بود و دچار خطا می‌شود. رفع این ایراد با استفاده از دستگاه دیاگ به راحتی امکان پذیر است.

کامپیوتر خودرو یک برد الکترونیکی است و همانند کامپیوترهای شخصی، در برابر تخریب‌کننده‌های طبیعی آسیب پذیر است. بنابراین گرد و خاک، گرما و رطوبت می‌تواند موجب خوردگی یا پوسیدگی برخی قسمت‌های آن شود. به همین منظور لازم است تا در صورت مشاهده ایرادات فیزیکی روی کامپیوتر خودرو، نسبت به تعویض آن در اسرع وقت اقدام کنید. برخی خودروها همچون سمند دارای محفظه‌ای هستند که کامپیوتر ماشین درون آن قرار می‌گیرد اما در سوی دیگر خودروهایی همچون رانا و پژو 206 فاقد چنین محفظه‌ای هستند. در نتیجه کامپیوتر خودرو در این نوع از اتومبیل‌ها در معرض صدمات بیشتری قرار دارد.

جمع‌بندی

اختراع و گسترش استفاده از کامپیوتر ماشین را می‌توان واپسین انقلاب صنعت خودروسازی در قرن بیستم لقب داد. معرفی و اختراع این سیستم به خودروسازان کمک کرد تا اتومبیل‌هایی ایمن‌تر، راحت‌تر و مجهزتر تولید کنند. علاوه برآن عیب‌یابی خودروها نیز آسان‌تر شد و نیاز به سیم کشی درون خودرو کاهش یافت. این موارد موجب شده است تا امروزه تمامی خودروها به کامپیوتر مجهز شوند. انتظار می‌رود با توسعه خودروهای الکتریکی طی دهه‌های آتی، فناوری ساخت کامپیوتر خودرو نیز تحول‌های شگرفی را تجربه کند.