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 aplicados al diseño, fabricación y operación de motocicletas , automóviles y camiones y sus respectivos subsistemas de ingeniería. También incluye la modificación de vehículos. El dominio de la fabricación se ocupa de la creación y el ensamblaje de todas las partes de los automóviles y también está incluido en él. El campo de la ingeniería automotriz es intensivo en investigación e implica la aplicación directa de modelos y fórmulas matemáticas. El estudio de la ingeniería automotriz es 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 la ingeniería que estudia la fabricación, el diseño, los mecanismos mecánicos y el funcionamiento de los automóviles. Es una introducción a la ingeniería de vehículos que se ocupa de las motocicletas, los automóviles, los autobuses, los camiones, etc. Incluye el estudio de las ramas de los 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 varios escenarios de colisión y su impacto en los ocupantes del vehículo. Estos se prueban de acuerdo con regulaciones gubernamentales muy estrictas. Algunos de estos requisitos incluyen: pruebas de funcionalidad del cinturón de seguridad y del airbag , pruebas de impacto frontal y lateral y pruebas de resistencia al vuelco. Las evaluaciones se realizan con varios métodos y herramientas, incluida la simulación de colisión por computadora (generalmente análisis de elementos finitos ), maniquí de prueba de colisión y choques parciales del sistema y del vehículo completo.
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 del vehículo, incluidos los hidrocarburos, los óxidos de nitrógeno ( NO x ), el monóxido de carbono (CO), el dióxido de carbono (CO 2 ) y las emisiones de evaporación.
Ingeniería NVH ( ruido, vibración y aspereza ) : NVH implica retroalimentación del cliente (tanto táctil [sentida] como audible [oída]) con respecto a un vehículo. Si bien el sonido puede interpretarse como un traqueteo, un chirrido o calor, una respuesta táctil puede ser la vibración del asiento o un zumbido en el volante . Esta retroalimentación es generada por componentes que se frotan, vibran o giran. La respuesta NVH se puede clasificar de varias maneras: NVH del tren motriz, ruido de la carretera, ruido del viento, ruido de los componentes y chirridos y traqueteos. Tenga en cuenta que existen cualidades NVH tanto buenas como malas. El ingeniero NVH trabaja para eliminar el NVH malo o cambiar el "NVH malo" a bueno (es decir, tonos de escape).
Electrónica del vehículo : La electrónica automotriz es un aspecto cada vez más importante de la ingeniería automotriz. Los vehículos modernos emplean docenas de sistemas electrónicos. [1] Estos sistemas son responsables de los controles operativos, como los controles del acelerador, el freno y la dirección; así como de muchos sistemas de comodidad y conveniencia, como los sistemas de climatización , infoentretenimiento y de iluminación. No sería posible que los automóviles cumplieran con 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 la rapidez con la que un automóvil puede acelerar (por ejemplo, el tiempo transcurrido de 1/4 de milla desde parado, de 0 a 60 mph, etc.), su velocidad máxima, la rapidez con la que un automóvil puede detenerse por completo desde una velocidad establecida (por ejemplo, 70-0 mph), la cantidad de fuerza g que puede generar un automóvil sin perder agarre, los tiempos de vuelta registrados, la velocidad en las curvas, el debilitamiento 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 el conductor tiene del vehículo ante un 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 del cambio es una respuesta táctil (sentida) y audible (oída) del vehículo. La calidad del cambio se experimenta como varios eventos: los cambios de transmisión se sienten como un cambio ascendente en la aceleración (1-2), o una maniobra de cambio descendente al pasar (4-2). También se evalúan los cambios de marcha del vehículo, como en Estacionar a Reversa, etc.
Ingeniería de durabilidad/ corrosión : La ingeniería de durabilidad y corrosión es la evaluación de la vida útil de un vehículo. Las pruebas incluyen acumulación de kilometraje, condiciones de conducción severas y baños de sal corrosivos.
Manejabilidad : La manejabilidad es la respuesta del vehículo a las condiciones generales de conducción. Los arranques en frío y los calados, las caídas de RPM, la respuesta en ralentí, las vacilaciones y los tirones al arrancar y los niveles de rendimiento contribuyen a la manejabilidad general de un vehículo determinado.
Costo : El costo de un programa de vehículos generalmente se divide en el efecto sobre el costo variable del vehículo y los costos fijos y de herramientas iniciales asociados con el desarrollo del vehículo. También hay costos asociados con las reducciones de garantía y la comercialización.
Cronograma de los programas : hasta cierto punto, los programas están cronometrados en relación con el mercado y también con los cronogramas de producción de las plantas de ensamblaje. Cualquier pieza nueva en el diseño debe cumplir con el cronograma de desarrollo y fabricación del modelo.
Viabilidad del ensamblaje : es fácil diseñar un módulo que sea difícil de ensamblar, lo que puede dar como resultado unidades dañadas o tolerancias deficientes. El ingeniero de desarrollo de productos calificado trabaja con los ingenieros de ensamblaje/fabricación para que el diseño resultante sea fácil y económico de hacer y ensamblar, además de ofrecer la funcionalidad y el aspecto adecuados.
Gestión de calidad : El control de calidad es un factor importante dentro del proceso de producción, ya que se necesita una alta calidad para cumplir con los requisitos del cliente y evitar costosas campañas de retirada de productos del mercado. 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) instalación y servicio. Además, combina los principios de la ISO 9001 con aspectos de varias normas automotrices regionales y nacionales como AVSQ (Italia), EAQF (Francia), VDA6 (Alemania) y QS-9000 (EE. UU.). Para minimizar aún más los riesgos relacionados con fallas de productos y reclamos por responsabilidad por sistemas eléctricos y electrónicos automotrices, se aplica la disciplina de calidad de seguridad funcional según ISO/IEC 17025.
Desde la década de 1950, el enfoque empresarial integral de la gestión de la calidad total (TQM) ha funcionado para mejorar continuamente el proceso de producción de productos y componentes automotrices. Algunas de las empresas que han implementado TQM incluyen Ford Motor Company , Motorola y Toyota Motor Company . [ cita requerida ]
Un ingeniero de desarrollo tiene la responsabilidad de coordinar la entrega de los atributos de ingeniería de un automóvil completo ( autobús , automóvil , camión , furgoneta, SUV, motocicleta, etc.) según lo dictado por 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 hay 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 (chirrido, temblor, etc.) e interacción con el ABS (sistema de frenos antibloqueo).
Otro aspecto del trabajo del ingeniero de desarrollo es el proceso de equilibrio necesario para ofrecer todos los atributos del automóvil a un cierto nivel aceptable. Un ejemplo de esto es el equilibrio entre el rendimiento del motor y el ahorro de combustible . Si bien algunos clientes buscan la máxima potencia de su motor , el automóvil aún debe ofrecer un nivel aceptable de ahorro de combustible. Desde la perspectiva del motor, estos son requisitos opuestos. El rendimiento del motor busca la máxima cilindrada (más grande, más potencia), mientras que el ahorro de combustible busca un motor de cilindrada menor (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 transmisión , dispositivos de control de emisiones , manejo/agarre en carretera , calidad de conducción y neumáticos .
El ingeniero de desarrollo también es responsable de organizar las pruebas, la validación y la certificación a nivel de automóvil. El ingeniero de productos diseña y prueba los componentes y sistemas individualmente. La evaluación final se debe realizar 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 proporcionarse 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 logísticos , ingenieros de herramientas , ingenieros de robótica y planificadores de ensamblaje. [2]
En la industria automotriz, los fabricantes desempeñan un papel más importante en las etapas de desarrollo de los componentes automotrices para garantizar que los productos sean fáciles de fabricar. El diseño para la fabricación en el mundo automotriz es crucial para garantizar que se desarrolle el diseño en la etapa de investigación y desarrollo del diseño automotriz . Una vez que se establece el diseño, los ingenieros de fabricación toman el control. Diseñan la maquinaria y las herramientas necesarias para construir los componentes automotrices o el vehículo y establecen los métodos para producir el producto en masa . El trabajo de los ingenieros de fabricación es aumentar la eficiencia de la planta automotriz e implementar técnicas de fabricación eficiente 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 los sistemas inteligentes, y que estos representan la mayor parte de la innovación automotriz actual. [3] [4] Para facilitar esto, el proceso de ingeniería automotriz moderna 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 de componentes, subsistemas y niveles de sistema de los sistemas inteligentes deben convertirse en una parte intrínseca del proceso estándar de ingeniería de vehículos, tal como es el caso del diseño estructural, vibroacústico y cinemático. Esto requiere un proceso de desarrollo de vehículos que normalmente está altamente impulsado por la 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 del modelo en V para el desarrollo de sistemas, que se ha utilizado ampliamente en la industria automotriz durante veinte años o más. En este enfoque en V, los requisitos a nivel de sistema se propagan a través de la 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 en V" interconectados: uno centrado en la ingeniería de sistemas multifísicos (como los componentes mecánicos y eléctricos de un sistema de dirección asistida 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]
