سیستم های الکترونیکی پیشرانه، ایمنی، الکترونیک شاسی و سیستم های اطلاعات سرگرمی چهار دسته اصلی از سیستم های الکترونیکی خودرو هستند. تمام اجزا و سیستم های الکترونیکی حیاتی که برای عملکرد، ایمنی، راحتی و سرگرمی یک وسیله نقلیه حیاتی هستند در این دسته بندی قرار می گیرند. اگر شما هم جزء دسته افرادی هستید که به کارهای فنی و سیستم برق خودرو علاقهمندید، رشته برق خودرو بهترین گزینه برای شما است. آموزش برق خودرو یا همان باتریسازی از جمله مشاغل پر درآمد فنی به شمار میرود که از طریق دورههای آموزشی میتوانید مهارت خود را در این زمینه ارتقا داده و با دریافت مدرک آموزش باتریسازی یا برق ماشین وارد بازار کار شوید.
الکترونیک نیرومحرکه
وظیفه اصلی الکترونیک پیشرانه نظارت بر موتور، گیربکس و اجزای مختلف تولید کننده نیرو است که حرکت خودرو را تسهیل می کند. سیستم هایی مانند واحد کنترل موتور (ECU)، سیستم جرقه زنی، سیستم تصفیه پس از اگزوز، سیستم خنک کننده موتور و سیستم تزریق سوخت در این دسته قرار می گیرند. به ویژه، ECU به عنوان جزء مرکزی سیستم انتقال قدرت، نظارت و هماهنگی زیرسیستم های مختلف برای اطمینان از بهره وری سوخت، عملکرد حداکثر و تنظیم انتشار آلاینده ها عمل می کند.
در خودروهای هیبریدی و الکتریکی، دامنه الکترونیکی پیشرانه به اجزایی مانند سیستم مدیریت باتری (BMS) و اینورتر کششی یا استارت ژنراتور گسترش مییابد. این عناصر مسئول مدیریت مصرف باتری، کارکرد ماشینهای الکترونیکی و نظارت بر فرآیندهای بازیابی انرژی هستند.
الکترونیک شاسی
سیستم های الکترونیکی شاسی نقش مهمی در شکل دادن به دینامیک رانندگی خودرو دارند. چنین سیستم هایی شامل سیستم کنترل کشش (TCS)، سیستم های ترمز ضد قفل (ABS)، مکانیزم های فرمان برقی و کنترل پایداری الکترونیکی (ESC) می شود. در شرایط مختلف رانندگی، این سیستمها پایداری، مانورپذیری و عملکرد کلی خودرو را بهبود میبخشند.
الکترونیک شاسی شامل سیستم های نظارت بر فشار تایر، سیستم های کنترل تعلیق و سنسورهای مختلفی است که رفتار شاسی را کنترل می کنند. آنها نقش اساسی در حفظ رفتار ایده آل خودرو و ارائه بازخورد ارزشمند به راننده دارند.
سیستم های ایمنی و امنیتی
سیستم های الکترونیکی اختصاص داده شده به ایمنی و امنیت، هم از سرنشینان خودرو و هم از خود خودرو محافظت می کنند. سیستمهای این دسته شامل پیش کشندههای کمربند ایمنی، کنترلکنندههای کیسه هوا، سیستمهای هشدار، سیستمهای پیشرفته کمک راننده (ADAS) و سیستمهای کنترل دسترسی مانند ایموبلایزرها و ورود بدون کلید از راه دور هستند.
خودروهای پیشرفته سیستم های ایمنی پیچیده ای از جمله کروز کنترل تطبیقی، هشدار خروج از خط و سیستم های تشخیص برخورد را یکپارچه می کنند. این سیستمهای پیشرفته با استفاده از مجموعهای از سنسورها، دوربینها و رادارها، به طور مداوم محیط اطراف خودرو را رصد میکنند و اقداماتی را برای جلوگیری از تصادف آغاز میکنند.
سیستم های اطلاعات سرگرمی
هدف سیستمهای اطلاعات سرگرمی خودرو، ارائه گزینههای سرگرمی و محتوای آموزنده به راننده و سرنشینان است. این سیستمها با ترکیب عملکردهای استریو سنتی خودرو در کنار سرگرمی صندلیهای عقب، سیستمهای ناوبری، تشخیص صدا، اتصال تلفن هوشمند و دسترسی به اینترنت، مجموعهای از ویژگیها را ارائه میدهند.
رابط اصلی بین راننده و خودرو، سیستمهای اطلاعات سرگرمی معاصر طیف گستردهای از اطلاعات را ارائه میکنند که شامل بهروزرسانیهای وضعیت خودرو، راهنمایی ناوبری و مدیریت سیستمهای صوتی و آب و هوا میشود. با پیچیدگی روزافزون و ویژگیهای فراوان، این سیستمها اکنون بهطور یکپارچه قابلیتهایی مانند اتصال تلفن همراه و Wi-Fi، بهروزرسانیهای بیدرنگ ترافیک، و حتی قابلیتهای کنترل از راه دور را برای ویژگیهای خاص خودرو یکپارچه میکنند.
درک طبقه بندی الکترونیک خودرو، زمینه را برای درک تعامل و عملکرد جمعی سیستم های مختلف در یک وسیله نقلیه فراهم می کند. این عامل در مراحل طراحی و توسعه اهمیت زیادی دارد و از ایجاد وسایل نقلیه ای که هم کارآمد و لذت بخش هستند و هم ایمنی را در اولویت قرار می دهد، تضمین می کند.
معماری الکتریکی یک وسیله نقلیه
هسته اصلی تمام عملکردها و عملیات درون یک وسیله نقلیه، معماری الکتریکی آن است که بر همه چیز از روشنایی اساسی گرفته تا سیستم های محرکه پیچیده حاکم است. در این معماری اجزای ضروری مانند باتری و دسته سیم و همچنین مجموعه ای از واحدهای کنترل الکترونیکی (ECU) و ماژول ها گنجانده شده است.
نقش باتری
در معماری الکتریکی یک وسیله نقلیه، باتری نقش مهمی ایفا می کند. هنگامی که موتور غیرفعال است، به عنوان منبع اولیه انرژی الکتریکی در داخل وسیله نقلیه عمل می کند و نیروی ضروری مورد نیاز برای راه اندازی موتور احتراقی را تامین می کند. با فعال شدن موتور، دینام معمولاً نیروی الکتریکی مورد نیاز را فراهم می کند، در حالی که باتری ممکن است انرژی اضافی را جذب و حفظ کند.
باتری 12 ولتی سرب اسیدی در خودروهای قدیمی رایج است، در حالی که یک باتری کوچک 48 ولتی در خودروهای الکتریکی هیبریدی ملایم (MHEVs) وجود دارد. این خودروها عمداً ولتاژ باتری را زیر آستانه خطرناک انتخاب میکنند و نیاز به طراحیهای پیچیده عایق الکتریکی را از بین میبرند و در نتیجه هزینهها را به میزان قابل توجهی کاهش میدهند. . خودروهای هیبریدی الکتریکی و الکتریکی (HEVs و EVs) علاوه بر سیستم معمولی 12 ولت، دارای بستههای باتری ولتاژ بالا، معمولاً 400 ولت و بالاتر هستند. همراه با راه اندازی وسایل نقلیه، باتری های ولتاژ بالا نیز موتور(های) الکتریکی را تغذیه می کنند. وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی (HEVs) معمولاً از سلولهای NiMH برای باتری ولتاژ بالا خود استفاده میکنند، در حالی که خودروهای الکتریکی (EVs) سلولهای لیتیومی را به دلیل چگالی انرژی و توان برترشان انتخاب میکنند. نظارت بر این باتری های ولتاژ بالا اغلب توسط یک سیستم مدیریت باتری (BMS) انجام می شود و کارکرد ایمن و کارآمد آنها را تضمین می کند.
دسته سیم
سیستم گردش خون معماری الکتریکی خودرو توسط دسته سیم تشکیل می شود. این شبکه پیچیده شامل کانکتورها، سیمها و پایانهها است که انتقال نیرو و سیگنالها را در سراسر خودرو تسهیل میکند. اتصال ترمینال مثبت باتری و دینام به مجموعه ای از بارها مانند موتورها، چراغ ها، بخاری ها و کنترلرهایی مانند ECU، وظیفه اصلی دسته سیم است. برای جلوگیری از کابل کشی اضافی، جریان برگشتی از باتری از طریق شاسی خودرو که به ترمینال منفی باتری متصل می شود، منتقل می شود. با این حال، در سیستم الکتریکی، همه به طور مستقیم به شاسی متصل نیستند. چندین سنسور و ECU به صورت جداگانه به زمین متصل می شوند، اغلب از طریق سیم کشی متصل به یک ECU مجزا.
از شبکههای ساده موجود در وسایل نقلیه استاندارد گرفته تا سیستمهای بسیار پیچیده موجود در خودروهای لوکس یا بسیار خودکار، پیچیدگی دسته سیمها میتواند طیف گستردهای داشته باشد. طراحی دسته سیم باید اجزایی مانند افت ولتاژ، هزینه، ظرفیت حمل جریان، وزن و قابلیت اطمینان را در نظر بگیرد. هر وسیله نقلیه مجهز به جعبه فیوز حاوی فیوز است تا دسته سیم را از جریان بیش از حد ناشی از آسیب محافظت کند. محافظت از سیم کشی و نه بارهای متصل به آن، هدف اصلی فیوز است.
ECU ها و ماژول ها
واحدهای کنترل الکترونیکی (ECU، متفاوت از واحدهای کنترل موتور که مخفف یکسانی دارند) به عنوان "مغز" تعبیه شده در چارچوب الکتریکی خودرو عمل می کنند. در داخل یک وسیله نقلیه، یک ECU به عنوان یک سیستم تعبیه شده است که مسئول مدیریت یک یا چند سیستم یا زیرسیستم الکتریکی است.
از طریق اتوبوس های ارتباطی، ECU ها با یکدیگر در ارتباط هستند. CAN (شبکه منطقه کنترل کننده) پرکاربردترین گذرگاه است. معماریهای سنتی معمولاً ECUهای خاصی را بهعنوان اصلی تعیین میکنند، مانند ماژول کنترل بدنه (BCM) یا واحد کنترل موتور، با سایر واحدها که بهعنوان Slave عمل میکنند و منتظر دستورالعملهای واحدهای اصلی هستند. نمونه هایی از این واحدهای برده شامل ماژول منطقه درب، ماژول منطقه صندلی و برد مدیریت باتری است. در خودروهای امروزی، بسته به سطح پیچیدگی خودرو، تعداد ECU ممکن است از صد بیشتر شود.
درک معماری الکتریکی یک وسیله نقلیه یک چارچوب اساسی برای کاوش در عملکرد و تعامل سیستم های الکترونیکی خودرو ایجاد می کند. با پیشرفت تکنولوژی وسایل نقلیه، پیچیدگی و اهمیت فزاینده این معماری مستلزم درک عمیق تر و جامع تر عناصر اساسی آن و نحوه درهم تنیدگی آنها است.
اهمیت الکترونیک قدرت در وسایل نقلیه
یکی از اجزای حیاتی وسایل نقلیه مدرن، الکترونیک قدرت است. در عملکرد سیستم های الکترونیکی مختلف و عملکرد کلی خودرو، الکترونیک قدرت نقش مهمی ایفا می کند. با استفاده از فناوری نیمه هادی پیچیده مانند ماسفت های SIC یا IGBT، دستگاه های الکترونیکی قدرت به خوبی توان الکتریکی را مدیریت و تغییر می دهند. در بهره وری انرژی، تنظیم ولتاژ و جابجایی بارهای الکتریکی نقش مهمی دارند.
تنظیم ولتاژ
در وسایل نقلیه، تنظیم ولتاژ بسیار مهم است، زیرا ولتاژ پایدار را برای عناصر الکترونیکی متنوع مدیریت می کند. در این جنبه، نقش تجهیزات الکترونیک قدرت بسیار مهم است. در وسایل نقلیه سنتی، دینام که توسط یک تنظیم کننده ولتاژ الکترونیکی نظارت می شود، ولتاژ لازم برای شارژ باتری و تامین انرژی الکترونیک داخلی را حفظ می کند. تغذیه ولتاژ از باتری خودرو می تواند نوسانات قابل توجهی را نشان دهد، به ویژه زمانی که ژنراتور استارت شروع به راه اندازی موتور احتراق می کند و جریان قابل توجهی را می کشد که ممکن است باعث کاهش ولتاژ تا 3 ولت شود. تنظیم کننده های ولتاژ داخلی در ECU تنظیم را از ولتاژ باتری تا 5 ولت یا 3.3 ولت مدیریت می کنند. طراحی آنها باید بقای خود را از طریق اختلالات مختلف ولتاژ باتری و در عین حال حفظ عملکرد الکترونیک تضمین کند.
در وسایل نقلیه هیبریدی و الکتریکی، الکترونیک قدرت اهمیت بیشتری پیدا می کند. قطعاتی مانند مبدلهای DC/DC صدها آمپر را ارائه میکنند، در حالی که شارژرهای داخلی جریان برق را بین سیستمهای ولتاژ بالا (HV) و ولتاژ پایین (LV) مدیریت میکنند. علاوه بر این، آنها برق AC را از شبکه به برق DC برای شارژ بسته باتری تبدیل می کنند.
بهره وری انرژی
کارایی خودروها به ویژه در خودروهای هیبریدی و انتخابی مدلهای ric، بهویژه با سهم قابلتوجه الکترونیک قدرت در استفاده از انرژی افزایش یافته است. با امکان مدیریت دقیق عملکردهای موتور الکتریکی، آنها گشتاور خروجی و راندمان کلی را بهینه می کنند.
علاوه بر این، آنها ترمز احیا کننده را تسهیل می کنند، فرآیندی که انرژی را که معمولاً به عنوان گرما در طول ترمز تخلیه می شود به انرژی الکتریکی تبدیل می کند و متعاقباً آن را در باتری خودرو ذخیره می کند. تحت هدایت الکترونیک قدرت، این سیستم بازگیرنده انرژی این پتانسیل را دارد که کارایی کلی خودرو را افزایش دهد و برد خودروهای الکتریکی را افزایش دهد.
بارهای الکتریکی (هیترها، فن ها، ماشین های الکترونیکی)
دستگاههای الکترونیکی قدرت بارهای الکتریکی بزرگتری مانند بخاریها، فنها و ماشینهای الکترونیکی (موتورهای محرکه الکتریکی) را کنترل و کار میکنند. از طریق کنترل دقیق بار، الکترونیک قدرت عملکرد مطلوب، بهره وری انرژی و قابلیت اطمینان را تضمین می کند.
به عنوان مثال، برای مدیریت کارآمد سطوح توان بالا، بخاریها در وسایل نقلیه الکتریکی ممکن است از الکترونیک قدرت ولتاژ بالا استفاده کنند. به همین ترتیب، الکترونیک قدرت فن هایی را که مسئول خنک کردن موتور، باتری یا سایر اجزا هستند، تنظیم می کند. این مکانیزم کنترل سرعت فن را با توجه به نیازهای خنک کننده تنظیم می کند و به طور موثر انرژی را حفظ می کند.
در خودروهای الکتریکی (EVs)، ماشینهای الکترونیکی بهعنوان مهمترین مصرفکنندهها شناخته میشوند و دارای رتبهبندی قدرتی هستند که میتواند تا 600 کیلووات افزایش یابد. این معادل یک جریان بالقوه تا 750 آمپر از یک باتری 800 ولت است. طراحی الکترونیک قدرت که بتواند آن را با کمترین تلفات برق هدایت کند از اهمیت بالایی برخوردار است. کنترل ماشین های الکترونیکی شامل استفاده از ماژول های پل 3 فازی است که با استفاده از ماسفت های SiC یا ترانزیستورهای IGBT ساخته شده اند. این ماژول ها بر روی یک ساختار سرامیکی که به دلیل خواص حرارتی استثنایی اش شناخته شده است، نصب می شوند.
با افزایش برقی شدن وسایل نقلیه، نقش الکترونیک قدرت در وسایل نقلیه در حال رشد است. یک جنبه حیاتی برای مهندسان خودرو درک عملکرد و مکانیسمهای عملیاتی آنها است که برای توسعه سیستمهای خودروی پیشرفته و قابل اعتماد حیاتی است. قرار است نقش آنها در تجهیزات خودرو در آینده با توسعه تجهیزات الکترونیکی قدرتمند و تاکتیکهای کنترلی بسیار مهمتر شود.
سنسورها و محرک ها
در سیستمهای خودرو، محرکها و حسگرها نقشهای مهمی را ایفا میکنند و توالی بین قلمرو الکترونیکی و فیزیکی را در یک وسیله نقلیه تشکیل میدهند. با فعال کردن تعامل بین سیستم های کنترل خودرو و محیط فیزیکی، آنها بر شرایط نظارت و اجرای اقدامات کنترل نظارت می کنند.
نقش و توابع اساسی
برای اندازه گیری خواص فیزیکی و تبدیل آنها به سیگنال، که توسط واحد کنترل الکترونیکی (ECU) خوانده می شود، از سنسورها استفاده می شود. در سیستم های خودرو، سنسورها بر بسیاری از پارامترها مانند دما، فشار، سرعت، موقعیت و ترکیب شیمیایی، در میان سایر عوامل حیاتی نظارت می کنند. این داده ها با ارائه بازخورد فوری به ECU، پردازش و برای کنترل سیستم های مختلف خودرو مورد استفاده قرار می گیرند.
از سوی دیگر، برای انجام اعمال فیزیکی بر اساس سیگنال های ورودی از ECU، دستگاه های مورد استفاده عملگر هستند. نکته مهم این است که آنها سیگنال های الکترونیکی را دوباره به عمل فیزیکی تبدیل می کنند. سنسورها که به طور گسترده در برنامه های مختلف از جمله مکانیزم درب، کنترل موتور، تنظیمات صندلی، کنترل ترمز، کنترل برف پاک کن و پرتو نور استفاده می شوند، نقش مهمی در تنظیم پارامترهای فیزیکی بر اساس ورودی های سنسور و الگوریتم های کنترل در سیستم های مختلف خودرو دارند.
در کاربردهای خودرو، سنسورهای سرعت و سنسورهای اکسیژن (O2) به عنوان دو نمونه رایج از سنسورهایی که اغلب استفاده میشوند برجسته هستند.
به طور معمول، سنسورهای سرعت برای اندازه گیری سرعت چرخش اجزای مختلف مانند چرخ ها، میل لنگ موتور و شفت خروجی گیربکس استفاده می شود. سیستمهایی مانند سیستم ترمز ضد قفل (ABS) و کنترل پایداری الکترونیکی (ESC) به شدت به سنسورهای سرعت چرخها متکی هستند. این سنسورها داده های ضروری مورد نیاز برای تنظیم سرعت تک تک چرخ ها را در هنگام پیچیدن و ترمزگیری ارائه می دهند.
واحد کنترل الکترونیکی (ECU) چیست و چگونه کار می کند