Автомобильная инженерия , наряду с аэрокосмической техникой и военно-морской архитектурой , является отраслью транспортного машиностроения, включающей в себя элементы механической , электрической , электронной , программного обеспечения и техники безопасности применительно к проектированию, производству и эксплуатации мотоциклов , автомобилей и грузовиков , а также их транспортных средств. соответствующие инженерные подсистемы. Сюда также входит модификация транспортных средств. В него также включена производственная область, занимающаяся созданием и сборкой целых частей автомобилей. Область автомобильной техники требует больших исследований и предполагает прямое применение математических моделей и формул. Изучение автомобильной техники заключается в проектировании, разработке, изготовлении и тестировании транспортных средств или их компонентов от стадии концепции до стадии производства. Производство, разработка и производство — три основные функции в этой области.
Автомобильная инженерия — это отрасль инженерного дела [ нужна ссылка ] , которая изучает производство, проектирование, механические механизмы, а также эксплуатацию автомобилей. Это введение [ нужна ссылка ] в автомобильную технику, которое касается мотоциклов, автомобилей, автобусов, грузовиков и т. д. Оно включает отраслевое исследование механических, электронных, программных элементов и элементов безопасности. Некоторые из инженерных качеств и дисциплин, которые важны для автомобильного инженера, включают:
Техника безопасности . Техника безопасности — это оценка различных сценариев аварий и их воздействия на пассажиров транспортного средства. Они проверяются на соответствие очень строгим государственным нормам. Некоторые из этих требований включают: проверку работоспособности ремней безопасности и подушек безопасности , проверку лобового и бокового удара, а также проверку устойчивости к опрокидыванию. Оценки проводятся с использованием различных методов и инструментов, включая компьютерное моделирование сбоев (обычно анализ методом конечных элементов ), манекен для краш-тестов , а также частичные салазки системы и полные аварии транспортного средства.
Экономия топлива/выбросы : Экономия топлива — это измеренная топливная эффективность автомобиля в милях на галлон или километрах на литр. Тестирование выбросов охватывает измерение выбросов транспортных средств, включая углеводороды, оксиды азота ( NO x ), окись углерода (CO), диоксид углерода (CO 2 ) и выбросы в результате испарения.
NVH-инженерия ( шум, вибрация и резкость ) : NVH включает обратную связь с клиентом (как тактильную [ощущаемую], так и звуковую [слышимую]) относительно транспортного средства. Звук можно интерпретировать как грохот, визг или жар, а тактильную реакцию можно определить как вибрацию сиденья или жужжание рулевого колеса . Эта обратная связь создается за счет трения, вибрации или вращения компонентов. Реакцию NVH можно классифицировать по-разному: NVH трансмиссии, дорожный шум, шум ветра, шум компонентов, а также скрип и дребезжание. Обратите внимание: существуют как хорошие, так и плохие характеристики NVH. Инженер по шуму и шуму работает над тем, чтобы либо устранить плохой шум, либо изменить «плохой шум» на хороший (т. е. звуки выхлопа).
Автомобильная электроника : Автомобильная электроника становится все более важным аспектом автомобильной техники. В современных автомобилях используются десятки электронных систем. [1] Эти системы отвечают за оперативное управление, такое как управление дроссельной заслонкой, тормозом и рулевым управлением; а также множество систем комфорта и удобства, таких как HVAC , информационно-развлекательная система и системы освещения. Без электронного управления автомобили не смогли бы соответствовать современным требованиям безопасности и экономии топлива.
Производительность : Производительность — это измеримая и проверяемая величина способности автомобиля работать в различных условиях. Производительность можно учитывать при решении самых разных задач, но обычно она учитывает, насколько быстро автомобиль может ускоряться (например, при старте с места, прошедшее время 1/4 мили, 0–60 миль в час и т. д.), его максимальную скорость (значения), максимальную скорость, насколько быстро и быстро автомобиль может полностью остановиться с заданной скорости (например, 70-0 миль в час), какую перегрузку автомобиль может создать без потери сцепления с дорогой, зафиксированное время прохождения круга, скорость прохождения поворотов, затухание тормозов и т. д. Производительность также может отражать степень контроля в ненастную погоду (снег, лед, дождь).
Качество переключения передач : Качество переключения — это восприятие водителем автомобиля переключения автоматической коробки передач . На это влияет трансмиссия ( двигатель внутреннего сгорания , трансмиссия ) и автомобиль (трансмиссия, подвеска , опоры двигателя и трансмиссии и т. д.). Ощущение переключения передач — это как тактильная (ощущаемая), так и звуковая (слышимая) реакция автомобиля. Качество переключения воспринимается как различные события: переключение передачи ощущается как повышение передачи при ускорении (1–2) или маневр понижения передачи при движении (4–2). Также оцениваются переключения передач автомобиля, например, при парковке на задний ход и т. д.
Инженерия долговечности/ коррозии . Инженерия долговечности и коррозии – это оценочные испытания транспортного средства на срок его службы. Испытания включают в себя накопление пробега, суровые условия вождения и коррозийные соляные ванны.
Управляемость : Управляемость – это реакция автомобиля на общие условия вождения. Холодный запуск и остановка, падение оборотов, реакция на холостом ходу, колебания и сбои при запуске, а также уровни производительности. [ фрагмент предложения ]
Стоимость : стоимость программы создания транспортного средства обычно делится на переменную стоимость транспортного средства, а также первоначальные затраты на оснастку и постоянные затраты , связанные с разработкой транспортного средства. Существуют также затраты, связанные с сокращением гарантийных обязательств и маркетингом.
Сроки выполнения программы : В некоторой степени программы приурочены к рынку, а также к производственным графикам сборочных предприятий. Любая новая деталь в конструкции должна соответствовать графику разработки и производства модели.
Возможность сборки : легко спроектировать модуль, который сложно собрать, что приводит либо к повреждению узлов, либо к плохим допускам. Квалифицированный инженер по разработке продукции работает с инженерами по сборке/производству, чтобы конечный продукт был простым и дешевым в изготовлении и сборке, а также обеспечивал соответствующую функциональность и внешний вид.
Управление качеством . Контроль качества является важным фактором производственного процесса, поскольку высокое качество необходимо для удовлетворения требований клиентов и во избежание дорогостоящих кампаний по отзыву продукции . Сложность компонентов, участвующих в производственном процессе, требует сочетания различных инструментов и методов контроля качества. Поэтому Международная автомобильная рабочая группа (IATF), группа ведущих мировых производителей и торговых организаций, разработала стандарт ISO/TS 16949 . Этот стандарт определяет требования к проектированию, разработке, производству и (если применимо) установке и обслуживанию. Кроме того, он сочетает в себе принципы ISO 9001 с аспектами различных региональных и национальных автомобильных стандартов, таких как AVSQ (Италия), EAQF (Франция), VDA6 (Германия) и QS-9000 (США). Чтобы еще больше минимизировать риски, связанные с неисправностями продукции и претензиями по ответственности за автомобильные электрические и электронные системы, применяется дисциплина качества «Функциональная безопасность» в соответствии с ISO/IEC 17025.
С 1950-х годов комплексный бизнес-подход «Всеобщее управление качеством » (TQM) используется для постоянного улучшения процесса производства автомобильной продукции и компонентов. В число компаний, внедривших TQM, входят Ford Motor Company , Motorola и Toyota Motor Company . [ нужна цитата ]
Инженер-разработчик несет ответственность за координацию поставки технических характеристик всего автомобиля ( автобуса , легкового автомобиля , грузовика , фургона, внедорожника, мотоцикла и т. д.) в соответствии с требованиями производителя автомобиля , правительственными постановлениями и клиентом, который покупает продукт.
Как и системный инженер , инженер-разработчик занимается взаимодействием всех систем в автомобиле в целом. Хотя в автомобиле имеется множество компонентов и систем , которые должны функционировать должным образом, они также должны работать в гармонии со всем автомобилем. Например, основная функция тормозной системы — обеспечение торможения автомобиля. Наряду с этим он также должен обеспечивать приемлемый уровень: ощущения педали (мягкая, жесткая), «шума» тормозной системы (визг, вздрагивание и т. д.), взаимодействия с АБС ( антиблокировочной системой тормозов).
Другой аспект работы инженера-разработчика — это процесс поиска компромиссов , необходимый для обеспечения всех характеристик автомобиля на определенном приемлемом уровне. Примером этого является компромисс между производительностью двигателя и экономией топлива . Хотя некоторые клиенты ищут максимальную мощность от своего двигателя , автомобиль по-прежнему должен обеспечивать приемлемый уровень экономии топлива. С точки зрения движка это противоположные требования. Производительность двигателя требует максимального объема (больше, больше мощности), тогда как экономия топлива требует двигателя меньшего объема (например: 1,4 л против 5,4 л). Однако объем двигателя — не единственный фактор, влияющий на экономию топлива и производительность автомобиля. В игру вступают разные ценности.
Другие характеристики, требующие компромиссов, включают: вес автомобиля, аэродинамическое сопротивление , трансмиссионную передачу , устройства контроля выбросов , управляемость/удержание дороги , качество езды и шины .
Инженер-разработчик также отвечает за организацию испытаний, валидации и сертификации автомобильного уровня. Компоненты и системы разрабатываются и тестируются индивидуально инженером по продукту. Окончательная оценка должна проводиться на уровне автомобиля для оценки взаимодействия систем. Например, аудиосистему (радио) необходимо оценить на автомобильном уровне. Взаимодействие с другими электронными компонентами может вызвать помехи . Необходимо оценить теплоотвод системы и эргономичное расположение органов управления. Качество звука на всех сиденьях должно быть обеспечено на приемлемом уровне.
Инженеры-технологи несут ответственность за обеспечение надлежащего производства автомобильных компонентов или комплектных автомобилей. В то время как инженеры-разработчики несут ответственность за функционирование автомобиля, инженеры-производители несут ответственность за безопасное и эффективное производство автомобиля. В эту группу инженеров входят инженеры-технологи , координаторы по логистике , инженеры по оснастке , инженеры по робототехнике и планировщики сборки. [2]
В автомобильной промышленности производители играют более важную роль на этапах разработки автомобильных компонентов, чтобы гарантировать простоту производства продукции. Проектирование с учетом технологичности в автомобильном мире имеет решающее значение для обеспечения уверенности в том, какая конструкция будет разработана на этапе исследований и разработок автомобильного дизайна . Как только проект разработан, инженеры-технологи берут на себя работу. Они разрабатывают оборудование и инструменты, необходимые для изготовления автомобильных компонентов или транспортных средств, и устанавливают методы массового производства продукта. Задача инженеров-технологов — повысить эффективность автомобильного завода и внедрить такие методы бережливого производства , как «Шесть сигм» и «Кайдзен» .
Среди других автомобильных инженеров перечислены ниже:
Исследования показывают, что значительная часть стоимости современного автомобиля создается интеллектуальными системами, и что они представляют собой большую часть текущих автомобильных инноваций. [3] [4] Чтобы облегчить это, современный процесс автомобилестроения должен справляться с более широким использованием мехатроники . Оптимизация конфигурации и производительности, системная интеграция, контроль, проверка компонентов, подсистем и системного уровня интеллектуальных систем должны стать неотъемлемой частью стандартного процесса проектирования транспортных средств, так же, как это происходит в случае структурного, виброакустического и кинематического проектирования. . Для этого требуется процесс разработки транспортных средств, который обычно в значительной степени основан на моделировании. [5]
Один из способов эффективно справиться с присущей мультифизике и разработкой систем управления , которая возникает при включении интеллектуальных систем, - это принять подход V-модели к разработке систем, который широко используется в автомобильной промышленности в течение двадцати или более лет. . В этом V-подходе требования системного уровня распространяются вниз по V через подсистемы к проектированию компонентов, а производительность системы проверяется на возрастающих уровнях интеграции. Разработка мехатронных систем требует применения двух взаимосвязанных «V-циклов»: один сосредоточен на разработке мультифизических систем (например, механических и электрических компонентов системы рулевого управления с электроприводом, включая датчики и исполнительные механизмы); а другой фокусируется на разработке средств управления, логике управления, программном обеспечении и реализации аппаратного обеспечения управления и встроенного программного обеспечения. [6] [7]
