نظام الكمبيوتر داخل سيارتك... كيف يعمل

متاهة من الأسلاك وأجهزة الكمبيوتر هي المفتاح لأعمق أسرار سيارتك. تعد شبكة منطقة التحكم، أو CAN، معقدة بشكل لا يصدق، ولكن إليك ما يجب أن يعرفه السائقون حول كيفية إبقاء مكونات سيارتك متصلة ببعضها البعض. في المقال التالي سوف نستعرض نظام الكمبيوتر داخل سيارتك... كيف يعمل.

نظام الكمبيوتر في السيارات.

لقد طُرح الكثير من الأسئلة حول أجزاء وقطع السيارات التي تصدر صريرا وتهتز وتنكسر. لكن لبعض الوقت الآن أصبحنا نشاهد بعض الأسئلة حول إخفاقات المكونات الإلكترونية. لذا فقد حان الوقت لمناقشة جانب غير معروف لسيارتك: شبكة الكمبيوتر الخاصة بها. في الماضي كنا نسميها النظام الكهربائي، لكن مهمتها تطورت بطريقة تتجاوز مجرد تحريك الإلكترونات فقط. تُعرف هذه الإلكترونيات بشكل جماعي بشبكة منطقة التحكم، أو CAN، ولكن على وجه التحديد، يُعرف نظام الأسلاك وبروتوكولات البرامج التي تعمل كنسيج ضام بين أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الاستشعار في السيارة باسم CANbus. يمكن أن يسمح للسيارات بأن تكون أكثر ذكاءً وأرخص ثمناً وقادرة على القيام ببعض الأشياء الرائعة التي لم تكن ممكنة لولا ذلك.

بنية تحتية للمعلومات.

قال إريك باتون، أخصائي تقني في شركة Ford، حول تعقيدات نظام الكمبيوتر في السيارات. يقول باتون: "إذا كان هناك شيء واحد يجب أن يعرفه السائقون عند ركوب السيارة، فهو أن كل شيء يبدو بسيطا، ولكن تحت الغطاء يكون معقداً بشكل لا يصدق." تصميم CAN مشابه لتصميم نظام الطريق السريع. تنتقل البيانات مثل المركبات من الطرق السريعة ذات الازدحام الشديد إلى الطرق المحلية عبر المنحدرات داخل وخارج المنحدرات. تجتاز الآلاف من نقاط البيانات هذا الطريق السريع في أي وقت على مدى أي امتداد معين ويمكنها النزول عند أي مخرج. توجد في جميع أنحاء السيارة أجهزة كمبيوتر مختلفة تسمى وحدات التحكم الإلكترونية - إشارات المرور والتقاطعات الخاصة بتشبيهنا بنظام الطريق- كل وحدة تحكم إلكترونية لها وظائف عديدة:

• التحكم في المحرك أو ناقل الحركة.
• لف النوافذ.   
• فتح الأبواب غيرها من الوظائف.

تحتوي أجهزة الكمبيوتر هذه على مستشعرات ومفاتيح موصلة بأسلاك لاكتشاف المتغيرات مثل درجة الحرارة والضغط والجهد والتسارع في زوايا مختلفة والفرملة والانعراج وتدحرج السيارة وزاوية التوجيه والعديد من الإشارات الأخرى. عندما تحتاج وحدة التحكم الإلكترونية إلى إشارة من مستشعر متصل بوحدة تحكم إلكترونية في مكان آخر في السيارة، فهذا هو المكان الذي يأتي فيه وظيفة CAN.

مثل الطريق السريع، تسمح شبكة CANbus للبيانات من جميع أجهزة الاستشعار وأجهزة الكمبيوتر بالانتقال حول السيارة في جميع الأوقات. ينقل كل جهاز كمبيوتر جميع أجهزة الاستشعار ومعلومات البرمجة الخاصة به باستمرار - ما يصل إلى 2000 إشارة تطفو حول الشبكة في أي وقت- سواء تم طلبها أم لا. في الوقت نفسه، "تستمع" كل وحدة تحكم إلكترونية إلى الشبكة لاستخراج أجزاء من المعلومات التي قد تحتاجها للقيام بعملها. لا يوجد محور مركزي أو نظام توجيه، فقط تدفق مستمر للمعلومات متاح دائمًا لوحدات التحكم الإلكترونية.

إغلاق الأبواب المنزلقة.

خذ على سبيل المثال الأبواب المنزلقة الكهربائية، وهي ميزة مشتركة في الميني فان الحديثة. يتم تشغيل هذه الأبواب بواسطة وحدة تحكم إلكترونية تسمى وحدة التحكم في الجسم. تقوم المستشعرات بإبلاغ ما إذا كان الباب مفتوحا أم مغلقا، وعندما يضغط السائق على زر لإغلاق الباب، يتم بث الإشارة من هذا المفتاح عبر الشبكة. عندما تتلقى وحدة التحكم الإلكترونية هذه الإشارة، فإنها لا تغلق الباب ببساطة. أولاً، يقوم بفحص تدفق البيانات للتأكد من أن السيارة في حالة انتظار ولا تتحرك. إذا كان كل شيء على ما يرام، فإنه يعطي أمرا لدائرة كهربائية تعمل على تنشيط المحركات المستخدمة لإغلاق الباب. ويذهب إلى أبعد من ذلك - تقوم وحدة التحكم الإلكترونية بعد ذلك بمراقبة الجهد الذي تستهلكه المحركات- إذا اكتشفت ارتفاعا في الجهد، والذي يحدث عندما يتم إعاقة الباب بواسطة حقيبة يد ضالة أو جزء من الجسم الضال، تقوم وحدة التحكم الإلكترونية على الفور بعكس اتجاه الباب لمنع الإصابة المحتملة. إذا تم إغلاق الباب بشكل صحيح، فإن المزلاج يقفل الباب كهربائيا. في الأيام الخوالي، كان من الممكن أن يكون هذا إنجازا هندسيا. كان مجرد تشغيل الأبواب كهربائيا يتطلب أسلاكا مخصصة تعمل بين ناقل الحركة ومفتاح الباب والمحرك.

قبل تطوير CAN في منتصف الثمانينيات، في كل مرة أضاف صانع سيارات ميزة إلكترونية، مثل المقاعد المدفأة، كان لا بد من إضافة أسلاك مخصصة جديدة فقط لتوصيل السخانات بمفتاح مثبت على لوحة العدادات. على مر السنين، كان هناك المزيد من الميزات يعني المزيد من الأسلاك، إلى أن كان هناك حرفياً أميال من الأسلاك في الكروم السميكة للمعصم تلتف في جميع أنحاء السيارة. مع CAN، لا يلزم توصيل سخانات المقعد والمفتاح الذي يعمل بالطاقة معا بشكل مباشر. يمكنهم ببساطة "التواصل" عبر شبكة CAN الحالية - دون الحاجة إلى أسلاك خاصة- ومع ذلك، فإن المطلوب هو بعض البرمجة الإضافية لتوصيل جميع الأجهزة بالشبكة. إنه اختيار للتحول نحو تعقيد البرمجة بدلاً من التعقيد المادي. يمكن أن تكون أنظمة الكمبيوتر جعلت تطوير البرامج أكثر صعوبة، ولكن كان لها العديد من الآثار الإيجابية أبرزها:

• توفير كبير في التكلفة للمستهلك.
• وزن أخف بكثير.    
• تقليل الاعتماد على موارد المطاط والنحاس.
• موثوقية أفضل بكثير مع عدد أقل من الأسلاك التي تنكسر بمرور الوقت.

قد تكون هذه السمات مهمة من وجهة نظر فنية، ولكن التأثير الأكثر عمقا لهذا التحول نحو البرمجة يكون على تشخيص المركبات وتحديثات البرامج.

المزيد من التطور في عالم نظام الكمبيوتر.

لم يكن تقلص مجموعة أسلاك السيارة والمزايا الأخرى الدافع الرئيسي لإنشاء CAN. مع نضوج متطلبات التلوث في أواخر السبعينيات، طالبت الإدارة الوطنية لسلامة المرور على الطرق السريعة ومجلس موارد الهواء في كاليفورنيا بطرق لمراقبة فعالية أنظمة التحكم في انبعاثات المركبات. كانت نتيجة هذا التوجيه هي بروتوكول التشخيص الموحد على متن السيارة (الآن في جيله الثاني، المعروف باسم OBD-II) الذي تطلب شبكة CAN للاتصال بكفاءة بجميع مستشعرات المحرك من أجل التشخيص الذاتي. مع هذا التوصيل البيني، يمكن لوحدة التحكم الإلكترونية المعينة مشاهدة الشبكة لبث تقارير المشكلات إلى الشبكة كرموز OBD-II. إذا اكتشفت وحدة التحكم الإلكترونية مشكلة ما، فإنها تبثها كرمز أبجدي رقمي ويتم تشغيل ضوء فحص المحرك. تقوم السيارات الحديثة بإجراء هذه الفحوصات الذاتية في أي وقت تعمل فيه السيارة. يمكن لأي شخص لديه قارئ رمز محمول التوصيل بمنفذ البيانات القياسي ذي 16 سنا في قدم السائق واسترداد رموز الأعطال. عادةً ما يشرح البحث على الإنترنت الخطأ أو على الأقل يعطي تلميحا حول المشكلة.

يكون منفذ البيانات نفسه مفيدا أيضا إذا كشفت الشركة المصنعة عن خلل في الكمبيوتر أو أرادت تعديل كيفية عمل السيارة. على سبيل المثال، قد تقوم شركة تصنيع السيارات بتطوير خوارزمية لتحولات أكثر سلاسة في ناقل الحركة. يعد تثبيته في أي سيارة عميل أمرا بسيطا مثل فني تاجر يقوم بتوصيل جهاز الكمبيوتر الخاص به بمنفذ البيانات وتحميل البرنامج الجديد. قبل CAN، كان هذا يعني استبدال وحدة التحكم الإلكترونية فعليا.