برق خودرو

برق خودرو

درخت سیم و سیستم توزیع شده ی شبه متمرکز

اتومبیل یک سامانه ی چند عامله و دارای چندین زیر سیستم است که در نبود هر یک از این اجزاء و زیر سیستمها، عملکرد کلی با اختلال روبرو می گردد. در این بین زیر سیستم مربوط به برق خودرو ویژگی خاص خود را دارد. به گونه ای که گاهی از چند قدمی راننده مانده به خودرو تا هنگامی که راننده پس از رسیدن به مقصد چند گامی از ماشین خود دور می شود، زیر سیستم برق خودرو فعال می باشد.

البته خودروهای خاصی مانند برخی ماشینهای ماجراجویی و آفرود و خودروهای نظامی خاص منظوره، حداقل وابستگی را به برق دارند؛ و به همین میزان از برخی ویژگی های کنترلی، رفاهی و کارایی خودروهای پیشرفته تر با حداکثر نقش برق خودرو در آنها، بهره مند نیستند.

برق خودرو یک سیستم توزیع شده ی نسبتاً متمرکز است که اجزای آن به بهترین وجه و مطابق نظر طراحان جانمایی شده و توسط یک سیم کشی و کابل کشی منحصر به فرد و دقیق، موسوم به درخت سیم، سر از جای جای خودرو در آورده است.

اینکه تعبیر نسبتاً متمرکز به کار برده شده است، به این دلیل است که در برخی موارد مدیریت هر بخش از برق خودرو به عهده ی یک پردازنده ی محلی گذاشته می شود و در بسیاری از خودروهای قدیمی، چیزی به عنوان مدار پردازنده کنترلی مرکزی نداریم؛ بلکه به جای آن بخش هایی مانند کنترل کننده ی تعلیق، یا کنترل کننده ی ترمز، یا مدیریت سوخت طراحی شده است.

حتی در خودروهای جدید، مواردی چون کامپیوتر سوخت و هوا، کامپیوتر تعلیق، کامپیوتر جعبه دنده و … وجود دارد. هر چند استقرار و همه گیر شدن ECU در خودروها، تا حد زیادی کنترل و مدیریت برق خودرو را متمرکز نمود.

در شکل زیر شماتیکی از درخت سیم یک خودرو که به صورت مویرگی به تمام اجزاء ماشین رسیده است، نمایش داده شده است.

 

همانگونه که در شکل مشخص است، تمرکز و چگالی سیم های مربوط به برق خودرو در اطراف انجین، و در معبر ورود از انجین به اتاق و مسیر عبور از اتاق بیشتر است. با دقت در این شکل مشخص می شود تقریبا همه جای خودرو به غیر از شیشه ها، از جمله محوطه ی انجین، سپرها، تعلیق، ستون ها و بدنه، گلگیرها و زه ها، صندوق عقب و درب ها و … محل عبور کابل و سیم واقع شده است.

حتی در برخی خودروها، شیشه ها نیز به دلیل نصب سنسور تخمین قطرات باران، یا گرمکن شیشه، به نحوی به برق خودرو مرتبط می شود.

اجزاء و زیرسیستمها: مولد و ذخیره ساز

در ادامه با اجزاء مختلف مرتبط با برق خودرو آشنا می شویم. نخستین جزء مهم، تولید کننده ی برق و مولد آن است. در ماشین آن را اصطلاحاً دینام یا آلترناتور می نامند که وظیفه دارد دوران شفت انجین را از طریق تسمه و فولی مناسب، به انرژی الکتریکی تبدیل نماید و بدیهی است مادامی که موتور کار می کند، این تبدیل و تولید انرژی در جریان است. در حین عملکرد انجین ماشین، دینام غیر از تامین نیاز برق خودرو، وظیفه ی مهم شارژ باتری را نیز به عهده دارد.

جزء مهم دیگر همین باتری است که ذخیره کننده انرژی الکتریکی برای استارت می باشد. در کنار باتری و دینام، به شارژر و مدار آن نیز نیاز است. پس تاکنون انرژی الکتریکی هم به صورت تولید دینامیک حین عملکرد انجین و هم به صورت ذخیره و شارژ شده در باتری، مهیا است.

اجزاء و زیرسیستمها: مصرف کننده ها و کنترل کننده ها و نمایشگرها

مابقی اجزاء برق خودرو بیشتر متوجه مصرف کننده ها و ادوات کنترلی و تجهیزات اعلام کننده می باشد که به توضیح هر یک پرداخته می شود. انواع کلیدهای کنترلی، به صورت On و OFF، پتانسیومترهای تنظیمی، فیوزها و رله ها، از جمله ی تجهیزات کنترلی برق خودرو محسوب می شوند.

کلیدهای روشن و خاموش، وظیفه ی قطع و وصل کردن جریان برق به مصرف کننده ها را دارند. پتانسیومترها تنظیم کننده هستند و بیشتر اوقات برای تیونینگ شدت روشن بودن یک مصرف کننده کاربرد دارند. فیوزها در صورت جریان کشی زیاد یک مصرف کننده یا یک اسپایک جریان بالا، خود به خود سوخته و مسیر جریان بالای آسیب رسان را قطع می کنند.

رله ها نیز با دریافت فرامین کنترلی ضعیف، دستورات کنترلی قوی و جریان بالا را برای مصرف کننده تامین می نمایند. تجهیزات اعلام کننده نیز بخش مهمی در برق خودرو می باشند.

تمام گیجها و نمایشگرها به صورت عددی و رقومی یا عقربه ای، اعم از آنالوگ یا دیجیتال از این دسته هستند که با دریافت خروجی بازخورد سیگنال ضعیف از سنسورها یا حسگرها، این مقادیر را یا به صورت جریانی – با تحریک مکانیسم عقربه و کویل مغناطیسی و فنر – و یا به صورت نمونه برداری ولتاژی و نمایش دیجیتال رقومی نمایش می دهند.

جزء لاینفک گیجها و نمایشگرها، سنسورها و حسگرها هستند که خوراک نمایش و پردازش را فراهم می نمایند. سنسورها و حسگرها نیز از جمله اجزاء بسیار مهم در برق خودرو می باشند. این سنسورها، مقادیری مانند دما، فشار، دور موتور و دوران شفت، سرعت، میزان دوران پتانسیومتر و … را اندازه گیری می کنند. برخی سنسورها خود دارای یک مدار تطبیقی بوده و یک ماژول محسوب می شوند.

در اینجا لازم است به نقش کانکتورها در برق خودرو اشاره شود که اتصال مولدها، ذخیره کننده ها، مصرف کننده ها، کنترل کننده ها و حسگرها و نمایشگرها به درخت سیم، همگی از طریق اتصالات کانکتوری است و بعضاً خرابی همین کانکتورها، سبب خطا خواهد بود.

تقریباً مابقی تجهیزات متصل به درخت سیم، مصرف کننده ها هستند. مواردی مانند نور و روشنایی، اعم از داخل اتاق یا بیرون آن و اعم از روشنایی پر قدرت یا روشنایی علایمی، از این دسته هستند. انواع فن های موجود در خودرو که با الکتروموتور کار می کنند نیز مصرف کننده هستند.

در ماشینهای کولر دار، کمپرسور نیز از جمله ی مصرف کننده ی عمده ی توان محسوب می شود. استارتر انجین که یک الکتروموتور قوی است، از جمله ی اصلی ترین مصرف کننده ها می باشد.

اجزاء دیگری نظیر بالابر شیشه، ضبط و پخش صوت و تصویر، مکانیسم ایربگ، انواع استپ موتورها، انواع پمپها مانند آب و روغن و شیشه شور، برف پاک کن، برخی اجزاء مرتبط با ترمز و تعلیق، خنک کننده ها، فندک، گرمکن صندلی، خود صندلی برقی، ساعت، بوق، پمپ بنزین و مکانیسم سوخت رسان، دزدگیر، قفل مرکزی، آنتن برقی، آینه های برقی کنترل پذیر، چشمی دنده عقب و دوربین و … همگی از جمله ی مصرف کننده در سیستم برق خودرو می باشند.

مهمترین مصرف کننده برق خودرو، انجین است. برق تولیدی در کوئل به حدود 7000 ولت می رسد؛ به عبارتی کوئل یک ترانسفورمر افزاینده و در عین حال اینورتر است. این ولتاژ بالا از طریق وایر به شمع می رسد تا فرایند جرقه زنی رخ دهد.

این فرایند بسیار مهمی در عملکرد انجین است. انژکتورهای جایگزین کاربراتور خودروهای قدیمی، و ECU به عنوان مغزافزار کنترل کننده ی خودرو، با کانکتور مناسب روی درخت سیم خودرو هستند.

خودروهای دارای immobilizer، راننده با وارد کردن سوئیچ به ignition، عملا شرایط یک مکالمه ی برد کوتاه صنعتی مبتنی بر RFID را فراهم می کند و در صورت تطابق پروتکلی، immobilizer مجوز استارت خوردن انجین را صادر می کند. مکانیسم این رمزگشایی و مکالمه ی صنعتی، نیز یکی از بخشهای مهم در برق خودرو است.  

در شکل زیر اجزای سیستم برق خودرو نمایش داده شده که به بخشهایی مانند گرمکن شیشه عقب، پمپ شیشه شور، بخاری، دینام، فن، باتری، لامپ جلو، راهنما،برف پاک کن ، جعبه فیوز، باتری و … نمایش داده شده است.

 

در شکل زیر جعبه فیوز خودرو نمایش داده شده است. معمولا در مجاورت جعبه فیوز، برخی رله های قدرت با آسیب پذیری و خرابی بیشتر، به منظور سهولت در دسترسی و تعویض جانمایی می شوند.

 

در شکل زیر کانکتورهای برق خودرو به صورت شماتیک نمایش داده شده که اکسید شدن آنها و یا لق شدن آنها، مسبب قطع و وصل و خطا در سیستم خواهد بود.

در شکل زیر تعدادی از فیوزهای در مسیر جریان برق خودرو نشان داده شده است. روی هر فیوز آمپراژ نامی قابل تحمل فیوز نوشته شده است.  

عیب یابی و تعمیرات

دقت داشته باشید برای تعمیرات و عیب یابی برق خودرو، به تجهیزات اندازه گیری مناسب و کافی نیاز دارید. بدون داشتن این تجهیزات اندازه گیری، به سراغ عیب یابی و تعمیرات نروید.  

عیب یابی و تعمیرات سیستم، به غیر از تجهیزات و ابزار اندازه گیری، به مهارت و دانش فنی و تجربه نیاز دارد؛ بدون این مهارت و دانش، ایرادات و عیوب شاید لاینحل جدیدی به مشکلات قبلی اضافه می شود.

یکی از رویکردهای افزایش دانش فنی و یافتن اشراف، نقشه خوانی مدارات برق ماشین است که در شکل زیر یک نمونه از این نقشه ها، گویای ارتباط  باتری، رله، سنسور دمای آب، فن، سوئیچ و … ارائه شه است.  

در تصاویر زیر، اجزای برق اتومبیل، به صورت شماتیک و شبیه سازی شده نمایش داده شده است. گیجها، ECU، جعبه فیوز، شمعها، کوئل و دلکو، لامپها و … نمایش داده شده اند.