मोटर वाहन इलेक्ट्रॉनिक्स

ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स वाहनों में प्रयुक्त इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली हैं, जिनमें इंजन प्रबंधन, प्रज्वलन (इग्निशन), रेडियो, कार्प्यूटर, टेलीमैटिक्स, इन-कार एंटरटेनमेंट प्रणाली और अन्य सम्मिलित हैं। इग्निशन, इंजन और संचरण इलेक्ट्रॉनिक्स ट्रकों, मोटरसाइकिलों, ऑफ-रोड वाहनों और अन्य आंतरिक दहन संचालित मशीनरी जैसे फोर्कलिफ्ट, ट्रैक्टर और उत्खनन में भी पाए जाते हैं। प्रासंगिक विद्युत प्रणालियों के नियंत्रण के लिए संबंधित तत्व हाइब्रिड वाहनों और इलेक्ट्रिक कारों पर भी पाए जाते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली एक ऑटोमोबाइल की लागत का एक तेजी से बड़ा घटक बन गया है, 1950 में इसके मूल्य का लगभग 1% से 2010 में लगभग 30% तक है। आधुनिक इलेक्ट्रिक कारें मुख्य प्रणोदन मोटर नियंत्रण के साथ-साथ बैटरी प्रणाली के प्रबंधन के लिए पावर इलेक्ट्रॉनिक्स पर निर्भर करती हैं। भविष्य की स्वायत्त कारें शक्तिशाली कंप्यूटर प्रणाली, सेंसर की एक सरणी, नेटवर्किंग और उपग्रह नेविगेशन पर निर्भर होंगी, जिनमें से सभी को इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता होगी।

इतिहास
कारखाने की स्थापना के रूप में उपलब्ध सबसे आरंभिक इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली निर्वात नली कार रेडियो थे, जो 1930 के दशक की आरंभ में प्रारंभ हुए थे। द्वितीय विश्व युद्ध के बाद अर्धचालक्स के विकास ने ऑटोमोबाइल में इलेक्ट्रॉनिक्स के उपयोग को बहुत बढ़ा दिया, ठोस-अवस्था डायोड के साथ ऑटोमोटिव अल्टरनेटर को लगभग वर्ष 1960 के बाद मानक बना दिया, और वर्ष 1963 में दिखाई देने वाली पहली ट्रांजिस्टरकृत प्रज्वलन प्रणाली है।

मेटल-ऑक्साइड-अर्धचालक (एमओएस) तकनीक के उद्भव ने आधुनिक ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास का मार्ग प्रशस्त किया। मॉसफेट (MOS क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर, या MOS ट्रांजिस्टर), 1959 में बेल लैब्स में मोहम्मद एम. अटाला और डॉन कहंग द्वारा आविष्कार किया गया, ने 1969 में हिताची द्वारा शक्ति मॉसफेट के विकास का नेतृत्व किया, और 1971 में इंटेल में फेडेरिको फागिन, मार्सियन हॉफ, मासातोशी शिमा और स्टेनली मजोर द्वारा संकेत-चिप माइक्रोप्रोसेसर है।

एमओएस एकीकृत परिपथ (MOS IC) चिप्स और माइक्रोप्रोसेसरों के विकास ने 1970 के दशक में ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला को आर्थिक रूप से व्यवहार्य बना दिया। 1971 में, फेयरचाइल्ड अर्धचालक और आरसीए प्रयोगशालाओं ने ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए एमओएस बड़े पैमाने पर एकीकरण (LSI) चिप्स के उपयोग का प्रस्ताव दिया, जिसमें प्रेषण नियंत्रण इकाई (TCU), अनुकूली क्रूज नियंत्रण (ACC), अल्टरनेटर, स्वचालित हेडलाइट सम्मिलित हैं। डिमर्स, इलेक्ट्रिक फ्यूल पंप, इलेक्ट्रॉनिक फ्यूल-इंजेक्शन, इलेक्ट्रॉनिक इग्निशन नियंत्रण, इलेक्ट्रॉनिक टैकोमीटर, सीक्वेंशियल टर्न संकेत, गति संकेतक, टायर-प्रेशर मॉनिटर, वोल्टेज रेगुलेटर, विंडशील्ड वाइपर नियंत्रण, इलेक्ट्रॉनिक स्किड प्रिवेंशन (ESP), और हीटिंग, वेंटिलेशन, और एयर कंडीशनिंग (एचवीएसी)।

1970 के दशक की आरंभ में, जापानी इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग ने जापानी ऑटोमोबाइल उद्योग के लिए एकीकृत परिपथ और माइक्रोनियंत्रणर का उत्पादन प्रारंभ किया, जिसका उपयोग इन-कार मनोरंजन, स्वचालित वाइपर, इलेक्ट्रॉनिक लॉक, डैशबोर्ड और इंजन नियंत्रण के लिए किया जाता था। Ford EEC (इलेक्ट्रॉनिक इंजन नियंत्रण) प्रणाली, जिसने तोशिबा TLCS-12 PMOS माइक्रोप्रोसेसर का उपयोग किया, 1975 में बड़े पैमाने पर उत्पादन में चला गया। 1978 में, कैडिलैक सेविले में 6802 माइक्रोप्रोसेसर पर आधारित "ट्रिप कंप्यूटर" प्रदर्शित किया गया। इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित इग्निशन और ईंधन इंजेक्शन प्रणाली ने ऑटोमोटिव डिजाइनरों को ईंधन की बचत और कम उत्सर्जन के लिए वाहनों की आवश्यकताओं को पूरा करने की अनुमति दी, जबकि अभी भी ड्राइवरों के लिए उच्च स्तर के प्रदर्शन और सुविधा को बनाए रखा है। आज के ऑटोमोबाइल में इंजन प्रबंधन, संचरण नियंत्रण, क्लाइमेट नियंत्रण, एंटीलॉक ब्रेकिंग, अप्रतिरोधी सुरक्षा प्रणाली, नेविगेशन और अन्य कार्यों जैसे कार्यों में एक दर्जन या अधिक प्रोसेसर होते हैं।

पावर मॉसफेट और माइक्रोनियंत्रणर, एक प्रकार का संकेत-चिप माइक्रोप्रोसेसर, इलेक्ट्रिक वाहन प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण प्रगति का कारण बना। मॉसफेट पावर कन्वर्टर्स ने बहुत अधिक स्विचिंग फ़्रीक्वेंसी पर ऑपरेशन की अनुमति दी, जिससे ड्राइव करना आसान हो गया, बिजली की कमी हो गई और कीमतों में काफी कमी आई, जबकि संकेत-चिप माइक्रोनियंत्रणर ड्राइव नियंत्रण के सभी पहलुओं का प्रबंधन कर सकते थे और बैटरी प्रबंधन की क्षमता रखते थे। मॉसफेट का उपयोग वाहनों जैसे ऑटोमोबाइल, कारों, ट्रकों, इलेक्ट्रिक वाहनों, और स्मार्ट कारों में किया जाता है। मॉसफेटs का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण इकाई (ECU), के लिए किया जाता है, जबकि पावर मॉसफेट और IGBT का उपयोग ऑटोमोटिव लोड जैसे मोटर, सोलनॉइड, इग्निशन कॉइल, रिले, हीटर और लैंप के लिए लोड ड्राइवर के रूप में किया जाता है। 2000 में, औसत मध्य-श्रेणी के यात्री वाहन में अनुमानित $100 – 200 पावर अर्धचालक पदार्थ थी, जो इलेक्ट्रिक और हाइब्रिड वाहनों के लिए संभावित 3 – 5 गुना बढ़ रही थी। औसत वाहन में 50 से अधिक एक्चुएटर होते हैं, जिन्हें आमतौर पर पावर मॉसफेटs या अन्य पावर अर्धचालक उपकरणों द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

अन्य महत्वपूर्ण तकनीक जिसने आधुनिक राजमार्ग-सक्षम इलेक्ट्रिक कारों को सक्षम बनाया है, वह लिथियम-आयन बैटरी है। इसका आविष्कार 1980 के दशक में जॉन गुडएनफ, रचिद यज़ामी और अकीरा योशिनो द्वारा किया गया था, और 1991 में सोनी और असाही कसी द्वारा इसका व्यवसायीकरण किया गया। लिथियम-आयन बैटरी 2000 के दशक तक लंबी दूरी की यात्रा करने में सक्षम इलेक्ट्रिक वाहनों के विकास के लिए उत्तरदायी थी।

प्रकार
ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स या ऑटोमोटिव एम्बेडेड प्रणाली वितरित प्रणाली हैं, और ऑटोमोटिव क्षेत्र में विभिन्न डोमेन के अनुसार, उन्हें वर्गीकृत किया जा सकता है:


 * 1) इंजन इलेक्ट्रॉनिक्स
 * संचरण इलेक्ट्रॉनिक्स
 * चेसिस इलेक्ट्रॉनिक्स
 * 1) निष्क्रिय सुरक्षा
 * 2) चालक सहायता
 * यात्री आराम
 * 1) मनोरंजन प्रणाली
 * इलेक्ट्रॉनिक एकीकृत कॉकपिट प्रणाली

सीएनएन(CNN) व्यवसाय के क्रिस इसिडोर के अनुसार, औसतन 2020 के दशक की कार में 50-150 चिप्स हैं।

इंजन इलेक्ट्रॉनिक्स
एऑटोमोबाइल के सबसे अधिक मांग वाले इलेक्ट्रॉनिक भागों में से एक इंजन नियंत्रण यूनिट (ECU) है। इंजन नियंत्रण उच्चतम वास्तविक समय की समय सीमा की मांग करता है, क्योंकि इंजन स्वयं ऑटोमोबाइल का एक बहुत तेज़ और जटिल हिस्सा है। किसी भी कार के सभी इलेक्ट्रॉनिक्स में, इंजन नियंत्रण यूनिट की कंप्यूटिंग शक्ति सबसे अधिक होती है, आमतौर पर एक 32-बिट प्रोसेसर है। धुनिक कार में 100 ईसीयू तक और एक वाणिज्यिक वाहन में 40 तक हो सकते हैं।

इंजन ECU ऐसे कार्यों को नियंत्रित करता है:

डीजल इंजन में :

डीजल इंजन में:
 * ईंधन इंजेक्शन दर
 * उत्सर्जन नियंत्रण, NOX नियंत्रण
 * ऑक्सीकरण उत्प्रेरक कनवर्टर का उत्थान
 * टर्बोचार्जर नियंत्रण
 * कूलिंग प्रणाली नियंत्रण
 * थ्रॉटल नियंत्रण

गैसोलीन इंजन में:


 * लैम्ब्डा नियंत्रण
 * ओबीडी (ऑन-बोर्ड डायग्नोस्टिक्स)
 * शीतलन प्रणाली नियंत्रण
 * इग्निशन प्रणाली नियंत्रण
 * लुब्रिकेशन प्रणाली नियंत्रण (केवल कुछ में इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण होता है)
 * ईंधन इंजेक्शन दर नियंत्रण
 * थ्रॉटल नियंत्रण

वास्तविक समय में कई और इंजन पैरामीटर सक्रिय रूप से निगरानी और नियंत्रित किए जाते हैं। लगभग 20 से 50 हैं जो इंजन के भीतर विभिन्न बिंदुओं पर दबाव, तापमान, प्रवाह, इंजन की गति, ऑक्सीजन स्तर और NOx स्तर और अन्य मापदंडों को मापते हैं। ये सभी सेंसर संकेत ईसीयू को भेजे जाते हैं, जिसमें वास्तविक नियंत्रण करने के लिए लॉजिक परिपथ होते हैं। ईसीयू आउटपुट थ्रॉटल वाल्व, ईजीआर वाल्व, रैक (वीजीटी में), ईंधन इंजेक्टर (पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेटेड संकेत का उपयोग करके), ईंधन इंजेक्टरर और अधिक के लिए विभिन्न संचालक से जुड़ा है। कुल मिलाकर करीब 20 से 30 एक्चुएटर्स हैं।

संचरण (ट्रांसमिशन) इलेक्ट्रॉनिक्स
ये संचरण प्रणाली को नियंत्रित करते हैं, मुख्य रूप से बेहतर शिफ्ट आराम के लिए गियर की शिफ्टिंग और शिफ्टिंग के दौरान टॉर्क इंटरप्ट को कम करना है। स्वचालित प्रसारण अपने संचालन के लिए नियंत्रण का उपयोग करते हैं, और कई अर्ध-स्वचालित प्रसारण भी होते हैं जिनमें पूरी तरह से स्वचालित क्लच या एक अर्ध-ऑटो क्लच (केवल डिक्लचिंग) होता है। इंजन नियंत्रण इकाई और संचरण नियंत्रण विनिमय संदेश, सेंसर संकेत और उनके ऑपरेशन के लिए नियंत्रण संकेत है।

चेसिस इलेक्ट्रॉनिक्स
चेसिस प्रणाली में कई उप-प्रणालियां हैं जो विभिन्न मापदंडों की निगरानी करती हैं और सक्रिय रूप से नियंत्रित होती हैं:
 * ABS-एंटी-लॉक ब्रेकिंग प्रणाली
 * ASR / TCS - एंटी स्लिप रेगुलेशन / ट्रैक्शन नियंत्रण प्रणाली
 * BAS - ब्रेक असिस्ट
 * EBD - इलेक्ट्रॉनिक ब्रेकफोर्स वितरण
 * EDC - इलेक्ट्रॉनिक डम्पर नियंत्रण
 * EDS - इलेक्ट्रॉनिक अंतर फिसलन
 * ESP - इलेक्ट्रॉनिक स्थिरता कार्यक्रम
 * ETS - संवर्धित कर्षण प्रणाली
 * PA - पार्किंग सहायता

अप्रतिरोधी सुरक्षा
जब यह प्रणाली चल रही हो या किसी संकटपूर्ण स्थिति का पता चलता है तो टकराव को रोकने के लिए ये प्रणाली हमेशा कार्य करने के लिए तैयार रहती हैं:


 * एयर बैग
 * हिल डिसेंट नियंत्रण
 * आपातकालीन ब्रेक सहायता प्रणाली

चालक सहायता

 * लेन असिस्ट प्रणाली
 * स्पीड असिस्ट प्रणाली
 * ब्लाइंड स्पॉट डिटेक्शन
 * पार्क सहायता प्रणाली
 * अनुकूली क्रूज नियंत्रण प्रणाली
 * पूर्व-टकराव सहायता

यात्री आराम

 * स्वचालित जलवायु नियंत्रण
 * मेमोरी के साथ इलेक्ट्रॉनिक सीट समायोजन
 * स्वचालित वाइपर
 * स्वचालित हेडलैम्प्स - बीम को स्वचालित रूप से समायोजित करता है
 * स्वचालित शीतलन - तापमान समायोजन

मनोरंजन प्रणाली

 * दिशानिर्देशन प्रणाली
 * वाहन ऑडियो
 * सूचना का उपयोग

उपरोक्त सभी प्रणाली एक इन्फोटेनमेंट प्रणाली बनाते हैं। इन प्रणालियों के लिए विकासात्मक तरीके प्रत्येक निर्माता के अनुसार भिन्न होते हैं। हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर विकास दोनों के लिए विभिन्न उपकरणों का उपयोग किया जाता है।

इलेक्ट्रॉनिक एकीकृत कॉकपिट प्रणाली
ये नई पीढ़ी के हाइब्रिड ईसीयू हैं जो इंफोटेनमेंट हेड यूनिट, एडवांस्ड ड्राइवर असिस्टेंस सिस्टम्स (एडीएएस), इंस्ट्रूमेंट क्लस्टर, रियर कैमरा/पार्किंग असिस्ट, सराउंड व्यू सिस्टम्स आदि के कई ईसीयू की कार्यात्मकताओं को जोड़ते हैं। यह इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ-साथ यांत्रिक/भौतिक भागों जैसे ईसीयू में इंटरकनेक्ट आदि की लागत को बचाता है। एक अधिक केंद्रीकृत नियंत्रण भी है ताकि सिस्टम के बीच डेटा का निर्बाध रूप से आदान-प्रदान किया जा सके।

निस्संदेह इसमें चुनौतियां भी हैं। इस हाइब्रिड प्रणाली की जटिलता को देखते हुए, मजबूती, सुरक्षा और सुरक्षा के लिए प्रणाली को मान्य करने के लिए बहुत अधिक कठोरता की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, अगर इंफोटेनमेंट सिस्टम का एप्लिकेशन जो एक ओपन-सोर्स एंड्रॉइड ओएस चला रहा है, का उल्लंघन किया जाता है, तो हैकर्स द्वारा कार को दूर से नियंत्रित करने और संभावित रूप से असामाजिक गतिविधियों के लिए इसका दुरुपयोग करने की संभावना हो सकती है। आमतौर पर, हार्डवेयर + सॉफ़्टवेयर सक्षम हाइपरवाइज़र का उपयोग वर्चुअलाइज़ करने और अलग-अलग ट्रस्ट और सुरक्षा क्षेत्र बनाने के लिए किया जाता है जो एक दूसरे की विफलताओं या उल्लंघनों के प्रति प्रतिरक्षित हैं। इस क्षेत्र में काफी काम हो रहा है और अगर पहले से नहीं तो जल्द ही इस तरह की व्यवस्था हो सकती है।

कार्यात्मक सुरक्षा आवश्यकताएं
भयहेतुक विफलताओं की विपत्ति को कम करने के लिए, लागू उत्पाद दायित्व आवश्यकताओं के बाद सुरक्षा संबंधी इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम विकसित किए जाने चाहिए। इन मानकों के लिए उपेक्षा, या अपर्याप्त आवेदन से न केवल व्यक्तिगत चोट लग सकती है, बल्कि गंभीर कानूनी और आर्थिक परिणाम भी हो सकते हैं जैसे उत्पाद निरसित करना या वापस लेना है।

IEC 61508 मानक, आम तौर पर इलेक्ट्रिकल/इलेक्ट्रॉनिक/प्रोग्राम करने योग्य सुरक्षा-संबंधित उत्पादों पर लागू होता है, ऑटोमोटिव-विकास आवश्यकताओं के लिए केवल आंशिक रूप से पर्याप्त है। नतीजतन, मोटर वाहन उद्योग के लिए, इस मानक को मौजूदा आईएसओ 26262 द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जिसे वर्तमान में अंतिम ड्राफ्ट इंटरनेशनल स्टैंडर्ड (एफडीआईएस) के रूप में जारी किया गया है। ISO/DIS 26262 सड़क वाहनों के लिए सुरक्षा संबंधी इलेक्ट्रिकल/इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के संपूर्ण उत्पाद जीवन-चक्र का वर्णन करता है। इसे नवंबर 2011 में अपने अंतिम संस्करण में एक अंतरराष्ट्रीय मानक के रूप में प्रकाशित किया गया है। इस नए मानक के कार्यान्वयन से ऑटोमोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स विकास प्रक्रिया में संशोधन और विभिन्न नवाचार होंगे, क्योंकि यह अवधारणा चरण से लेकर इसके डीकमीशनिंग तक संपूर्ण उत्पाद जीवन-चक्र को कवर करता है।

सुरक्षा
चूंकि ऑटोमोबाइल के अधिक कार्य छोटी या लंबी दूरी के नेटवर्क से जुड़े होते हैं, अनधिकृत संशोधन के खिलाफ सिस्टम की साइबर सुरक्षा की आवश्यकता होती है। आंतरिक डायग्नोस्टिक नेटवर्क से जुड़े इंजन नियंत्रण, प्रेषण, एयरबैग और ब्रेकिंग जैसी महत्वपूर्ण प्रणालियों के साथ, रिमोट एक्सेस के परिणामस्वरूप एक दुर्भावनापूर्ण घुसपैठिया सिस्टम के कार्य को बदल सकता है या उन्हें अक्षम कर सकता है, संभवतः चोटों या घातकताओं का कारण बन सकता है। हर नया इंटरफ़ेस एक नया " हमला सतह " प्रस्तुत करता है। वही सुविधा जो मालिक को स्मार्टफोन ऐप से कार को अनलॉक करने और प्रारंभ करने की अनुमति देती है, रिमोट एक्सेस के कारण भी जोखिम प्रस्तुत करती है। ऑटो निर्माता विभिन्न नियंत्रण माइक्रोप्रोसेसरों की मेमोरी को अनधिकृत परिवर्तनों से सुरक्षित करने के लिए दोनों की रक्षा कर सकते हैं और यह भी सुनिश्चित कर सकते हैं कि केवल निर्माता-अधिकृत सुविधाएं ही वाहन का निदान या पुनर्निर्माण कर सकें। कीलेस एंट्री जैसी प्रणालियाँ " रीप्ले " या " मैन-इन-द-मिडल अटैक " हमलों को सुनिश्चित करने के लिए क्रिप्टोग्राफ़िक तकनीकों पर निर्भर करती हैं, जो बाद में ऑटोमोबाइल में ब्रेक-इन की अनुमति देने के लिए अनुक्रम रिकॉर्ड नहीं कर सकती हैं।

यह भी देखें

 * सेलपोर्ट प्रणाली
 * वेट्रोनिक्स

बाहरी संबंध

 * International Automotive Electronics Congress
 * Society of Automotive Engineers
 * Clemson Vehicular Electronics Laboratory (Automotive Electronics Section)