سیستم مالتی پلکس چیست؟ – به زبان ساده

استفاده از قطعات برقی و آپشن‌های مختلف در خودروهای امروزی پیوسته در حال گسترش است. این قطعات با هماهنگی خاصی نسبت به هم به‌گونه‌ای عمل می‌کنند که علاوه بر افزایش راندمان و کارایی سیستم محرکه خودرو، از لحاظ ایمنی و راحتی راننده و سرنشینان نیز امکانات و قابلیت‌های ویژه‌ای را در اختیار آن‌ها قرار می‌دهند. ممکن است این سوال به ذهن شما خطور کند که این هماهنگی بین قطعات برقی خودرو چگونه به‌ وجود می‌آید. در جواب این سوال باید به سیستم مالتی پلکس در خودرو اشاره کنیم. تکنولوژی مالتی پلکس این امکان را فراهم می‌کند تا اجزای گوناگون بکار رفته در خودرو بتوانند با یکدیگر ارتباط داشته باشند و اطلاعات مورد نیاز را در شبکه قرار دهند. در این مطلب از مجله فرادرس سیستم مالتی پلکس در خودرو را شرح می‌دهیم.

سیستم مالتی پلکس چیست ؟

سیستم مالتی پلکس تکنولوژی بکار رفته در قطعات برقی خودرو است که این امکان را می‌دهد تا بین اجزای آن انتقال اطلاعات انجام شود. این تکنولوژی با هدف کاهش مقدار سیم‌کشی داخل خودرو به‌منظور کاهش هزینه تولید و کارکرد بهینه و هماهنگ بین اجزای برقی خودرو برای اولین بار در دهه هشتاد میلادی استفاده شد.

در واقع سیستم مالتی پلکس شبکه‌ای است که کنترل آن توسط قطعه‌ای الکترونیکی به نام BSI انجام می‌شود. در واقع تمامی اطلاعاتی که بین قطعات برقی خودرو که در شبکه مولتی پلکس قرار دارد منتقل می‌شود در ابتدا توسط BSI کنترل و مدیریت می‌شود. اما دلیل استفاده از سیستم مولتی پلکس چیست. در ادامه این مطلب از مجله فرادرس به این پرسش پاسخ می‌دهیم.

فیلم آموزش آشنایی با سیستم مالتی پلکس خودروهای ایرانی، فرانسه و ایرانیزه شده و عیب یابی آن در فرادرس

کلیک کنید

دلیل استفاده از سیستم مالتی پلکس چیست ؟

در گذشته سیستم‌های برقی خودرو طراحی و ساختاری ساده داشتند. علاوه بر این تعداد آن‌ها نیز محدود بود و هر کدام با سیم‌کشی مجزایی برق موردنیاز خود را از باطری خودرو تأمین می‌کردند. قطعاتی همانند استارت، چراغ‌ها، برف‌پاک‌کن و دیگر قطعات برقی هر کدام بدون این‌که ارتباطی با هم داشته باشند به‌طور مجزا وظیفه خود را در خودرو انجام می‌دادند.

اما با پیشرفت تکنولوژی و افزایش قطعات برقی در خودرو، طراحان و تولیدکنندگان خودرو متوجه شدند که اگر با همین روش به تولیدات خود ادامه دهند به تعداد انبوهی از سیم‌کشی‌های مجزا برای قطعات مختلف برقی نیاز خواهند داشت که این موضوع هزینه تولید را بسیار بالا می‌برد. از طرف دیگر با پیچیده شدن قطعات برقی، تعمیر و عیب‌یابی آن‌ها را با دشواری‌هایی روبرو می‌کرد. برای رفع این مشکل سیستم مولتی پلکس خودرو را طراحی کردند که توانست این مشکلات را حل کند.

راهکار سیستم مالتی پلکس چیست ؟

سیستم مالتی پلکس این امکان را ایجاد می‌کند که تعداد سیم‌کشی‌های بکار رفته برای قطعات برقی کاهش پیدا کند و آن‌ها بتوانند در داخل شبکه ایجاد شده با هم ارتباط داشته باشند. خودروهای امروزی دارای سیستم‌های برقی مختلفی همانند سنسورها و عملگرها و یونیت‌های کنترلی مربوطه هستند.

روز به روز نیز بر تعداد آپشن‌ها و قطعات برقی ایمنی و رفاهی در خودرو افزوده می‌شود. اگر تمامی این قطعات به‌طور مجزا کار می‌کردند، به حجم زیادی از سیم‌کشی نیاز بود که هزینه بالایی برای تولید داشت. علاوه بر این برخی از این قطعات برقی نیاز دارند تا برای کارکرد بهینه همواره با هم هماهنگ باشند و اطلاعات لازم بین آن‌ها رد و بدل شود. سیستم مالتی پلکس علاوه بر کاهش حجم سیم‌کشی، امکان انتقال اطلاعات را بین انواع سنسورها و عملگرهای خودرو ایجاد کرده است.

سیستم مالتی پلکس چگونه کار می‌کند؟

برای این‌که نحوه کارکرد سیستم مالتی پلکس را شرح دهیم در ابتدا بهتر است اجزای برقی موجود در خودرو و نحوه عملکرد آن‌ها را توضیح دهیم. بنابراین در ادامه مطلب با نحوه کارکرد سنسورها، عملگرها و ECU در خودرو آشنا می‌شویم.

فیلم آموزش برق خودرو و عیب یابی قطعات الکتریکی و الکترونیکی ماشین در فرادرس

کلیک کنید

ECU چیست؟

«واحد کنترل الکترونیکی» (Electronic Control Unit | ECU) همان‌طور که از نام آن می‌توان متوجه شد واحد الکترونیکی است که در قسمت‌های مختلفی از خودرو تعبیه می‌شود و کاربرد آن این است که عملکرد قسمت مربوطه را کنترل می‌کند. این قطعه الکترونیکی وظیفه نظارت، تنظیم و کنترل عملکرد قسمت مربوطه را بر عهده دارد.

هر قسمت از خودرو دارای ECU مخصوص به خود است که وظایف گفته شده را در آن قسمت انجام می‌دهد. برای مثال ECU موتور وظیفه نظارت، تنظیم و کنترل عملکرد موتور و ECU گیربکس اتوماتیک وظیفه نظارت، تنظیم و کنترل عملکر گیربکس اتوماتیک را بر عهده دارد. سوالی که در این‌جا ممکن است مطرح شود این است که ECU اطلاعات لازم را از چه طریقی دریافت می‌کند که در ادامه آن را توضیح می‌دهیم.

سنسور چیست؟

«حسگرها» (Sensors) قطعاتی هستند که در قسمت‌های مختلفی از خودرو نصب می‌شوند و اطلاعات مربوط به آن قسمت را به ECU مربوطه منتقل می‌کنند. به عبارت دیگر سنسورها به محرک‌های فیزیکی خودرو واکنش نشان می‌دهند. سپس اطلاعات به‌دست آمده را در به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند و آن‌ها را به ECU انتقال می‌دهند.

سیر تکامل سنسورها در خودرو

سنسورها می‌توانند در انواع مکانیکی، الکتریکی، مغناطیسی و نوری باشند. سنسورها قبل از خودروهای انژکتوری نیز در خودرو کاربرد داشتند. در آن زمان نیز سنسورهای مربوطه اطلاعات را مستقیم به راننده گزارش می‌کردند. همانند سنسور دمای آب که در خودروهای کاربراتوری اطلاعات درجه آب را مستقیم به پنل روبروی راننده انتقال می‌داد.

با پیشرفت تکنولوژی و استفاده از سیستم‌های انژکتوری که سوخت را در محفظه احتراق پاشش می‌کردند، نیاز به یونیتی الکترونیکی به نام ECU احساس می‌شد که بتواند با توجه به اطلاعاتی که از حسگرهای مختلف دریافت می‌کند و با توجه به شرایط موجود، میزان پاشش سوخت را تنظیم و کنترل کند.

بنابراین نیاز به کسب اطلاعات بیشتری همانند اطلاعات مربوط به دمای هوای ورودی، سرعت خودرو، موقعیت دریچه گاز و اطلاعات قسمت‌های دیگر بود که تمامی این قسمت‌ها به وسیله سنسورهای مربوطه اطلاعات موردنیاز را به ECU موتور منتقل می‌کردند.

با پیشرفت تکنولوژی رفته رفته سنسورهای متنوع‌تری ساخته شدند که اطلاعات متنوعی را از سیستم‌ها و بخش‌های مختلف خودرو به ECU مربوط به آن قسمت مخابره می‌کردند. با استفاده از سیستم مالتی پلکس امروزه این امکان به وجود آمده تا اطلاعات به‌دست آمده از سنسورها علاوه بر قسمت مربوطه در اختیار بخش‌های دیگر نیز قرار داده شود. در ادامه نمونه‌ای از این اشتراک‌گذاری اطلاعات را شرح می‌دهیم.

اشتراک‌گذاری اطلاعات سنسورها در سیستم‌ مولتی پلکس

با استفاده از سیستم مالتی پلکس در خودروهای امروزی سنسورها وارد فاز جدیدی از ایجاد ارتباطات شدند و اطلاعات به‌دست آمده در آن‌ها از طریق شبکه‌های داخلی خودرو توانست در اختیار قسمت‌های موردنیاز قرار گیرد. برای مثال اطلاعات سنسور‌های ترمز ضدقفل توسط شبکه در اختیار ECU گیربکس‌های اتوماتیک نیز قرار می‌گیرد تا در صورت بروز اشکال در سیستم ضدقفل با از کارافتادن سیستم گیربکس و خلاص شدن آن امنیت راننده حفظ شود.

نحوه کار به این ترتیب است که اطلاعاتی که ECU سیستم ترمز ضدقفل از سنسور ترمز دریافت می‌کند، در اختیار شبکه مالتی پلکس قرار داده می‌شود. با توجه به این‌که ECU گیربکس نیز در این شبکه به اطلاعات دسترسی دارد، با دریافت اطلاعاتی مبنی‌بر خرابی سیستم ترمز، گیربکس اتوماتیک را در حالت خلاص قرار می‌دهد تا امنیت راننده و سرنشینان را تأمین کند.

در حالتی دیگر از اشتراک‌گذاری اطلاعات سنسورها با بخش‌های دیگر خودرو می‌توانیم به چراغ‌های جلوی هوشمند اشاره کنیم که در زمان بالا و پایین رفتن خودرو در سطوح ناهموار با تنظیم نور چراغ‌های جلو باعث دید بهتر راننده می‌شود. در این حالت نیز سنسورهایی که حرکات بدنه خودرو را برای بهینه کردن سیستم ترمز و پایداری خودرو دریافت می‌کنند، اطلاعات مربوطه را در اختیار شبکه قرار می‌دهند که این اطلاعات نیز به‌نوبه خود می‌تواند برای تنظیم نور چراغ‌های جلو برای دید بهتر استفاده شود.

عملگرها در خودرو چه نقشی دارند؟

«عملگرها» (Actuators) وظیفه انجام دادن دستورات ECU را بر عهده دارند. بنابراین اطلاعاتی که از طریق سنسورها به ECU مربوطه منتقل می‌شود، توسط ECU پردازش می‌شود و با توجه به شرایط موجود، ECU به عملگر مربوطه دستور اجرا می‌دهد. عملگرها در واقع قطعاتی برقی هستند که کارهای مکانیکی، هیدرولیکی و الکتریکی مربوطه را انجام می‌دهند.

برای مثال انژکتور خودرو که وظیفه پاشش سوخت به محفظه احتراق را بر عهده دارد نوعی عملگر است که با توجه به دستوری که در زمان مناسب از ECU دریافت می‌کند عمل پاشش را انجام می‌دهد. از دیگر عملگرها می‌توان به کوئل خودرو اشاره کرد که ولتاژ موردنیاز را برای جرقه زدن شمع‌های موتور ایجاد می‌کند.

BSI چیست؟

BSI قطعه‌ای الکترونیکی است که ارتباط بین تمامی ECU های خودرو را فراهم می‌کند. قسمت‌های مختلف در خودرو همانند موتور، سیستم تهویه مطبوع، سیستم ترمز ضدقفل و گیربکس اتوماتیک هر کدام دارای ECU جداگانه مربوط به خود هستند که باعث می‌شود تا قسمت مربوطه علاوه بر کارکرد درست، با دیگر سیستم‌های خودرو در ارتباط باشد. بنابراین BSI همانند پلی است که اطلاعاتی که توسط قطعات الکترونیکی و راننده ارسال می‌شود را به عملگر یا قسمت مربوطه انتقال می‌دهد. در تصویر زیر نمونه‌ای از یک BSI را مشاهده می‌کنید.

مزایای سیستم مالتی پلکس چیست ؟

مهمترین مزیت سیستم مالتی پلکس کاهش حجم سیم‌کشی در خودرو است. البته در کنار این مزیت اصلی به موارد دیگری نیز می‌توان اشاره کرد که در ادامه آن‌ها را شرح می دهیم.

فیلم آموزش آشنایی با سیستم مالتی پلکس خودروهای ایرانی، فرانسه و ایرانیزه شده و عیب یابی آن در فرادرس

کلیک کنید

• کاهش حجم سیم‌کشی در خودرو
• امکان افزودن راحت‌تر قابلیت‌های دیگر به سیم‌کشی در طراحی‌های جدید
• سهولت در عیب‌یابی و رفع عیب قطعات برقی خودرو
• کاهش هزینه مورد نیاز برای تولید خودرو
• بالا رفتن ایمنی و دوام در سیم‌کشی مورد استفاده در خودرو

انواع شبکه‌ها در سیستم مالتی پلکس چیست ؟

سیستم مالتی پلکس شبکه‌ای را بین اجزا و قیسمت‌های برقی خودرو ایجاد می‌کند که واحدهای آن از طریق BSI به هم ارتباط پیدا می‌کنند. بر اساس نحوه پیکربندی این اجزا در کنار هم می‌توان سیستم مالتی پلکس را به دسته‌هایی تقسیم کرد که در ادامه سه نمونه را شرح می‌دهیم.

فیلم آموزش برق خودرو و عیب یابی قطعات الکتریکی و الکترونیکی ماشین در فرادرس

کلیک کنید

• شبکه ستاره‌ای: با توجه به این‌که ECU های قسمت‌های مختلف خودرو اطلاعات خود را در اختیار واحد کنترل مرکزی به نام BSI قرار می‌دهند بنابراین در این مدل از شبکه نوعی از پیکربندی استفاده می‌شود که در آن تمامی واحدهای کنترلی به‌طور مستقیم به BSI متصل می‌شوند و شبیه ستاره هستند.
• شبکه Bus: در این مدل از پیکربندی تمامی واحدهای کنترلی در بخش‌های مختلف خودرو در دو لاین ارتباطی از اطلاعات قرار دارند و اطلاعات را در شبکه از طریق این دو لاین به اشتراک می‌گذارند.
• شبکه Tree: در این مدل از پیکربندی، مجموعه‌ای از مدل ستاره‌ای و باس را داریم.

استانداردهای سیستم مالتی پلکس چیست ؟

با توجه به کشورهای تولید کننده سیستم‌های مالتی پلکس، استانداردهای متنوعی برای آن‌ها تعریف شده است که در ادامه آن‌ها را شرح می‌دهیم.

• CAN: این استاندارد در خودروهایی مانند ب‌ام‌و، بنز و فیات استفاده می‌شود و ساخت کشور آلمان است.
• VAN: بر روی محصولات رنو و پژو استفاده شده است و ساخت کشور فرانسه است.
• استاندارد Absus: خودروهای گروه فولکس واگن از این استاندارد استفاده ‌می‌کنند و محصول کشور آلمان است.
• استاندارد Proprietary: بر روی خودروهای ‌ژاپنی استفاده می‌شود و ساخت کشور ژاپن است.
• استاندارد J1850 : این استاندارد بر روی محصولاتی مانند فورد و جی‌ام استفاده می‌شود و محصول کشور آمریکا است.

CAN Bus چیست؟

شبکه CAN Bus یکی از پرکاربردترین شبکه‌های مالتی پلکسی است که در خودروهای امروزی استفاده می‌شود. اگر بخواهیم این شبکه را بهتر متوجه شویم می‌توانیم آن را همانند سیستم عصبی انسان در نظر بگیریم که در آن تمامی واحدهای کنترلی از طریق شبکه CAN Bus به هم ارتباط پیدا می‌کنند.

بنابراین شبکه CAN Bus همانند یک شبکه متمرکز عمل می‌کند که در آن یونیت‌های خودرو در شبکه با هم ارتباط دارند. با استفاده از شبکه CAN Bus قطعات خودرو می‌توانند به‌صورت هوشمندانه‌تری با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و سطح عملکرد و ایمنی خودرو را افزایش دهند. امروزه گسترش قطعات الکترونیکی به قدری افزایش یافته است که تعداد ECUها در برخی از خودروها به ۷۰ عدد می‌رسد.

با توجه به تعداد بالای ECUهای بکار رفته در خودروهای امروزی لزوم داشتن ارتباط و هماهنگی بین آن‌ها ضرورت پیدا می‌کند که این وظیفه را شبکه CAN به‌خوبی انجام می‌دهد. کاربرد شبکه CAN در خودروهای امروزی علاوه بر این‌که ارتباط بین قسمت‌های خودرو را با کمترین حجم از سیم‌کشی ممکن می‌کند،‌ افزودن بسیاری از قابلیت‌ها را به سیستم از طریق نرم‌افزار مربوطه نیز امکان‌پذیر می‌کند.

جمع بندی

در این مطلب از مجله فرادرس در ابتدا سیستم مالتی پلکس را تعریف کردیم و دلیل استفاده از آن را بیان کردیم. سپس راهکار سیستم مالتی پلکس را برای رفع مشکلات برقی در خودرو شرح دادیم. نحوه کارکرد سیستم مالتی پلکس را توضیح دادیم و برای درک بهتر چگونگی عملکرد این سیستم، قسمت‌های مرتبط با سیستم مالتی پلکس را شرح دادیم. بنابراین ECU، سنسورها و عملگرها را در خودرو توضیح دادیم و در نهایت BSI در شبکه مولتی پلکس و کارکرد آن را بیان کردیم. مزایای سیستم مالتی پلکس را شرح دادیم و به توضیح انواع شبکه‌ها در سیستم مالتی پلکس پرداختیم. استانداردهای موجود در این سیستم را بیان کردیم و در انتها شبکه CAN Bus را شرح دادیم.