مهندسی خودرو

امروزه در اکثر جوامع پیشرفته و توسعه یافته نمیتوان نیاز به خودرو به معنی عام آن را در زندگی شخصی و اجتماعی انسان ها نادیده گرفت . انواع خودروی سواری، موتور سیکلت‌ها، اتوبوسها و مینی‌بوس‌ها در شهرها و اتوبوسها، کامیونها و تانکرها در بین شهرها، تراکتورها، انواع ادوات کشاورزی در روستاها، و کامیونها، لودرها و انواع تجهیزات راهسازی متحرک، از جمله کاربردهای اولیه و بدیهی خودروها محسوب می‌شوند. البته کلمه خودرو معادل فارسی کلمه Vehicle است که قطارها، کشتی‌ها، هواپیماها و حتی فضاپیماها را نیز شامل می‌شود. اما مهندسی خودرو، به‌طور خاص با مواردی سروکار دارد که بر روی زمین حرکت می‌کنند و هم‌اکنون اکثر آنها دارای موتورهای احتراق داخلی هستند. البته با پیشرفت فناوری‌های جدید و افزایش روزافزون قیمت سوختهای فسیلی و همچنین افزایش مسئله آلودگی در دنیا فناوری‌های نوینی در این زمینه به‌کارگرفته شده است و امروزه خودروها فقط از موتورهای احتراق داخلی استفاده نمی‌کنند. در میان این فناوری‌های برتر می‌توان به خودروهای برقی، هیبریدی،‌سلولهای سوختی و همچنین استفاده از توربینها در خودروها اشاره نمود.

خودروهای مورد بحث از قسمتهای مختلفی تشکیل شده‌اند: قوای محرکه و سیستم انتقال قدرت، شاسی و چرخها، سیستم تعلیق و ترمز، سازه و بدنه، تزیینات داخلی، سیستمهای برقی، سیستمهای تهویه و دیگر سیستمهای جانبی. مهندسی خودرو، رشته‌ای است که طراحی، ساخت، بهینه‌سازی و تعمیر انواع مختلف خودرو را در برمی‌گیرد. اما از آنجا که خودرو، ابزاری است که از مجموعه‌های مختلف تشکیل شده‌است و دارای کاربردهای متفاوتی است، این رشته، ترکیبی از علوم مختلف کلاسیک و مدرن شامل علوم مختلفt مهندسی مانند مکانیک، الکترونیک، مواد و حتی علوم مدیریتی است و از اینرو رشته‌ای کاربردی و کاملا جذاب است. به‌عبارت دیگر، مهندسی‌خودرو یک رشته میان‌رشته‌ای و فراگیر است. چنین رشته‌ای نتیجه پیشرفتهای بشر در اواخر قرن بیستم است.

در ابتدای قرن بیستم که علم و فناوری به آرامی در کنار هم حرکت را شروع نمودند رشته‌های دانشگاهی همچون فیزیک، ریاضی و زیست‌شناسی عموما با مبنای علمی آغاز شدند. بعضا برخی از علوم مهندسی مانند مکانیک، برق، عمران که از دل علوم پایه منفک‌شده بود، نیز سربرآوردند. اما در نیمه دوم قرن بیستم با رشد انواع فناوری، مخصوصا فناوری اطلاعات و ارتباطات، علوم و فنون مختلف و در کنار آنها، رشته‌ها و دوره‌های دانشگاهی نیز رشد فزاینده و انفجاری را شاهد بودند، به گونه‌ای که تقریبا هر پنج سال یکبار حجم دانش تولیدشده در دنیا دو بر ابر کل گذشته می‌شد. لذا در دهه‌های منتهی به قرن بیست‌ویکم، ابتدا گرایشهای مختلف در رشته‌ها بوجود آمد و سپس رشته‌های جدید تخصصی‌تر ایجاد شد. در قرن اخیر این گرایشها متناسب با کاربرد گسترده و نیاز به استفاده از علوم مختلف از دل دانشکده‌های سنتی جدا شده و دانشکده‌های مستقلی را بوجود آوردند.

بدلیل رقابت شدید در بازار جهانی خودرو شرکتهای سازنده خودرو ناگزیر به بالا بردن سرعت تولید و کیفیت محصولات خود بوده و علاوه بر این می‌بایست به نیازهای فرهنگی و اجتماعی و مسائل مربوط به آلودگی محیط زیست نیزتوجه نمایند . مهمترین شرط برای تحقق چنین اهدافی توجه به تربیت مهندسین مجرب و آشنا به تکنولوژی روز است. دانشگاه علم‌ و صنعت ایران به‌عنوان اولین دانشکده‌ در ایران و خاورمیانه در سال ۱۳۷۹ کار خود را با جذب دانشجو در مقطع کارشناسی‌ارشد آغاز نمود. این دانشکده به منظور تربیت نیروی متخصص برای صنایع خودروسازی کشور و صنایع وابسته به آن طراحی و تاسیس شده است و هم‌اکنون با شرکتهای بزرگ کشور همچون ایران‌خو‌درو و سایپا همکاری نزدیک دارد. بسیاری از دانشجویان دانشکده بورسیه مستقیم خود این گروههای صنعتی بوده‌اند و هم‌اکنون مستقیما در آنجا مشغول به‌کار هستند.

طراحی‌ سرفصلهای آموزشی در مهندسی خودرو به گونه ای صورت گرفته تا دانشجویان با مراحل مختلف طراحی، ساخت و آزمایشهای استاندارد مهندسی خودروها و در نهایت تبدیل ایده به محصول واقعی آشنا شوند. دانشجویان این رشته با کسب آمادگی حین مطالعه دروس در راستای تحقیقات ابتدا درسی به نام سمینار را می‌گذرانند و متعاقبا پایان‌نامه خود را اخذ می‌نمایند. در سمینار دانشجویان با راهنمایی استاد راهنما و با مجوز دانشکده می‌توانند به بررسی انواع تکنولوژیهای روز دنیا بپردازند. در مرحله انجام پایان‌نامه، عموما دانشجویان با کمک استاد راهنمای خود با ارتباطی که با بخشهای مختلف شرکتهای خودروسازی بزرگ کشور برقرار می‌کنند، ‌پروژه‌های کاربردی تعریف می‌کنند و اگر کار تحقیقاتی آن در حیطه کامپیوتری باشد،‌ در دانشکده به کار تحقیق ادامه می‌دهند و اگر کار آزمایشگاهی مورد نیاز باشد در آزمایشگاههای دانشکده و یا یکی از زیرمجموعه‌های شرکتهای خودروسازی‌ تحقیقات زیر نظر استاد راهنما ادامه می‌یابد. دانشجویان عملا تحت این فرآیند، هرچه بیشتر با صنعت خودرو از نزدیک آشنا می‌شوند.

رشته مهندسی خودرو دارای سه گرایش مختلف قوای محرکه، سیستم تعلیق و سازه و بدنه خودرو می‌باشد که در ادامه به معرفی هریک از این رشته‌ها به صورت جداگانه پرداخته شده است.

گرایش قوای محرکه

امروزه قوای محرکه خودرو به لحاظ نحوه تامین انرژی و طراحی بهینه توجه طراحان زیادی را به خود جلب نموده است. هم‌اکنون قوای محرکه خودروها، غالبا موتورهای درون‌سوز از نوع اشتعال جرقه‌ای و یا اشتعال فشاری هستند. این موتورها دارای انواع مختلفی است که می‌توان از دیدگاههای متفاوتی آنها را دسته‌بندی نمود. موتورهای دوزمانه و چهار زمانه، موتورهای کاربراتوری و انژکتوری، پاشش مستقیم (درون سیلندر) و یا غیرمستقیم (درون منیفولد)، بنزینی، گازوییلی، گاز‌سوز، دوگانه‌سوز، الکلی، تنفس طبیعی، سوپرشارژ (پرخورانی) و توربوشارژ، از انواع موتورها هستند که برمبنای احتراق داخلی عمل می‌نماید. البته مبحث انواع سوخت های جایگزین، همچون سوخت های زیستی، هیدروژن و دیگر مواد پاک و همچنین انرژی‌های الکتریکی در قالب خودروهای برقی یا هیبریدی و یا انرژی خورشیدی از دیگر موضوعات در مبحث قوای محرکه است.

در گرایش قوای محرکه مهندسین در جهت طراحی بهینه موتور برای کاهش مصرف سوخت و بهبود پارامترهای عملکردی موتور نظیر توان و گشتاور تلاش می کنند. همچنین سیستمهای جانبی همچون سیستم های خنک‌کاری موتور و سیستم‌های تهویه مطبوع خودرو از جمله مواردی است که در فضای رقابتی طراحی باعث چشمگیر شدن ویژگی های یک سیستم طراحی شده می گردد. مهندسین خودرو در این گرایش نیاز به تسلط بر مکانیک جریان سیالات و انتقال حرارت ناشی از آن دارند. از نرم افزارهای تحقیقاتی در این زمینه می‌توان به GT Power ، Kiva و AVL FIRE اشاره نمود. در شکل زیر شبیه سازی ورود سوخت و احتراق در پیستون با استفاده از AVL FIRE انجام شده است.

گرایش سازه و بدنه

بدنه ایمن‌تر، زیباتر و سبک‌تر، عامل موفقیت خودروسازها در قرن بیست‌ویکم خواهد بود. امروزه طراحان کارخانجات بزرگ توانسته‌اند با استفاده از مواد پیشرفته مهندسی طرحهایی را در بدنه خودرو ارائه نمایند که تا کنون نظیرش دیده نشده بود و بعضا در رویاها و تخیل یافت می‌شد. برای طراحی و ساخت چنین خودروهایی، نیاز به دانش کامل در زمینه مواد، مقاومت آنها، مکانیزم ها، طراحی و محاسبات مهندسی و همچنین فرآیندهای تولید می‌باشد. ایمنی بدنه تنها با محاسبات دقیق مهندسی دست یافتنی خواهد بود. در این راستا طراحی سازه خودرو بر اساس جذب انرژی بهینه در برخورد و تصادف اهمیت ویژه‌ای دارد. نرم افزارهای شبیه‌سازی نظیر Abaqus و Ansys ، LS-Dyna ، MADYMO از جمله نرم‌افزارهای مورد استفاده در این زمینه هستند. در شکل زیر آنالیز مودال بدنه یک خودرو نشان داده شده است.

گرایش طراحی سیستم های دینامیکی خودرو
راحتی سفر به معنای کاهش ضربات ناشی از ناهمواریهای سطح جاده به سرنشینان یکی از مهمترین پارامترها در طراحی خودروی مناسب به شمار می‌رود. همچنین فرمان پذیری خودرو در جاده، علی‌الخصوص در پیچهای تند موضوع مهم دیگری است که باید به آن توجه داشت. از طرف دیگر یکی از ملزومات خودروی ایمن، داشتن سیستم ترمز کاملا مطمئن است. این موضوعات سرفصل مباحثی هستند که به تفصیل درگرایش سیستم های تعلیق، ترمز و فرمان مورد بررسی قرار می‌گیرند. برای این منظور، دانشجویان با تکنولوژیهای مختلف روز دنیا در زمینه تعلیق، ترمز و فرمان آشنا شده سپس مبانی طراحی آن را آموزش دیده، ضمن شناخت دقیق‌تر سیستمهای تعلیق و فرمان، با روشهای شبیه‌سازی و حل عددی معادلات دینامیکی خودرو آشنا می‌شوند. در شکل زیر دو نوع سیستم تعلیق مستقل متداول خودرو نشان داده شده‌است.

سیستم تعلیق مک فرسون سیستم تعلیق دابل ویشبون

در این گرایش مهندسان خودرو وظیفه دارند سیستم هایی طراحی کنند که راحتی و ایمنی بهینه را برای سرنشینان خودرو به ارمغان آورد. از نرم افزارهای مرسوم در طراحی سیستم‌های تعلیق می‌توان به Hyperworks ، Adams suite و نرم افزارهای شبیه سازی پروفیل جاده اشاره نمود.

پاسخ به سوالات

۱- جایگاه رشته نسبت به رشته مکانیک و مقایسه توانمندی آن نسبت به این رشته دارای ابهام است یعنی آیا پس از اتمام تحصیلات در فیلد کاری خودرو از نظر علمی مهندس خودرو توانمندتر است یا مهندس مکانیک؟

رشته مکانیک با گرایشهای مختلف توانمندی عمومی به داشنجویان می‌دهد که طبیعی است گه گستره بزرگی از مشاغل و کارها را شامل می‌شود. اما رشته مهندسی خودرو که بخش عمده آن با رشته مهندسی مکانیک همخوانی کامل دارد،‌شخص را به طور خاص آماده برای کار در صنعت خودروسازی و خدمات پس از فروش آن می‌نماید. البته طبیعی است که یک مهندس مکانیک نیز می‌تواند بعد از مدتی همان کارها را انجام دهد، اما در شرایط مساوی، یک مهندس خودرو، فضای فکری مناسبتر و مهارتهای بیشتری دارد و این موضوع به‌طور خودکار باعث می‌شود که این شخص نسبت به یک مهندس مکانیک، حداقل دو سال در صنعت خودرو و صنایع وابسته جلوتر باشد .

۲- با توجه به جدید بودن رشته و تخصصی بودن و هچنین وجود نداشتن اساتیدی که خود در این رشته تحصیل کرده اند ایا پتانسیل علمی برای انتقال دروس این رشته در اساتید فعلی وجود دارد یا خیر؟

اکثر اساتید این دانشکده دارای تجربه چندساله در صنعت خودرو در قسمتهای مختلف هستند. اصولا این مجموعه براساس نیازهایی که در این صنعت تشخیص داده‌اند، این رشته را پایه‌گذاری کرده‌اند. البته طبیعی است که هر رشته جدیدی به مرور زمان رشد و توسعه می‌یابد .

۳- ارتباط این رشته با صنعت و درگیری این دو در چه حد است؟

این رشته اصولا برمبنای نظرات و مسائل صنعت طراحی شده است و خودروسازی خود نیز در تکامل این رشته نقش مهمی دارد. کارآموزان این رشته در خودروسازی‌های بزرگ و صنایع وابسته به آن کار می‌کند و پروژه‌های کارشناسی ارشد تماما با مشارکت صنعت و موضوعی در رابطه مستقیم با مسائل این صنعت طراحی و اجرا می‌شود .

۴- در مقایسه با یک مهندس مکانیک برای اخذ کار شانس کدامیک بیشتر است؟ (از نظر صاحبان صنایع) مسلما در صنعت خودرو، یک مهندس خودرو اولویت دارد. البته این موضوع در مقطع کارشناسی ارشد ثابت شده است. اما تا ورود اولین دوره کارشناسان این دانشکده به بازار و عملکرد خوب آنها در صنعت باید برای قضاوت نهایی تامل نمود .

۵- آیا این رشته به اندازه کافی برای دانشگاه های معتبر آمریکا و اروپا شناخته شده اند تا برای ادامه تحصیل خارج از ایران و گرفتن فاند،شخص دچار مشکل نباشد؟ در مقطع کارشناسی ارشد به دکترا کاملا شناخته شده است و بسیاری از فارغ‌التحصیلان ما براحتی وارد مقطع دکترا در دانشگاههای معتبر آمریکا و کانادا شده‌اند. در مورد کارشناسی نیز به کارشناسی ارشد، مسلما با توجه به توانمندی دانشجویان ما و جدید بودن این رشته در سطح دنیا، اوضاع کاری و تحقیقاتی نسبت به بسیاری از رشته‌ها از جمله مکانیک بهتر است .

۶- به طور کلی آینده رشته برای تحصیلات خارج از ایران دارای ابهام است؟ خیر، هیچ مشکلی برای ادامه تحصیل وجود ندارد .

۷- چارت دروس بر چه اساسی است و آیا با علم روز دنیا در زمینه خودرو تطابق دارد یا مانند سایر رشته ها عقب افتادگی خاصی دارد؟ (ذکر این نکته بسیار تاثیرگذار خواهد بود) این رشته کاملا به‌روز طراحی شده است. برای آشنایی بیشتر باید برنامه‌های ما را دیگر دانشگاهها مقایسه کنید .

۸- آیا زمینه کاری مناسبی برای دختران فارغ التحصیل این رشته وجود خواهد داشت؟ همچون دیگر رشته‌های مهندسی می‌باشد .

۹ – رقابت در کنکور ارشد با مهندسین مکانیک و طبق چارت دروس خواهد بود یا طبق دروس خودرو؟ متاسفانه امتحان ورودی کارشناسی‌ارشد در تمام رشته‌ها از دروس پایه است و از آنجا که در پایه مهندسی خودرو با مهندسی مکانیک مشترک است،‌ البته منتظر هستیم تا سری اول کارشناسان ما فارغ‌التحصیل شوند و حتما در آن موقع دروس خاصی را وارد کنکور خواهیم کرد.