Автомобильная инженерия , наряду с аэрокосмической инженерией и военно-морской архитектурой , является отраслью транспортной инженерии, включающей элементы механической , электрической , электронной , программной и инженерной безопасности , применяемые к проектированию, производству и эксплуатации мотоциклов , автомобилей и грузовиков и их соответствующих инженерных подсистем. Она также включает модификацию транспортных средств. Производственная область, занимающаяся созданием и сборкой целых частей автомобилей, также включена в нее. Область автомобильной инженерии является научно-исследовательской и включает прямое применение математических моделей и формул. Изучение автомобильной инженерии заключается в проектировании, разработке, изготовлении и испытании транспортных средств или компонентов транспортных средств от стадии концепции до стадии производства. Производство, разработка и изготовление являются тремя основными функциями в этой области.
Автомобильная инженерия — это отраслевое исследование инженерии [ требуется ссылка ] , которое обучает производству, проектированию, механическим механизмам, а также эксплуатации автомобилей. Это введение [ требуется ссылка ] в транспортную инженерию, которое касается мотоциклов, автомобилей, автобусов, грузовиков и т. д. Оно включает в себя отраслевое исследование механических, электронных, программных и элементов безопасности. Некоторые инженерные атрибуты и дисциплины, которые важны для автомобильного инженера, включают:
Техника безопасности : Техника безопасности — это оценка различных сценариев столкновений и их влияния на пассажиров транспортного средства. Они проверяются на соответствие очень строгим государственным нормам. Некоторые из этих требований включают: тестирование функциональности ремней безопасности и подушек безопасности , тестирование на лобовой и боковой удар, а также тестирование сопротивления опрокидыванию. Оценки проводятся с использованием различных методов и инструментов, включая компьютерное моделирование столкновений (обычно анализ конечных элементов ), манекен для краш-тестов , а также частичные системные салазки и полное столкновение транспортного средства.
Экономия топлива/выбросы : Экономия топлива — это измеренная топливная эффективность транспортного средства в милях на галлон или километрах на литр. Тестирование выбросов охватывает измерение выбросов транспортного средства, включая углеводороды, оксиды азота ( NO x ), оксид углерода (CO), диоксид углерода (CO 2 ) и испарения.
NVH-инжиниринг ( шум, вибрация и резкость ) : NVH включает в себя обратную связь с клиентами (как тактильную [ощущаемую], так и слышимую [слышимую]) относительно транспортного средства. В то время как звук может быть интерпретирован как дребезжание, визг или жар, тактильным ответом может быть вибрация сиденья или жужжание в рулевом колесе . Эта обратная связь создается компонентами, которые либо трутся, либо вибрируют, либо вращаются. Реакция NVH может быть классифицирована различными способами: NVH трансмиссии, дорожный шум, шум ветра, шум компонентов, а также скрип и дребезжание. Обратите внимание, что существуют как хорошие, так и плохие качества NVH. Инженер NVH работает над тем, чтобы либо устранить плохой NVH, либо изменить «плохой NVH» на хороший (например, тона выхлопа).
Электроника автомобиля : Автомобильная электроника становится все более важным аспектом автомобильной инженерии. Современные автомобили используют десятки электронных систем. [1] Эти системы отвечают за операционное управление, такое как дроссельная заслонка, тормоза и рулевое управление; а также за многие системы комфорта и удобства, такие как системы HVAC , информационно-развлекательные системы и системы освещения. Автомобили не смогли бы соответствовать современным требованиям безопасности и экономии топлива без электронного управления.
Производительность : производительность — это измеримая и проверяемая величина способности автомобиля работать в различных условиях. Производительность можно рассматривать в самых разных задачах, но обычно она учитывает, насколько быстро автомобиль может разогнаться (например, время старта с места 1/4 мили, 0–60 миль в час и т. д.), его максимальную скорость, насколько быстро и коротко автомобиль может полностью остановиться с заданной скорости (например, 70–0 миль в час), какую силу перегрузки автомобиль может создать, не теряя сцепления, зафиксированное время круга, скорость прохождения поворотов, снижение эффективности тормозов и т. д. Производительность также может отражать степень контроля в ненастную погоду (снег, лед, дождь).
Качество переключения : качество переключения — это восприятие водителем транспортного средства события переключения автоматической коробки передач . На это влияет силовой агрегат ( двигатель внутреннего сгорания , трансмиссия ) и транспортное средство (трансмиссия, подвеска , опоры двигателя и трансмиссии и т. д.) Ощущение переключения — это как тактильная (ощущаемая), так и слышимая (слышимая) реакция транспортного средства. Качество переключения ощущается как различные события: переключение трансмиссии ощущается как повышение передачи при ускорении (1–2) или маневр понижения передачи при прохождении (4–2). Также оцениваются переключения передач транспортного средства, например, при движении с парковки на задний ход и т. д.
Прочность/ коррозионная инженерия : Прочность и коррозионная инженерия — это оценочное испытание транспортного средства на срок его службы. Испытания включают накопление пробега, суровые условия вождения и коррозионные солевые ванны.
Управляемость : Управляемость — это реакция автомобиля на общие условия вождения. Холодный запуск и остановка двигателя, провалы оборотов, реакция на холостом ходу, задержки и рывки при запуске, а также уровни производительности — все это влияет на общую управляемость любого автомобиля.
Стоимость : Стоимость программы по транспортному средству обычно делится на влияние на переменную стоимость транспортного средства, а также на первоначальные затраты на инструментарий и фиксированные затраты, связанные с разработкой транспортного средства. Существуют также затраты, связанные с сокращением гарантийных обязательств и маркетингом.
Сроки программы : В некоторой степени сроки программ определяются в соответствии с рынком, а также производственными графиками сборочных заводов. Любая новая часть в проекте должна поддерживать график разработки и производства модели.
Осуществимость сборки : легко спроектировать модуль, который будет трудно собрать, что приведет либо к повреждению узлов, либо к плохим допускам. Опытный инженер по разработке продукта работает с инженерами по сборке/производству, чтобы конечная конструкция была простой и дешевой в изготовлении и сборке, а также обеспечивала соответствующую функциональность и внешний вид.
Управление качеством : контроль качества является важным фактором в производственном процессе, поскольку высокое качество необходимо для удовлетворения требований клиентов и во избежание дорогостоящих кампаний по отзыву . Сложность компонентов, участвующих в производственном процессе, требует сочетания различных инструментов и методов для контроля качества. Поэтому Международная автомобильная целевая группа (IATF), группа ведущих мировых производителей и торговых организаций, разработала стандарт ISO/TS 16949. Этот стандарт определяет проектирование, разработку, производство и (при необходимости) требования к установке и обслуживанию. Кроме того, он объединяет принципы ISO 9001 с аспектами различных региональных и национальных автомобильных стандартов, таких как AVSQ (Италия), EAQF (Франция), VDA6 (Германия) и QS-9000 (США). Для дальнейшей минимизации рисков, связанных с отказами продукции и искам об ответственности за автомобильные электрические и электронные системы, применяется дисциплина качества функциональной безопасности в соответствии с ISO/IEC 17025.
С 1950-х годов комплексный подход к бизнесу, всеобщее управление качеством (TQM), действовал для постоянного улучшения процесса производства автомобильной продукции и компонентов. Некоторые из компаний, которые внедрили TQM, включают Ford Motor Company , Motorola и Toyota Motor Company . [ необходима цитата ]
Инженер-разработчик несет ответственность за координацию поставки инженерных характеристик готового автомобиля ( автобуса , легкового автомобиля , грузовика , фургона, внедорожника, мотоцикла и т. д.) в соответствии с требованиями производителя автомобиля , государственными постановлениями и покупателем продукта.
Подобно системному инженеру , инженер-разработчик занимается взаимодействием всех систем в автомобиле. Хотя в автомобиле есть несколько компонентов и систем , которые должны функционировать так, как задумано, они также должны работать в гармонии с автомобилем в целом. Например, основная функция тормозной системы — обеспечить торможение автомобиля. Наряду с этим, она также должна обеспечивать приемлемый уровень: ощущения педали (мягкая, жесткая), «шума» тормозной системы (визг, дрожь и т. д.) и взаимодействия с ABS (антиблокировочной тормозной системой)
Другим аспектом работы инженера-разработчика является процесс компромисса, необходимый для предоставления всех характеристик автомобиля на определенном приемлемом уровне. Примером этого является компромисс между производительностью двигателя и экономией топлива . В то время как некоторые клиенты ищут максимальную мощность от своего двигателя , автомобиль по-прежнему должен обеспечивать приемлемый уровень экономии топлива. С точки зрения двигателя, это противоположные требования. Производительность двигателя ищет максимальный рабочий объем (больше, больше мощности), в то время как экономия топлива ищет двигатель с меньшим рабочим объемом (например: 1,4 л против 5,4 л). Однако размер двигателя — не единственный фактор, влияющий на экономию топлива и производительность автомобиля. В игру вступают разные значения.
Другие характеристики, которые предполагают компромиссы, включают: вес автомобиля, аэродинамическое сопротивление , передаточные числа трансмиссии , устройства контроля выбросов , управляемость/устойчивость дороги , качество езды и шины .
Инженер-разработчик также отвечает за организацию испытаний, валидации и сертификации на уровне автомобиля. Компоненты и системы проектируются и тестируются индивидуально инженером по продукту. Окончательная оценка должна проводиться на уровне автомобиля для оценки взаимодействия систем. Например, аудиосистему (радио) необходимо оценить на уровне автомобиля. Взаимодействие с другими электронными компонентами может вызывать помехи . Необходимо оценить теплоотдачу системы и эргономичное размещение органов управления. Качество звука во всех положениях сидения должно быть обеспечено на приемлемом уровне.
Инженеры-производители отвечают за обеспечение надлежащего производства автомобильных компонентов или целых транспортных средств. В то время как инженеры-разработчики отвечают за функционирование транспортного средства, инженеры-производители отвечают за безопасное и эффективное производство транспортного средства. Эта группа инженеров состоит из инженеров-технологов , координаторов по логистике , инженеров-инструменталистов , инженеров-робототехников и планировщиков сборки. [2]
В автомобильной промышленности производители играют большую роль на этапах разработки автомобильных компонентов, чтобы гарантировать, что продукты легко изготавливать. Проектирование для технологичности в автомобильном мире имеет решающее значение для того, чтобы убедиться, какой бы дизайн ни был разработан на этапе исследований и разработок автомобильного дизайна . После того, как дизайн создан, инженеры-технологи берутся за дело. Они проектируют машины и инструменты, необходимые для создания автомобильных компонентов или транспортного средства, и устанавливают методы массового производства продукта. Работа инженеров-технологов заключается в повышении эффективности автомобильного завода и внедрении методов бережливого производства, таких как Six Sigma и Kaizen .
Другие инженеры-автомобилестроители перечислены ниже:
Исследования показывают, что существенная часть стоимости современного транспортного средства исходит от интеллектуальных систем, и что они представляют большую часть современных автомобильных инноваций. [3] [4] Чтобы способствовать этому, современный процесс автомобильной инженерии должен справиться с возросшим использованием мехатроники . Оптимизация конфигурации и производительности, системная интеграция, управление, компонент, подсистема и системная валидация интеллектуальных систем должны стать неотъемлемой частью стандартного процесса проектирования транспортного средства, так же как это имеет место для структурного, виброакустического и кинематического проектирования. Это требует процесса разработки транспортного средства, который, как правило, в значительной степени управляется моделированием. [5]
Один из способов эффективного решения проблемы неотъемлемой мультифизики и разработки систем управления , которая задействована при включении интеллектуальных систем, заключается в принятии подхода V-модели к разработке систем, который широко используется в автомобильной промышленности уже двадцать лет или более. В этом V-подходе требования на уровне системы распространяются вниз по V через подсистемы к проектированию компонентов, а производительность системы проверяется на возрастающих уровнях интеграции. Проектирование мехатронных систем требует применения двух взаимосвязанных «V-циклов»: один фокусируется на проектировании мультифизической системы (например, механических и электрических компонентов системы рулевого управления с электроприводом, включая датчики и приводы); а другой фокусируется на проектировании управления, логике управления, программном обеспечении и реализации аппаратного обеспечения управления и встроенного программного обеспечения. [6] [7]
