Arabanız, Bilgisayarınız: ECU'lar ve Kontrolör Alan Ağı

  Geçmiş yıllarda, bir gölge ağacı tamircisi kendi otomobilini bir dereceye kadar basit bir şekilde teşhis edip onarabilirdi.

  Bir genç olarak babamla birlikte kendi araçlarımızda - parça değiştirme, zamanlamayı ayarlama, yakıt karışımlarını manipüle etme, frenler üzerinde çalışarak - saatlerce harcadım. İkinci Dünya Savaşı'nda havacılık teknisyeniydi ve bir fabrikada 32 yıl elektrikçi olarak çalıştı.

  Bugün, bu geniş arka plan bile yeterli olmayabilir. Bu tür işler çok daha fazla teknik bilgi ve bilgisayar bilgisi gerektirir.

  Arabanız mekanik bir taşımadan daha fazlası haline geldi - bu, çok karmaşık bir bilgisayar sistemidir. Aslında, arabanız bir veri yolu ağı mimarisi boyunca birbirine bağlı bir bilgisayar düğümleri koleksiyonu bile içerebilir. Düğümler Elektronik kontrol üniteleri (ECU) olarak adlandırılır ve veri yolu topolojisine Denetleyici Alan Ağı (CAN) adı verilir.

Elektronik Kontrol Üniteleri

  ECU, günümüz otomobillerinde elektrik sistemlerini kontrol eden cihazların genel adıdır. Birçok ECU türü vardır ve işlevleri farklılık gösterir. Bazı yüksek mühendislik ürünü arabalar 100'e kadar ECU içerebilir. Bunlar, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli işlevleri yerine getirir:

• Motor kontrolü.

• İletim kontrolü.

• Fren kontrolü.

• Hız yardımı.

• Park yardımcısı.

• Otomatik klima kontrolü.

• Çekiş kontrolü.

• Kilitlenme önleyici fren sistemi kontrolü.

  İsimlendirme, araç üreticileri arasında farklılık gösterebilir. Motoru yöneten ECU ya motor kontrol modülü (ECM) ya da motor kontrol ünitesi (ECU) olarak adlandırılır. ECU'nun genel bir elektronik kontrol ünitesine veya belirli motor kontrol modülüne atıfta bulunmak için bu mükerrer kullanımı, karışıklık kaynağı olabilir. Genellikle motor kontrol modülü ve şanzımanı kontrol eden ünite, güç aktarma sistemi kontrol modülü (PCM) adı verilen bir ECU'da birleştirilir. Birçok kişi ECM'yi veya PCM'yi otomobilin “ Merkezi İşlem Birimi ( CPU )” olarak düşünür.

  Gerçek şu ki, araca monte edilen çeşitli ECU'lar farklı işlemler gerçekleştirir ve otomobil ağı mimarisi içinde ayrı düğümler olarak işlev görür . Ve bu sadece başlangıç! (Modern otomobillerde bulunan teknoloji hakkında daha fazla bilgi için, otonom araçlarla ilgili bu özelliğe bakın (“Bu Otonom Araçlar Dünyamız İçin Hazır mı?”) çizgiler!)

  Üreticiler, araçlarının teknolojisini geliştirmek ve ilerletmek için iddialı hedefler peşinde koştular. Şimdi, ECU'ların ve ilgili sistemlerin kullanımı, "lidar" veya "lazer radar" olarak adlandırılan, gelişmiş sensör gruplarının aracın etrafındakileri "görmesine" yardımcı olduğu, şerit uygulaması için yeni bir deniz değişikliğine yol açtı. kalkış uyarıları, otomatik frenleme ve yukarıda belirtilen diğer özellikler.

  Otomobil üreticileri ayrıca, direksiyon simidini ve anahtar kontaklarını modası geçmiş hale getiren biyometrik sistemler ve son teknoloji kontroller aracılığıyla sürücülerin araçlarıyla iletişim kurma yöntemlerini de yeniliyor.

  ECU'lar bu iyileştirme süreçlerini otomatik hale getirir ve gerçek zamanlı olarak uygular. Kapalı döngü bir sistemde, birden fazla sensör ağdan bilgi toplar ve en iyi sonuçları elde etmek için gereken müdahaleleri sağlayan aktüatörlere komutlar gönderir. Sensörlerin çıktısı sisteme arabanın ne yaptığını söyler; daha sonra yeni talimatların girilmesi gerekli düzeltmeleri yapar. ECU'lar, aşağıdakiler gibi sensörler tarafından sağlanan bilgilerden yararlanır:

• Motor soğutma suyu sıcaklık sensörü.

• Hava sıcaklık sensörü.

• Manifold mutlak basınç sensörü.

• Kütle hava akış sensörü.

• Boşta hava kontrolörü.

• Krank mili sensörü.

• Eksantrik mili sensörü.

• Oksijen sensörü.

• Vuruş sensörü.

  Bir ECU'nun bileşenleri arasında analogdan dijitale dönüştürücüler , dijitalden analoga dönüştürücüler , sinyal koşullandırıcılar, iletişim yongaları, alet kümeleri ve akıllı sensörler bulunur. Analog olarak gelebilecek bilgiler elektronik işleme için dijitale dönüştürülebilir. Tüm bu veriler, denetleyici alan ağı adı verilen bir veri yolu topolojisi boyunca gönderilir.

Denetleyici Alan Ağları

  Bu aslında otomobildeki çeşitli ECU'lar ile iletişim kuran dijital bir bilgisayar ağıdır. Her bir ECU düğümü, aracın mekanik ve elektrik bileşenleri ile arayüz oluştururken bilgi giriş ve çıkışını yönetir. Ortam sıcaklığı, soğutma suyu sıcaklığı, hava akışı ve hızlanma konumu gibi girdiler işlenir ve yakıt enjeksiyonu, ateşleme zamanlaması, turbo boost vb. olarak çalıştırılır. CAN ağları sürekli bir geri besleme döngüsü sağlar.

  CAN protokol yığını , OSI modelinin iki alt katmanıyla karşılaştırılabilir. OSI fiziksel katmanı , CAN modelindeki üç fiziksel katmanla ilişkilidir. Veri bağlantı katmanı , CAN'daki mantıksal bağlantı denetimi (LLC) ve ortam erişim denetimi (MAC) katmanlarıyla denklik bulur . Teknoloji hakkında daha fazla bilgiyi ISO 11898-1:2015 - Karayolu araçları - Kontrolör Alan Ağı'nda (CAN) bulabilirsiniz.

  Denetleyici Alan Ağı veri yolu, 1983 yılında Robert Bosch GmbH tarafından tanıtıldı. Her CAN düğümü bir mikro denetleyici , bir CAN denetleyicisi ve bir CAN alıcı-verici içerir . CAN, 11 bitlik bir tanımlayıcı (standart format) veya 29 bitlik bir tanımlayıcı (18 ekstra bit içeren genişletilmiş format) kullanan mesaj tabanlı bir protokoldür. CAN veri yolu bileşenleri, ek yongalar veya yazılım komutları ile gerçekten ince ayar yapılabilen ve değiştirilebilen donanım ve yazılımı (aslında ürün yazılımı ) içerir.

  CAN, trafiği düzenlemek için Ethernet protokolündeki CSMA/CD'ye benzer bir tahkim süreci kullanır. Araç teknolojisinde CAN, TDMA kullanan ve saniyede 10 megabite kadar çalışan Flexray veya tek kablolu seri ağ protokolü olan Yerel Ara Bağlantı Ağı (LIN) gibi diğer yöntemlerle desteklenebilir . Flexray'i Ethernet ile değiştirmek, dikkate değer bazı avantajlar sağlayacak şekilde düşünülmüştür. CAN veri yolu, yerleşik tanılama (OBD) olarak bilinen teknoloji tarafından tanınan beş protokol standardından biridir .

Yerleşik Tanılama (OBD)

  OBD-II, 1996'da orijinal OBD'nin yerini aldı. Başlangıçta emisyonları hükümet düzenlemelerini karşılamak için yönetmeyi hedefleyen yeni standart, bir dizi işlevsellik içerecek şekilde gelişti. Dijital bir teşhis olarak OBD-II , www.troublecodes.net adresinde bulabileceğiniz geniş bir kod veritabanını kullanır . Örneğin, P0171 kodu , "sistem çok zayıf" anlamına gelen genel bir aktarma organı kodudur. Beş basamaklı kodlar şu şekilde temsil edilir:

• [Alfa] – alan (Gövde, Şasi, Güç Aktarma Organı, U – ağ)

• # - üreticinin kodu

• # - sistem

• # - soruna özel

• # - soruna özel

  OBD-II kodlarını aracınızdan çeşitli şekillerde çekebilirsiniz. Çoğu otomobil parçası mağazası, ön panelinizin altındaki bir bilgisayar bağlantı noktasına takılan bir cihaz çıkaracaktır . Veya kendiniz bir tarayıcı aracı edinebilir ve kodu Wikihow'da açıklandığı gibi okuyabilirsiniz . Doğru kablo, dizüstü bilgisayarınız ve özel yazılımla aracınızın bilgisayarına bile girebilirsiniz . Bazı grafik arayüzler , araba bilgisayarınızın iç işleyişine dair muazzam bir fikir verebilir. Yapabileceğiniz herhangi bir bilgisayar korsanlığının riskinin size ait olduğunu ve otomobil üreticisi veya bu web sitesi tarafından tavsiye edilmediğini unutmayın! (Araçlarda bulut bağlantısı hakkında bilgi edinmek için bkz . Araçlar için Bulut Bilişim: Yarının Yüksek Teknoloji Arabası .)

Çözüm

  Arabanızın bir bilgisayar olduğunu söylemiştik. Daha kesin olmak gerekirse, arabanız aslında karmaşık bir ağdaki birden çok bilgisayardan yapılmıştır. Son model otomobilinizdeki mikroişlemciler , gelişmiş motor kontrolü, gelişmiş teşhis, yeni güvenlik veya konfor özellikleri ve hatta kablolamada azalma sağlayabilir. Bu son teknoloji araç bilgi işlemin faydaları muazzam avantajlar sunuyor - ancak bazıları evde araç onarımının basitliğinin çoktan ortadan kalktığını söyleyebilir.

  Gençken babamın yanında çalıştığımda, araba tamirine gelince, anlayışımın onun için bir mum tutabileceğini asla hayal edemezdim. Şimdi merak ediyorum, bir ağ mühendisi olarak tüm bu yıllar burada geçerli olabilir mi?

  Ayrıca arabaların kendilerini tanımalarının ne kadar süreceğini merak ediyorum - David Hasselhoff'un "Knight Rider" dizisindeki araba KITT'i gibi.

  İlerlemeyi durduramazsınız.

Justin Stoltzfus