Ingeniería automotriz

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 abarca motocicletas, automóviles, autobuses, camiones, etc. Incluye el estudio de elementos mecánicos, electrónicos, de software y de seguridad. Algunas de las disciplinas y atributos de ingeniería importantes para el ingeniero automotriz son:

Ingeniería de seguridad : La ingeniería de seguridad consiste en la evaluación de diversos escenarios de colisión y su impacto en los ocupantes del vehículo. Estos se someten a pruebas conforme a normativas gubernamentales muy estrictas. Algunos de estos requisitos incluyen: pruebas de funcionamiento de cinturones de seguridad y bolsas de aire , pruebas de impacto frontal y lateral, y pruebas de resistencia al vuelco. Las evaluaciones se realizan con diversos métodos y herramientas, como la simulación de colisiones por computadora (generalmente mediante análisis de elementos finitos ), el uso de maniquíes de prueba de choque y pruebas de choque parciales con trineo y de vehículos completos.

Consumo de combustible/emisiones : El consumo de combustible es la eficiencia medida del vehículo en millas por galón o kilómetros por litro. Las pruebas de emisiones abarcan 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 por evaporación.

Ingeniería NVH ( ruido, vibración y aspereza ) : NVH implica la retroalimentación del cliente (tanto táctil [percibida] como audible [audible]) sobre un vehículo. Si bien el sonido puede interpretarse como un traqueteo, un chirrido o un calor, una respuesta táctil puede ser la vibración del asiento o un zumbido en el volante . Esta retroalimentación se genera por componentes que rozan, 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. Cabe señalar que existen cualidades NVH buenas y malas. El ingeniero de NVH trabaja para eliminar el NVH malo o cambiar el "NVH malo" a bueno (por ejemplo, tonos de escape).

Electrónica vehicular : 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 el acelerador, el freno y la dirección; así como de muchos sistemas de confort y conveniencia, como el sistema de climatización , el sistema de infoentretenimiento y la iluminación. Sin los controles electrónicos, los automóviles no podrían cumplir con los requisitos modernos de seguridad y eficiencia de combustible.

Rendimiento : El rendimiento es un valor medible y comprobable de la capacidad de un vehículo para desempeñarse en diversas condiciones. Se puede considerar en una amplia variedad de tareas, pero generalmente tiene en cuenta la rapidez con la que un automóvil puede acelerar (por ejemplo, tiempo transcurrido en 1/4 de milla desde parado, de 0 a 60  mph, etc.), su velocidad máxima, la rapidez con la que puede detenerse por completo desde una velocidad determinada (por ejemplo, de 70 a 0  mph), la fuerza G que puede generar sin perder agarre, los tiempos de vuelta registrados, la velocidad en curvas, el desvanecimiento de los frenos, etc. El rendimiento también puede reflejar el grado de control en condiciones climáticas adversas (nieve, hielo, lluvia).

Calidad del cambio : La calidad del cambio es la percepción del conductor sobre el vehículo durante un cambio de marcha en una transmisión automática . Esto está influenciado por el tren motriz ( motor de combustión interna , transmisión ) y el vehículo (tren de transmisión, suspensión , soportes del motor y del tren motriz, etc.). La sensación del cambio es una respuesta tanto táctil (percibida) como audible (escuchada) del vehículo. La calidad del cambio se experimenta como varios eventos: los cambios de transmisión se sienten como un cambio ascendente al acelerar (1-2) o una maniobra de cambio descendente al adelantar (4-2). También se evalúan los acoplamientos de cambio del vehículo, como al pasar de Estacionamiento a Reversa, etc.

Ingeniería de durabilidad y corrosión : La ingeniería de durabilidad y corrosión consiste en la evaluación de la vida útil de un vehículo mediante pruebas. Estas pruebas incluyen la 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 las paradas del motor, las caídas de RPM, la respuesta al ralentí, las vacilaciones y los tirones al arrancar, y los niveles de rendimiento contribuyen a la manejabilidad general de cualquier vehículo.

Costo : El costo de un programa de vehículos generalmente se divide en el impacto sobre el costo variable del vehículo y los costos fijos y de herramientas iniciales asociados con su desarrollo. También existen costos relacionados con reducciones de garantía y marketing.

Cronograma del programa : En cierta medida, los programas se programan en función del mercado y de los cronogramas de producción de las plantas de ensamblaje. Cualquier pieza nueva en el diseño debe ser compatible con el cronograma de desarrollo y fabricación del modelo.

Diseño para la Fabricación (DFM) : El DFM se refiere al diseño de componentes vehiculares de manera que no solo sean factibles de fabricar, sino también rentables, a la vez que se obtiene una calidad aceptable que cumpla con las especificaciones de diseño y las tolerancias de ingeniería. Esto requiere coordinación entre los ingenieros de diseño y los equipos de ensamblaje y fabricación.

Gestión de la calidad : El control de calidad es un factor importante en el proceso de producción, ya que se requiere alta calidad para satisfacer las necesidades del cliente y evitar costosas campañas de retirada de productos. La complejidad de los componentes involucrados en el proceso de producción exige una combinación de diferentes herramientas y técnicas para el control de calidad. Por ello, el Grupo de Trabajo Internacional de la Industria Automotriz (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 corresponda) instalación y servicio. Además, combina los principios de la ISO 9001 con aspectos de diversas 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 reclamaciones de responsabilidad civil para sistemas eléctricos y electrónicos automotrices, se aplica la disciplina de calidad de seguridad funcional según la norma ISO/IEC 17025.

Desde la década de 1950, el enfoque empresarial integral de gestión de calidad total (TQM) se ha utilizado para mejorar continuamente el proceso de producción de productos y componentes automotrices. Algunas de las empresas que han implementado TQM son Ford Motor Company , Motorola y Toyota Motor Company .

Un ingeniero de desarrollo es responsable de coordinar la entrega de los atributos de ingeniería de un automóvil completo ( autobús , coche , camión , furgoneta, SUV, motocicleta, etc.) según lo dicten 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. Si bien un automóvil cuenta con múltiples componentes y sistemas que deben funcionar según lo previsto, también deben trabajar en armonía con el conjunto. Por ejemplo, la función principal del sistema de frenos es proporcionar la capacidad de frenado. Además, debe ofrecer un nivel aceptable de: tacto del pedal (esponjoso o rígido), ruido del sistema de frenos (chirridos, vibraciones, etc.) e interacción con el ABS (sistema antibloqueo de frenos).

Otro aspecto del trabajo del ingeniero de desarrollo es el proceso de compensación necesario para ofrecer todos los atributos del automóvil a un nivel aceptable. Un ejemplo de esto es la compensación entre el rendimiento del motor y el consumo de combustible . Si bien algunos clientes buscan la máxima potencia de su motor , el automóvil aún debe ofrecer un nivel aceptable de consumo 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 consumo de combustible busca un motor de menor cilindrada (por ejemplo, 1.4 L frente a 5.4 L). Sin embargo, el tamaño del motor no es el único factor que contribuye al consumo de combustible y al rendimiento del automóvil. Entran en juego otros valores.

Otros atributos que implican concesiones incluyen: el peso del automóvil, la resistencia aerodinámica , la relación de transmisión , los dispositivos de control de emisiones , el manejo/agarre en carretera , la calidad de la conducción y los neumáticos .

El ingeniero de desarrollo también es responsable de organizar las pruebas, la validación y la certificación a nivel automotriz. Los componentes y sistemas son diseñados y probados individualmente por el ingeniero de producto. La evaluación final se realiza a nivel automotriz para evaluar las interacciones entre sistemas. Por ejemplo, el sistema de audio (radio) debe evaluarse a nivel automotriz. 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 todos los asientos debe ser aceptable.

Los ingenieros de fabricación son responsables de garantizar la correcta producción 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 su producción segura y eficaz. Este grupo de ingenieros está compuesto por ingenieros de procesos , coordinadores logísticos , ingenieros de utillaje , ingenieros de robótica y planificadores de montaje. ^{[ 2 ]}

En la industria automotriz, los fabricantes desempeñan un papel cada vez más importante en las etapas de desarrollo de los componentes para garantizar la facilidad de fabricación. El diseño orientado a la fabricación es crucial para asegurar que cualquier diseño desarrollado en la etapa de investigación y desarrollo sea viable . Una vez establecido el diseño, los ingenieros de fabricación toman el relevo. Diseñan la maquinaria y las herramientas necesarias para fabricar los componentes o el vehículo y establecen los métodos para la producción en masa . Su labor consiste en aumentar la eficiencia de la planta automotriz e implementar técnicas de producción ajustada como Six Sigma y Kaizen .

Otros ingenieros automotrices incluyen los que se enumeran a continuación:

• Los ingenieros aerodinámicos suelen asesorar al estudio de diseño para que las formas que diseñan sean aerodinámicas, además de atractivas.
• Los ingenieros de carrocería también informarán al estudio si es factible fabricar los paneles para sus diseños.
• Los ingenieros de control de cambios se aseguran de que todos los cambios de diseño y fabricación que se produzcan estén organizados, gestionados e implementados...
• Los ingenieros de NVH realizan pruebas de sonido y vibración para prevenir ruidos fuertes en el habitáculo, vibraciones perceptibles y/o mejorar la calidad del sonido mientras el vehículo está en circulación.

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 V para el desarrollo de sistemas, ampliamente utilizado en la industria automotriz durante veinte años o más. En este enfoque V, los requisitos a nivel de sistema se propagan a través de la V mediante 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 centrado en la ingeniería de sistemas multifísicos (como los componentes mecánicos y eléctricos de un sistema de dirección asistida eléctricamente, incluyendo sensores y actuadores); y el otro centrado en la ingeniería de control, la lógica de control, el software y la realización del hardware de control y el software embebido. ^{[ 6 ] [ 7 ]}