همه چیز درباره «مالتیپلکس» در خودرو
ايران جيب/ از اولين سال هاي توليد خودرو، اين ساخته دست بشر تا به امروز شاهد پيشرفت هاي زيادي بوده است و امروزه يکي از بنيادي ترين صنعت هاي قرن حاضر و جزو صنايع مادر به شمار مي آيد. در اين بين مقوله برق و الکترونيک خودرو تا حدودي از قافله پيشرفت عقب افتاد، چرا که در زمانهاي اوليه بيشتر توجه خودروسازان بر روي طراحي موتور، شاسي، شکل اتاق و… بود. همچنين استفاده وسيع از وسايل الکترونيکي تا به اين حد که امروزه در خودروها کاربرد دارد مورد توجه نبود و پيچيدگي سيستمهاي سيمکشي مدرن به طور پيوسته افزايش يافته است و در سالهاي اخير اين افزايش به شدت چشمگير شده است. اکنون کار به جايي رسيده است که اندازه و وزن دستهسيم به مشکل مهمي تبديل شده است تعداد سيمهاي لازم در خودروهاي پيچيده، به حدود 1200 رشته ميرسد. دستهسيم لازم براي کنترل همه کارکردهايي که به در سمت راننده مربوط ميشود ممکن است تا 50 رشتهسيم داشته باشد و ادوات قرارگرفته در ناحيه داشبورد ممکن است به تنهايي بيش از 100 رشتهسيم و اتصال داشته باشند. بنابراين آشکار است که گذشته از مشکل بديهي اندازه و وزن دستهسيم، با افزايش اتصالها و سيم ها احتمال بروز عيب هم بيشتر ميشود. تخمين زده ميشود که هر 10 سال، پيچيدگي سيمکشي خودرو دو برابر ميشود. با توجه به مسائل يادشده و افزايش قيمت قطعات مصرفي،کاهش هزينه و آسانتر کردن تعميرات سعي بر کاهش هزينه و بالا بردن کيفيت خودرو، خودروسازان را به يکي از موارد موجود که همان لزوم سادهکردن سيمکشي موجود خودرو و ارتقاي اين سيستم در خودرو معطوف کرد. در اين بين توجه متخصصان به سيستمي که در صنايع مخابراتي مورد استفاده بود معطوف شد و همان سيستم مالتيپلکس بود که البته با تلفيق اين سيستم با ساير فناوريهاي موجود به صورت امروزي در خودروسازي مورد استفاده قرار گرفت. در حال حاضر نيز از اين فناوري در اغلب محصولات ايرانخودرو نظير خانواده سمند و سورن، خانواده 206 و 207 و همچنين سوزوکي گراند ويتارا استفاده ميشود. سيستم مالتيپلکس معناي لغوي مالتيپلکس، چندجزئي بودن است و به هر مجموعه که داراي تعدادي عضو همراستا در جهت يک هدف مشخص باشد، مالتيپلکس گفته مي شود. اين اعضا بايد ويژگيهاي مشترکي دارا باشند که در عين مجزا بودن و عملکرد مستقل، مفهوم مشترکي را ظاهر کنند. مالتيپلکس در تعريف ساده، استفاده از سيمهاي مشترک و ساماندهي آن ها توسط يک مغز الکترونيکي (ECU) است. مالتيپلکس يکي از پيشرفتهترين و مدرنترن سيستمهاي جامع برقي در خودرو است که قابليت تشخيص عيب را دارد. اين سامانه علاوه بر اين که رله ها، فيوزها و مزاياي سيستم هشداردهنده قبلي و ديگر قطعات برقي را به صورت يکپارچه در بر دارد، از نظر کيفي، شرايط الکترونيک خودرو را نيز ارتقاء داده و به دليل ارتباط سيستمهاي برقي با نرمافزار مربوطه قابليتهاي جديدي از قبيل اعلام وضعيت لامپهاي خودرو در جلوآمپر و... را نيز شامل ميشود. از نقاط مثبت اين سيستم ميتوان به کاهش هزينه هاي تعمير و نگهداري خودرو، سهولت افزودن قابليتهاي جديد و صرفهجويي در زمان مونتاژ و خدمات پس از فروش اشاره کرد. نحوه کار مالتيپلکس کار سيستمهاي مالتيپلکس بر اساس شبکه است. مالتيپلکس در کم کردن حجم سيمها در خودرو نقش زيادي دارد، به اين معني که هرابزار يا عملگر درسيستم، خود داراي يک پردازشگر است که بصورت يک شبکه با يکديگر در ارتباط هستند. اطلاعات بصورت ديجيتال و از طريق يک سيم بين اجزا و سرور شبکه که در خودرو با نام BSIشناخته ميشود رد و بدل ميشود و هرابزار با کدگشايي از اطلاعات، عمل درخواست شده را انجام ميدهد. سيستمهاي مالتيپلکس خودرو از چند زير شبکه تشکيل شده است. امروزه تعداد سيستمهاي که به صورت الکترونيکي کنترلمي شود پيوسته رو به افزايش است. هماکنون استفاده از بعضي از اين سيستمها متداول شده و استفاده از بعضي ديگر نيز رو به افزايش است که به عنوان نمونه چند مورد از اين سيستمها را نام ميبريم: 1- سيستم مديريت موتور 2- سيستم ترمز ضد قفل (ABS) 3- سيستم کنترل اصطکاک يا ضد هرزگردي 4- سيستم زمانبندي متغير سوپاپها (CVVT) 5- سيستم کنترل جعبهدنده 6- سيستم تعليق فعال همه اين سيستمها کار خود را انجام ميدهند اما به يکديگر هم مربوطاند. بسياري از حسگرهايي که براي يک واحد کنترل الکترونيکي، داده يا اطلاعات خام فراهم ميکنند، ميان همه واحدها يا بعضي از آنها مشترکند. فايده استفاده از سيستم مالتيپلکس در خودرو همانطور که گفته شد، با افزايش روزافزون سيستمهاي برقي خودرو بر حجم و پيچيدگي سيمکشي آن نيز افزوده ميشود که علاوه بر بالارفتن هزينه توليد باعث مشکل شدن تعميرات نيز ميشود. در سيستم مالتيپلکس به جاي اينکه براي هر ابزار دو رشتهسيم مجزا برده شود در کل خودرو يک سيم شبکه عبور داده ميشود، هر وسيله بعنوان يک نود (گره) به اين سيم وصل ميشود البته با يک واسطه که اطلاعات را کدگذاري ميکند. کل سيستم توسط يک رايانه به نام BSI مديريت ميشود. به عنوان مثال وقتي شما چراغ را روشن ميکنيد يک پالس به BSI فرستاده ميشود و پس از تجزيه و تحليل، اطلاعات به چراغها فرستاده و آنها روشن ميشوند. با استفاده از سيستم مالتيپلکس به دليل کاهش حجم سيمکشي، زمان مونتاژ براي هر خودرو حدود 15 دقيقه کوتاهتر شده و هزينه سيمکشي آن نيز کاهش مييابد. ضمنا عيبيابي و تعميرات بعدي نيز بسيار آسانتر ميشود. با توجه به کنترل سيستم توسط BSI جريان ثابت ميماند و عمر لوازم برقي بيشتر ميشود و خطر اتصالي کوتاه نيز بسيار کمتر ميشود. امروزه در اکثر خودروهاي جديد از اين سيستم استفاده ميشود. دلايل استفاده از مالتيپلکس در ادامه به دلايل بيشتري براي استفاده از سيستم مالتيپلکس اشاره خواهيم کرد. البته تعداد کمي از موارد در بالا ذکر شد که توجه شما را به ساير موارد جلب مي کنيم. 1- افزايش بيش از حد استفاده از قطعات الکترونيکي در خودرو و نياز به آيندهنگري 2- لزوم سادهسازي استفاده از سيمکشي و سادهسازي دسته سيمها (سادهسازي موضوع مهمي است که حتي در مدلهاي 206 غيرمالتيپلکس با ابداع BSI مورد توجه قرار گرفته است). 3- بالا رفتن تعداد ارتباط ميان ECU با ساير اجزاي خودرو و نياز به هماهنگي بين داده ها. 4- لزوم بالا بردن کيفيت، ايمني و آسايش در خودروها. 5- بهبود روش عيبيابي خودرو و نياز به آسانکردن کار با دستگاه هاي عيبيابي. اين موضوع باعث ميشود تا ريزترين فرمانبرهاي موجود در خودرو - حتي عقربه دور موتور - را نيز ميتوان جداگانه آزمايش کرد. 6- تنظيمات جديد (آلايندگي، سيستم ترمز،... ): اين موضوع باعث ميشود، اتصال سيستمهاي جديد کارآيي بيشتري به همراه داشته باشد. 7- مديريت همگون قطعات توليدشده توسط سازنده هاي مختلف: يکي از معضلات خودروسازان، منطبقساختن قطعات شرکتهاي مختلف با سيستم خودرو توليدي آنهاست، در حالي که در سيستم جديد تنها کافي است سفارش قطعهاي داده شود که بتواند طبق استاندارد شبکه، اطلاعات را وارد خودرو کند. در اين حالت اضافه کردن سيستمهاي جديد نيز کاري بسيار ساده بوده و خودرو قابليت افزايش آپشن را با اطمينان بيشتر و صرف هزينه کمتر داراست. انواع مختلف مالتيپلکس کشورهاي مختلف استانداردهاي خاص و نامهاي خاصي را براي اين سيستم به کار ميبرند که از جمله معروفترين آنها عبارتند از: 1- استاندارد CAN: ساخت آلمان که در خودروهاي بنز، بامو، فيات و ولوو به کار ميرود. 2- استاندارد VAN: ساخت کشور فرانسه بوده و در محصولات رنو و پژو مورد استفاده قرار ميگيرد. 3- استاندارد J1850: ساخت کشور امريکاست که بر روي محصولات توليد کرايسلر، فورد و جيام مورد استفاده است. 4- استاندارد proprietary: توليد کشور ژاپن است که بر روي محصولات اين کشور مورد استفاده است. 5- استاندارد Absus: محصول آلمان و مورد استفاده بر روي محصولات گروه فولکس واگن. در ميان استانداردهاي بالا، CAN از موفقترين آنها به حساب ميآيد و بيشتر خودروسازان از اين استاندارد بر روي محصولاتشان استفاده ميکنند. پرسرعتترين شبکه هم CAN است که انتقال اطلاعات در آن تا يک مگابيت بر ثانيه هم ميرسد. - شبکه CAN: اين شبکه اولين بار در کشور آلمان و توسط شرکت بوش به دنياي اتومبيل معرفي شد، که در اوايل دهه 80 اين اتفاق رخ داد و چندين سال طول کشيد که قابليت تطبيق با سيستمهاي خودرو و کسب مجوز را داشته باشد و بعد از آن توسط شرکت بنز و در يکي از کلاسهاي گران اين شرکت که همان کلاس «اس» است، مورد استفاده قرار گرفت. اين شبکه بر خلاف شبکه قبلي از دو لايه براي ارتباط استفاده ميکند و سرعت انتقال اطلاعات نيز در آن به مراتب از شبکه قبلي بيشتر است. - شبکه VAN: اين شبکه در سال هاي 1985 تا 1986 پا به عرصه وجود گذاشت. در سال هاي 1992 تا 1993 توانست مجوزهاي کامل را کسب کند و با آغاز توليد صنعتياش کم کم فراگير شد. انواع شبکه VAN: 1- شبکه Body Bus: در اين شبکه نوع طبقهبندي دستگاه ها و ساير اجزاي خودرو به صورت Master/Slave است که نوع مشخصه و اطلاعات هر ECU از نظر مهم بودن مشخص شده و تغييرات ايجاد شده بنا به مهم بودن، انجام شده و يا نمايش داده ميشود. 2- شبکهBus Comfort: اين شبکه بر خلاف نوع قبلي از قابليت انعطافپذيري بيشتري برخوردار هست و در آن سيستم کاري بر مبناي MultiMasterاست که هر ECU ميتواند اطلاعات را بر روي شبکه بفرستد و در همان زمان نيز نشان داده شود. واحد کنترل الکترونيکي (Electronic Control Unit): سيستمهاي الکترونيکي خودرو که داراي يک ميکروکنترلر هستند، واحد کنترل الکتريکي يا ECU ناميده ميشوند. يکECU شامل مجموعهاي از سختافزار و نرمافزار است که با سه وظيفه پايش (Monitoring)، تنظيم (Regulating) و يا کنترل (Controlling)، کارکرد ويژهاي در خودرو بر عهده دارد. آغاز فناوري استفاده از ECU به سيستم انژکتوري شرکت بوش آلمان به نام جترونيک باز ميگردد که در سال 1968 در خودروي فولکس واگن 1600 تيال نصب شد. نحوه کار ECU واحد کنترل الکترونيکي به طور معمول داده هاي لازم را به وسيله حسگرها از محيط پيرامون ميگيرد و پس از پردازش آنها، فرمانهاي مناسب را به کنشگرهاActuators) ) منتقل مي کند. کنشگرها يا عملگرها به نوبه خود، مطابق فرمانهايي که از واحد کنترل الکترونيکي ميگيرند، کار ابزار مکانيکي، هيدروليکي، پنوماتيکي يا برقي مورد کنترل را هدايت ميکنند. نحوه قرارگيري ECUها در شبکه شبکه Star: پيکربندي ستاره که در اين چيدمان، تمام ECUهاي موجود به صورت جداگانه به ECU مرکزي وصل مي شود. شبکهBus: در اين حالت تمامي ECUها به طور جداگانه پس از اتصال به دو خط گذرگاه داده ها به يکديگر متصل مي شوند. شبکه Tree: تلفيقي از دو شبکه بالا است. شبکه Lattice: در اين نوع شبکه، ارتباط ECUها به صورت تصادفي (رندوم) برقرار ميشود. شبکه Ring: در اين حالت بين دو ECU، يک ECU ديگر قرار گرفتهاست. ساختار سختافزاري هر ECU در مالتيپلکس داراي يک سري پايه هاي ورودي و خروجي و يک اوسيلاتور توليد فرکانس، يک کنترلگر VAN يا CAN (بر اساس اين که ECU مربوطه به شبکه VAN يا CAN متصل باشد.) و يک درگاه ترانسيور فرستنده و گيرنده است که به صورت همزمان، مي تواند اطلاعات ارسالي را دريافت کند. تمامي ECUها در هنگام ارسال و دريافت اطلاعات توسط ECU ديگر قادر به مشاهده اطلاعات روي گذرگاه داده ها (که شامل دو سيم اطلاعاتي بههمپيچيده است) هستند و از اين طريق مي توانند اطلاعات مربوطه را ارزيابي و در صورت مرتبط بودن با اطلاعات از آن استفاده کنند. ساختار داخلي ECUها: BSI يا System Interface in-Built: يکي از مهمترين اجزاي سيستمهاي مالتيپلکس، BSI است. BSI در واقع يک سيستم داخلي است که کنترل تمام سيستمهاي برقي اعم از الکترونيکي يا الکتروتکنيکي در خودرو را بر عهده دارد. وجود اين سيستم در واقع تضمينکننده صحت و سلامت کامل وسايل برقي خودرو شما نيز هست. وظايف BSI در سيستم مالتيپلکس اين سيستم وظيفه سادهسازي شبکه در عين پيچيدگي آن را بر عهده دارد. اولين مورد، کنترل تمام ادوات به وسيله واحد رايانهاي است که جز نظارت دقيق و مطمئن چيزي مد نظر نيست. دومين مساله کمک به آسايش راننده و سرنشين خودرو است. اين واحد، قلب ساختار مالتيپلکس بوده و وظيفه اصلي را به عنوان سِرور شبکه به عهده دارد. BSI گذرگاهي براي ارتباط سه BUS مختلف بوده و اين اطلاعات را بين ECU فرستنده تا گيرنده منتقل مي کند. BSI وظيفه فعالسازي و آمادهباش سيستم VAN را نيز بر عهده دارد و برق اصلي سيستم شبکه را نيز کنترل مي کند. همچنين واسطه بين تجهيزات عيب يابي و ECUهايي است که به سيستم VAN متصلند. با کانال تلگرامي «آخرين خبر» همراه شويد