همه چیز درباره مالتی پلکس در خودرو

به گزارش پایگاه خبری پدال نیوز به نقل از ایران جیب ، در این بین مقوله برق و الکترونیک خودرو تا حدودی از قافله پیشرفت عقب افتاد، چرا که در زمان­های اولیه بیش‌تر توجه خودروسازان بر روی طراحی موتور، شاسی، شکل اتاق و… بود. همچنین استفاده وسیع از وسایل الکترونیکی تا به این حد که امروزه در خودروها کاربرد 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 پیچیده، 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 یادشده و افزایش قیمت قطعات مصرفی،کاهش هزینه و آسان­تر کردن تعمیرات سعی بر کاهش هزینه و بالا بردن کیفیت خودرو، خودروسازان را به یکی از موارد موجود که همان لزوم ساده­کردن سیم­کشی موجود خودرو و ارتقای این سیستم در خودرو معطوف کرد. در این بین توجه متخصصان به سیستمی که در صنایع مخابراتی مورد استفاده بود معطوف شد و همان سیستم مالتی‌پلکس بود که البته با تلفیق این سیستم با سایر فناوری‌های موجود به صورت امروزی در خودروسازی مورد استفاده قرار گرفت. در حال حاضر نیز از این فناوری در اغلب محصولات ایران‌خودرو نظیر خانواده سمند و سورن، خانواده 206 و 207 و همچنین سوزوکی گراند ویتارا استفاده می‌شود.
 
سیستم مالتی‌پلکس
 
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 ویژگی‌های 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 که 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 کرد.
 
نحوه کار مالتی‌پلکس
 
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 که به عنوان نمونه چند مورد از این سیستم­ها را نام می­بریم:
 
1- سیستم مدیریت موتور
 
2- سیستم ترمز ضد قفل (ABS)
 
3- سیستم کنترل اصطکاک یا ضد هرزگردی
 
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 حسگرهایی که برای یک واحد کنترل الکترونیکی، داده یا اطلاعات خام فراهم می­کنند، میان همه واحدها یا بعضی از آن‌ها مشترکند.
 
فایده استفاده از سیستم مالتی‌پلکس در خودرو
 
همان‌طور که 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 کدگذاری می­کند. کل سیستم توسط یک رایانه 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 می­یابد. 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.
 
دلایل استفاده از مالتی‌پلکس
 
در ادامه به دلایل بیش­تری برای استفاده از سیستم مالتی‌پلکس اشاره خواهیم کرد. البته تعداد کمی از موارد در بالا ذکر شد که توجه شما را به سایر موارد جلب می کنیم.
 
1- افزایش بیش از حد استفاده از قطعات الکترونیکی در خودرو و نیاز به آینده­نگری
 
2- لزوم ساده­سازی استفاده از سیم­کشی و ساده­سازی دسته سیم­ها (ساده­سازی موضوع مهمی است که حتی در مدل­های 206 غیرمالتی‌پلکس با ابداع BSI مورد توجه قرار گرفته است).
 
3- بالا رفتن تعداد ارتباط میان ECU با سایر اجزای خودرو و نیاز به هماهنگی بین داده­ ها.
 
4- لزوم بالا بردن کیفیت، ایمنی و آسایش در خودروها.
 
5- بهبود روش عیب­یابی خودرو و نیاز به آسان­کردن کار با دستگاه ­های عیب­یابی. این موضوع باعث می­شود تا ریزترین فرمان­برهای موجود در خودرو - حتی عقربه دور موتور - را نیز می­توان جداگانه آزمایش کرد.
 
6- تنظیمات جدید (آلایندگی، سیستم ترمز،... ): این موضوع باعث می­شود، اتصال سیستم­های جدید کارآیی بیش‌تری به همراه داشته باشد.
 
7- مدیریت همگون قطعات تولید­شده توسط سازنده ­های مختلف: یکی از معضلات خودروسازان، منطبق‌ساختن قطعات شرکت­های مختلف با سیستم خودرو تولیدی آن‌هاست، در حالی که در سیستم جدید تنها کافی است سفارش قطعه­ای داده شود که بتواند طبق استاندارد شبکه، اطلاعات را وارد خودرو کند. در این حالت اضافه کردن سیستم­های جدید نیز کاری بسیار ساده بوده و خودرو قابلیت افزایش آپشن را با اطمینان بیش­تر و صرف هزینه کم‌تر داراست.
 
انواع مختلف مالتی‌پلکس
 
کشورهای مختلف استانداردهای خاص و نام­های خاصی را برای این سیستم به کار می­برند که از جمله معروف­ترین آن­ها عبارتند از:
 
1-     استاندارد CAN: ساخت آلمان که در خودروهای بنز، ب‌ام‌و، فیات و ولوو به کار می­رود.
 
2-     استاندارد VAN: ساخت کشور فرانسه بوده و در محصولات رنو و پژو مورد استفاده قرار می‌گیرد.
 
3-  استاندارد J1850: ساخت کشور امریکاست که بر روی محصولات تولید کرایسلر، فورد و جی‌ام مورد استفاده است.
 
4-     استاندارد proprietary: تولید کشور ژاپن است که بر روی محصولات این کشور مورد استفاده است.
 
5-     استاندارد Absus: محصول آلمان و مورد استفاده بر روی محصولات گروه فولکس واگن.
 
در میان استانداردهای بالا، CAN از موفق­ترین آن­ها به حساب می­آید و بیش‌تر خودروسازان از این استاندارد بر روی محصولات­شان استفاده می­کنند. پرسرعت­ترین شبکه هم CAN است که انتقال اطلاعات در آن تا یک مگابیت بر ثانیه هم می­رسد.
 
- شبکه CAN:
 
این شبکه اولین بار در کشور آلمان و توسط شرکت بوش به دنیای اتومبیل معرفی شد، که در اوایل دهه 80 این اتفاق رخ داد و چندین سال طول کشید که قابلیت تطبیق با سیستم­های خودرو و کسب مجوز را داشته باشد و بعد از آن توسط شرکت بنز و در یکی از کلاس­های گران این شرکت که همان کلاس «اس» است، مورد استفاده قرار گرفت. این شبکه بر خلاف شبکه قبلی از دو لایه برای ارتباط استفاده می­کند و سرعت انتقال اطلاعات نیز در آن به مراتب از شبکه قبلی بیش‌تر است.
 
- شبکه VAN:
 
این شبکه در سال های 1985 تا 1986 پا به عرصه وجود گذاشت. در سال های 1992 تا 1993 توانست مجوزهای کامل را کسب کند و با آغاز تولید صنعتی­اش کم کم فراگیر شد.
 
انواع شبکه VAN:
 
1-       شبکه  Body Bus: در این شبکه نوع طبقه‌بندی دستگاه­ ها و سایر اجزای خودرو به صورت Master/Slave است که نوع مشخصه و اطلاعات هر ECU از نظر مهم بودن مشخص شده و تغییرات ایجاد شده بنا به مهم بودن، انجام شده و یا نمایش داده می­شود.
 
2-  شبکهBus Comfort: این شبکه بر خلاف نوع قبلی از قابلیت انعطاف­پذیری بیش­تری برخوردار هست و در آن سیستم کاری بر مبنای  MultiMasterاست که هر ECU می­تواند اطلاعات را بر روی شبکه بفرستد و در همان زمان نیز نشان داده شود.
 
واحد کنترل الکترونیکی (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 پایش (Monitoring)، تنظیم (Regulating) و یا کنترل (Controlling)، کارکرد ویژه­ای در خودرو بر عهده دارد.
 
آغاز فناوری استفاده از ECU به سیستم انژکتوری شرکت بوش آلمان به نام جترونیک باز می­گردد که در سال 1968 در خودروی فولکس واگن 1600 تی‌ال نصب شد.
 
نحوه کار 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 یا 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 قرارگیری ECUها در شبکه
 
شبکه Star: پیکربندی ستاره که در این چیدمان، تمام ECUهای موجود به صورت جداگانه به ECU  مرکزی وصل می شود.
 
شبکهBus: در این حالت تمامی ECUها به طور جداگانه پس از اتصال به دو خط گذرگاه داده ها به یکدیگر متصل می شوند.
 
شبکه Tree: تلفیقی از دو شبکه بالا است.
 
شبکه Lattice: در این نوع شبکه، ارتباط ECUها به صورت تصادفی (رندوم) برقرار می­شود.
 
شبکه Ring: در این حالت بین دو ECU، یک ECU دیگر قرار گرفته­است.
 
ساختار سخت‌افزاری
 
هر ECU در مالتی‌پلکس دارای یک سری پایه های ورودی و خروجی و یک اوسیلاتور تولید فرکانس، یک کنترل‌گر 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 یا System Interface in-Built: یکی از مهم­ترین اجزای سیستم­های مالتی‌پلکس، BSI است. BSI در واقع یک سیستم داخلی است که کنترل تمام سیستم­های برقی اعم از الکترونیکی یا الکتروتکنیکی در خودرو را بر عهده دارد. وجود این سیستم در واقع تضمین‌کننده صحت و سلامت کامل وسایل برقی خودرو شما نیز هست.
 
وظایف BSI در سیستم مالتی‌پلکس
 
این سیستم وظیفه ساده‌سازی شبکه در عین پیچیدگی آن را بر عهده دارد. اولین مورد، کنترل تمام ادوات به وسیله واحد رایانه‌ای است که جز نظارت دقیق و مطمئن چیزی مد نظر نیست. دومین مساله کمک به آسایش راننده و سرنشین 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.