به گزارش خبرنگار خودرو تابناک؛اگر یک خودرو مربوط به دهه ۱۹۵۰ را کنار یک خودروی امروزی پارک کنید، اولین چیزی که به چشم میآید تفاوت ظاهر، ابعاد یا طراحی بدنه است. اما تفاوت واقعی جایی دیده نمیشود که چشم انسان بتواند آن را ببیند. در یک طرف، مجموعهای از چرخدندهها، اهرمها، فنرها، کابلها، رلهها و قطعات مکانیکی قرار دارد که تقریباً تمام رفتار خودرو را تعیین میکنند و در طرف دیگر، شبکهای از پردازندهها، سنسورها، نرمافزارها و واحدهای کنترل الکترونیکی قرار گرفته که حتی سادهترین خودروهای امروزی را مدیریت میکنند.
خودروهای قدیمی برای فهمیدن اینکه موتور چقدر سوخت لازم دارد، تا حد زیادی به مکانیک متکی بودند. راننده پدال گاز را فشار میداد، دریچه باز میشد، کاربراتور سوخت و هوا را با نسبت مشخصی مخلوط میکرد و موتور کار خودش را انجام میداد. اگر هوا سرد بود، راننده باید از ساسات استفاده میکرد؛ اگر ارتفاع تغییر میکرد، شرایط مخلوط سوخت و هوا عوض میشد و اگر موتور به تنظیم احتیاج داشت، مکانیک سراغ پیچها، ژیگلورها، دلکو و مجموعهای از قطعات مکانیکی میرفت.
آن دنیا سادهتر بود، اما دقیقتر نبود.
مشکل اصلی همینجا بود. موتور احتراق داخلی برای اینکه هم قدرت مناسب تولید کند، هم مصرف سوخت قابل قبولی داشته باشد و هم آلایندگیاش پایین بماند، به کنترل بسیار دقیقی روی مقدار سوخت، زمان جرقه و نسبت هوا به سوخت نیاز دارد. سیستمهای مکانیکی میتوانستند بخشی از این کار را انجام دهند، اما هرچه استانداردهای آلایندگی سختتر شد و مهندسان به دنبال مصرف کمتر و قدرت بیشتر رفتند، محدودیت مکانیک خودش را نشان داد.
اولین تلاشها برای الکترونیکی کردن کنترل موتور خیلی زودتر از چیزی که تصور میکنیم آغاز شد. در سال ۱۹۵۷، سیستم Bendix Electrojector بهعنوان یکی از نخستین سامانههای تزریق سوخت الکترونیکی برای خودروهای تولیدی مطرح شد و قرار بود روی Rambler Rebel شرکت American Motors عرضه شود. این سیستم به جای آنکه مقدار سوخت را صرفاً با مکانیزمهای مکانیکی تعیین کند، از مدارهای الکترونیکی برای کنترل انژکتورها استفاده میکرد. مشکل، اما این بود که الکترونیک آن دوران هنوز برای تحمل گرما، لرزش و شرایط سخت محفظه موتور به اندازه کافی قابل اعتماد نبود.
چند سال بعد، این ایده دوباره جان گرفت. بوش در سال ۱۹۶۷ سیستم D-Jetronic را معرفی کرد؛ یکی از نخستین سامانههای تزریق الکترونیکی بنزین که توانست در مقیاس قابل توجه وارد خودروهای تولیدی شود. این فناوری بعدها در محصولات برندهای مختلفی مانند فولکسواگن، مرسدسبنز، پورشه، سیتروئن، ساب و ولوو مورد استفاده قرار گرفت.
اما هنوز چیزی که امروز از آن به عنوان ECU میشناسیم، به شکل کامل وارد صحنه نشده بود.
نقطه عطف اصلی در دهه ۱۹۷۰ اتفاق افتاد؛ زمانی که صنعت خودرو با دو دشمن جدی مواجه شد: بحران سوخت و قوانین سختگیرانهتر آلایندگی. موتورهای بزرگ آمریکایی که سالها با حجم بالا و کاربراتورهای پیچیده کار کرده بودند، دیگر نمیتوانستند بدون تغییر جدی ادامه دهند. خودروساز باید موتوری میساخت که در شرایط مختلف بتواند دقیقتر سوخت و جرقه را کنترل کند. اینجا بود که یک قطعه کوچک از دنیای الکترونیک وارد قلب خودرو شد: میکروپردازنده.
فورد در همین دوره سیستم Electronic Engine Control یا EEC را توسعه داد. EEC اولیه از پردازنده ۱۲ بیتی TLCS-۱۲ ساخت توشیبا استفاده میکرد و تولید آن در میانه دهه ۱۹۷۰ آغاز شد. هدف اصلی، کنترل دقیقتر موتور و کمک به رعایت الزامات جدید مصرف سوخت و آلایندگی بود.
جنرال موتورز نیز مسیر مشابهی را دنبال کرد. در سال ۱۹۷۷، سیستم MISAR در Oldsmobile Toronado به کار رفت و طبق مقاله فنی منتشرشده توسط SAE، این خودرو نخستین خودروی تولیدی بود که به یک میکروپردازنده دیجیتال مجهز شد. وظیفه این سیستم، مدیریت دقیق زمان جرقه بود؛ یعنی همان لحظهای که شمع باید جرقه بزند دیگر فقط به دلکو و مکانیزمهای مکانیکی وابسته نبود و یک پردازنده میتوانست بر اساس اطلاعات سنسورها تصمیم بگیرد.
این اتفاق شاید امروز ساده به نظر برسد، اما از نظر مهندسی یک تغییر پارادایم بود.
تا قبل از آن، مهندس باید یک مکانیزم طراحی میکرد که در شرایط مختلف رفتار مورد نظر را ایجاد کند. با ورود پردازنده، بخشی از این رفتار از سختافزار به نرمافزار منتقل شد. به زبان ساده، خودرو دیگر مجبور نبود برای هر رفتار جدید یک مجموعه قطعه مکانیکی جدید داشته باشد. میتوانست اطلاعات را از سنسورها دریافت کند، آنها را پردازش کند و بر اساس برنامهای که در حافظه دارد، فرمان مناسب را صادر کند.
این همان لحظهای بود که خودرو آرامآرام «قابل برنامهریزی» شد.
تصور کنید موتور در حال کار است. یک سنسور دمای مایع خنککننده را اندازه میگیرد، سنسور دیگری موقعیت دریچه گاز را گزارش میکند، سنسور دور موتور سرعت چرخش میللنگ را به ECU میدهد و سنسورهای دیگر اطلاعات مربوط به فشار، اکسیژن و شرایط کاری موتور را منتقل میکنند. ECU همه این اطلاعات را کنار هم قرار میدهد و در کسری از ثانیه تصمیم میگیرد چه مقدار سوخت تزریق شود و جرقه دقیقاً چه زمانی اتفاق بیفتد.
این فرآیند امروز آنقدر عادی شده که تقریباً هیچ رانندهای به آن فکر نمیکند. اما زمانی همین تصمیمها توسط مجموعهای از قطعات مکانیکی گرفته میشد.
در سال ۱۹۷۹، بوش یکی از مهمترین قدمهای تاریخ الکترونیک خودرو را برداشت و سیستم Motronic را وارد تولید کرد. Motronic یک سیستم دیجیتال مدیریت موتور بود که کنترل تزریق سوخت و زمان جرقه را در یک واحد کنترل مشترک ترکیب میکرد. بوش این فناوری را نخستین سیستم دیجیتال مدیریت موتور خود معرفی میکند که امکان برنامهریزی مجدد و تطبیق نرمافزاری آن با کاربردهای مختلف وجود داشت. نخستین خودروی تولیدی مجهز به Bosch Motronic نیز BMW ۷۳۲i بود.
از اینجا به بعد، کامپیوتر دیگر یک مهمان عجیب زیر کاپوت نبود؛ تبدیل به یکی از اجزای اصلی خودرو شد.
جالب اینکه ورود کامپیوتر فقط برای سریعتر کردن خودرو اتفاق نیفتاد. اتفاقاً یکی از مهمترین دلایل آن، محدودیتهای زیستمحیطی بود. قوانین جدید آلایندگی به خودروسازان فشار میآوردند که موتور را در شرایط مختلف با دقت بیشتری کنترل کنند. سیستمهای الکترونیکی اجازه میدادند نسبت هوا و سوخت دقیقتر تنظیم شود و در کنار مبدل کاتالیستی و سنسور اکسیژن، کنترل آلایندگی بسیار مؤثرتری شکل بگیرد. بوش نیز تأکید میکند که قوانین سختگیرانهتر آلایندگی نقش مهمی در پیروزی تزریق الکترونیکی بر سیستمهای مکانیکی داشتند.
اما موتور تنها بخش خودرو نبود که کامپیوتری شد،در اواخر دهه ۱۹۷۰ و اوایل دهه ۱۹۸۰، واحدهای الکترونیکی یکییکی به بخشهای مختلف خودرو راه پیدا کردند. سیستم ترمز ضدقفل ABS، کنترل کیسه هوا، کنترل گیربکس، سیستم تهویه، تجهیزات رفاهی و بعدتر کنترل پایداری الکترونیکی، هر کدام به نوعی به پردازنده و نرمافزار وابسته شدند. بوش سیستم ABS را از سال ۱۹۷۸ و واحد کنترل الکترونیکی ایربگ را از سال ۱۹۸۰ وارد تولید کرد.
این یعنی خودرو دیگر یک کامپیوتر نداشت؛ کمکم به مجموعهای از کامپیوترها تبدیل شد،در دهه ۱۹۸۰ حتی مفهوم «کامپیوتر داخل خودرو» از مدیریت موتور فراتر رفت. تویوتا و شرکت Denso در همان دوران روی سیستمهایی کار کردند که اطلاعات سفر، نمایشگر دیجیتال، عیبیابی و امکانات اطلاعاتی را وارد کابین میکردند. نمونههایی مانند Toyota Soarer در دهه ۱۹۸۰ نشان دادند که نمایشگر دیجیتال و سیستمهای اطلاعاتی قرار است بخش مهمی از آینده کابین خودرو باشند.
اما انقلاب واقعی در جایی اتفاق افتاد که ECUها شروع کردند به صحبت کردن با یکدیگر،وقتی خودرو فقط یک ECU داشت، مسئله سادهتر بود. اما با اضافه شدن کنترل موتور، گیربکس، ABS، ایربگ، تهویه، فرمان برقی، سیستم صوتی و سایر تجهیزات، نیاز به یک شبکه ارتباطی درون خودرو ایجاد شد. این مسیر در نهایت به شبکههایی مانند CAN Bus رسید که امکان انتقال اطلاعات میان واحدهای کنترل مختلف را فراهم میکردند.
از این لحظه، خودرو به چیزی شبیه یک شبکه کامپیوتری متحرک تبدیل شد،وقتی سنسور سرعت چرخ اطلاعاتی را در اختیار ABS قرار میدهد، همان اطلاعات میتواند برای کنترل کشش، کنترل پایداری و حتی سیستمهای کمکراننده مورد استفاده قرار گیرد. وقتی ECU موتور اطلاعات گشتاور را تولید میکند، گیربکس میتواند از آن برای انتخاب دنده مناسب استفاده کند. وقتی سیستم ایربگ شتاب شدید را تشخیص میدهد، میتواند در چند میلیثانیه تصمیم بگیرد که کدام کیسه هوا یا پیشکشنده کمربند باید فعال شود.
اینجا دیگر صحبت از «کامپیوتر داخل خودرو» نیست؛ صحبت از یک معماری الکترونیکی کامل است،تفاوت خودروهای قدیمی و جدید را میتوان دقیقاً در همین نقطه فهمید. در یک خودروی کلاسیک، اگر راننده احساس میکرد موتور خوب کار نمیکند، احتمالاً باید سراغ شمع، کاربراتور، دلکو، فیلتر هوا یا تنظیمات مکانیکی میرفت. در یک خودروی امروزی، همان مشکل میتواند مربوط به سنسور اکسیژن، سنسور فشار، انژکتور، دریچه گاز برقی، سیمکشی، شبکه CAN، نرمافزار ECU یا حتی ارتباط میان دو ماژول باشد.
به همین دلیل، شغل مکانیک هم تغییر کرد.
مکانیک قدیمی با آچار و گوش و تجربه کار میکرد. مکانیک امروزی علاوه بر ابزار مکانیکی، به دستگاه دیاگ، اسیلوسکوپ، نرمافزار، نقشه سیمکشی و دانش الکترونیک نیاز دارد. خودرو دیگر فقط چیزی نیست که بتوان آن را باز کرد و قطعه خراب را پیدا کرد؛ گاهی مشکل اصلی در چند خط کد یا ارتباط ناقص میان دو واحد کنترل پنهان شده است؛ و این تازه شروع داستان بود.
امروز خودروهای جدید از ECUهای متعدد و پردازندههای قدرتمند استفاده میکنند و بسیاری از عملکردهایی که زمانی مستقل بودند، به شکل یکپارچه مدیریت میشوند. سیستمهای ترمز، قوای محرکه، فرمان، تعلیق، دوربینها، رادارها، نمایشگرها و سامانههای کمکراننده همگی بخشی از معماری الکترونیکی خودرو هستند.
در خودروهای برقی این وابستگی حتی بیشتر شده است. موتور احتراقی دیگر وجود ندارد که مرکز ثقل مهندسی خودرو باشد، اما به جای آن، کنترلر موتور الکتریکی، مدیریت باتری، اینورتر، سیستم مدیریت حرارتی و نرمافزارهای متعدد وارد میدان شدهاند. به همین دلیل، وقتی امروز درباره «خودروی نرمافزارمحور» صحبت میکنیم، در واقع از ادامه همان مسیری حرف میزنیم که در دهههای ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ با چند میکروپردازنده ساده آغاز شد.
امروز حتی مفهوم خودرو بهعنوان یک محصول ثابت نیز در حال تغییر است. خودروساز میتواند بخشی از قابلیتهای خودرو را با بهروزرسانی نرمافزاری تغییر دهد؛ همان کاری که زمانی برای انجامش باید قطعهای مکانیکی تعویض میشد یا خودرو به طور کامل تغییر میکرد.
کامپیوتر فقط موتور را دقیقتر نکرد. فقط مصرف سوخت را پایین نیاورد و فقط آلایندگی را کاهش نداد. ورود پردازنده و نرمافزار باعث شد تعریف خودرو تغییر کند. خودرو از یک محصول مکانیکی به یک سیستم الکترومکانیکی و سپس به یک پلتفرم نرمافزاری تبدیل شد.
از Rambler Rebel و تلاش ناموفق Electrojector در دهه ۱۹۵۰ تا D-Jetronic در دهه ۱۹۶۰، از نخستین میکروپردازندههای کنترل موتور در دهه ۱۹۷۰ تا Motronic و سپس شبکههای پیچیده الکترونیکی خودروهای امروزی، مسیر طیشده کمتر از یک قرن طول کشیده است.
امروز وقتی راننده پشت فرمان مینشیند و فقط با فشار دادن یک دکمه موتور را روشن میکند، شاید تصور کند خودرو همیشه همینقدر ساده بوده است. اما پشت همین حرکت ساده، دهها واحد کنترل، صدها سنسور و میلیونها خط کد قرار گرفتهاند،خودرو زمانی با آچار ساخته و با گوش تعمیر میشد؛ امروز با نرمافزار تعریف میشود و با داده عیبیابی میشود.
شاید مهمترین انقلاب صنعت خودرو هم نه زمانی اتفاق افتاد که موتور قویتر شد، نه وقتی توربو آمد و نه حتی زمانی که خودرو برقی شد؛ بلکه همان روزی آغاز شد که مهندسان تصمیم گرفتند بخشی از مغز خودرو را از فلز و فنر و چرخدنده جدا کنند و به یک تراشه سیلیکونی بسپارند.
از همان لحظه، خودرو دیگر فقط یک ماشین نبود.
