اعتمدت السيارات منذ بداية تصنيعها على نظام أوتوماتيكي يتحكم بأجزائها، وهذا النظام لا يهدف إلى توفير الوقود أو تقليل أضراره على البيئة، وإنما إلى زيادة سرعة المحرك وقوته، وبدأ التحول نحو صناعة الأجزاء الإلكترونية منذ سبعينيات القرن الماضي، لتتطور تدريجيًّا حتى أصبحت تحتوي على كمبيوترات معقدة تتحكم بأدق أجزاء السيارة وتفاعلاتها ووظائفها المختلفة، وفي هذا المقال سنطرح وظيفة كمبيوترات المحرك على وجه الخصوص، ومبدأ عمل كمبيوترات المحرك المختلفة في وظيفتها والمتشابهة في طريقة عملها، وأنواع كمبيوترات السيارة الأخرى.
وظيفة كمبيوترات محرك السيارة
يطلق على كمبيوترات السيارة التي تتحكم بالوظائف المتعلقة بالمحرك وتشغيله عدة أسماء؛ كوحدة التحكم بالمحرك (ECU/ECM)، ووحدة التحكم بمجموعة القيادة (PCM)، ومع وجود فرق في الاسم إلا أنها كلها تتحكم بعمليات المحرك وتراقب التنسيق فيما بين أجزاء السيارة عند تغير ظروف القيادة طوال فترة تشغيل السيارة، لتحافظ على كفاءة المحرك على أفضل وجه، وهي المسؤولة عن العمليات التالية:
- تنظيم عملية حقن الوقود، والتحكم بالمحاقن.
- التحكم بشمعات الإشعال (البواجي).
- تغيير سرعة السيارة في أثناء التوقف المؤقت (Idle) بشكل مناسب.
- إعطاء تنبيهات للسائق عند حصول عطل في نظام المحرك، من خلال إظهار رسالة مضيئة (Check engine)على لوحة القيادة.
- مراقبة نظام الإشعال.
- توصيل الأوامر الإلكترونية الكهربائية لنظام نقل الحركة ونظام الكامات (Camshaft).
- تلقّي المعلومات من حساسات السيارة المختلفة للقيام بالعمليات السابقة، كحساس الأكسجين، وضغط الهواء، والحرارة، وحساس وضعية بوابة الهواء للصمام الخانق (Throttle) وحساس تصفيق المحرك (Knock Sensor)، وغيرها لتشغيل المحرك بفاعلية وتقليل العوادم لأكبر كمية ممكنة.
- تعديل وظائف المحرك بشكل بسيط يناسب البيئة التي تقاد السيارة فيها، وطريقة السائق في قيادتها، وذلك بفضل قدرتها على التعلم الذاتي.
مبدأ عمل كمبيوتر محرك السيارة
يحتوي كمبيوتر السيارة على عدد كبير من المعالجات من نوع 32 بت/40 ميجا هرتز، التي قد يصل عددها إلى 50 معالجًا في السيارة الواحدة، وهي تعالج العمليات الحسابية المعقدة لتتحكم بوظائف المحرك المختلفة بطريقة فعالة دون الحاجة لمعالجات أكبر كما في الكمبيوترات الاعتيادية خارج السيارة، ومن الجدير بالذكر أنه كلما زاد عدد المعالجات زادت كفاءة السيارة ومحركها، وتستطيع المعالجات إتمام هذه العمليات بالاستعانة بالأجزاء التالية:
1. مُخرِجات رقمية عالية المستوى (High-level digital outputs)
تحتاج كمبيوترات السيارة إلى هذه المُخرِجات التي تعمل كمفتاح كهربائي يغلق ويفتح الدوائر الكهربائية التي تتحكم بشمعات الإشعال، وفتح محاقن الوقود وإغلاقها، وتشغيل مروحة تبريد المحرك وإطفائها.
2. مُحوِّلات الإشارات الرقمية إلى التناظرية (Digital-to-analog converters)
تعتمد أجزاء المحرك على طاقة جهد كهربائي تناظري تتحكم في دوائرها، لذلك تحتاج كمبيوترات السيارة الرقمية إلى هذه المحولات لتغيير الإشارات الرقمية إلى إشارات تناظرية.
3. مُعدِّلات الإشارات (Signal conditioners)
وهي الجزء المسؤول عن تحويل مقدار الإشارات القادمة أو الداخلة من وإلى الحساسات إلى مقدار يناسب المحولات، فعلى سبيل المثال إذا كان المحوِّل الخاص بحساس الأكسجين يستطيع قراءة إشارة من -1 فولت إلى -5 فولت، ولكن الإشارات القادمة من الحساس عادة ما تكون بين 0- و-1.1، فإن هذه المعدِّلات تغيرها إلى المقدار المناسب.
4. شرائح التواصل (Communication chips)
وهي الشرائح المسؤولة عن تطبيق وتفعيل قوانين التواصل المبرمجة فيما بين أجزاء المحرك، أشهرها حاليا هو نوع (controller-area networking/CAN).
أنواع كمبيوترات السيارة
تحتوي السيارة على عدة أنواع من الكمبيوترات التي تصنف إلى فئات رئيسية تنتمي لها وفق الوظيفة المسؤولة عنها، وهي كالتالي:
1. الكمبيوترات المسؤولة عن الأمان (Safety Computers)
تحتوي كل سيارة حديثة على كمبيوترات تحافظ على أمان السيارة كأنظمة منع قفل الفرامل (ABS) ونظام التحكم بالاستقرار الكهربائي (stability control)، وهي تؤدي العمليات المتعلقة بالحفاظ على سلامة السيارة والركاب، كتشغيل جهاز الإنذار عند محاولة فتح السيارة دون مفتاح، أو نفخ الأكياس الهوائية المنتشرة في أجزاء السيارة خلال جزء من الثانية من ارتطامها بجسم صلب.
2. الكمبيوترات المسؤولة عن أداء السيارة (Performance Computers)
تساعد هذه الحواسب في تحسين أداء السيارة بسبب فاعليتها في التحكم بمقدار البنزين الداخل إلى المحرك وإدخال كمية الهواء المناسب وغيرها من الوظائف، وهي الحواسب المذكورة في العناوين السابقة.
3. الكمبيوترات المسؤولة عن الكماليات (Convenience Computers)
تتنوع الكماليات في السيارات الحديثة التي أصبحت جزءًا أساسيًّا منها، والتي يمكن التحكم بها باستخدام كمبيوترات مختلفة، كأزرار النوافذ، وأقفال الأبواب، والإضاءة السيارة، وماسحات الزجاج الأمامي، ونظام التحكم بالحرارة والهواء، ونظام التسلية كمشغلات الأقراص المدمجة، وشاشات عرض المعلومات الخاصة بالبنزين والسرعة وغيرها.
4. الكمبيوترات التشخيصية (Diagnostic Computers)
وهي الكمبيوترات الموجودة في السيارات الحديثة التي تؤدي وظيفة تشخيصية بجانب وظيفتها الأساسية، كتسجيل أي أعطال في أداء السيارة على شكل أرقام ورموز يستطيع المختصون معرفتها؛ وذلك لتسهيل تشخيص المشكلة ومعالجتها، هذا إلى جانب قدرتها على معرفة كمية العوادم الصادرة، وضغط المحرك وغيرها من العمليات الكهربائية في السيارة.
