ECU یا کامپیوتر خودرو چیست؟

ECU چیست و چه وظیفه ای دارد؟

با پیشرفت صنعت خودرو سیستم‌های کاربراتور به دلیل مصرف سوخت زیاد، تنظیمات پیچیده و استاندارد‌های آلاینده محیط زیست از خودرو‌‌ها کنار گذاشته شده و جای خود را به سیستم‌های انژکتوری داده‌اند. سیستم‌های انژکتوری داری سه بخش اصلی پرداشگر مرکزی یا ECU، سنسورها و عملگرها هستند. ECU نقش بسیار مهمی در کارکرد بخش‌های مختلف خودرو دارد. ما در این مقاله از یوفایندر می‌خواهیم در مورد این موضوع که ECU چیست؟ چه کاربردی دارد و چه قسمت‌هایی از خودرو را کنترل می‌کند به شما توضیح می‌دهیم.

ECU یا کامپیوتر خودرو چیست؟

ECU مخفف عبارات Electronic Control Unit به معنای واحد کنترل الکترونیکی می‌باشد. ECU که به عنوان کامپیوتر خودرو هم شناخته می شود، یک دستگاه در خودرو است که وظیفه کنترل یک عملکرد خاص را بر عهده دارد. وسایل نقلیه امروزی ممکن است دارای چند ECU باشند که کنترل عملکردهای ضروری مانند کنترل موتور و فرمان برقی، عملکردهای ساده مانند شیشه‌های برقی، صندلی‌ها و تهویه، عملکردهای امنیتی و دسترسی مانند قفل درها را برعهده دارند. همچنین کامپیوتر خودرو می‌تواند کیسه هوا و ترمز اضطراری را کنترل کند. از معروف‌ترین ایسیوها که در خودروهای داخلی از آنها استفاده می‌شود می‌توان به ایسیو زیمنس SIEMENS، ایسیو بوش BOSCH و ایسیو ساژم SAGEM اشاره کرد.

تصویری از یک ECU زیمنس که در خودروهای ایرانی زیادی استفاده شده است.

تاریخچه ECU یا کامپیوتر خودرو چیست؟

واحد کنترل موتور (ECU) یا کامپیوتر ماشین که گاهی ماژول کنترل موتور (ECM) نامیده می‌شود، نوعی واحد کنترل الکترونیکی یکپارچه است. برای درک تاریخچه این واحد باید بدانیم تلاش‌های اولیه در این زمینه از یک سو یکپارچه نبوده‌اند و از سوی دیگر، الکترونیکی نبوده‌اند.

یکی از اولین تلاش‌ها برای ایجاد چنین واحدی یک دستگاه یکپارچه و خودکار برای مدیریت چندین عملکرد موتور به‌طور همزمان با نام Kommandogerät بود که توسط کمپانی BMW در سال 1939 ساخته شد شد، اما نه برای ماشین بلکه برای هواپیما. این دستگاه در موتور 14 سیلندر شعاعی با نام موتور سری 801، با 6 نوع کنترل موردا استفاده قرار گرفت. با این حال، این قطعه مشکلاتی داشت و باعث می‌شد که هواپیماهای جنگنده تک‌موتوره آلمانی Fw 190 در زمان بلند شدن از زمین کمی مشکل داشته باشند.

توسعه مدارهای مجتمع و ریزپردازنده‌ها مدیریت و کنترل انواع موتورها را از نظر اقتصادی در دهه 1970 امکان‌پذیر کرد. در اوایل دهه 1970، صنعت الکترونیک ژاپن شروع به تولید مدارهای مجتمع، سنسورها و میکروکنترلرها برای کنترل موتور در خودروهای ژاپنی کرد. بر اساس این پیشرفت‌ها مدل اولیه ECU با نام‌ سیستم کنترل موتور الکترونیکی فورد EEC که از ریزپردازنده شرکت توشیبا با نام TLCS-12 استفاده می‌کرد، در سال 1975 به تولید انبوه رسید.

طرح‌های ترکیبی اولیه ECU

در اواسط دهه 1980 نسل جدیدی از ECUها روی کار آمدند که در حقیقت ترکیبی از مدل‌ها یا فناوری‌های آنالوگ و فناوری‌های دیجیتال بودند. در این مدل‌ها از تکنیک‌های آنالوگ برای اندازه‌گیری و پردازش پارامترهای ورودی از موتور استفاده می‌شد، سپس دستگاه از یک جدول جستجوی ذخیره شده در یک تراشه ROM برای به‌دست آوردن مقادیر خروجی از پیش محاسبه شده استفاده می‌کرد.

مشکل این مدل ECUها در این بود که استفاده از سیستم ROM محدودیت‌هایی دارد. برای مثال از آن‌جا که مقادیر در این سیستم از پیش محاسبه شده‌اند، مقادیر خروجی فقط برای یک سیستم و موتور در شرایط ایده‌آل مناسب هستند. بنابراین وقتی موتور و خودرو رو به فرسودگی بگذارد، عملکرد ECU مناسب نیست.

دوران طراحی مدرن ECU

در ECUهای مدرن، ریزپردازنده‌های جدید نقش بسیار مهمی دارند. این ریزپردازنده‌ها می‌توانند داده‌های ورودی سنسورهای موتور را در زمان واقعی پردازش کنند. بنابراین مشکل و محدودیت‌های نسل قبلی برطرف می‌شود. ECUهای مدرن همچنین شامل دو بخش سخت‌افزار و نرم‌افزار هستند.

سخت‌افزار دارای قطعات الکترونیکی روی برد مدار چاپی (PCB) و یک بستر سرامیکی تشکیل شده است. مهم‌ترین جزء این مدار نیز یک تراشه میکروکنترلر (MCU) است. نرم‌افزار کامپیوتر خودرو در میکروکنترلر یا سایر تراشه‌های روی PCB قابل ذخیره‌سازی است. روش ذخیره‌سازی و فناوری آن بستگی به نیازهای سیستم، مدل ECU و نیاز یا عدم نیاز به برنامه‌ریزی دوباره دارد.

ساختار و معماری ECU مدرن

سیستم‌های مدرن و پیچیده مدیریت موتور امروزی، ورودی‌ها را از منابع مختلف دریافت می‌کنند و از این طریق می‌توانند قسمت‌های مختلف موتور را نیز کنترل کنند. به‌عنوان مثال، برخی از سیستم‌های زمان‌بندی متغیر سوپاپ با استفاده از ECUها به‌صورت الکترونیکی قابل کنترل هستند و خروجی‌های توربوشارژر نیز می‌توانند مدیریت شوند. ECUهای امروزی همچنین می‌توانند با واحدهای کنترل گیربکس یا سیستم‌های کنترل کشش و بخش‌های دیگر خودرو در ارتباط باشند. برای برقراری ارتباط بین این دستگاه‌ها، اغلب از شبکه کنترل‌کننده یا شبکه CAN استفاده می‌شود. ECUهای مدرن همچنین گاهی اوقات دارای ویژگی‌هایی مانند کروز کنترل، کنترل ترمز ضد لغزش و کنترل ضد سرقت و غیره هستند.

اولین ECUهای مدرن را بشناسید.

از جمله اولین ECUهای مدرن می‌توان به ECUهای تولیدی شرکت جنرال موتورز (GM) اشاره کرد. این ECUها نمونه اولیه یک ECU دیجیتال هیبریدی بودند که به‌طور آزمایشی در سال 1979 مورد استفاده قرار گرفتند. سپس از سال 1980 دیگر تمامی ECUها به ریزپردازنده‌ها مجهز شدند.

در سال 1981 بر اساس مقررات قانون هوای پاک تنها یک مدل از ECU اجازه تولید گرفت. تولید انبوه ECUهای مدرن از سال 1981 آغاز شد و جنرال موتورز خودروساز پیشگام در استفاده از این کامپیوترهای خودرو بود. کادیلاک، پونتیاک، شورولت و اولدزموبیل دیگر شرکت‌هایی بودند که استفاده گسترده از این ECUها را در دستور کار خود قرار دادند.

در سال 1988 دلکو (بخش الکترونیک جنرال موتورز) بیش از 28000 قطعه ECU را در هر روز کاری تولید کرده بود که این رقم این شرکت را به بزرگ‌ترین تولید کننده کامپیوترهای کنترل دیجیتال یا ECU در آن زمان تبدیل کرد.

انواع حافظه ECU

کامپیوترهای خودرو دارای سه نوع حافظه هستند که عبارتند از: ROM، RAM و PROM (یا EEPROM). حافظه ROM اطلاعات برنامه و کدها را ذخیره می‌کند اما فقط توسط ECU قابل خواندن هستند. برنامه داخل ROM قابل ویرایش نیست و قطع برق نیز به داده‌های آن آسیب نمی‌رساند. حافظه RAM برای ذخیره موقت داده‌های ورودی، کدهای خطا و نتیجه محاسبات مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین قطع برق تمام اطلاعات موجود در این حافظه را پاک می‌کند.

نوع سوم حافظه در ECU، حافظه PROM است که توسط کمپانی سازنده ایجاد شده تا امکان ارائه فرمان‌ها به بخش‌های مختلف خودرو فراهم شود و سیگنال‌های دریافتی نیز برای ECU قابل درک باشند. حافظه PROM را می‌توان از ECU جدا کرد و قطع برق به داده‌های موجود در آن آسیب نمی‌رساند. فناوری حافظه جایگزین PROM، حافظه EEPROM است و تنها تفاوت میان آن‌ها در این است که حافظه EEPROM را می‌توان دوباره برنامه‌ریزی کرد.

نحوه عملکرد ECU

کامپیوتر خودرو وظیفه کنترل خودروهای انژکتوری را دارد و فقط در خودروهایی که از سیستم انژکتوری استفاده می کنند وجود دارد. ایسیو شامل سنسورهایی می‌باشد که به قسمتهای مختلف خودرو متصل می‌شوند و عملکرد خودرو را در هر لحظه مورد بررسی قرار می‌دهند و علائم خرابی را به صورت ولتاژ به ECU ارسال می‌کنند و کامپیوتر خودرو با توجه به شرایط دستورهایی را اعمال می‌کند. ECU با پردازش ولتاژها و مقدار بالا و پایین بودن این اعداد نتیجه می‌گیرد که باید چه مقدار و به چه عملگری دستور پاشش، دستور قطع جریان ولتاژ یا اتصال ولتاژ را بدهد.

سنسور‌های مختلفی به ECU متصل می‌شوند و عملکرد قسمت‌های مختلف خودرو را گزارش می‌دهند

کامپیوتر خودرو دارای بخش‌های مختلفی اعم از حافظه داخلی، حافظه خارجی و حافظه موقت است. با توجه به نوع ایسیوها تعداد سنسورهایی که آن متصل می شوند متفاوت می‌باشد. هر چه تعداد سنسورها بیشتر باشد ایسیو شرایط موتور را بهتر درک می‌کند و در نتیجه پاسخ‌های بهتری برای عملکرد خودرو به قسمت‌های لازم ارائه می‌کند. سنسورهایی که در اکثر ایسیوها موجود است سنسور دور موتور، سنسور سوخت، سنسور دریچه گاز، سنسور جریان هوا، سنسور سرعت خودرو، سنسور ضربه، سنسور دما و سنسور اکسیژن می‌باشد.

کاربرد سنسورها در ECU

حسگرها یا سنسورها که معمولا تعداد آنها بین 7 تا 9 عدد است و شاید تعداد آن‌ها در خودروهای جدید بیشتر هم باشد در قسمتهای مختلف خودرو وظایف خاصی را انجام می دهند. این سنسورها که با هدف بررسی عملکرد قسمت‌های مختلف خودرو ساخته شده‌اند توسط یک سیم به ECU خودرو متصل می شوند و گزارش عملکرد آن قسمت را به ECU ارسال می کنند و ECU خودرو بر اساس پارامترهایی که از سنسورها دریافت می کند پاسخ‌های لازم برای کار کردن بخش‌های مختلف خودرو را می‌دهد. در ادامه با اصلی‌ترین سنسورهایی که به کامپیوتر خودرو متصل می شوند آشنا می‌شویم.

سنسور دمای هوا و فشار هوا (ATS):

وظیفه این سنسور این است که مقدار دما و فشار هوا را اندازه گیری می‌کند. در گذشته این سنسورها هر کدام جداگانه نصب می‌شدند و هر کدام وظیفه مربوط به خود را انجام می‌دادند اما در مدل‌های جدید این دو سنسور با هم یکپارچه شدند و عملیات تنظیم اندازه‌گیری مقدار دما و فشار هوا را انجام می‌دهند.

یک نمونه سنسور دما و فشار هوا که برای اندازه گیری دما و فشار و هوای خودرو مورد استفاده قرار می گیرد.

سنسور اکسیژن (Oxygen):

این سنسور وظیفه بسیار مهمی در تنظیم اختلاط سوخت و هوا بر عهده دارد. سنسور اکسیژن روی خروجی‌ها یا منیفولد دود نصب می‌شود و وظیفه آن اندازه گیری مقدار سوخت خروجی یا دود خروجی است. این اندازه‌گیری بر حسب ولتاژ 0 تا 1 می‌باشد که هر چقدر این عدد به یک ولت نزدیک شود مقدار سوخت بیشتر می‌شود و هر چقدر این عدد به صفر نزدیکتر شود مقدار هوای بیشتری را اندازه گیری می‌کند.

تصویری از یک سنسور اکسیژن که وظیفه تنظیم اختلاط سوخت و هوا را بر عهده دارد.

این سنسور پارامترهای بسیار مهمی را برای اندازه‌گیری مقدار سوخت و هوا برای تنظیم سیستم انژکتور برای ECU ارسال می‌کند. خرابی‌های این سنسور معمولا به صورت مصرف سوخت بسیار بالا و خروج دود مشکی نمایان می‌شود و باعث روشن شدن چراغ چک خودرو می‌شود.

سنسور میل سوپاپ:

این سنسور در زیر پایه کوئل دوبل که یکی از عملگرهای خودرو محسوب می‌شود نصب شده و وظیفه آن تشخیص پاشش ترتیبی به ترتیب احتراق 1، 3، 4 و 2 است. سنسور میل سوپاپ کمک زیادی به سنسور دور موتور می‌کند.

سنسور میل سوپاپ جهت تفکیک موقعیت جرقه‌زنی سیلندر شماره یک می‌باشد. تفکیک آن از موقعیت اندازه‌گیری شده توسط سنسور دور موتور، عملکرد ترتیبی انژکتورها و کویل‌ها است و در کنار سنسور دور موتور که در جلوی موتور و روی پولی میل لنگ و یا در قسمت عقب بر روی پوسته کلاچ قرار گرفته شده است. سنسور میل سوپاپ اطلاعات را به ECU ارسال می‌کند و ECU برای پاشش صحیح و مدت زمان جرقه از این علائم استفاده می‌کند.

یک نمونه سنسور میل سوپاپ که وظیفه تشخیص پاشش ترتیبی در خودرو را بر عهده دارد.

سنسور دور موتور (RPM):

این سنسور روی پوسته کلاچ دقیقا روی فلایویل نصب می‌شود و تاثیر خیلی زیادی روی روشن شدن خودرو و ترتیب پاشش اولیه دارد. در مدل‌هایی که از سنسور میل سوپاپ استفاده می‌شود در صورت خرابی سنسور، خودرو با چند بار استارت زدن می‌تواند روشن شود. اما در موقعیت‌هایی که خودرو سنسور میل سوپاپ ندارد خودرو به هیچ وجه روشن نمی‌شود. اعلائم خرابی نمایش نادرست دور موتور، دور سنج به درستی کار نمی کند و زمان استارت خوردن خودرو پمپ بنزین قطع می شود.

سنسور کیلومتر شمار:

این سنسور در قسمت خروجی گیربکس نصب می‌شود و وظیفه سنجش سرعت خودرو را بر عهده دارد. این سنسور خرابی خود را در تعویض دنده‌ها با سرعت بالا، خاموش شدن خودرو بعد از سرعت زیاد و توقف کامل نشان می‌دهد، در این حالت عقربه کیلومتر شمار عدد درستی را نشان نمی‌دهد.

سنسور ضربه:

این سنسور بین سیلندر 2 و 3 قرار گرفته است و وظیفه آن این است که مقدار کوبش پیستون داخل سیلندر را اندازه‌گیری می‌کند و به موازات سنسور اکسیژن برای جلوگیری از کوبش در خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سنسور دمای مایع خنک کننده:

سنسور خنک کننده در مسیر مایع خنک کننده موتور یعنی آب و ضد یخ قرار می‌گیرد. این سنسور موقع سرد بودن خودرو یا روشن شدن ابتدایی خودرو با نشان دادن دمای آب و ارسال ولتاژ کم، به سیستم انژکتوری دستور پاشش سوخت بیشتر را می‌دهد.

کاربرد عملگرها در ECU

دستور پذیرنده‌ها در سیستم انژکتوری عملگر نامیده می‌شوند. عملگرهای مختلفی روی خودرو نصب هستند که معروف‌ترین آنها مربوط به انژکتورهای خودرو است که در ادامه آن‌ها را معرفی می‌کنیم.

عملگرهای انژکتوری:

انژکتورهای خودرو وظیفه تزریق سوخت را بر عهده دارند و بر خلاف کاربراتورها حالت پاششی آنها به صورت تزریق در قسمت‌های مختلف مثل پشت سوپاپ یا داخل محفظه موتور است. انژکتورها بسته به تعداد سنسورها تقسیم می شوند. برق انژکتورها از ECU موتور با برق منفی تغذیه می شود و قطع و وصل نیز با ایسیو خواهد بود.

سیستم کوئل دوبل:

این سیستم در ماشین های مدل قدیمی به صورت یکپارچه ساخته می شد اما در خودرو‌های جدید مثل سیستم های انژکتوری زیمنس به صورت دو تکه ساخته می شود. سیلندر 1 و 4 یک کوئل مخصوص به خود و سیلندر 2 و 3 یک کوئل جداگانه دارند. کوئل برای افزایش ولتاژ جرقه زنی 12 ولتی باتری می باشد و خرابی آن به صورت خفه کردن موتور و روشن نشدن خودرو است.

پمپ بنزین:

مدل‌های قدیمی پمپ بنزین به صورت مکانیکی بود اما پمپ بنزین‌ها در مدل‌های جدید از نوع برقی و الکتریکی شده است و محل نصب این پمپ بنزین‌ها در داخل باک خودرو می‌باشد. به خاطر نبود هوا داخل باک جرقه صورت نمی‌گیرد، در نتیجه از امنیت بالایی برخوردار است.

رله دوبل:

رله دوبل از سیستم انژکتور و رله پمپ بنزین تشکیل شده است. این رله وظیفه تامین جریان سیستم انژکتوری در 3 حالت موتور خاموش برای ذخیره اطلاعات حافظه آخرین مرحله پاشش، انژکتورها در موقع سوئیچ روشن برای ارسال حافظه ذخیره شده و موقع روشن شدن خودرو در همه حالات استفاده از خودرو را نشان می‌دهد. در صورت خرابی این رله خودرو روشن نمی‌شود.

استپر موتور:

استپر موتور هوای اضافی را در زمانهای استفاده از کولر خودرو را تامین می‌کند. موتور پله‌ای شامل 150 تا 200 مرحله می‌باشد که بر اساس اطلاعات ذخیره شده‌ای که در رله دوبل قرار گرفته روی پله مربوط به خود ایستاده و در زمان روشن شدن کولر خودرو، هوای مجرای میان گذر دریچه گاز را اضافه می‌کند.

مشکلات مختلف در ECU

دستگاه‌های ECU نیز ممکن است گاهی بنابر دلایل مختلف دچار مشکل شوند یا نتوانند کارایی مورد انتظار را ارائه دهند. این مشکلات ممکن است از انواع مشکلات نرم‌افزاری و سخت‌افزاری باشند. به‌طور معمول بیشتر مشکلات و خرابی‌های رایج ECU مربوط به بخش نرم‌افزاری است و به‌همین دلیل امکان تعمیر یا رفع آسان این مشکلات وجود دارد. در صورت بروز مشکلات سخت‌افزاری باید دید این مشکلات در چه حدی هستند و آیا قطعاتی که دچار مشکل شده‌اند، در دسترس و قابل تعویض هستند یا خیر. اما پیش از هرچیز باید با علائم خرابی ECU آشنا باشید تا بتوانید امکان بروز خرابی ECU را با تعمیرکار ماشین خود در میان بگذارید.

برخی از علائم رایج خرابی ECU عبارتند از:

• مشاهده هشدار «Check Engine» روی داشبورد
• از دست دادن شتاب ماشین
• از کار افتادن موتور خودرو
• افت ناگهانی در مصرف سوخت
• عملکرد ضعیف موتور
• روشن نشدن خودرو
• گرم شدن بیش از حد ایسیو

از جمله دلایل بروز خرابی‌های ECU نیز می‌توان به این موارد اشاره کرد:

• از کارافتادگی باتری ماشین
• ورود رطوبت به داخل ECU
• ولتاژ پایین ورودی به ECU
• استارتر خراب

جمع بندی نهایی:

ECU (ایسیو) یا کامپیوتر خودرو دستگاهی است که در خودروهای انژکتوری به عنوان مغز خودرو عمل کرده و وظیفه مدیریت قسمت های مختلف این خودروها را بر عهده دارد. برای داشتن بهترین عملکرد سنسورهای مختلفی در خودرو نصب شده و سپس این سنسورها توسط سیم به ECU متصل می شوند و داده های عملکرد آن قسمت را به ECU ارسال می کنند. کامپیوتر خودرو توسط پارامترهای دریافتی دستورات لازم برای کارکرد بخش های مختلف خودرو را صادر می کند. در ادامه به بعضی از سوالات شما در مورد ECU پاسخ دادیم. اگر همچنان سوالی در مورد کارکرد ECU دارید، آن را در بخش نظرات با ما مطرح نمایید، صمیمانه به تمام سوالات شما پاسخ می‌دهیم.

آیا در گذشته خودروها از ECU استفاده می کردند؟

قبل از استفاده از ECU در خودروها، سازندگان خودرو از کاربراتور برای کنترل هوا و سوخت استفاده می‌کردند. این تکنیک یک نقطه ضعف بزرگ داشت و آن هم این بود که سیستم در خودروهای کاربراتور ثابت بود. در نتیجه باید یک تنظیم ایده آل برای همه شرایط سرد یا گرم، مرطوب یا خشک و موارد دیگر پیدا می کردند.

ECU چه کارهایی انجام می دهد؟

در بیشتر واحدهای کنترل الکترونیکی سه کارکرد نظارت، تنظیم و کنترل همزمان انجام می شود. نظارت بر کارکرد خودرو و نمایش برای راننده مانند نمایش میزان مصرف سوخت متوسط، نمایش میزان مصرف سوخت لحظه ای، نمایش میزان باد لاستیک، نمایش موقعیت باز و بسته بودن درها و تمام هشدارهایی که قابل مشاهده است. تنظیم کارکردهای خودرو به وسیله بهینه سازی مداوم، تنظیم مصرف سوخت و بهینه سازی جهت کاهش میزان تولید آلاینده ها توسط خودرو، کنترل کارکردهای خودرو از طریق محاسبات خروجی بر پایه داده های ورودی مانند کنترل ترمز به وسیله سیستم ضد قفل ترمز و موارد دیگر.

آیا خودرو بدون ECU می‌تواند حرکت کند؟

خیر. شاید رانندگی با یک ECU خراب امکان پذیر باشد اما استفاده از ماشین بدون ایسیو غیر ممکن است. زیرا کامپیوتر خودرو سیستم سوخت‌گیری خودرو را کنترل می‌کند و اگر خودرو این قطعه را نداشته باشد موتور نمی‌تواند کار کند.

اگر ECU خودرو خراب باشد چه اتفاقی می‌افتد؟

از آنجایی که یک ECU بسیاری از عملکردها را در خودرو کنترل می‌کند، اثرات یک ایسیو خراب بسیار زیاد است. برای مثال مصرف سوخت خودرو زیاد می‌شود، موتور ماشین به مرور زمان خاموش می‌شود و یا اصلا استارت نمی‌خورد.

آیا ECU خودرو را می‌توان تعویض کرد؟

از آنجایی که کامپیوتر خودرو معمولا بنا بر مدل خودرو برنامه‌ریزی می‌شود، باید توجه داشت که تعویض آن کار ساده‌ای نیست و برای تعویض باید حتما خودرو را به تعمیرگاه برد.

منابع:

https://www.ecutesting.com//

https://www.autopi.io//