هندسة السيارات

Automotive Engineering

هندسة سيارات 1- Automotive Engineering I

- مقدمة

- الكميات الفيزيائية Physical Quaintly

- الوحدات العالمية SI units

- أنظمة السيارة Car Drive System

o المحرك Engine

o نظام نقل الحركة/القدرة transmission system (نظام نقل القدرة التقليدي conventional, نظام نقل القدرة المجمع مع المحور (transaxle,  (نظام نقل القدرة اليدوي manual transmission: القابض clutch, صندوق التروس gearbox/transmission, عمود الإدارة propeller shaft, علبة التروس الفرقية deferential, علبة النقل transfer case, المحاور axles, مجموعة نقل الحركة والمحور transaxle, العجل والإطارات wheel and tire)- (نظام نقل القدرة الذاتي Automatic transmission: واصل/ قارن هيدروليكي hydraulic coupling, محول العزم torque converter , صندوق التروس الذاتي automatic transmission).

يقوم نظام نقل الحركة بثلاث وظائف رئيسية:

1. وصل وفصل المحرك عن باقي نظام نقل القدرة drivetr4ain (عمود الإدارة drive shaft, المحاور axles, العجلات wheels).

2. يسمح للتروس بجعل مدى التشغيل المحدود للمحرك بأن يكون قادر على دفع السيارة من التوقف حتى السرعة العالية.

3. يسمح للسائق بتغيير اتجاه حركة السيارة من الامام للخلف from forward to reverse.

بالإضافة إلى أن ناقل الحركة يمكن ان يعمل على تثبيت السيارة في مكانها عند توقفها, سواء في وضع الثبات Park (P) (الناقل الذاتي) أو عن طريق التعشيق في اي من النقلات (الناقل اليدوي).

https://en.wikipedia.org/wiki/Drivetrain Drive train
http://www.aa1car.com/transmission.htm Transmission

§ القابض Clutch (نقل العزم والحركة من المحرك إلى ناقل الحركة).

§ ناقل الحركة / القدرة Transmission (نقل وتكبير العزم)

· ناقل الحركة اليدوي Manual Transmission / صندوق التروس Gearbox- (نقل العزم والحركة "مباشر, أو تكبير أو تقليل العزم على حساب السرعة" من القابض إلى محور العجل).

· ناقل الحركة الذاتي Automatic Transmission

§ عمود الإدارة Propeller shaft

§ علبة التروس الفرقية Differential/ الدفرنس

§ صندوق التروس الإضافي/ صندوق الغرز (علبة التحويل) Transfer case

§ المحاور Axles

§ مجموعة ناقل الحركة والمحور Transaxle

§ العجل والإطارات  Wheels and tires (تحويل العزم وسرعة الدوران إلى قوة دفع وسرعة خطية). (ابعاد ومواصفات الإطار, حسابات قوة الجر, السرعة الخطية للسيارة)

العجلة The wheel:

هي اخر جزء في نظام نقل الحركة, وفيه يتم تحويل عزم الدوران المنقول angular torque من المحرك عبر نظام نقل الحركة إلى قوة دفع driving force/ tractive effort للسيارة, وكذلك دوران العجل إلى سرعة خطية liner velocity للسيارة. العجل يقوم بعدة وظائف منها بالإضافة إلى كعمله كجزء من نظام نقل الحركة:

· تحويل عزم الدوران لقوة دفع

· تحويل السرعة الدائرية للعجلة إلى سرعة خطية للسيارة

يقوم العجل أيضا:

· بحمل وزن السيارة (جزء من نظام التعليق)

· توجيه السيارة (جزء من نظام التوجيه)

· فرملة السيارة (جزء من نظام الفرامل)

· تخميد الاهتزازات

· الاحتفاظ باتزان السيارة الناجم من القوة الجانبية عند الانعطاف

http://thecartech.com/KnowYourCar/wheels_tires/tire_code.aspx Glossary of Wheels and Tires Terminology

http://www.autoguide.com/buyers-guide/common-wheel-and-tire-terminology-1061.html Common wheel and tire terminology

http://www.4wheelparts.com/tire-wheel-package-guide/tire-wheel-information-glossary.aspx Tire wheel information glossary

http://www.ebay.com/gds/The-Complete-Wheel-Glossary-of-Terms-/10000000177404796/g.html The complete wheel glossary to terms

https://www.1010tires.com/About/Glossary Tire Glossary

العجلة Wheel:

تتكون عجلة السيارة من الجنط wheel/ rim  والإطار tire.

الجنط Wheel/rim:

الإطار Tire:

تحميل الإطار

أجزاء الإطار

تصنيف الإطارات

من ناحية التصنيع/ البنية Construction types

إطار نفخ هواء pneumatic tire, وإطارات بدون هواء airless tire أو مصمتة solid tire. 

http://www.nhtsa.gov/staticfiles/safercar/pdf/PneumaticTire_HS-810-561.pdf

ويصنف حسب اتجاه خيوط النسيج: إطارات خيوط مائلة Bias ply tire, إطارات خيوط قطرية radial tire.

وكذلك إطار بأنبوب داخلي inner tube, أو إطار بدون انبوب داخلي tubeless tire. الإطارات بدون تفريغ داخلي تتغلب على التسريب من عيوب بالجنط أو تسريب من خلال مسام الإطار, ولكن عند حدوث تعرضها لمسمار أو مشابه يحدث لها تفريغ سريع للهواء من الإطار.

https://www.carid.com/hankook/info/tire-types.html Tire Types

من ناحية التشغيل

أنظمة المتابعة TPMS Tire pressure monitoring system

هو نظام إليكتروني, مصمم لمتابعة ضغط الإطار للعديد من أنواع السيارات. هذا النظام يجعل السائق يعلم متى الحاجة لإضافة هواء للإطارات, وذلك عن طريق عداد, أو عرض لرسم تخطيطي, أو إشارة ضوئية تحذيرية بلوحة العدادات. هذه الأنظمة تقوم بتحذير السائق عندما يكون هناك فقد في ضغط الإطار بمقدار 25% عن الضغط المقرر (28 رطل/ البوصة إلى 21 رطل/ البوصة مثلا), وهو حد الضغط الذي يعرض السيارة وركابها للخطر. نظام متابعة ضغط نفخ الإطار, يمكن تقسيمه إلى نوعين (نوع مباشر, ونوع غير مباشر). نظام متابعة ضغط الإطار الغير مباشر, لا يستخدم قياس فعلي لضغط الإطار, ولكنه يقيس ضغط الإطار عن طريق ملاحظة السرعة الدورانية لكل عجلة عن طريق إشارات من نظم خارج الإطار نفسه (كلما قل الضغط في الإطار, كلما صغر قطر الإطار, كلما زادت السرعة الدورانية للإطار). النظام المباشر لمتابعة ضغط الإطارات يستخدم حساسات ضغط لقياس ضغط كل إطار, أما عن طريق حساس داخلي أو خارجي. تقوم الحساسات بقياس ضغط كل الإطارات وتقوم بإرسال المعلومات إلى لوحة العدادات أو لوحة المتابعة المعنية.

معدل التحميل Load rating/index

يوصي عن طريق المصنع للإطار بقيمة اقصى معدل حمل maximum load rating. زيادة الحمل عن معدل الحمل قد يؤدي إلى مشاكل في التوجيه أو الانفجار, معدل التحميل مسجل برموز الإطار tire code.

http://www.discounttire.com/dtcs/infoLoadIndex.do Load index

معدل السرعة Speed rating

هو يشير إلى السرعة القصوى التي مصمم عليها الإطار. بالنسبة لسيارات الركوب تتراوح تلك السرعة من 160 إلى 300 كم/ ساعة (99.4 إلى 186 ميل/ ساعة). معدل السرعة مسجل برموز الإطار.

http://www.discounttire.com/dtcs/infoSpeedRating.do Speed rating

http://global.yokohamatire.net/learn/care_safety/basic_tire_information.html

معدل الصيانة Service rating

الإطارات (خاصة في الولايات المتحدة) يعطى لها معدل صيانة, خاصة المستخدمة في الحافلات والشاحنات. بعضها للنقل لمسافات بعيدة, والبعض للحالات التي يتم فيها السير والتوقف بشكل متكرر. الإطارات التي تسير 500 ميل (800 كم) أو أكثر يوميا وتحمل احمال ثقيلة تحتاج إلى مواصفات خاصة.

معدل تآكل الإطار Treadwear rating

معدل تأكل سطح الإطار أو مستوى تآكل الإطار treadwar grade هو مقدار العمر التشغيلي للإطار الذي تتوقعه الشركة المصنعة. تأكل المداس tread wear, يعرف أيضا بتأكل الإطار tire wear, يحدث نتيجة الاحتكاك بين الإطار وسطح الطريق. المعايير القانونية الحكومية تصف الحد الأدنى لعمق المداس للتشغيل الآمن.

https://en.wikipedia.org/wiki/Treadwear_rating
https://en.wikipedia.org/wiki/Uniform_Tire_Quality_Grading

انماط تآكل الإطارات

الإطارات هي الاتصال الوحيد بين السيارة والطريق. وفي معظم الاحوال يتم غض الطرف عنها كبند من بنود السلامة, ولكن في بعض الاحيان تكون هي المكان الأول الذي يظهر فيه اعراض المشكلة. تآكل الإطار يبين ان العجلات غير مضبوطة الزوايا, أو ان التوجيه, أو التعليق به اجزاء بالية أو متآكلة. ولذا فإن التآكل غير المنتظم unusual tire wear للإطار يستدعي الكشف على نظام التوجيه والتعليق وزوايا العجل لاكتشاف مصدر العطل والمشكلة. 

http://www.popularmechanics.com/cars/how-to/g810/10-things-your-tires-can-tell-you-about-your-car/
http://global.yokohamatire.net/learn/care_safety/dangers_of_using_worn_tire.html
https://www.pepboys.com/tires/treadsmart/typical_treadwear_patterns/
http://www.tirereview.com/reading-tire-wear-patterns/
http://www.aa1car.com/library/tire_wear.htm

تدوير العجل Rotation

العجل قد تظهر عليه اشكال تآكل غير منتظمة بعد تركيبه بالسيارة وحدوث تآكل جزئي له. سيارات الجر الأمامي front-wheel drive vehicles تميل إلى تآكل العجلات الأمامية بمعدل اكبر مقارنة بالعجلات الخلفية. عملية تدوير العجل هي نقل العجل من موقعه المثبت به إلى مواقع اخرى, مثل العجل الأمامي ينقل إلى الخلف بحيث يجعل التآكل منتظم لجميع الإطارات بنفس الكيفية والمعدل, بهدف زيادة العمر التشغيلي للإطار. عملية تدوير العجل تأخذ اشكال عديدة من الانماط: نمط الاربعة عجلات المتماثلة symmetric tire tread, نمط تدوير الاربع عجلات المتماثلة والعجلة الاحتياطي (في حالة ان العجلة الاحتياطي لها نفس الأبعاد), ونمط تدوير العجل للإطار ذو نقشة المداس ذات الاتجاه الواحد Directional (Unidirectional) Tread Patterns.

https://en.wikipedia.org/wiki/Tire_rotation

ضبط زوايا العجل Wheel alignment

العجلة أو الإطار يمكن ان لا تكون متوافقة تماما لاتجاه الحركة, ولهذا يحدث لها تآكل غير منتظم. ويظهر ذلك على سطح الإطار. ويجب القيام بعملية ضبط زوايا العجل لتصحيح تلك المشكلة. ضبط زوايا العجل هي عملية لقياس وتصحيح الزوايا من خلال ضبط زوايا العجل الكامبر camber, كاستر caster, ولم الإطار "تو" toe. يجب القيام بعملية الضبط حسب مواصفات الشركة الصانعة.

http://www.anewtoronto.com/wheel%20alignment.html Wheel alignment

تجديد الإطارات Retread

الإطار المتآكل كليا يمكن اعادة تصنيعه لاستبدال المداس/ السطح tread المتأكل. هذه العملية تعرف بإعادة التجديد retreading أو وضع سطح جديد recapping, العملية يتم فيها إزالة المداس القديم ووضع مداس جديد. العملية اقتصادية لإطارات الحافلات والشاحنات حيث أن تكلفة استبدال المداس أقل من ثمن شراء إطار جديد. أما بالنسبة لإطارات الركوب فهي أقل اقتصاديا لأن تكلفة إعادة استبدال المداس أعلى من سعر إطار جديد رخيص, ولكنها تعتبر اقتصادية مقارنة بالإطارات ذات العلامات التجارية الراقية.  

في معظم الحالات, الإطارات المجددة يمكن أن تعمل تحت نفس ظروف الإطارات الجديدة لنفس الحمل والسرعة بدون فقد في السلامة أو الراحة. العديد من شركات الشاحنات تستخدم الإطارات المجددة في المقطورات, وتستخدم الإطارات الجديدة في عجلات الدفع والتوجيه زيادة في الحيطة. في حالة العناية بالإطار للمجدد (من ناحية النفخ, والتحميل المناسب..) يتوقع له أن يكون له نفس العمر التشغيلي للإطار الجديد.

http://www.truck-drivers-money-saving-tips.com/retread-tires.html
https://www.tirerecappers.com/tire-recappers-news/do-retread-tires-last-as-long-as-new-tires/

يتبع To be continued

Auto_Eng22D

o مدخلات (طاقة الوقود) ومخرجات المحرك (العزم Torque, والقدرة (Power. الحسابات, والمعادلات

o قياس اداء المحرك (دينامومتر المحرك Engine Dynamometer/Dino). منحنيات اداء المحرك (العزم, القدرة, استهلاك الوقود, كفاءة المحرك- مع السرعة)

o إيجاد نسب تخفيض ناقل الحركة, وعلبة التروس الخلفية Finding the Gearbox and Final Drive Ratios and Efficiencies.

o حسابات قوة الجر Tractive Effort

o قياس اداء السيارة (دينامومتر السيارة Chassis Dynamometer/Dino, النفق الهوائي Wind Tunnel, اختبار طريق Road Test).

- ابعاد وأوزان السيارة:

o كتلة ووزن السيارة Vehicle mass & weight, المساحة الأمامية للسيارة Frontal area

- مقاومة الحركة للسيارة ومقاومة الطريق Road/motion resistance:

o مقاومة الهواء(AR) Air/wind Resistance, مقاومة التدحرج Rolling Resistance (RR), مقاومة صعود المرتفعات Gradient Resistance (GR)

-  الرسم الحر للشكل Free-body diagram

o معادلات الحركة في خط مستقيم (العلاقة بين القوة والكتلة والعجلة)

- منحنيات اداء السيارة (تحديد السرعة القصوى للسيارة, تحديد أقصى ميل تصعده السيارة, تحديد أقصى تعجيل للسيارة, تحديد قوة الجر للسرعات المختلفة للسيارة, تحديد سرعة الاستهلاك الامثل للوقود)

- - - - - - - - - -

هندسة سيارات 2- Automotive Engineering II

- وضعية المحرك بالسيارة (امامي, وسطي, خلفي)

- انواع الجر (جر امامي, دفع خلفي, 4×4, رباعي)

- ابعاد واوزان السيارة (توزيع الاحمال على المحاور والعجل, مركز ثقل السيارة Center of Gravity (CG))

- انظمة السيارة (نظرية العمل, الاجزاء, الانواع).

o نظام التعليق Suspension System.

§ معادلات الحركة بعجلة منتظمة

§ توزيع الاحمال على المحاور أثناء الحركة (قوة القصور الذاتي, الوزن المنقول)

- نظام الفرامل Braking System (أبطاء حركة السيارة, وإيقافها).

o قوة التلاصق بين الإطارات والطريق (الانزلاق)

o نظام منع غلق العجلات.

o التصادم (معادلات الحركة)

- نظام التوجيه Steering System (توجيه السيارة, السير في طريق دائري).

o التعامل مع السيارة Handling characteristics (زوايا التوجيه, زوايا العجل).

- نظام التعليق Suspension System نظرية العمل, الاجزاء, الانواع (النوابض, عمود اللي, المخدمات, قضيب مانع الانقلاب)

- الحركة في مسار دائري (معادلات الحركة, قوة القصور الذاتي)

o الانزلاق الجانبي (السرعة, والميل الجانبي للطريق)

o الانقلاب Rollover

o التوجيه الزائد Oversteer والتوجيه الناقص Understeer

- نظام التحكم في الاتزان VSC, النظام الاليكتروني للتحكم في الاتزان ESC. ونظام التحكم في الجر .TCS نظرية العمل, الاجزاء, الانواع