Essendo un prodotto fondamentale della moderna civiltà industriale, le automobili sono molto più complesse di quanto si pensi. Esternamente è un misto di metallo, plastica e vetro, ma al suo interno si trova un complesso sistema di macchinari, sistemi di controllo elettronico e gestione dell'energia. Capire come funziona un'auto richiede la padronanza della sua struttura strutturale di base. Questo documento inizierà con quattro moduli principali del sistema di alimentazione, del telaio, della struttura della carrozzeria e del sistema elettrico e analizzerà sistematicamente la struttura di base dell'automobile.
I. Powertrain: il cuore e i vasi sanguigni dell'auto
Il sistema di alimentazione è il cuore dell'auto, responsabile della conversione dell'energia chimica del carburante in energia meccanica per spingere l'auto in avanti. I moderni propulsori automobilistici sono costituiti principalmente da motore, sistema di trasmissione e sistema di raffreddamento.
Motore
Il motore, il "cuore" dell'auto, brucia carburante per generare energia. I motori a benzina funzionano su una gamma di quattro-tempi (aspirazione, compressione, potenza, scarico), mentre i motori diesel convertono l'energia tramite l'accensione per compressione. Il motore è costituito da componenti di precisione come cilindri, pistoni, alberi a gomiti e alberi a camme che ruotano continuamente a migliaia di giri al minuto. Ad esempio, il diametro del cilindro di un motore a quattro cilindri da 2,0-litri è di circa 86mm e la corsa del pistone è di circa 86mm. L'efficiente conversione dell'energia è ottenuta attraverso la fasatura precisa delle valvole e il controllo dell'iniezione del carburante.
Sistema di trasmissione: il sistema di trasmissione agisce come i "vasi sanguigni" di un'auto, trasmettendo la potenza dal motore alle ruote motrici. Comprende componenti come frizione (o convertitore di coppia), cambio, albero di trasmissione e differenziale. I cambi manuali ottengono rapporti di trasmissione diversi attraverso combinazioni di ingranaggi, mentre i cambi automatici si affidano ad accoppiamenti idraulici e gruppi di ingranaggi planetari per ottenere CVT. Prendi un cambio automatico a 8 velocità, che ha quattro set di ingranaggi planetari e cinque frizioni del cambio e offre otto marce anteriori per mantenere il motore nella marcia ottimale.
Sistema di raffreddamento: il sistema di raffreddamento mantiene la temperatura operativa del motore facendo circolare il liquido refrigerante. I motori moderni normalmente funzionano a temperature comprese tra 85 e 105 gradi Celsius, una temperatura troppo alta può causare esplosioni e una temperatura troppo bassa può aumentare il consumo di carburante. Il sistema di raffreddamento comprende componenti come pompa dell'acqua, radiatori e termostati. Nel caso di un particolare motore 1.5T, la portata di circolazione del liquido di raffreddamento può raggiungere i 30 litri al minuto e il radiatore ha una superficie del radiatore di oltre 0,5 metri quadrati, garantendo un'efficace dissipazione del calore.
ii. Sistema di telaio: lo scheletro e i muscoli di un'auto
Il sistema del telaio costituisce la base meccanica di un'auto, supportando la carrozzeria, trasmettendo potenza e svolgendo funzioni di sterzo e frenatura. È composto da quattro sottosistemi: trasmissione, trasmissione, sistema di sterzo e sistema di frenatura.
Trasmissione
Oltre al motore, il sistema di trasmissione comprende un giunto cardanico e un asse motore. Un'auto a trazione-a-ruota anteriore trasferisce la potenza attraverso un connettore a velocità costante, mentre un'auto a trazione a-ruota-posteriore distribuisce la potenza alle ruote posteriori tramite un albero di trasmissione e un differenziale. Il sistema di trazione integrale-adotta una frizione multi-pezzo o un giunto viscoso per distribuire dinamicamente la potenza tra gli assi anteriore e posteriore per migliorare la passabilità del veicolo.
Tapis roulant
Le trasmissioni includono telaio, assali, sospensioni e ruote. Le sospensioni indipendenti migliorano il comfort consentendo alle ruote sinistra e destra di rimbalzare in modo indipendente, mentre le sospensioni non-indipendenti presentano una struttura semplice e un costo contenuto. Il sistema di sospensioni pneumatiche è ampiamente utilizzato nei veicoli di lusso per regolare dinamicamente l'altezza del veicolo attraverso la regolazione della pressione dell'aria.
Sistema di sterzo: le auto moderne generalmente utilizzano sistemi di servosterzo elettrico (EPS) con motori elettrici per assistere lo sterzo. Nella berlina di medie-dimensioni, ad esempio, il sistema EPS fornisce 2,5 N·m di coppia ausiliaria alle basse velocità, riduce automaticamente la forza di assistenza e migliora la stabilità dello sterzo alle alte velocità.
Sistema frenante: il sistema frenante comprende freno, meccanismo di trasmissione del freno e dispositivo di assistenza alla frenata. I freni a disco si ottengono bloccando il disco del freno con una pinza, mentre i freni a tamburo utilizzano l'attrito di espansione delle ganasce del freno sul tamburo del freno. Il sistema frenante antibloccaggio ABS- impedisce il bloccaggio completo delle ruote regolando la pressione decine di volte al secondo, mantenendo la capacità di sterzata durante la frenata.
III. Struttura corporea: pelle e scheletri di un'auto
La carrozzeria dell'auto è sia il modulo di protezione dell'equipaggio che la base del design dell'auto. La moderna carrozzeria dell'auto adotta un'unica struttura, la carrozzeria e il telaio sono integrati, attraverso un ragionevole mix di acciaio ad alta resistenza e leghe di alluminio, per raggiungere un equilibrio tra leggerezza e sicurezza.
Struttura del corpo bianco
Il corpo bianco è saldato dall'assemblaggio del pavimento, dall'assemblaggio dei pannelli laterali, dall'assemblaggio del tetto e dalla doppia copertura a quattro-porte. Un SUV, ad esempio, è bianco, realizzato al 18% in acciaio-formato a caldo e ha una resistenza alla trazione di oltre 1.500 MPa, assorbendo efficacemente l'energia durante una collisione.
Progettazione della sicurezza
Il design di sicurezza della carrozzeria comprende zone di assorbimento dell'energia di collisione e capsule di protezione degli occupanti. La zona anteriore di assorbimento dell'energia assorbe l'energia di collisione attraverso la zona di piegatura, mentre aree chiave come le colonne A e B proteggono lo spazio dell'equipaggio con acciaio ad altissima resistenza-. I dispositivi di sicurezza passiva, come gli airbag laterali a tendina e le cinture di sicurezza pre-tensionate, migliorano ulteriormente la sicurezza in caso di collisione.
IV. INTRODUZIONE Sistema di alimentazione: i nervi e il cervello nelle automobili
Il moderno sistema elettrico automobilistico è composto da tre parti: sistema di alimentazione, apparecchiature elettriche e sistema di controllo elettronico. Il numero di centraline elettroniche ha superato le 100.
Sistema di fornitura di energia elettrica
Il sistema di alimentazione è costituito da una batteria al piombo-da 12 V e da generatori che alimentano tutte le apparecchiature elettriche del veicolo. Il sistema Start-stop è dotato di una batteria potenziata per supportare frequenti operazioni di avvio-arresto del motore. Il sistema ibrido leggero da 48 V recupera energia e fornisce assistenza aggiungendo batterie agli ioni di litio e un motore BSG.
Controllo elettronico: centraline come ECM (modulo di controllo motore), TCM (modulo di controllo della trasmissione) e BCM (modulo di controllo della carrozzeria) condividono i dati tramite bus CAN. Il controllo automatico della velocità adattivo, ad esempio, raccoglie dati dal radar e dalle telecamere e quindi regola automaticamente la velocità e la distanza utilizzando i calcoli dell'ECU.
Connettività intelligente: Hyundai Motor è dotata di-sistema di infotainment, sistema di navigazione e modulo di rete del veicolo. Il sistema di cabina di pilotaggio intelligente di un marchio è dotato di un chip Qualcomm 8155 che supporta le comunicazioni 5G e gli aggiornamenti OTA, nonché il controllo vocale, il riconoscimento dei gesti, la navigazione AR e altro ancora.
Dalle locomotive a vapore ai veicoli elettrici intelligenti, le strutture automobilistiche si sono evolute dal predominio meccanico all’integrazione elettromeccanica. Comprendere la struttura di base di un’auto non solo può aiutare i consumatori a prendere decisioni più razionali sull’acquisto di un’auto, ma anche fornire una base cognitiva per il futuro sviluppo della tecnologia automobilistica. La struttura dell'auto viene rivoluzionata dalle nuove tecnologie energetiche e di guida intelligente, ma la logica dell'architettura dei quattro moduli di base-sistema di alimentazione, telaio, carrozzeria ed impianto elettrico- continuerà.
