معرفی رشته مهندسی خودرو

معرفی گرایش قوای محرکه خودرو 
معرفی گرایش سازه و بدنه خودرو
معرفی گرایش  طراحی سیستم های دینامیکی خودرو
معرفی گرایش  الکترونیک و برق خودرو 
پاسخ به سوالات متداول

معرفی رشته 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. البته با پیشرفت فناوری‌های جدید و کاهش ذخایر سوختهای فسیلی و همچنین افزایش مسئله آلودگی در دنیا فناوری‌های نوینی در این زمینه از قبیل خودروهای خودران و انواع خودروهای برقی (خودروهای تمام الکتریکی، هیبرید الکتریکی، پیل سوختی و خورشیدی) به شدت در حال توسعه می­باشند.
 به طور کلی هر  خودرواز قسمتهای مختلفی تشکیل شده‌است: قوای محرکه (شامل منبع تولید توان و سیستم انتقال قدرت)، شاسی و چرخها، سیستم تعلیق و ترمز، سازه و بدنه، تزیینات داخلی، سیستمهای الکتریکی و الکترونیکی، سیستم تهویه مطبوع و دیگر سیستمهای جانبی. مهندسی خودرو، رشته‌ای است که طراحی، مدلسازی، شبیه سازی، بهینه‌سازی و ساخت اجزای مختلف در 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 مختلفtمهندسی  مکانیک، مهندسی برق، مهندسی علم 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.
 
  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. دانشکده مهندسی خودروی 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 دانش آموختگان این دانشکده در ارتباط با این گروههای صنعتی هم‌اکنون 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. اگر کار تحقیقاتی  در حیطه شبیه سازی کامپیوتری باشد،‌ در دانشکده به کار تحقیق ادامه می‌دهند و اگر کار آزمایشگاهی مورد نیاز باشد، در آزمایشگاههای دانشکده و یا در 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 چهار گرایش مختلف قوای محرکه خودرو (یا سیستم محرکه خودرو)، سیستم تعلیق (یا طراحی سیستم های دینامیکی خودرو)، سازه و بدنه خودرو و الکترونیک و برق خودرو می‌باشد که در ادامه به معرفی هریک از این رشته‌ها به صورت جداگانه پرداخته شده است. شایان ذکر است که سه گرایش اول برای جذب دانش آموختگان مقطع کارشناسی رشته مهندسی مکانیک و گرایش چهارم (که امسال برای اولین بار اقدام به جذب دانشجو در مقطع کارشناسی ارشد می نماید)، برای جذب دانش آموختگان مقطع کارشناسی رشته مهندسی برق طراحی و مهیا گردیده است. همچنین، شایان ذکر است که در تمامی سه گرایش اول، دانشکده مهندسی خودرو هر ساله اقدام به جذب علاقه مند به تحصیل در مقطع کارشناسی ارشد و دکترا (بنا به ظرفیت) در تمامی دوره های روزانه، شبانه، آموزش الکترونیکی و پردیس می نماید.

 

   

گرایش قوای محرکه خودرو

امروزه قوای محرکه خودرو به لحاظ نحوه تامین انرژی و طراحی بهینه توجه طراحان زیادی را به خود جلب نموده است. هم‌اکنون در اغلب قوای محرکه خودروها، از موتورهای درون‌سوز اشتعال جرقه‌ای و یا اشتعال تراکمی استفاده می­شود. 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 از دیگر موضوعات در مبحث موتورهای احتراق داخلی می­باشد. شایان ذکر است که به انواع موتورهای احتراق داخلی از زوایای مختلفی نظیر شبیه سازی و تحلیل احتراق، مطالعه انتقال حرارت موتور، سیستم های کنترل موتور و مفاهیم انتقال قدرت می توان نگریست. در گرایش قوای محرکه دانشجویان و پژوهشگران در جهت طراحی بهینه موتور برای کاهش مصرف سوخت و بهبود پارامترهای عملکردی موتور نظیر توان و گشتاور تلاش می کنند. علاقه مندان به تحصیل در این گرایش نیاز به تسلط بر دانش مکانیک سیالات، ترمودینامیک و انتقال حرارت ناشی از آن دارند. از نرم افزارهای تحقیقاتی در این زمینه می‌توان به GT Power ، Kiva، CONVERGE و AVL FIRE اشاره نمود. در شکل زیر شبیه سازی ورود سوخت و احتراق در پیستون با استفاده از AVL FIRE انجام شده است.    

در دهه اخیر با افزایش نگرانی­های زیست محیطی و چالشهای تأمین انرژی، توسعه انواع خودروهای باسیستم­های محرکه نوین مورد توجه جدی دولتمردان و پژوهشگران می باشد. در این مدت خودروهای هیبرید الکتریکی ملایم و کلاسیک جای خود را به خودروهای هیبرید الکتریکی پلاگین داده اند و زمزمه های جایگزینی خود آنها با خودروهای تمام الکتریکی و پیل سوختی از سوی خودروسازان بزرگی نظیر تسلا، تویوتا و... به گوش می­رسد. در چنین شرایطی توجه به طراحی، مدلسازی، شبیه سازی و بهینه سازی سیستم محرکه و اجزای آن در چنین خودرهایی بیش از پیش احساس می شود. از آنجا که سیستم ذخیره ساز انرژی نظیر یک پک باتری لیتیومی ولتاژ بالا جزئی اساسی و منحصر به فرد در سیستم محرکه تمامی چنین خودروهایی می باشد، لذا در گرایش قوای محرکه خودرو در چند سال اخیر توجه ویژه ای به پژوهش در باره چنین سیستم های ذخیره ساز انرژی ای  معطوف گشته است. همچنین، طراحی و شبیه سازی پیل سوختی و اجزای جانبی آن نظیر سیستم ذخیره ساز هیدروژن، طراحی و شبیه سازی سیستم های نوین تهویه مطبوع خودرو و تحلیل آیرودینامیک خودرو از دیگر موارد های مورد مطالعه در این گرایش می باشد. در ادامه تصویر شبیه سازی یک پک باتری لیتیومی (شکل سمت راست) و یک سلول از یک پیل سوختی پلیمری (شکل سمت چپ) که به ترتیب توسط نرم افزارهای ANSYS  Fluent و AVL شبیه سازی گردیده اند، قابل مشاهده است.

از جمله دروس این گرایش می توان به موتورهای احتراق داخلی پیشرفته، طراحی و شبیه سازی موتورهای پیستونی، طراحی و شبیه سازی موتورهای دیزل، قوای محرکه نوین، طراحی و شبیه سازی سیستم های مدیریت حرارتی در خودرو، سوخت و احتراق پیشرفته، انتقال حرارت در موتورهای احتراق داخلی و کنترل پیشرفته در موتور اشاره نمود.

  کلیپ معرفی گرایش قوای محرکه

 

گرایش سازه و بدنه خودرو 

  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.

  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.

  

گرایش الکترونیک و برق خودرو  

عمده پیشرفتهایی که امروزه در خودروها وجود دارد مربوط به بخشهای الکترونیکی خودرو می باشد. به طور متوسط ارزش بخش برقی و الکترونیک خودرو در سال ۲۰۱۰ حدود ۳۵% ارزش کل یک خودرو را شامل شده است و این عدد برای سال ۲۰۳۰ در حدود ۵۰% پیش بینی می شود. کنترلرهای موتور، سیستم تعلیق، ترمز، فرمان و تزئینات داخلی و خارجی با استفاده از قابلیت های الکترونیکی طراحی می شوند. از طرف دیگر، با افزایش میزان تقاضا برای خودروهای سواری و به تبع آن افزایش وابستگی به سوخت های فسیلی و آلودگیها و مشکلات ناشی از آن، خودروسازان گرایش به استفاده از روشهای محرکه نوین خصوصا هیبرید و الکتریکی کرده اند. همچنین خودروسازان داخلی نیز با تاکید بر انرژی های آینده به دنبال جایگزینی درصدی از خودروهای احتراق داخلی با خودروهای با انرژی های نوین و الکتریکی نظیر هیبرید و برقی می باشند. مضافا، وجود خودروهای هیبرید و برقی در بازار داخلی و تمایل خودروسازان داخلی به اختصاص منابع جهت تولید این نوع خودروها، بازار قابل توجه خدمات پس از فروش، طراحی و تعمیر را نیز به همراه دارد که نیاز به متخصصان مرتبط با آنها می باشد. لذا از اهم مواردی که در این گرایش بر روی آن تاکید خواهد شد می توان به قابلیت طراحی و تحلیل قسمت های برقی مختلف خودروها شامل سیستم برقی، سنسورها و عملگرها، سیستم های کنترلی و پایداری مختلف و واحد کنترل موتور (ECU)، دانش طراحی و تحلیل خودروهای با انرژی های نوین نظیر هیبرید و الکتریکی شامل طراحی موتور پیشران، منابع ذخیره انرژی، مدیریت انرژی، تکنولوژی و ارتباطات خودروهای آینده نظیر خودروهای خودران و پروتکل های ارتباطی اشاره کرد. برخی از دروس مصوب این گرایش که تعدادی از آنها در هر دوره ارائه می شوند عبارتند از: الکترونیک خودرو، ماشین الکتریکی با کاربرد خودرویی، مبانی جمع آوری، انتقال و پردازش داده‌ها و شبکه در خودرو، طراحی سیستم‌های کنترل خودرو، طراحی سیستم‌های الکتریکی خودرو، سخت افزار و نرم افزار سیستم‌های کنترل خودرو، طراحی سیستم‌های مدیریت باتری، تکنولوژی‌های خودروهای هوشمند و حمل و نقل هوشمند، کاربرد میکروکنترلر در خودرو، سیستم‌های میکروالکترومکانیک و کاربردهای آن در خودرو، تشعشع در خودرو. 



  

پاسخ به سوالات متداول

همچون دیگر رشته‌های مهندسی می‌باشد.