تهيه و تاليف: مهندس لاله قانع شركت سازه‌گستر سايپا
 LALEHGHANEH@HOTMAIL.COM
تصور كنيد با خودروي مدرن خود در يكي از اتوبان‌هاي پرتردد تهران در حالي كه روي مسيري مشخص با سرعت ثابت km/h 112 به فاصله 750 سانتي‌متري از خودروهايي كه كنترلشان با يك خط ديجيتالي صورت مي‌گيرد، رانندگي مي‌كنيد. دكمه‌اي را روي فرمان فشار مي‌دهيد و نقشه‌اي جلوي ديدگان شما ظاهر مي‌شود كه مكان فعلي، مقصد، همچنين فاصله و زمان تقريبي رسيدن به آن را نشان مي‌دهد. شماره تلفن دفتر كارتان را براي حسگري كه فقط به صداي شما حساس است مي‌خوانيد و با گوشي تلفن سبك و كلاه مانندي، با رئيس دفترتان در مورد تغييرات قراردادي كه اميد به انعقاد آن را داريد صحبت مي‌كنيد، به محض پايان دستور اعمال تغييرات بر قرارداد، نسخه جديد آن از پرينتر نزديك كنسول ماشين چاپ و به شما تحويل داده مي‌شود. همسرتان در كنار شما با كامپيوتري كه از طريق راديو به اينترنت وصل است به دوستش ايميل مي‌زند، پسرتان روي صندلي عقب در حال تماشاي فيلم است و دخترتان تكاليف رياضي‌اش را از طريق يك لينك ويدئويي كه به مدرسه‌اش متصل است، انجام مي‌دهد.

بعد از اتمام مكالمه تلفني‌تان، سيستم سرگرمي خودروي شما به صورت خودكار با صداي متناسب با ميزان سر و صداي بيرون به پخش موسيقي مي‌پردازد، سپس با فشار دكمه‌اي موسيقي را به درس آموزش افعال ربطي در زبان فرانسه تبديل مي‌كنيد كه ناگهان صداي آن قطع و اين پيغام شنيده مي‌شود:

«با سرعت فعلي تنها براي مسافت 80 كيلومتر سوخت داريد، فاصله شما تا مقصد 36 كيلومتر است» و پيشنهاد مي‌دهد: «وقتي از اتوبان خارج مي‌شويد در پمپ بنزيني كه در فاصله 500 متري مقصد شماست و كارت اعتباري شما را مي‌پذيرد سوخت‌گيري كنيد» و يادآوري مي‌كند: «كارت اعتباري‌تان به محض آن كه شيلنگ بنزين در باك ماشين قرار گيرد، فعال مي‌شود.» و بعد پيغام مي‌دهد: «چرخ سمت چپ خودروي شما كم باد است» و پيشنهاد مي‌دهد: «... بعد از اين پيغام درس فرانسه شما دوباره پخش مي‌شود تا اين كه بعد از مدتي با اين پيغام قطع مي‌گردد: «ديسك داخل Navigation CD player را با ديسك شماره 17 براي ديدن نقشه ريزتر و گرفتن دستورالعمل لازم براي رسيدن به مقصد عوض كنيد.» و دوباره درس فرانسه ادامه پيدا مي‌كند. ديسك را عوض مي‌كنيد و نقشه دقيق‌تر مكان فعلي و مقصدتان روي شيشه جلو ظاهر مي‌شود. وقتي به محدوده مقصدتان مي‌رسيد، سرعت خودرو به طور اتوماتيك كم مي‌شود و به km/h 88 مي‌رسد و پيغام ديگري شنيده مي‌شود: «اتوبان را از خروجي شماره 23 كه در فاصله 600 متري شماست ترك كنيد، سپس به سمت راست بپيچيد و به اندازه 100 متر به مسيرتان ادامه دهيد، مقصد شما سمت راست خيابان است، سوخت‌گيري فراموش نشود.»

تمامي موارد فوق، از نظر علمي عملي است و حتي برخي از آنها در خودروهاي امروزي نيز وجود دارد و مابقي در حد نمونه در آزمايشگاه‌ها تست شده و تنها به دليل هزينه بالا، مورد پذيرش مشتري قرار نگرفته‌اند ولي بدون ترديد در آينده‌اي نزديك از آن رو كه رفاه و راحتي مشتري را به دنبال دارند، جزء آپشن‌هاي ضروري خودرو منظور خواهند شد زيرا هر چه تضمين كننده رفاه و راحتي باشد مورد استقبال قرار خواهد گرفت.

مهر تاييد اين ادعا، تاريخ كاربرد برق و سيستم‌هاي الكتريكي در صنعت خودروسازي است. وقتي اولين ماشين برقي در سال 1830 ساخته شد، از باتري‌هاي غيرقابل شارژ استفاده مي‌شد و فكر استفاده از باتري‌هاي قابل شارژ حتي به ذهن انسان خطور نمي‌كرد ولي در كمتر از نيم قرن با پيشرفت تكنولوژي، باتري‌هاي قابل شارژ به توليد اقتصادي رسيد و در سال 1920 با آن كه ماشين‌هاي احتراق داخلي و بخار، بسيار معمول و كاربردي بودند، چند صد هزار خودروي الكتريكي تنها به دليل استفاده نكردن از هندل، به فروش رفت تا آنجا كه امروز زمزمه‌هاي استفاده از دو باتري قابل شارژ (يكي براي استارت و ديگري براي تغذيه قطعات عمومي، با واحد كنترلر BN-SG) به منظور جلوگيري از افت ولتاژ در حين روشن كردن موتور و دشارژ باتري‌ها به گوش مي‌رسد. يا در خصوص كاربرد صنعت الكترونيك وقتي در سال 1930 سيستم راديو و بي‌سيم‌هاي ماشين‌هاي پليس به توليد رسيد، برجسته‌ترين بدعت‌گذاري و نهايت نوآوري در كاربرد الكترونيك خودرويي قلمداد شد ولي در كمتر از ده سال با توسعه قطعات نيمه هادي، تجهيزات الكتريكي ديگري در سيستم احتراق، روشنايي و... در صنعت خودروسازي ابداع شد، هرچند كه به دليل رابطه نامناسب سود و هزينه به توليد انبوه نرسيد ولي 30 سال بعد در سال 1970 با الزام كاهش آلودگي هوا، افزايش قيمت سوخت و فشار دولت‌ها براي كاهش مصرف آن و همچنين كاهش قيمت قطعات الكترونيكي، به منظور كنترل سيستم سوخت رساني به شدت مورد استقبال قرار گرفت و از سال 1981 با سيستم‌هاي پيشرفته‌تري براي كاهش آلودگي هوا و كنترل الكترونيكي موتورها، نظير كنترل لرزش موتور، كنترل سرعت، انژكتورهاي سوخت و سيستم تحريق بدون دلكو به توليد انبوه رسيد.

امروزه الكترونيك در صنعت خودروسازي، كاربرد فراواني دارد و براي كنترل عملكرد از سويي و تامين رفاه در خودروها از سوي ديگر به كار مي‌رود. وجود ترمزهاي هوشمند، كيسه هوا، سيستم‌هاي كنترل حركت، سيستم امنيتي شيشه بالابر، كنترل صندلي چند موتوره با برنامه‌هاي از پيش تعيين شده، كنترل ميزان ورودي اشعه خورشيد به داخل خودرو، سيستم‌هاي سرگرمي، تجهيزات اندازه‌گيري دقيق، مسيريابي و سيستم‌هاي تلماتيك (كه امروزه به آپشن‌هاي متداول در بازار رقابتي شمال امريكا تبديل شده‌اند) تنها و تنها از طريق به كار بردن علم الكترونيك ممكن است.

با رشد چشمگير كاربرد اين تكنولوژي از 5/0 درصد قيمت خودرو در سال 1980 به 7 درصد در سال 1990 و 17 درصد در سال 2000 و پيش‌بيني اختصاص بيش از 24 درصد قيمت اتومبيل به تجهيزات الكتريكي در سال 2010، لازم است شركت‌هاي خودروساز داخلي، به كاربرد اين علم در خودروهاي كنوني توجه كنند و با ايجاد آپشن در خودروهايي كه هم اكنون در مرحله توليد انبوه هستند، با بالا بردن دامنه انتخاب مشتريان، به افزايش قابليت فروش خودروهاي فعلي بپردازند. در اين زمينه مقاله پيش رو به طراحي و ساخت يك كنترلر اتوماتيك دماي خودرو مي‌پردازد تا گامي مثبت در جهت نشان دادن سهولت استفاده از مدارهاي اين چنيني و همچنين تامين هر چه بيشتر رفاه مشتريان باشد. در بيشتر خودروهاي توليدي كشور سيستم گرمايش با يك كليد سه حالته (دور كند، دور تند، خاموش) و گاهي اهرم كنترل دهانه شير بخاري يا بدون شير بخاري كار مي‌كند.

كليد بخاري در وضعيت دور كند به واسطه قرار گرفتن يك مقاومت سري شده با موتور با دوري كمتر از دور نامي و در حالت دور تند با ماكزيمم دور موتور كار مي‌كند. در هنگام استفاده از بخاري، راننده با كليد بخاري آن را روشن مي‌كند و با بالارفتن درجه حرارت با خاموش كردن يا كاهش دور موتور به طور دستي دماي هواي خودرو را كم مي‌كند؛ اين در حالي است كه در دنياي امروز، با مگنت كردن LANE بزرگراه‌ها و حساس كردن تايرها به اين هدايتگرها، به منظور رفاه بيشتر حتي به كنترل دستي فرمان اتومبيل توسط راننده نيز نيازي نيست بنابراين بايد از سيستمي اتومات براي كنترل دماي هواي داخل اين خودروها استفاده شود. در كنترلر اتوماتيك مورد بحث در اين مقاله سيستم بخاري با داشتن يك سلكتور دمايي، با دامنه 35-5 درجه سانتيگراد اين امكان را براي راننده فراهم مي‌كند تا با انتخاب يك درجه از اين محدوده (كه قابل گسترش است) بعد از چند دقيقه دماي هواي دلخواه را به طور ثابت در اتومبيل شاهد باشد و كنترلري بتواند به طور دائم دماي داخل خودرو را با دماي انتخاب شده توسط راننده مقايسه كند تا در صورت تفاوت، بدون دخالت راننده به طور اتومات وارد عمل شود و اين اختلاف دما را جبران كند.

به منظور اندازه‌گيري دماي داخل خودرو مي‌توان از حسگر نصب شده در اتاقك خودرو استفاده كرد كه دماي هوا را حس مي‌كند و ولتاژي متناسب با آن به مدار كنترلي مي‌فرستد تا بعد از مقايسه ولتاژي با دماي انتخابي توسط راننده، پس از گذر از تقويت كننده‌ها و مدارهاي تفاضلي، با اثرگذاري بر سيستم گرمايش، دماي داخل خودرو را به دماي انتخابي برساند. حسگرهاي متعددي براي اين منظور وجود دارد. حس كردن دما به طريق آنالوگ و ديجيتال ممكن است: در روش ديجيتال تبديل حرارت به ولتاژ با كمك برنامه‌ريزي صورت مي‌گيرد و در روش آنالوگ نيز با ICهايي با دقت بالا، حرارت به ولتاژ (يا هر فاكتور الكتريكي ديگر) تبديل مي‌شود.

در طراحي انجام شده از حسگر آنالوگ LM335 سه پايه‌اي (باياس، زمين و Adjust) با معادله خروجي V=10(mv)T+2.73(v) با دقت يك درجه سانتيگراد است. بعد از حس دماي داخل خودرو و مقايسه اين دما با دماي انتخابي توسط راننده، ميزان گرماي توليدي توسط بخاري تنظيم مي‌شود. براي كنترل ميزان گرماي ورودي به داخل خودرو مي‌توان از روش كنترل دهانه شير بخاري و يا روش كنترل دور موتور بخاري استفاده كرد. از آنجا كه خودروهاي فعلي يا فاقد شير بخاري هستند يا داراي شير بخاري از نوع مكانيكي‌اند، روش كنترل دور موتور بخاري مقرون به صرفه‌تر خواهد بود. به منظور كنترل دور موتور بخاري نيز مي‌توان از خاصيت انتگرال گيري موتور در فركانس‌هاي بالا و كاربرد تكنيك PWM در كنترل دور موتورهاي DC استفاده كرد.

موج PWM با روش‌هاي متعددي توليد مي‌شود. در طراحي صورت گرفته از تداخل يك سطح DC با موج رمپ استفاده شده است، خروجي حسگر (سطح DC) با موج رمپ يا شيب توسط يك مقايسه كننده، تداخل مي‌يابد و موج حاصل براي كنترل دور به موتور داده مي‌شود.

براي توليد موج رمپ نيز روش‌هاي بسياري وجود دارد. در اين طراحي از شارژ و دشارژ خازن استفاده مي‌شود. فرض كنيد راننده دماي 30 درجه را انتخاب كرده و حسگر نصب شده در خودرو دماي 15 درجه را اندازه گرفته است، در دماي 15 درجه خودرو سرد است و موتور بايد در حداكثر دور كار كند پس براي توليد PWM بايد در تداخل دو موج خروجي از حسگر و موج رمپ، سطح 12 ولت ساخته شود تا موتور در حداكثر دور كار كند پس خازن بايد تا حدي شارژ شود كه موج رمپ با سطح DC (خروجي حسگر) برخورد داشته باشد. اگر حسگر دماي 40 درجه را نشان دهد، چون خودرو گرم است، بخاري بايد خاموش شود پس موج صفر در PWM به موتور مي‌رسد بنابراين در تداخل حاصل از اين دما، موج رمپ و خروجي حسگر برخوردي ندارند.

نكته آخر اين كه در طراحي چنين مدارهايي بايد توجه كرد موج PWM حاصل، خروجي يك OPAMP و در حد ميلي آمپر است؛ حال آن كه موتور بخاري با جريان چند آمپر كار مي‌كند لذا استفاده از يك درايور (ماسفتي) اجتناب ناپذير است.

به منظور استفاده از اين كنترلر در climate control system و كنترل سيستم سرمايش خودرو در خودروهاي داراي كولر نيز مي‌توان محاسبات فوق را براي كنترل دور موتور فن خودرو به جاي موتور بخاري انجام داد.

مزايا

كنترلر مذكور با طراحي كاملاً متفاوت از سيستم‌هاي گرمايشي اتومات ساخت كشورهاي ديگر، با موفقيت تست شده و داراي مزاياي زير است:

1- عدم استفاده از شير برقي براي كنترل بخاري در اين سيستم سبب كاهش قابل ملاحظه هزينه آن مي‌شود.

2- در زماني بسيار كمتر از نمونه‌هاي خارجي هواي خودرو را گرم مي‌كند.

3- با نصب اين سيستم در خودرو به اعمال تغيير در خط توليد خودروساز نيازي نيست.

4- كنترلر مورد بحث بسيار كاربردي است و مي‌تواند به صورت يك كيت در كليه خودروها (فاقد شير برقي يا شامل شير برقي) به كار رود.

منابع

1- Larminie James، lowrg John، 2003، Electric Vehicle Technology.

2- Ribbens William، 2003، Understanding Automotive Electrics.

3- Kimberley William، 2004، Automotive Electrics Automotive Electronics.

4- طراحي و ساخت كنترلر اتوماتيك دماي هواي خودروي سپند (پايان نامه تحصيلي)، لاله قانع، 1378.