La ingeniería automotriz , junto con la ingeniería aeroespacial y la arquitectura naval , es una rama de la ingeniería de vehículos, que incorpora elementos de ingeniería mecánica , eléctrica , electrónica , de software y de seguridad aplicada al diseño, fabricación y operación de motocicletas , automóviles y camiones y sus respectivos subsistemas de ingeniería. También incluye modificación de vehículos. El dominio de fabricación se ocupa de la creación y montaje de piezas enteras de automóviles. El campo de la ingeniería automotriz requiere mucha investigación e implica la aplicación directa de fórmulas y modelos matemáticos. El estudio de la ingeniería automotriz consiste en diseñar, desarrollar, fabricar y probar vehículos o componentes de vehículos desde la etapa de concepto hasta la etapa de producción. La producción, el desarrollo y la fabricación son las tres funciones principales en este campo.
La ingeniería automotriz es una rama de estudio de la ingeniería [ cita necesaria ] que enseña la fabricación, el diseño, los mecanismos mecánicos y las operaciones de los automóviles. Es una introducción [ cita necesaria ] a la ingeniería de vehículos que se ocupa de motocicletas, automóviles, autobuses, camiones, etc. Incluye el estudio de la rama de elementos mecánicos, electrónicos, de software y de seguridad. Algunos de los atributos y disciplinas de ingeniería que son importantes para el ingeniero automotriz incluyen:
Ingeniería de seguridad : La ingeniería de seguridad es la evaluación de diversos escenarios de colisión y su impacto en los ocupantes del vehículo. Estos se prueban según regulaciones gubernamentales muy estrictas. Algunos de estos requisitos incluyen: pruebas de funcionalidad de cinturones de seguridad y bolsas de aire , pruebas de impacto frontal y lateral y pruebas de resistencia a vuelcos. Las evaluaciones se realizan con diversos métodos y herramientas, incluida la simulación de accidentes por computadora (normalmente análisis de elementos finitos ), maniquíes de prueba de accidentes y accidentes parciales de trineos de sistemas y de vehículos completos.
Economía de combustible/emisiones : La economía de combustible es la eficiencia de combustible medida del vehículo en millas por galón o kilómetros por litro. Las pruebas de emisiones cubren la medición de las emisiones de los vehículos, incluidos los hidrocarburos, los óxidos de nitrógeno ( NO x ), el monóxido de carbono (CO), el dióxido de carbono (CO 2 ) y las emisiones evaporativas.
Ingeniería NVH ( ruido, vibración y aspereza ) : NVH implica comentarios del cliente (tanto táctiles [sentido] como audibles [escuchados]) sobre un vehículo. Si bien el sonido puede interpretarse como un traqueteo, un chillido o un calor, una respuesta táctil puede ser una vibración del asiento o un zumbido en el volante . Esta retroalimentación es generada por componentes que rozan, vibran o giran. La respuesta de NVH se puede clasificar de varias maneras: NVH del tren motriz, ruido de la carretera, ruido del viento, ruido de componentes y chirridos y traqueteos. Tenga en cuenta que existen cualidades NVH buenas y malas. El ingeniero de NVH trabaja para eliminar el NVH malo o cambiar el "NVH malo" a bueno (es decir, tonos de escape).
Electrónica de vehículos : La electrónica del automóvil es un aspecto cada vez más importante de la ingeniería del automóvil. Los vehículos modernos emplean decenas de sistemas electrónicos. [1] Estos sistemas son responsables de los controles operativos como los controles del acelerador, freno y dirección; así como muchos sistemas de comodidad y conveniencia, como sistemas HVAC , infoentretenimiento e iluminación. No sería posible que los automóviles cumplieran los requisitos modernos de seguridad y economía de combustible sin controles electrónicos.
Rendimiento : El rendimiento es un valor medible y comprobable de la capacidad de un vehículo para funcionar en diversas condiciones. El rendimiento se puede considerar en una amplia variedad de tareas, pero generalmente considera qué tan rápido un automóvil puede acelerar (por ejemplo, tiempo transcurrido de arranque parado, 1/4 de milla, 0 a 60 mph, etc.), su velocidad máxima, qué tan corto y rápido es un un automóvil puede detenerse por completo a una velocidad determinada (por ejemplo, 70-0 mph), cuánta fuerza g puede generar un automóvil sin perder agarre, tiempos de vuelta registrados, velocidad en las curvas, desvanecimiento de los frenos, etc. El rendimiento también puede reflejar la Cantidad de control en condiciones climáticas adversas (nieve, hielo, lluvia).
Calidad del cambio : La calidad del cambio es la percepción que tiene el conductor del vehículo ante un evento de cambio de transmisión automática . Esto está influenciado por el tren motriz ( motor de combustión interna , transmisión ) y el vehículo (línea motriz, suspensión , soportes del motor y del tren motriz, etc.). La sensación de cambio es una respuesta tanto táctil (sentida) como audible (oída) del vehículo. La calidad del cambio se experimenta como varios eventos: los cambios de transmisión se sienten como un cambio hacia arriba al acelerar (1–2), o una maniobra de cambio hacia abajo al pasar (4–2). También se evalúan los cambios de marcha del vehículo, como en Park to Reverse, etc.
Ingeniería de durabilidad/ corrosión : La ingeniería de durabilidad y corrosión es la prueba de evaluación de un vehículo para su vida útil. Las pruebas incluyen acumulación de kilometraje, condiciones de conducción severas y baños de sal corrosiva.
Manejabilidad : La manejabilidad es la respuesta del vehículo a las condiciones generales de conducción. Arranques y paradas en frío, caídas de RPM, respuesta en ralentí, vacilaciones y tropiezos en el lanzamiento y niveles de rendimiento. [ fragmento de oración ]
Costo : El costo de un programa de vehículos generalmente se divide en el efecto sobre el costo variable del vehículo y las herramientas iniciales y los costos fijos asociados con el desarrollo del vehículo. También existen costos asociados con reducciones de garantía y marketing.
Calendario de los programas : Hasta cierto punto, los programas se sincronizan con respecto al mercado y también con los calendarios de producción de las plantas de montaje. Cualquier pieza nueva en el diseño debe respaldar el cronograma de desarrollo y fabricación del modelo.
Viabilidad del ensamblaje : Es fácil diseñar un módulo que sea difícil de ensamblar, lo que resultará en unidades dañadas o tolerancias deficientes. El ingeniero capacitado en desarrollo de productos trabaja con los ingenieros de ensamblaje/fabricación para que el diseño resultante sea fácil y económico de fabricar y ensamblar, además de brindar la funcionalidad y apariencia adecuadas.
Gestión de calidad : el control de calidad es un factor importante dentro del proceso de producción, ya que se necesita alta calidad para cumplir con los requisitos del cliente y evitar costosas campañas de retirada . La complejidad de los componentes involucrados en el proceso de producción requiere una combinación de diferentes herramientas y técnicas para el control de calidad. Por lo tanto, el International Automotive Task Force (IATF), un grupo de los principales fabricantes y organizaciones comerciales del mundo, desarrolló la norma ISO/TS 16949 . Esta norma define los requisitos de diseño, desarrollo, producción y (cuando sea relevante) de instalación y servicio. Además, combina los principios de ISO 9001 con aspectos de varios estándares automotrices regionales y nacionales como AVSQ (Italia), EAQF (Francia), VDA6 (Alemania) y QS-9000 (EE.UU.). Para minimizar aún más los riesgos relacionados con fallos de productos y reclamaciones de responsabilidad por sistemas eléctricos y electrónicos de automóviles, se aplica la disciplina de calidad y seguridad funcional según ISO/IEC 17025.
Desde la década de 1950, el enfoque empresarial integral de gestión de calidad total (TQM) ha funcionado para mejorar continuamente el proceso de producción de productos y componentes de automoción. Algunas de las empresas que han implementado TQM incluyen Ford Motor Company , Motorola y Toyota Motor Company . [ cita necesaria ]
Un ingeniero de desarrollo tiene la responsabilidad de coordinar la entrega de los atributos de ingeniería de un automóvil completo ( autobús , automóvil , camión , camioneta, SUV, motocicleta, etc.) según lo dictan el fabricante del automóvil , las regulaciones gubernamentales y el cliente que compra el producto.
Al igual que el ingeniero de sistemas , el ingeniero de desarrollo se ocupa de las interacciones de todos los sistemas del automóvil completo. Si bien existen múltiples componentes y sistemas en un automóvil que deben funcionar según lo diseñado, también deben funcionar en armonía con el automóvil completo. Por ejemplo, la función principal del sistema de frenos es proporcionar funcionalidad de frenado al automóvil. Junto con esto, también debe proporcionar un nivel aceptable de: sensación del pedal (esponjoso, rígido), "ruido" del sistema de frenos (chirridos, estremecimientos, etc.) e interacción con el ABS (sistema de frenos antibloqueo).
Otro aspecto del trabajo del ingeniero de desarrollo es un proceso de compensación necesario para entregar todos los atributos del automóvil a un cierto nivel aceptable. Un ejemplo de esto es el equilibrio entre el rendimiento del motor y la economía de combustible . Si bien algunos clientes buscan la máxima potencia de su motor , aún se requiere que el automóvil ofrezca un nivel aceptable de economía de combustible. Desde el punto de vista del motor, estos son requisitos opuestos. El rendimiento del motor busca la cilindrada máxima (más grande, más potencia), mientras que la economía de combustible busca un motor de cilindrada más pequeña (por ejemplo, 1,4 L frente a 5,4 L). Sin embargo, el tamaño del motor no es el único factor que contribuye al ahorro de combustible y al rendimiento del automóvil. Entran en juego diferentes valores.
Otros atributos que implican compensaciones incluyen: peso del automóvil, resistencia aerodinámica , engranajes de la transmisión , dispositivos de control de emisiones , manejo/agarre en carretera , calidad de marcha y neumáticos .
El ingeniero de desarrollo también es responsable de organizar las pruebas, la validación y la certificación a nivel de automóvil. Los componentes y sistemas son diseñados y probados individualmente por el ingeniero de producto. La evaluación final se realizará a nivel de automóvil para evaluar las interacciones entre sistemas. Por ejemplo, el sistema de audio (radio) debe evaluarse a nivel de automóvil. La interacción con otros componentes electrónicos puede causar interferencias . Es necesario evaluar la disipación de calor del sistema y la ubicación ergonómica de los controles. La calidad del sonido en todas las posiciones de los asientos debe mantenerse a niveles aceptables.
Los ingenieros de fabricación son responsables de garantizar la producción adecuada de los componentes automotrices o vehículos completos. Mientras que los ingenieros de desarrollo son responsables del funcionamiento del vehículo, los ingenieros de fabricación son responsables de la producción segura y eficaz del vehículo. Este grupo de ingenieros está formado por ingenieros de procesos , coordinadores de logística , ingenieros de herramientas , ingenieros en robótica y planificadores de montaje. [2]
En la industria automotriz, los fabricantes están desempeñando un papel más importante en las etapas de desarrollo de componentes automotrices para garantizar que los productos sean fáciles de fabricar. El diseño para la capacidad de fabricación en el mundo del automóvil es crucial para garantizar que cualquier diseño se desarrolle en la etapa de investigación y desarrollo del diseño automotriz . Una vez establecido el diseño, los ingenieros de fabricación se hacen cargo. Diseñan la maquinaria y las herramientas necesarias para construir los componentes automotrices o el vehículo y establecen los métodos para producir en masa el producto. El trabajo de los ingenieros de fabricación es aumentar la eficiencia de la planta automotriz e implementar técnicas de fabricación ajustada como Six Sigma y Kaizen .
Otros ingenieros automotrices incluyen los que se enumeran a continuación:
Los estudios indican que una parte sustancial del valor de los vehículos modernos proviene de sistemas inteligentes, y que estos representan la mayor parte de la innovación automovilística actual. [3] [4] Para facilitar esto, el proceso moderno de ingeniería automotriz tiene que manejar un mayor uso de la mecatrónica . La optimización de la configuración y el rendimiento, la integración del sistema, el control, la validación a nivel de componentes, subsistemas y sistemas de los sistemas inteligentes deben convertirse en una parte intrínseca del proceso de ingeniería de vehículos estándar, al igual que este es el caso del diseño estructural, vibroacústico y cinemático. . Esto requiere un proceso de desarrollo de vehículos que suele estar basado en gran medida en simulación. [5]
Una forma de abordar eficazmente la multifísica inherente y el desarrollo de sistemas de control que implica la inclusión de sistemas inteligentes es adoptar el enfoque V-Model para el desarrollo de sistemas, como se ha utilizado ampliamente en la industria automotriz durante veinte años o más. . En este enfoque V, los requisitos a nivel de sistema se propagan hacia abajo a través de V a través de subsistemas hasta el diseño de componentes, y el rendimiento del sistema se valida en niveles de integración crecientes. La ingeniería de sistemas mecatrónicos requiere la aplicación de dos "ciclos V" interconectados: uno que se centra en la ingeniería de sistemas multifísicos (como los componentes mecánicos y eléctricos de un sistema de dirección accionado eléctricamente, incluidos sensores y actuadores); y el otro se centra en la ingeniería de controles, la lógica de control, el software y la realización del hardware de control y el software integrado. [6] [7]
