Her yıl, arabalar giderek daha karmaşık hale geliyor. Günümüzde arabaların üzerinde 50 kadar mikroişlemci olabilir. Bu mikroişlemciler kendi arabanız üzerinde çalışmanızı zorlaştırsa da, bazıları aslında arabanızın bakımını kolaylaştırır.
Mikroişlemci sayısındaki bu artışın nedenlerinden bazıları şunlardır :
- Emisyon ve yakıt ekonomisi standartlarını karşılamak için gelişmiş motor kontrollerine duyulan ihtiyaç
- Gelişmiş teşhis
- Otomobil üretimi ve tasarımının basitleştirilmesi
- Arabalarda kablolama miktarının azaltılması
- Yeni güvenlik özellikleri
- Yeni konfor ve rahatlık özellikleri
Bu yazıda, bu faktörlerin her birinin arabanızın tasarımını nasıl etkilediğine bir göz atacağız.
Gelişmiş Motor Kontrolleri
Emisyon yasaları çıkarılmadan önce, mikroişlemciler olmadan bir araba motoru yapmak mümkündü . Giderek daha katı emisyon yasalarının yürürlüğe girmesiyle, hava/yakıt karışımını düzenlemek için karmaşık kontrol şemalarına ihtiyaç duyuldu, böylece katalitik konvertör egzozdan çok fazla kirliliği giderebilirdi. (Daha fazla ayrıntı için Katalitik Konvertörlerin Nasıl Çalıştığına bakın.)
Motoru kontrol etmek, arabanızdaki en yoğun işlemci gerektiren iştir ve motor kontrol ünitesi (ECU) çoğu arabadaki en güçlü bilgisayardır. ECU , bir sisteme girişleri kontrol etmek, motorun emisyonlarını ve yakıt ekonomisini (ve bir dizi başka parametreyi) yönetmek için bir sistemin çıkışlarını izleyen bir kontrol şeması olan kapalı çevrim kontrolü kullanır. Onlarca farklı sensörden veri toplayan ECU, soğutucu sıcaklığından egzozdaki oksijen miktarına kadar her şeyi biliyor. Bu verilerle, tablolardaki değerleri aramak, en iyi kıvılcım zamanlamasına karar vermek için uzun denklemlerin sonuçlarını hesaplamak ve ne kadar süreceğini belirlemek dahil olmak üzere her saniye milyonlarca hesaplama yapar .yakıt enjektörü açık. ECU, tüm bunları en düşük emisyonu ve en iyi kilometreyi sağlamak için yapar. ECU’nun ne yaptığı hakkında daha fazla ayrıntı için Yakıt Enjeksiyon Sistemlerinin Nasıl Çalıştığına bakın .
Modern bir ECU, 32 bit, 40 MHz işlemci içerebilir. Bu, muhtemelen PC’nizde bulunan 500 ila 1.000 MHz işlemciye kıyasla hızlı gelmeyebilir , ancak arabanızdaki işlemcinin PC’nizdekinden çok daha verimli kod çalıştırdığını unutmayın. Ortalama bir ECU’daki kod, 1 megabayttan (MB) daha az bellek kaplar . Karşılaştırıldığında, bilgisayarınızda muhtemelen en az 2 gigabayt (GB) program vardır – bu, bir ECU’daki miktarın 2.000 katıdır.
ECU Bileşenleri Nelerdir
İşlemci, çok katmanlı bir devre kartı üzerinde yüzlerce başka bileşen içeren bir modülde paketlenmiştir. ECU’da işlemciyi destekleyen diğer bileşenlerden bazıları şunlardır :
Analogdan dijitale dönüştürücüler – Bu cihazlar, oksijen sensörü gibi arabadaki bazı sensörlerin çıktılarını okur. Bir oksijen sensörünün çıkışı, genellikle 0 ile 1,1 volt (V) arasında bir analog voltajdır. İşlemci yalnızca dijital sayıları anlar, bu nedenle analogdan dijitale dönüştürücü bu voltajı 10 bitlik bir dijital sayıya dönüştürür.
- Yüksek seviyeli dijital çıkışlar – Birçok modern otomobilde, ECU bujileri ateşler, yakıt enjektörlerini açar ve kapatır ve soğutma fanını açar ve kapatır. Tüm bu görevler dijital çıktılar gerektirir. Bir dijital çıkış ya açık ya da kapalıdır – arada bir çıkış yoktur. Örneğin, soğutma fanını kontrol etmek için bir çıkış, fan rölesi açıkken 12 V ve 0,5 amper, kapalıyken 0 V sağlayabilir. Dijital çıkışın kendisi bir röle gibidir . İşlemcinin verebileceği küçük miktardaki güç , dijital çıkıştaki transistöre enerji vererek, soğutma fanı rölesine çok daha fazla miktarda güç sağlamasına olanak tanır ve bu da soğutma fanına daha da fazla miktarda güç sağlar.
- Dijital-analog dönüştürücüler – Bazen ECU’nun bazı motor bileşenlerini çalıştırmak için bir analog voltaj çıkışı sağlaması gerekir. ECU üzerindeki işlemci dijital bir cihaz olduğu için dijital sayıyı analog voltaja çevirebilecek bir bileşene ihtiyaç duyar.
- Sinyal koşullayıcılar – Bazen girişlerin veya çıkışların okunmadan önce ayarlanması gerekir. Örneğin, oksijen sensöründen voltajı okuyan analogdan dijitale dönüştürücü, 0 ila 5 V’luk bir sinyal okuyacak şekilde ayarlanabilir, ancak oksijen sensörü 0 ila 1,1 V’luk bir sinyal verir. Bir sinyal koşullayıcı, gelen veya çıkan sinyallerin seviyesini ayarlayan bir devredir. Örneğin, oksijen sensöründen gelen voltajı 4 ile çarpan bir sinyal koşullandırıcı uygulasaydık, 0 ila 4,4 V arasında bir sinyal alırdık, bu da analogdan dijitale dönüştürücünün voltajı daha doğru okumasını sağlardı. ( daha fazla ayrıntı için Analog ve Dijital Kayıt Nasıl Çalışır bölümüne bakın).
- İletişim Çipleri – Bu çipler, arabalarda kullanılan çeşitli iletişim standartlarını uygular. Kullanılan birkaç standart vardır, ancak araç içi iletişimde baskın olmaya başlayana CAN (kontrolör alanı ağı) denir . Bu iletişim standardı, saniyede 500 kilobit’e (Kbps) kadar iletişim hızlarına izin verir. Bu, eski standartlardan çok daha hızlı. Bu hız gerekli hale geliyor çünkü bazı modüller veriyoluna saniyede yüzlerce kez veri iletiyor. CAN veri yolu iki kablo kullanarak iletişim kurar.
Bir sonraki bölümde, iletişim standartlarının araba tasarlamayı ve üretmeyi nasıl kolaylaştırdığına bir göz atacağız.
Gelişmiş Teşhis
Bir iletişim veriyoluna sahip olmanın bir başka yararı da, her modülün hataları, hataları depolayan ve bunları yerleşik bir teşhis aracına iletebilen bir merkezi modüle iletebilmesidir.
Bu, teknisyenlerin araçla ilgili sorunları, özellikle de aracı onarıma getirdiğiniz anda ortadan kaybolmasıyla bilinen aralıklı sorunları teşhis etmesini kolaylaştırabilir.
Çeşitli otomobil üreticileri için ECU’da saklanan arıza kodlarını listeler. Bazen kodlara bir teşhis aracı olmadan erişilebilir.
Örneğin, bazı otomobillerde, diyagnostik konektöründeki pimlerden ikisini atlayarak ve ardından kontak anahtarını çalıştırmak için çevirerek, “motoru kontrol et” ışığı, ECU’da saklanan arıza kodunun numarasını göstermek için belirli bir düzende yanıp sönecektir.
Mikroişlemcilerin ve iletişim standartlarının arabaların yapımını nasıl kolaylaştırdığına bir göz atalım.
Daha Kolay Tasarım ve İmalat
İletişim standartlarına sahip olmak, araba tasarlamayı ve üretmeyi biraz daha kolaylaştırdı. Bu sadeleştirmeye iyi bir örnek, otomobilin gösterge panelidir.
Gösterge paneli , aracın çeşitli bölümlerinden verileri toplar ve görüntüler. Bu verilerin çoğu zaten arabadaki diğer modüller tarafından kullanılıyor. Örneğin, ECU soğutma suyu sıcaklığını ve motor devrini bilir. Şanzıman kontrolörü araç hızını bilir. Kilitlenme önleyici fren sistemi (ABS) kontrolörü, ABS’de bir sorun olup olmadığını bilir.
Bu modüllerin tümü, bu verileri iletişim veri yoluna gönderir. Saniyede birkaç kez, ECU bir başlık ve verilerden oluşan bir bilgi paketi gönderir. Başlık, paketi hız veya sıcaklık okuması olarak tanımlayan bir sayıdır ve veri, bu hız veya sıcaklığa karşılık gelen bir sayıdır. Gösterge paneli, belirli paketleri aramayı bilen başka bir modül içerir – bir tane gördüğünde, uygun göstergeyi veya göstergeyi yeni değerle günceller.
Çoğu otomobil üreticisi, gösterge gruplarını, bunları otomobil üreticisinin özelliklerine göre tasarlayan bir tedarikçiden tamamen monte edilmiş olarak satın alır. Bu, hem otomobil üreticisi hem de tedarikçi için gösterge paneli tasarlama işini çok daha kolay hale getiriyor.
Otomobil üreticisinin tedarikçiye her bir göstergenin nasıl sürüleceğini söylemesi daha kolaydır. Tedarikçiye hız sinyalini belirli bir kablonun sağlayacağını ve bunun 0 ile 5 V arasında değişen bir voltaj olacağını ve 1,1 V’nin 30 mil/saat’e karşılık geldiğini söylemek yerine, otomobil üreticisi sadece veri paketlerinin bir listesini sağlayabilir. . Ardından, iletişim veriyoluna doğru veri çıkışının yapıldığından emin olmak otomobil üreticisinin sorumluluğundadır.
Tedarikçinin gösterge panelini tasarlaması daha kolaydır çünkü hız sinyalinin nasıl üretildiğine veya nereden geldiğine dair hiçbir ayrıntıyı bilmesine gerek yoktur. Bunun yerine, gösterge paneli iletişim veriyolunu izler ve yeni veriler aldığında göstergeleri günceller.
Bu tür iletişim standartları, otomobil üreticilerinin bileşenlerin tasarımını ve üretimini dışarıdan temin etmelerini çok basit hale getiriyor: Otomobil üreticisi, her bir göstergenin veya ışığın nasıl sürüldüğüne dair ayrıntılar konusunda endişelenmek zorunda değil ve gösterge panelini yapan tedarikçi, ‘ Sinyallerin nereden geldiği konusunda endişelenmenize gerek yok.
Akıllı Sensörler
Örneğin, geleneksel bir basınç sensörü, cihaza uygulanan basınca bağlı olarak değişen bir voltaj veren bir cihaz içerir. Genellikle voltaj çıkışı doğrusal değildir, sıcaklığa bağlıdır ve amplifikasyon gerektiren düşük seviyeli bir voltajdır.
Bazı sensör üreticileri, voltajı okumasını sağlayan, sıcaklık dengeleme eğrilerini kullanarak kalibre eden ve basıncı iletişim veriyoluna dijital olarak veren bir mikroişlemci ile birlikte tüm elektronik aksamlarla entegre akıllı bir sensör sağlıyor.
Bu, otomobil üreticisini sensörün tüm kirli ayrıntılarını bilmek zorunda kalmaktan kurtarır ve aksi takdirde bu hesaplamaları yapmak zorunda kalacak olan modüldeki işlem gücünden tasarruf sağlar. Her halükarda sensörün ayrıntılarına en çok hakim olan tedarikçiyi doğru bir okuma sağlamaktan sorumlu kılar.
Akıllı sensörün bir diğer avantajı, iletişim veriyolu üzerinden hareket eden dijital sinyalin elektriksel gürültüye daha az duyarlı olmasıdır. Bir telden geçen bir analog voltaj, belirli elektrik bileşenlerinden veya hatta şehir elektrik hatlarından geçtiğinde fazladan voltaj alabilir.
İletişim veriyolları ve mikroişlemciler ayrıca çoğullama yoluyla kablolamayı basitleştirmeye yardımcı olur . Bunu nasıl yaptıklarına daha yakından bakalım.
Basitleştirilmiş Kablolama
Çoğullama, bir arabadaki kablolamayı basitleştirebilen bir tekniktir. Eski arabalarda, her bir anahtardan gelen teller, güç verdikleri cihaza gider. Her yıl sürücünün emrindeki daha fazla cihazla, kablolamanın kontrolden çıkmasını önlemek için çoğullama gereklidir. Çoğullanmış bir sistemde, en az bir mikroişlemci içeren bir modül, arabanın bir alanı için giriş ve çıkışları birleştirir. Örneğin, kapısında çok sayıda kumanda bulunan araçlarda sürücü kapısı modülü olabilir. Bazı otomobillerde kapı üzerinde elektrikli cam, elektrikli ayna, elektrikli kilit ve hatta elektrikli koltuk kontrolleri bulunur. Böyle bir sistemden gelecek kalın kablo demetini kapıdan dışarı çıkarmak pratik olmaz. Bunun yerine, sürücü kapısı modülü tüm anahtarları denetler.
Nasıl çalışır : Sürücü cam anahtarına basarsa, kapı modülü cam motoruna güç sağlayan bir röleyi kapatır. Sürücü, yolcu yan aynasını ayarlamak için düğmeye basarsa, sürücü kapısı modülü aracın iletişim veriyoluna bir veri paketi gönderir. Bu paket, farklı bir modüle elektrikli ayna motorlarından birine enerji vermesini söyler. Bu şekilde, sürücü kapısından çıkan sinyallerin çoğu, iletişim bus’ını oluşturan iki kablo üzerinde birleştirilir.
Yeni güvenlik sistemlerinin geliştirilmesi, otomobillerdeki mikroişlemcilerin sayısını da artırdı. Bir sonraki bölümde bunun hakkında konuşacağız.
Güvenlik, Konfor ve Rahatlık
Son on yılda ABS ve hava yastıkları gibi güvenlik sistemlerinin otomobillerde yaygınlaştığını gördük . Çekiş kontrolü ve denge kontrol sistemleri gibi diğer güvenlik özellikleri de yaygınlaşmaya başlıyor.
Bu sistemlerin her biri araca yeni bir modül ekler ve bu modül birden fazla mikroişlemci içerir. Gelecekte, yeni güvenlik sistemleri eklendikçe bu modüllerden arabanın her yerinde daha fazla olacak.
Bu güvenlik sistemlerinin her biri daha fazla işlem gücü gerektirir ve genellikle kendi elektronik modülünde paketlenir. Ama orada bitmiyor. Önümüzdeki yıllarda, arabalarımızda her türlü yeni kolaylık özelliğine sahip olacağız ve bunların her biri birden fazla mikroişlemci içeren daha fazla elektronik modül gerektiriyor.
Otomobil üreticilerinin otomobillerimize ne kadar teknoloji sığdıracağının bir sınırı yok gibi görünüyor. Tüm bu elektronik özelliklerin eklenmesi, otomobil üreticilerini mevcut 14-V sistemden 42-V sisteme otomobillerdeki sistem voltajını artırmaya iten faktörlerden biridir. Bu, bu modüllerin ihtiyaç duyduğu ekstra gücü sağlamaya yardımcı olacaktır.
Araç bilgisayarları ve ilgili konular hakkında daha fazla bilgi için aşağıdaki bağlantılara göz atın.