Автомобили. Как они устроены?

XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Автомобили. Как они устроены?

Карпова Б.Д. 1
1МБОУ СОШ №31
Шиврина Н.А. 1
1МБОУ СОШ №31
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Автомобиль - моторное безрельсовое дорожное и внедорожное, чаще всего автономное, транспортное средство, используемое для перевозки людей и грузов, обычно имеющее не менее четырёх колёс.

Автомобили являются для современного человека обыденным средством передвижения или перевозки грузов. Сегодня они есть практически в каждой семье. Но много ли людей знает как устроин их железный помощник?

На самом деле у автомобиля бурная и интересная история от первых сделанных в ручную деревянных самодвижущихся повозок до современных моделей, оснащенных сложными системами движения и управления, которые разработаны инженерами так, чтобы доставлять человеку управляющему автомобилем минимальные неудобства. Современный автомобиль это комфортное и весьма безопасное, при соблюдении правил дорожного движения, средство передвижения.

А началось все в конце 19 века в Германии.

Предмет исследования: автомобилестроение

Цель моего проекта: узнать больше о машинах и об их строении.

  1. Информационная часть

    1. Первые автомобили

Первый автомобилем был - Benz Patent-Motorwagen (с нем. «патентованный автомобиль Бенца») — первый в мире автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Построен в 1885 году немецким изобретателем Карлом Бенцем.

Рис. 1. BenzPatent-Motorwagen

1885–1886 годы — немецкие инженеры Г. Даймлер и К. Бенц независимо друг от друга сотворили коляски с двигателем внутреннего сгорания, которые принято считать первыми в мире автомобилями.

1896 год — начало истории российского автомобилестроения — автомобиль, построенный Е. А. Яковлевым и П. А. Фрезе.

Начало массового выпуска  — создание американским предпринимателем Генри Фордом конструкции автомобиля Ford-Т и применение для его сборки с 1913 года специализированного конвейера, что позволило резко увеличить объёмы выпуска.

    1. Современноеавтомобилестроение

Современное автомобилестроение характеризуется развитием технологий, использованием новых материалов.

Рис. 2. Автомобиль нашего времени

Некоторые направления развития современного автомобилестроения:

  • Электромобили. Работают на электричестве, что позволяет снизить вредные выбросы и создать более высокую эффективность. Широкое распространение электромобилей стало возможным благодаря развитию технологий и зарядной инфраструктуры.

  • Автомобили с автопилотом (беспилотные транспортные средства). Используют системы искусственного интеллекта, камеры, сенсоры способны анализировать дорожную ситуацию и передвигаться без участия водителя.

  • Системы помощи водителю. Например, экстренное автоматическое торможение и адаптивный круиз-контроль, предупреждение о столкновении, мониторинг слепых зон.

  • Автоматизация и роботизация в производстве автомобилей. Применение 3D-печати для создания деталей, использование роботизированных систем для сборки автомобилей.

  • Искусственный интеллект для оптимизации производственных процессов. Интеллектуальные системы на основе ИИ анализируют данные о производительности и предлагают различные улучшения.

В современном автомобилестроении активно используются, например:

  • Лёгкие сплавы (алюминий, магний, титан) — отличаются низким весом при высокой прочности, что позволяет снизить массу автомобиля. Например, алюминий применяют для кузовных панелей, рамы и других структурных элементов

  • Композитные материалы — состоят из двух или более компонентов, обычно полимерной матрицы и армирования из углеродных волокон, стекловолокон или других материалов. Обладают высокой прочностью, жёсткостью и низкой плотностью, что позволяет создавать более безопасные автомобили.

  • Полимеры — лёгкие, прочные и экономически выгодные, применяются для создания внешних элементов кузова и внутренних деталей, таких как панели приборов, обивки сидений и дверей. Например, растущей популярностью пользуются биополимеры, которые производятся из возобновляемого сырья и поддаются биологическому разложению. 

  • Звукоизоляционные материалы — применяются в производстве подвески и кузова, помогают минимизировать шум от дороги и двигателя. 

    1. Строение автомобиля

Автомобиль устроен из различных компонентов, которые включают двигатель, трансмиссию, ходовую часть и электрическую систему. Разделение на узлы и системы условно, так как все составные части связаны между собой.

Рис. 3. Устройство для строения автомобиля

Рис. 4. Принципиальная схема автомобиля

 

Двигатель

Двигатель внутреннего сгорания (сокращенно ДВС) превращает энергию сгорания топлива в механическую работу. Некоторые элементы устройства: 

  • Блок цилиндров — литая деталь, внутри которой расположены цилиндры.

  • Головка блока цилиндров (сокращено ГБЦ) — в ней находятся клапаны — впускные и выпускные, которые работают, открываясь и закрываясь в строго определённый момент.

  • Коленчатый вал — главный преобразователь, превращает возвратно-поступательные движения поршней во вращение.

  • Маховик — тяжёлый диск, который сглаживает рывки от рабочих ходов и передаёт крутящий момент дальше, на коробку передач.

Принцип работы ДВС строится на чередовании четырёх тактов: «впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск».

Рис. 5. Двигатель автомобиля

Трансмиссия

Трансмиссия — совокупность узлов и механизмов, передающих крутящий момент от двигателя к ведущим колёсам и изменяющих его по величине и направлению.

Некоторые элементы трансмиссии:

  • Сцепление — в классическом варианте передаёт энергию вращения маховика и позволяет включать и отключать трансмиссию от ведущего вала. На автоматах это делает гидротрансформатор.

  • Коробка передач — предназначена для изменения крутящего момента в широком диапазоне, для адаптации скорости вращения двигателя к разным режимам движения. Бывают ступенчатыми и бесступенчатыми.

  • Кардан — несколько механических элементов (валы), которые передают вращение к расположенным на расстоянии элементам. Например, при задне- или полноприводной компоновке.

  • Шарниры равных угловых скоростей (ШРУС) — элемент передне- и полноприводных авто, который передаёт момент под изменяющимся углом (до 70 градусов) относительно оси. Делятся на внешние и внутренние.

Рис. 6. Трансмиссия

Ходовая часть

Ходовая часть (шасси) состоит из различных компонентов. Некоторые элементы:

  • Рама или несущий кузов — основа автомобиля. Сначала основой была только рама, но с появлением более прочных кузовов в большинстве легковых автомобилей от рамы отказались в пользу облегчения конструкции.

  • Мосты — играют важную роль в передаче различных усилий на колёса автомобиля: толкающих, тормозных и боковых. Существует четыре типа мостов: ведущий, управляемый, комбинированный, поддерживающий.

  • Подвеска — отвечает за амортизацию и управляемость автомобиля. Бывает: зависимой — колёса на одной оси жёстко связаны друг с другом, независимой — колёса соединены с кузовом независимо друг от друга и не влияют на движение друг друга, полузависимой — представляет собой комбинацию первых двух типов.

  • Колёса — в состав колеса входят диск, шина и покрышка. Диск служит для крепления колеса к автомобилю, шина обеспечивает сцепление колеса с дорогой, а благодаря покрышке движение становится более плавным и комфортным.

Рис. 7. Ходовая часть автомобиля

Электроника

В электрооборудование автомобиля входят:

  • Источники тока

  • Потребители

  • Элементы управления

  • Проводка

Все эти элементы объединены в бортовую сеть, чтобы автомобиль работал как единый организм.

Рис. 8. Электрооборудование автомобилей

2.4. Некоторые прогнозы о том, какими будут автомобили в будущем.

  • Массовое внедрение автопилота пятого уровня. В 2027 году планируют выпустить первые серийные автомобили, которые не требуют участия человека. Такие машины смогут самостоятельно распознавать дорожную обстановку в любых условиях, обрабатывать сложные сценарии городского движения. 

  • Использование солнечной энергии. Автомобили смогут заряжаться на солнце и даже во время вождения. Для этого в крышу и кузов машины будут встроены лёгкие и гибкие солнечные панели.

  • Применение самоочищающихся и самовосстанавливающихся материалов. Это сделает обслуживание транспортных средств проще и дешевле.

  • Многофункциональность. Автомобили смогут изменять пространство в соответствии с потребностями пассажиров. В машины могут быть встроены высокотехнологичные функции, например 3D-печать или репликация материи. 

  • Летающие автомобили. Эксперты предполагают, что летающие автомобили появятся не ранее 2040 года, а на массовый рынок выйдут в 2050–2070 годах.

Рис. 9. Автомобиль будущего

  1. Практическая часть

Для того чтобы узнать, как собираются современные автомобили, мы с родителями отправились на сборочный конвейер завода «Иж-авто». Там я собственными глазами увидела все этапы сборки современного автомобиля марки «Lada Largus»

На заводе «Иж-авто» нас встречал небольшой выставочный стенд, на котором были представлены основные модели автомобилей, которые собирались на заводе за всю его продолжительную шестидесятилетнюю историю.

От самого первого автомобиля марки «Москвич-412», сошедшего с конвейера завода в 1967 году, и такого популярного в 90-е годы Иж-2126 «Ода», до современных  «Lada Vesta» и «Lada Largus»

Рис.10. Авто-выставка

На заводе много технологического оборудования и запчастей для машин, а также нам показали весь процесс автомобилестроения.

Там был выстроен специальный маршрут для того чтобы люди пришедшие на эту экскурсионную выставку смогли насладиться походом и обойти все зоны по порядку, согласно этапам сборки автомобиля.

И первый этап – это штамповка деталей корпуса будущего автомобиля. Множество станков с помощью специальных форм прессуют листы металла, из которого получаются крылья, двери, капоты и другие детали автомобиля. В этом цехе стоит постоянный гул от работающих станков

Рис .11. Станки штамповочного цеха.

Рис. 12. Крыло «Lada Largus»

Рис. 13. Детали автомобиля.

Следующий пункт назначения – сварочный цех. Детали для кузова привозят со склада или цеха штамповки, а специальный конвейер в определённом порядке доставляет их на участки сварки. Процесс автоматизирован: детали подхватывают роботизированные «руки», а другие — сваривают их между собой. Ручная сварка используется только для простых операций.

Рис. 14.Сварочный цех.

Здесь нам пришлось надеть специальные защитные очки, чтобы не повредить зрение от постоянных вспышек дуговой сварки. Роботы-сварщики работают слаженно и без устали. Выглядит этот цех как отрывок из фантастического фильма, в котором роботы производят сами себя.

Рис. 15.Роботы сваривают кузова автомобилей..

После того, как основные элементы кузова сварены, рабочие навешивают подвижные элементы — двери, капот, крышку багажника. Будущий автомобиль отправляется в окрасочный цех. 

Сам цех покраски закрытый из-за реальной угрозы отравления парами краски. Так что нам на специальном экране показали видео этого процесса. Процесс тоже автоматизирован: сначала остов погружается в специальную ванну для нанесения антикоррозийного покрытия, затем наносятся грунт, основа и лак.

Некоторые особенности этапа:

  • На окрасочной линии используется 16 роботов.

  • Производительность линии — 30 кузовов в час, а весь цикл окраски занимает 9,5 часов.

Рис. 16.Слои лакокрасочного покрытия кузова.

После того как автомобиль приобретает свой цвет, окрашенный кузов «переезжает» в сборочный цех. Пока кузовмедленно едет по конвейеру, к нему прикручивают все недостающие детали. Некоторые операции:

  • Монтируется передняя панель в сборе (как правило, для этого используется специальный манипулятор), оптика, вклеиваются стёкла.

  • Соединение кузова и ходовой части (его даже называют «свадьбой») — на специальной тележке смонтированы двигатель, трансмиссия, передняя и задняя подвески. В строго определённый момент «низ» начинает подниматься, после чего сборщики фиксируют детали на своих местах.

  • Устанавливаются недостающие детали интерьера, сиденья, колёса, в автомобиль заливаются технические жидкости — антифриз, бензин, масло, тормозная жидкость

Рис. 17. Этапы монтажа.

И вот автомобиль полностью собран. Казалось бы, можно садиться за руль и ехать. Но, прежде чем автомобиль отправят в салон для продажи, его всячески проверят.

Этот финальный этап называется «Контролем качества». Каждый собранный автомобиль попадает на тестовый участок. Процесс инструментального контроля и испытаний — последовательное прохождение контрольных постов. Некоторые посты:

  • пост регулировки света фар и схода-развала колёс;

  • участок динамических испытаний (используется двухосный стенд);

  • стенд проверки тормозной системы (одноосный тормозной стенд);

  • осмотр днища и осмотр моторного отсека;

  • камера пролива и контроль герметичности.

Также все произведённые автомобили проходят через испытательный трек, который имитирует различные дорожные условия. Всего на треке шесть видов покрытия: ровный асфальт, искусственные неровности, «бельгийская мостовая», асимметричный участок, шумосоздающий участок, «лежачий полицейский». На треке проверяют не столько подвеску автомобиля, сколько качество сборки — скрипы, посторонние шумы и т. д. Только после этого новоиспечённый автомобиль отправляется на площадку готовой продукции. 

Вот теперь наш новенький автомобиль полностью готов ко встрече со своим будущим владельцем.

Рис. 18. Я и Lada Largus

Экскурсия по заводу «Иж-авто» оказалась очень интересной и познавательной. Я посмотрела все этапы сборки и сделала для себя вывод, что производство современных автомобилей это не простой, а высокотехнологичный процесс, разделенный на несколько этапов, что позволяет в достаточно короткий срок собирать большое количество новых автомобилей. А еще я поняла, что, несмотря на все достижения человека в программировании и автоматизации сборки автомобилей, на автозаводах делают работу не только роботы, но и люди.

  1. Заключение

Автомобиль это не просто транспортное средство, но еще и многофункциональный помощник во множестве дел. Сейчас они начали даже сами себя водить! Но я думаю, что на этом никто не остановится.

Рис. 19. Современный автомобиль

5.Список литературы.

  1. Кленников, В. М. Устройство автомобиля : учебник для водителей / В. М. Кленников, Н. М. Ильин, Ю. В. Буралев. — Москва: Транспорт, 2015. — 288 с.

  2. Benz Patent-Motorwagen : первый автомобиль в истории // Auto Museum : сайт. — URL: https://www.automuseum.ru/benz-first-car (дата обращения: 10.02.2026).

  3. История российского автомобилестроения: от Яковлева и Фрезе до наших дней // За рулем : сайт. — 2025. — URL: https://www.zr.ru/history/russian-cars (дата обращения: 10.02.2026).

  4. Как устроен двигатель внутреннего сгорания // Наука и техника : сайт. — URL: https://www.nauka-it.ru/dvs (дата обращения: 11.02.2026).

  5. Автомобили будущего: прогнозы на 2030–2050 годы // Мир фантастики и технологий: сайт. — 2025. — URL: https://www.mir-future.ru/cars (дата обращения: 12.02.2026).

  6. Официальный сайт завода LADA Ижевск (LADA Иж). — URL: https://www.lada.ru/izhevsk (дата обращения: 13.02.2026).

  7. Энциклопедия юного автомобилиста / сост. А. С. Горев. — Москва : Росмэн, 2021. — 200 с.

Просмотров работы: 1