Como producto emblemático de la civilización industrial moderna, los automóviles son mucho más complejos de lo que la mayoría de la gente piensa. Exteriormente es una mezcla de metal, plástico y vidrio, pero en su interior se esconde un complejo sistema de maquinaria, un sistema de control electrónico y gestión de energía. Comprender cómo funciona un automóvil requiere dominar su marco estructural básico. Este documento comenzará con cuatro módulos principales: sistema de potencia, chasis, estructura de la carrocería y sistema eléctrico, y analizará sistemáticamente la estructura básica del automóvil.
I. Tren motriz: el corazón y los vasos sanguíneos del automóvil
El sistema de energía es el núcleo del automóvil, responsable de convertir la energía química del combustible en energía mecánica para impulsar el automóvil hacia adelante. Los sistemas de propulsión de automóviles modernos se componen principalmente de motor, sistema de transmisión y sistema de refrigeración.
Motor
El motor, el "corazón" del coche, quema combustible para generar energía. Los motores de gasolina funcionan en un rango de cuatro-tiempos (admisión, compresión, potencia, escape), mientras que los motores diésel convierten la energía mediante encendido por compresión. El motor consta de componentes de precisión como cilindros, pistones, cigüeñales y árboles de levas que giran continuamente a miles de revoluciones por minuto. Por ejemplo, el diámetro del cilindro de un motor de cuatro cilindros y 2,0-litros es de aproximadamente 86 mm y la carrera del pistón es de aproximadamente 86 mm. La conversión eficiente de energía se logra mediante una sincronización precisa de las válvulas y un control de la inyección de combustible.
Sistema de transmisión: el sistema de transmisión actúa como los "vasos sanguíneos" de un automóvil, pasando la potencia del motor a las ruedas motrices. Incluye componentes como embrague (o convertidor de par), caja de cambios, eje de transmisión y diferencial. Las cajas de cambios manuales logran diferentes relaciones de transmisión mediante combinaciones de engranajes, mientras que las cajas de cambios automáticas dependen de acoplamientos hidráulicos y juegos de engranajes planetarios para lograr CVT. Tomemos como ejemplo una transmisión automática de 8 velocidades, que tiene cuatro juegos de engranajes planetarios y cinco embragues de cambio, y ofrece ocho marchas delanteras para mantener el motor en la marcha óptima.
Sistema de enfriamiento: El sistema de enfriamiento mantiene la temperatura de funcionamiento del motor mediante la circulación de refrigerante. Los motores modernos suelen funcionar a temperaturas entre 85 y 105 grados centígrados; una temperatura demasiado alta puede provocar explosiones y una temperatura demasiado baja puede aumentar el consumo de combustible. El sistema de refrigeración incluye componentes como bomba de agua, radiadores y termostatos. En el caso de un motor 1.5T en particular, su caudal de circulación de refrigerante puede alcanzar los 30 litros por minuto y el radiador tiene una superficie de radiador de más de 0,5 metros cuadrados, lo que garantiza una disipación de calor eficiente.
ii. Sistema de chasis: el esqueleto y los músculos de un automóvil
El sistema de chasis constituye la base mecánica de un automóvil, soporta la carrocería, transmite potencia y realiza funciones de dirección y frenado. Consta de cuatro subsistemas: transmisión, transmisión, sistema de dirección y sistema de frenos.
Línea motriz
Además del motor, el sistema de propulsión incluye un cardán y un eje motriz. Un automóvil con tracción delantera--transfiere potencia a través de un conector de velocidad constante, y un automóvil con tracción-trasera-distribuye potencia a las ruedas traseras a través de un eje de transmisión y un diferencial. El sistema de tracción en las cuatro ruedas adopta un embrague de piezas múltiples o un acoplamiento viscoso para distribuir dinámicamente la potencia entre los ejes delantero y trasero para mejorar la transitabilidad del vehículo.
Rueda de andar
Las líneas motrices incluyen chasis, ejes, suspensión y ruedas. La suspensión independiente mejora la comodidad al permitir que las ruedas izquierda y derecha reboten de forma independiente, mientras que la suspensión no-independiente presenta una estructura simple y de bajo costo. El sistema de suspensión neumática se usa ampliamente en vehículos de lujo para ajustar dinámicamente la altura del vehículo mediante la regulación de la presión del aire.
Sistema de dirección: Los automóviles modernos generalmente utilizan sistemas de dirección asistida eléctrica (EPS) con motores eléctricos para ayudar a la dirección. En el sedán de tamaño mediano-, por ejemplo, su sistema EPS proporciona 2,5 N·m de par auxiliar a bajas velocidades, reduce automáticamente la fuerza de asistencia y mejora la estabilidad de la dirección a altas velocidades.
Sistema de frenos: El sistema de frenos incluye freno, mecanismo de transmisión de freno y dispositivo de asistencia de frenado. Los frenos de disco se logran sujetando el disco de freno con una pinza, mientras que los frenos de tambor utilizan la fricción de expansión de las zapatas de freno al tambor de freno. El sistema de frenos antibloqueo ABS evita que las ruedas se bloqueen por completo ajustando la presión docenas de veces por segundo, manteniendo la capacidad de dirección durante el frenado.
III. Estructura de la carrocería: piel y esqueletos de un coche.
La carrocería del vehículo es a la vez el módulo de protección de la tripulación y la base del diseño del vehículo. La carrocería de un automóvil moderno adopta una estructura de carrocería única, la carrocería y el bastidor están integrados, mediante una combinación razonable de acero de alta resistencia y aleaciones de aluminio, para lograr un equilibrio entre peso ligero y seguridad.
Estructura de cuerpo blanco
El cuerpo blanco está soldado desde el conjunto del piso, el conjunto del panel lateral, el conjunto del techo y la cubierta doble de cuatro-puertas. Un SUV, por ejemplo, es blanco, está hecho de un 18 % de acero termoformado y tiene una resistencia a la tracción de más de 1500 MPa, lo que absorbe eficazmente la energía durante una colisión.
Diseño de seguridad
El diseño de seguridad de la carrocería incluye zonas de absorción de energía de colisión y módulos de protección para los ocupantes. La zona de absorción de energía delantera absorbe la energía de la colisión a través de la zona de pliegue, mientras que áreas clave como las columnas A y B protegen el espacio de la tripulación con acero de ultra-resistencia. Los dispositivos de seguridad pasiva, como las bolsas de aire laterales de cortina y los cinturones de seguridad pretensados, mejoran aún más la seguridad en caso de colisión.
IV. INTRODUCCIÓN Sistema de energía: Los nervios y el cerebro en los automóviles.
El sistema eléctrico automotriz moderno consta de tres partes: sistema de suministro de energía, equipo eléctrico y sistema de control electrónico. El número de unidades de control electrónico superó las 100.
Sistema de suministro de electricidad
El sistema de suministro de energía consta de una batería de plomo-ácido de 12 V y generadores que alimentan todos los equipos eléctricos del vehículo. El sistema Start-stop está equipado con una batería mejorada para soportar operaciones frecuentes de arranque-stop del motor. El sistema híbrido suave de 48 V recupera energía y proporciona asistencia eléctrica mediante la adición de baterías de iones de litio y un motor BSG.
Control electrónico: las ECU como el ECM (Módulo de control del motor), el TCM (Módulo de control de la transmisión) y el BCM (Módulo de control de la carrocería) comparten datos a través del bus CAN. El control de crucero adaptativo, por ejemplo, recopila datos del radar y las cámaras y luego ajusta automáticamente la velocidad y la distancia utilizando los cálculos de la ECU.
Conectividad inteligente: Hyundai Motor está equipado con-un sistema de información y entretenimiento para el automóvil, un sistema de navegación y un módulo de red para el vehículo. El sistema de cabina inteligente de una marca cuenta con el chip Qualcomm 8155 que admite comunicaciones 5G y actualizaciones OTA, así como control de voz, reconocimiento de gestos, navegación AR y más.
Desde locomotoras de vapor hasta vehículos eléctricos inteligentes, las estructuras del automóvil han evolucionado desde el dominio mecánico hasta la integración electromecánica. Comprender la estructura básica de un automóvil no sólo puede ayudar a los consumidores a tomar decisiones de compra de automóviles más racionales, sino que también puede proporcionar una base cognitiva para el desarrollo futuro de la tecnología automotriz. La estructura del automóvil está siendo revolucionada por las nuevas tecnologías energéticas y de conducción inteligente, pero la lógica arquitectónica de los cuatro módulos básicos-sistema de energía, chasis, carrocería y electricidad-continuará.
