Systems Engineering for Automotive Powertrain Development

در قرن گذشته، صنعت خودرو تحت سلطه موتورهای احتراق داخلی بوده است. انعطاف‌پذیری آنها در کاربرد، برد رانندگی، عملکرد و ویژگی‌های اسپرت باعث ایجاد چندین نسل از این فناوری شده و نسل‌هایی از مهندسان را تشکیل داده است. اما این پایان داستان نیست. قوانین سخت‌گیرانه‌تر و افزایش آگاهی زیست‌محیطی منجر به توسعه فن‌آوری‌های جدید نیرومحرکه علاوه بر موتور احتراق داخلی بسیار بهینه شده شده است. سیستم‌های پیشرانه هیبریدی، سیستم‌های الکتریکی باتری خالص و سیستم‌های پیل سوختی، در ارتباط با طیف متنوعی از کاربردها، طیف فناوری‌های پیشرانه را افزایش داده‌اند. علاوه بر این، رانندگی خودکار همراه با سیستم‌های هوشمند و بسیار متصل، راه را برای رسیدن از A به B تغییر می‌دهد. نه تنها تعامل همه این فناوری‌های جدید چالش برانگیز است، بلکه چندین رشته مختلف نیز باید به شدت با یکدیگر همکاری کنند تا سیستم‌های پیشرانه جدید با موفقیت توسعه یابد. این فناوری های جدید و چالش های ناشی از آن منجر به افزایش پیچیدگی سیستم می شود. رویکردهایی مانند مهندسی سیستم ها برای مدیریت این پیچیدگی ضروری است.

برای نشان دادن اینکه چگونه مهندسی سیستم ها با ارائه فرآیندها، روش ها، جنبه های سازمانی و ابزار، پیچیدگی فزاینده سیستم های پیشرانه مدرن را مدیریت می کند، این کتاب در پنج بخش ساختار یافته است.

شروع با چالش‌های توسعه پیشرانه، که چالش‌های مرتبط با خودرو را در سطوح مختلف سلسله مراتب سیستم و از دیدگاه‌های مختلف توصیف می‌کند.

سپس این کتاب با بخش اصلی، مهندسی سیستم ادامه می‌یابد، که در آن تمامی مبانی مهندسی سیستم‌ها، مهندسی سیستم‌های مبتنی بر مدل، و فرآیندها، روش‌ها، ابزارهای مرتبط با آنها، و مسائل سازمانی تشریح شده است. تمرکز ویژه بر استانداردهای مهم و عامل انسانی است.

بخش سوم، رویکرد مهندسی سیستم‌های انتقال قدرت خودرو، اصول مهندسی سیستم‌ها را با افزودن زمینه خودرو به عمل می‌آورد. این بخش بر توسعه سیستم تمرکز دارد و همچنین تعاملات با توسعه سخت افزار و نرم افزار را در نظر می گیرد. چندین رویکرد و روش بر اساس فلسفه مهندسی سیستم ارائه شده است.

بخش چهارم، مطالعات موردی توسعه پیشرانه، دیدگاه عملی را با ارائه طیف وسیعی از مطالعات موردی در سطح سیستم پیشرانه و در سطح عنصر پیشرانه اضافه می‌کند و توسعه هیبریدی را مورد بحث قرار می‌دهد. پیشرانه، موتورهای احتراق داخلی، درایوهای الکترونیکی، گیربکس ها، باتری ها و سیستم های پیل سوختی. دو مطالعه موردی در سطح خودرو نیز ارائه شده است.

بخش پایانی، Outlook، توسعه مهندسی سیستم‌ها را با تمرکز ویژه بر فناوری‌های ارتباطی اطلاعات در نظر می‌گیرد.

اگرچه این کتاب مهندسی سیستم‌ها را از منظر خودرو پوشش می‌دهد، بسیاری از چالش‌ها، اصول اساسی، نتیجه‌گیری و دیدگاه‌ها را می‌توان در حوزه‌های دیگر نیز به کار برد. بنابراین، این کتاب نه تنها برای مهندسان و دانشجویان خودرو، بلکه برای متخصصان موقعیت‌های علمی و صنعتی در حوزه‌های دیگر و هر کسی که باید با چالش توسعه موفقیت‌آمیز سیستم‌های پیچیده با تعداد زیادی از رشته‌های همکار کنار بیاید، مناسب است. p>

For the last century, the automotive industry has been dominated by internal combustion engines. Their flexibility of application, driving range, performance and sporty characteristics has resulted in several generations of this technology and has formed generations of engineers. But that is not the end of the story. Stricter legislation and increased environmental awareness have resulted in the development of new powertrain technologies in addition and parallel to the highly optimized internal combustion engine. Hybrid powertrains systems, pure battery electric systems and fuel cell systems, in conjunction with a diverse range of applications, have increased the spectrum of powertrain technologies. Furthermore, automated driving together with intelligent and highly connected systems are changing the way to get from A to B. Not only is the interaction of all these new technologies challenging, but also several different disciplines have to collaborate intensively in order for new powertrain systems to be successfully developed. These new technologies and the resulting challenges lead to an increase in system complexity. Approaches such as systems engineering are necessary to manage this complexity.

To show how systems engineering manages the increasing complexity of modern powertrain systems, by providing processes, methods, organizational aspects and tools, this book has been structured into five parts.

Starting with Challenges for Powertrain Development, which describes automotive-related challenges at different levels of the system hierarchy and from different point of views.

The book then continues with the core part, Systems Engineering, in which all the basics of systems engineering, model-based systems engineering, and their related processes, methods, tools, and organizational matters are described. A special focus is placed on important standards and the human factor.

The third part, Automotive Powertrain Systems Engineering Approach, puts the fundamentals of systems engineering into practice by adding the automotive context. This part focuses on system development and also considers the interactions to hardware and software development. Several approaches and methods are presented based on systems engineering philosophy.

Part four, Powertrain Development Case Studies, adds the practical point of view by providing a range of case studies on powertrain system level and on powertrain element level and discusses the development of hybrid powertrain, internal combustion engines, e-drives, transmissions, batteries and fuel cell systems. Two case studies on a vehicle level are also presented.

The final part, Outlook, considers the development of systems engineering itself with particular focus on information communication technologies.

Even though this book covers systems engineering from an automotive perspective, many of the challenges, fundamental principles, conclusions and outlooks can be applied to other domains too. Therefore, this book is not only relevant for automotive engineers and students, but also for specialists in scientific and industrial positions in other domains and anyone who has to cope with the challenge of successfully developing complex systems with a large number of collaborating disciplines.