به نام خدا سامانه مولتی پلکس خودرو Car Multiplex System

1. به نام خدا سامانه مولتی پلکس خودروCar Multiplex System محمدرضا فارغیان mrfareghian@yahoo.com www.prozhe.com

2. تعریف • معنای لغوی مالتی پلکس چندجزئی بودن است و به هر مجموعه که دارای تعدادی عضو همراستا در یک هدف مشخص باشد ، مالتی پلکس گفته می شود. این اعضا باید خصوصیت مشترکی دارا باشند که در عین مجزا بودن و عملکرد مستقل ، مفهوم مشترکی را ظاهر کنند. www.prozhe.com

3. هدف • هدف کلی از شبکه سازی برق خودرو ، کاهش زمان و هزینه های تولید و در نتیجه افزایش ظرفیت تولید و همچنین افزایش کیفیت و قابلیت های الکترونیک خودرو و ایجاد سهولت در عیب یابی آن است. • خودروی پژو 206 ، اولین خودروی مجهز به سیستم مالتی پلکس در تولیدات داخلی ایران است. www.prozhe.com

4. لزوم استفاده • در روش سنتی سیم کشی خودرو ، جهت فعال کردن هر یک از بارهای الکتریکی ، نیازمند وجود رشته سیم مستقل هستیم که با قطع و یا وصل مستقیم تغذیه ، بار مذکور فعال و یا غیرفعال می شود. این مسأله با توجه به افزوده شدن بارهای الکتریکی جدید سبب افزایش شدید حجم دسته سیم در خودروهای امروزی گردیده است. لازم به ذکر است که به تبع نیاز به اعمال کنترل دقیق در قسمت های مختلف خودرو ، کاربرد یونیت های کنترل کننده الکترونیکی و سنسورهای مرتبط با آن ها نیز افزایش یافته است؛ www.prozhe.com

5. لزوم استفاده • در صورت استفاده از روش معمول سیم کشی در درخت سیم ، این امر موجب می شود تعداد سیم های موجود در آن افزایش یابد. تعداد سیمهای لازم در مورد اتومبیل های پیشرفته به حدود 1200 رشته می رسد ؛ دسته سیم لازم برای کنترل همه کارکردهایی که به درب سمت راننده مربوط می شود ممکن است تا 50 رشته سیم داشته باشد و سیستم های واقع در ناحیه داشبورد ممکن است به تنهایی بیش از 100رشته سیم و اتصال داشته باشند. www.prozhe.com

6. لزوم استفاده • در دهه اخیر این رشد به نحوی بوده است که به طور متوسط از سال 1985 تا 1995 ، سالیانه 10 درصد ، حجم و وزن درخت سیم خودرو افزایش یافته است. پیش بینی وضع نابسامان درخت سیم خودرو در آینده ای نزدیک ، شرکت های خودروساز را به چاره جویی افکند و در نهایت ، این تلاش ها منجر به ابداع فناوری مالتی پلکس درخت سیم خودرو گردید.[1]. www.prozhe.com

7. نمودار افزایش درخت سیم www.prozhe.com

8. سیستم مالتی پلکس • در این روش ، برای انتقال همه سیگنال ها ، تنها به دو رشته سیم (مشترک بین تمام یونیت های الکترونیکی) نیاز است و مصرف کننده هایی نظیر سیستم های روشنایی ، شیشه بالابرها ، سیستم صوتی و ... ، توسط نزدیکترین یونیت های الکترونیکی محلی که از آن ها به عنوان نود (Node) یاد می شود ، کنترل و تغذیه می شوند. • این نوع سیم کشی را سیستم برق رسانی حلقوی نیز می نامند. www.prozhe.com

9. یونیت های الکترونیکی www.prozhe.com

10. روش ها • برای مالتی پلکس کردن چندین سیگنال روی یک سیم از دو راه اصلی استفاده می شود . این راه ها عبارت اند از مالتی پلکس کردن تقسیم فرکانسی و مالتی پلکس کردن تقسیم رادیویی [2]. www.prozhe.com

11. استانداردها • از معروف ترین استانداردهای مولتی پلکس می توان به موارد زیر اشاره کرد : استاندارد J 1850 : ساخت آمریکا که بر روی خودرو های شرکت های کرایسلر ، جنرال موتور و فورد استفاده می شود. استاندارد Proprietary : ساخت ژاپن که بر روی خودرو های شرکت های ژاپنی استفاده می شود. استانداردABUS : ساخت آلمان که بر روی خودرو های شرکت فولکس واگن استفاده می شود. استاندارد VAN : ساخت فرانسه که بر روی خودرو های شرکت های پژو و رنو استفاده می شود . استاندارد CAN : ساخت آلمان که بر روی خودرو های شرکت های بنز ، بی ام و ، ولوو و فیات استفاده می شود . [4] www.prozhe.com

12. ECU سیستم های الکترونیکی خودروکه دارای یک میکرو کنترلر هستند ، واحد کنترل الکتریکی یا ECUنامیده می شوند. ECU مخفف عبارت Electronic Control Unit می باشد. یکECU شامل مجموعه ای از سخت افزار و نرم افزار است که وظیفه نظارت (Monitoring) ، تنظیم (Regulating) یا کنترل (Controlling) کارکرد ویژه ای را در خودرو به عهده دارد. آغاز تکنولوژی ECU به سیستم انژکتوری شرکت بوشBochs) )آلمان به نامJETronic باز می گردد که در سال 1968 در خودروی فولکس واگن VW 1600TL نصب شد. www.prozhe.com

13. نحوه کار ECU واحد کنترل الکترونیکی به طور معمول داده های لازم را به وسیله حسگرهاSensors) ) از محیط پیرامون می گیرد و پس از فرمان پردازش آنها ، فرمانهای مناسب را به کنشگرهاActuators) ) منتقل می کند. کنشگرها به نوبه خود ، مطابق فرمانهایی که از واحد کنترل الکترونیکی می گیرند، کار ابزار مکانیکی ، هیدرولیکی ، پنوماتیکی یا الکتریکی مورد کنترل را هدایت می کنند . www.prozhe.com

14. انواع هندسه شبکه مولتی پلکس • انواع هندسه  شبکه های اطلاعاتی مولتی پلکس به شرح زیر است : 1- شبکه Star: پیکر بندی ستاره که در آن تمامیECU ها به طور جداگانه به یکECU مرکزی متصل می شوند. 2 - شبکهBus : در این شبکه تمامیECU ها به طور جداگانه پس از اتصال به دو خط گذرگاه داده ها به یکدیگر متصل می شوند. 3 - شبکهTree : این شبکه مجموعه ای از شبکه هایStar وBus می باشد. 4- شبکه Ring : در این شبکه هرECU حد فاصل بین دوECU  دیگر است. 5 - شبکه Lattice : در این شبکه ارتباط بینECU ها به صورت رندوم برقرار می شود. [4] www.prozhe.com

15. ساختار سخت افزاریECU ها هر ECU در مولتی پلکس دارای یک سری پایه های Input وOutput   و یک اوسیلاتور تولید فرکانس ( که می تواند بر مبنایRC  و یا کوارتز باشد ) ، یکVAN  و یاCAN  کنترلر ( بر مبنای این که ECU مربوطه به شبکه CAN  یاVAN  متصل باشد ) و یک پورت ترانسیورTransceiver  فرستنده و گیرنده است که همزمان می تواند اطلاعات ارسالی را دریافت نماید. تمامی ECUها در هنگام ارسال و دریافت اطلاعات توسط ECU دیگر قادر به مشاهده اطلاعات روی گذرگاه داده ها ( که شامل دو سیم اطلاعاتی به هم پیچیده است ) می باشند و از این طریق می توانند اطلاعات مربوطه را ارزیابی نموده و در صورت مرتبط بودن با اطلاعات از آن استفاده نمایند. www.prozhe.com

16. ساختار داخلی ECUها www.prozhe.com

17. گذرگاه داده مالتی پلکس • برای انتقال دادهای مختلف از طریق یک خط باید چندین معیار را به دقت تعریف و بر سر آنها توافق کرد. این تعریف معیارها را قرار داد ارتباطی می نامند. بعضی از متغیر هایی که باید تعریف شوند به قرار زیرند : • 1- روش نشانی دادن. • 2- ترتیب انتقال. • 3- سیگنالهای کنترل. • 4- خطایابی. • 5- سرعت یا آهنگ انتقال. www.prozhe.com

18. گذرگاه داده مالتی پلکس • محیط مادی شامل موارد زیر است : • 1- واسطه انتقال مثلا سیم مسی تار نوری و غیره. • 2- نوع رمز گذاری برای انتقال مثلا قیاسی و یا رقمی. • 3- نوع سیگنال مثلا ولتاژ جریان فرکانس و غیره. • مدار مورد استفاده برای برآورده کردن معیارهای بالا را ، مدار فصل مشترک گذرگاه می نامند و غالبا به صورت یک آی سی است. www.prozhe.com

19. وظایف BSI   در سیستم مولتی پلکس BSI مخفف عبارت Built in System Interface می باشد. اینECU  قلب ساختار مولتی پلکس  بوده و وظیفه اصلی را به عنوانServer  شبکه به عهده دارد.BSI  گذرگاهی برای ارتباط سه BUS مختلف بوده و این اطلاعات را بینECU  فرستنده تا گیرنده منتقل می کند. BSI وظیفه فعال سازی و Standby  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. www.prozhe.com

20. www.prozhe.com

21. انتقال اطلاعات در سیستم • انتقال اطلاعات در سیستم های شبکه و مولتی پلکس در در هفت لایه اطلاعاتی صورت می گیرد . این هفت لایه هر یک گوشه ای از بار اطلاعات را به دوش گرفته و به هنگام ارسال اطلاعات بین ECU ها نقش خود را بازی می کنند . نقش اصلی این لایه ها تعریف دریچه های ورودی و خروجی اطلاعات ، تیین مسیر عبور اطلاعات ، تعیین عناصر ارسال کننده و مصرف کننده اطلاعات ، الویت های ارسال اطلاعات ، ... و در نهایت تعریف پروتکل ارتباط ECU های خودرو با یکدیگر است. www.prozhe.com

22. انتقال اطلاعات در سیستم www.prozhe.com

23. انتقال اطلاعات در سیستم • لایه 1 ، لایه فیزیکال Physicsl: وظیفه این لایه انتقال نهایی اطلاعات بر روی خطوط انتقال اطلاعات یا همان شبکه مولتی پلکس است. این لایه تنها لایه فیزیکی بوده و اطلاعات را به سیگنال های الکتریکی و یا سیگنال های الکتریکی روی شبکه را به بیت های اطلاعاتی جهت انتقال به داخل ECU  تبدیل می کند. این لایه شامل تعاریفی مبتنی بر موارد زیر است : 1- تعریف چگونگی حالات سیگنال ها. 2 _ تعریف خطوط انتقال و کانال های ارتباطی. 3 _ تعریف مدهای مختلفارتباط به کانال ارتباطی ( Connector ها و ... ). www.prozhe.com

24. انتقال اطلاعات در سیستم • لایه 2 ، لایه ارتباطLink : شامل زیرلایه های (Medium Access Control ) MAC و (Logical Link Control) LLCمی باشد و به ترتیب ،موارد زیر را پوشش می دهد : 1 - مدیریت ارتباط منطقی و تسهیم اطلاعات بین ECU های مختلف. 2 - تعریف رفتار شبکه ( زمان بندی ، مسیر یابی و ... ). 3 - آشکارسازی خطاها ی لایه اول. 4 - تصحیح خطاهای لایه اول. www.prozhe.com

25. انتقال اطلاعات در سیستم • لایه 3 ، لایه شبکه Network : تعیین مسیر اطلاعات برای مقصد نهایی شامل : 1 - تعیین مسیر عبور اطلاعات در شبکه. 2 - تعریف وظایف Contention  ها و کنترل جریان اطلاعات ما بین ECU  های مسیر. www.prozhe.com

26. انتقال اطلاعات در سیستم • لایه 4 ، لایه انتقال Transport : این لایه حد واسط بین انتقال اطلاعات و عملکرد بر روی اطلاعات به شرح زیر است: 1- تقسیم پیام ها به پیک های کوچک. 2- کنترل پیک های از دست رفته و یا دو بار فرستاده شده. 3 - تصحیح خطاهای لایه های قبلی. www.prozhe.com

27. انتقال اطلاعات در سیستم • لایه 5 ، لایه هماهنگی Session: این لایه وظیفه سازمان دهی و سنکرون کردن اطلاعات مابین اطلاعات انتقالی بینECU  های مختلف را به شرح زیر بر عهده دارد : 1- ایجاد محدودیت های لازم جهت انتقال اطلاعات یک ECU خاص بر روی شبکه. 2- سنکرون سازی مجدد هنگام قطع سیم. www.prozhe.com

28. انتقال اطلاعات در سیستم • لایه 6 ، لایه آماده سازی اطلاعات Presentation : این لایه شکل نهایی اطلاعات تغییر یافته را تعیین می کند و شامل موارد زیر است : 1- تبدیل اطلاعات به کد شامل استانداردهای Motorola , Intel , ASCI , EBCIDIC ، ... 2-تعیین میزان ایمنی اطلاعات. 3- شناسایی ECU  هایی که از این اطلاعات باید استفاده کرده و تعیین میزان سطح دسترسی آن ها به اطلاعات در شبکه. www.prozhe.com

29. انتقال اطلاعات در سیستم • لایه 7 ، لایه کاربرد Application : این لایه ، سرویس های برنامه های کاربردی را بر عهده دارد: 1- سازمان دهی اطلاعات ساده کاربردی. 2- انتقال فایل های اطلاعات. 3 - سازمان دهی پیام های صنعتی. www.prozhe.com

30. مسیر انتقال اطلاعات در سیستم www.prozhe.com

31. مثال طرز کار • برای تجسم طرز کار این سیستم ، رویدادهایی را که هنگام روشن و خاموش کردن چراغهای بغل رخ می دهند ، در نظر بگیرید. ابتدا وقتی راننده کلید چراغ را می زند سیگنال منحصر به فردی روی گذرگاه داده قرار می گیرد. این سیگنال را فقط گیرندهای خاصی تشخیص می دهند که جزئی از هر مجموعه چراغ هستند این گیرندها به نوبه خود بین سیم برق و چراغها اتصال برقرار می کنند. در هنگام خاموش کردن چراغها نیز عملیاتی به همین ترتیب انجام می شود ؛ با این تفاوت که این بار رمزی که وارد گذرگاه داده می شود متفاوت است و فقط گیرندهای مقتضی آن را به عنوان رمز خاموشی شناسایی می کنند. [3] www.prozhe.com

32. مثال طرز کار www.prozhe.com

33. مزایای کلی • از مزایای بارز سامانه مالتی پلکس درخت سیم خودرو می توان موارد زیر را برشمرد : • 1- کاهش حجم و وزن درخت سیم (تا 60 درصد). • 2- کاهش قیمت تمام شده. • 3- رهاسازی نسبی نرم افزار از قید مکانی سخت افزار مرتبط. • 4- ایجاد قابلیت عیب یابی الکترونیکی (on board). • 5- ایجاد قابلیت مدیریت انرژی در خودرو. www.prozhe.com

34. 6- پخش زمانی مصرف کننده ها در جهت کاهش جریان لحظه ای. • 7- انعطاف پذیری در دسته سیم در برابر تغییرات آتی. • 8- بهبود کیفیت عملکردی اجزای مصرف کننده. • 9- کاهش زمان مونتاژ هر خودرو (تا 15 دقیقه). • 10- حفاظت کامل سیمها در مقابل اتصال کوتاه. • 11- کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری خودرو. www.prozhe.com

35. فهرست منابع و مراجع 1- ماهنامه پیام ایران خودرو ، شماره 88 2- حسین رمضانی ، تکنولوژی خودروهای الکتریکی ، چاپ اول ، 1387 3- سایت مجله ماشین ، www.machinemag.com 4- سایت برق خودرو ، www.mabanibarghmiri.blogfa.com www.prozhe.com

36. از بذل توجه شما متشکرم. www.prozhe.com