自動車工学の紹介

自動車工学は機械工学の一分野です。しかし、取り扱う知識の範囲は広く、機械工学だけでなく化学や電気工学、情報工学といった様々な要素技術が含まれます。この記事では一般的な技術例として、「ボッシュ自動車ハンドブック」の章の題名を紹介します。個別の内容は機会がある時に紹介します。

目次のイメージ

1章 物理学の基礎

1節 量と単位

• SI単位
• 法定単位
• その他の単位
• 物理定数

2節 力学で使用する基本方程式

• 直線運動と回転運動
• 力の伝達
• 摩擦

3節 振動

• 定義
• 運動方程式
• 振動の低減
• モード解析

4節 音響学

• 一般用語
• 排出騒音の測定値
• 侵入騒音測定値（防音）
• 主観的な音の評価

5節 流体静力学

• 密度と圧力
• 浮力

6節 流体力学

• 基礎原理
• 流体力学の基本方程式
• 圧力容器からの吐出
• 流れの中にある物体の抵抗

7節 熱力学

• エンタルビー（熱含量）
• 熱力学の法則
• 気体の状態変化

8節 電気工学

• 電磁界
• 電界
• 直流電流および直流電圧
• 時間依存性の電流
• 磁界
• 磁界と電流
• 電磁波の伝搬
• 金属導体の電気効果

9節 電子工学

• 半導体技術の基礎
• 半導体素子
• モノリシック集積回路
• ECUのマイクロプロセッサー

10節 電気化学

• 電解質電導と電気分解
• 応用

2章 数学と方法

1節 数学

• 記数法
• 関数
• 三角方程式
• 複素数
• 数学記号
• ギリシャ文字

2節 有限要素法

• 用途
• FEMの例

3節 制御工学

• 用語と定義
• 制御技術関連の伝達要素
• 制御タスクの設計
• 適応制御

3章 材料

1節 化学元素

• 名称
• 元素周期律表

2節 物質

• 物質の状態に関する用語
• 物質の特性
• 固体の特性
• 液体の特性
• 水蒸気の特性
• 気体の特性

3節 工業材料

• 工業材料の分類
• 金属材料関連のEN規格

4節 金属材料特性

• 鋳造材料と鋼材料
• 非鉄金属、重金属
• 非鉄金属、軽金属
• 焼結金属
• 磁性材料
• はんだと充填材
• 材料の電気的特性

5節 非金属材料の特性

• 絶縁材料
• セラミック材
• 積層材料
• プラスチック成形材料
• プラスチック材料の略称、化学名、特徴および商標名
• 自動車用塗料

6節 金属材料の熱処理

• 硬度
• 熱処理プロセス
• 熱化学的処理

7節 腐食および腐食防止

• 腐食のプロセス
• 腐食の種類
• 腐食試験
• 腐食防止

8節 被覆とコーティング

• 被覆
• 拡散浸透処理
• 化成処理

4章 燃料・潤滑剤・作動液

1節 潤滑剤

• 用語と定義
• エンジンオイル（エンジン潤滑油）
• トランスミッションオイル（ギヤオイル）
• 潤滑油
• グリス

2節 燃料

• 特性
• ガソリン
• ディーゼル燃料（軽油）
• 代替燃料
• 液体燃料および炭化水素の特性
• 気体燃料および炭化水素の特性

3節 ブレーキフルード

4節 冷却液

5章 機械要素

1節 ばね

• 基本原理
• 金属製ばね

2節 すベリ軸受

• 特徴
• 流体式すベリ軸受
• 焼結金属すべり軸受
• 乾式すべり軸受

3節 転がり軸受

• 用途
• 概要
• 転がり軸受の選定
• 荷重容量の計算

4節 ギヤと歯車装置

• ギヤについて
• スターターモータの歯車の設計
• 米国の歯車規格
• 歯車の耐荷重の計算
• 歯車の材質

5節 ベルト駆動装置

• 摩擦ベル卜駆動装置
• 歯付きベルト駆動装置

6節 チェーンドライブ

• 概要
• チェーンの構造
• スプロケッ卜
• チェーンテンショナーとチェーンガイド

6章 結合技術

1節 分離可能な結合

• 形状密着結合
• 摩擦結合
• ねじねじ締結部品
• プラスチック部品のスナップ結合

2節 分離できない結合

• 溶接技術
• はんだ付け技術
• 接着技術
• リベッ卜接合技術
• 打抜きクリンチング

7章 自動車の物理学

1節 自動車技術の基本概念

• 走行性の基本概念

2節 自動車の力学

• 縦運動（直線走行）の力学
• 路面のグリップ
• 加速と制動
• 一連の動作・反応、制動および停止
• 追い越し（追い抜き）
• 燃費
• 横運動（曲線走行）の力学
• 商用車の特殊走行力学
• ISOに準じた走行力学のテスト手順

3節 空力学

• 空力パラメーター
• 自動車用風洞

4節 自動車の音響学

• 自動車の車外騒音の測定と法定規制値
• 技術音響学
• サウンドデザイン

8章 内燃機関（ICエンジン）

1節 内燃機関（ICエンジン）

• 熱機関
• サイクル
• 実際のサイクル

2節 混合気形成燃焼、排気

• ガソリンエンジン
• ディーゼル工ンジン
• 融合型および代替作動システム

3節 ガス交換サイクルと過給

• ガス交換
• 可変バルブタイミング
• 過給プロセス
• 排気ガス再循環（EGR）

4節 往復動機関

• コンポーネント
• 往復動機関の種類
• クランクシャフ卜の設計
• トライボロジーと摩擦
• 計算用実験値およびデータ

5節 バンケル式ロータリーエンジン

• 構造および作動原理
• ロータリーエンジンの特性

6節 エンジン冷却システム

• 空冷式
• 水冷式
• インタークーラー（過給気の冷却）
• オイルと燃料の冷却
• 冷却モジュール技術
• 冷却システム技術
• インテリジェン卜な熱管理
• 排気ガスの冷却

7節 工ンジンの潤滑

• 圧送潤滑方式
• コンポーネン卜

8節 エアフィルター

• 空気中の不純物
• エアフィルター（エアクリーナ）

9節 ターボチャージャーとスーパーチャージャー

• スーパーチャージャー（機械式過給機）
• 圧力波スーパーチャージャー
• ターボチャージャ（排気タービン過給機）
• 複合過給システム

10節 排気装置

• 設計および目的
• 工キゾーストマニホールド
• 触媒コンバーター
• 微粒子フィルター
• マフラー
• 接続エレメン卜
• その他の消音装置
• 商用車の排気装置

9章 排出ガスと診断に関する法規定

1節 排出ガス規制

• 概要
• CARB規制（乗用車／小型商用車）
• EPA規制（乗用車／小型商用車）
• EU規制（乗用車／小型商用車）
• 日本の規制（乗用車／小型商用車）
• 米国の規制（大型商用車）
• EUの規制（大型商用車）
• 日本の規制（大型商用車）
• 米国のテストモード（乗用車／小型商用車）
• 欧州のテストモード（乗用車／小型商用車）
• 日本のテストモード（乗用車／小型商用車）
• 大型商用車のテストサイクル

2節 排出ガス測定方法

• シャシーダイナモメーターでの排出ガステスト
• 排出ガス測定装置
• ディーゼル黒煙排出テスト
• 蒸発物テスト

3節 診断

• はじめに
• 車両走行中のモニタリング
• 車載診断システム（OBD）
• OBDの機能
• 大型商用車向けOBD要件
• ワークショップにおける診断
• ECU診断およびサービスインフォメーションシステム

10章 火花点火機関（SIエンジン）の制御

• エンジン制御システムの説明
• システムの概要
• モロトニックのバージョン

1節 シリンターへの充填

• 構成成分
• 充填空気の制御

2節 燃料供給

• マニホールド噴射による燃料供給と燃料配分
• ガソリン直接噴射による燃料供給と燃料配分
• 燃料蒸発ガス処理装置
• フューエルフィルター
• 電動フューエルポンプ
• ガソリン直接噴射用高圧ポンプ
• フューエルレール
• フューエルプレッシャーレギュレーター
• フューエルプレッシャーアッテネーター（燃料圧力減衰器）

3節 混合気の形成

• 基本原理
• 混合気形成システム
• 吸気マニホールド噴射
• ガソリン直接噴射
• 混合気形成の構成部品

4節 イグ二ッション

• 基本原理
• 点火時期
• イグ二ッションシステム
• イグ二ッションコイル
• スパークプラグ

5節 排出ガスの触媒処理

• 触媒コンバーター
• λ制御

11章 代替燃料火花点火機関

1節 LPGによる作動

• 使用状況
• 構造
• LPGシステム

2節 天然ガス駆動のエンジン

• 使用状況
• 構造
• コンポーネン卜

12章 ディーゼルエンジンの制御

1節 ディーゼルエンジンの制御

• エンジン制御システムの概要
• 電子ディゼル制御（EDC）

2節 燃料供給システム（低圧ステージ）

• 燃料供給
• 燃料フィルター

3節 コモンレール噴射システム

• システムの概要
• インジェクター
• 高圧ポンプ
• レール

4節 時間制御式シングルシリンダー

5節 ポンプシステム

• 乗用車用ユニットインジェクターシステム
• 商用車用ユニットインジェクターシステム
• 商用車用ユニットポンプシステム
• コンポーネン卜

6節 分配型噴射ポンプ（VE）

• アキシャルプランジャー分配型ポンプ
• ラジアルプランジヤ一分配型ポンプ
• 燃料噴射装置

7節 補助始動装置

• 予熱システム

8節 排気ガス処理

• 触媒コンバーター
• パティキュレートフィルタ

13章 代替駆動装置

1節 ハイブリッドドライブ

• 特徴
• 機能
• 機能に基づく分類
• 駆動装置の構成
• ハイブリッド車両の制御
• 回生ブレーキシステム

2節 乗用車の動力用燃料電池

• 原理
• 燃料電池システムの作動原理
• ドライブ卜レインの原理

14章 ドライブトレイン

1節 ドライブトレイン

• 概要
• ドライブ卜レインの構成要素
• 連結装置
• 多段トランスミッション
• マニュアルトランスミッション
• オートマチックトランスミッション
• 無段変速トランスミッション（CVT）
• ファイナルドライブ装置
• 四輪駆動とトランスファーケース

15章 シャーシ

1節 シャーシ

• 基本原理

2節 サスペンション

• 基本原理
• スプリングの種類
• サスペンションシステム

3節 防振機構

• ショックアブソーバー
• パイブレションダンパー（ダイナミックダンパー）

4節 ホイールサスペンション

• 基本原理
• 運動学および弾性運動学
• ホイールサスペンションの基本形式

5節 ホイール

• 乗用車用ホイール
• 商用車用ホイール

6節 タイヤ

• タイヤグループ
• タイヤのデザイン
• タイヤの呼び
• タイヤの使用
• タイヤ卜ラクション

7節 タイヤ空気圧検出システム

8節 ステアリング

• 自動車のステアリングシステムの定義
• ステアリングシステムに関する要求事項
• ステアリンク、ギヤボックスのタイプ
• 乗用車用パワーアシスト付きステアリングシステム
• 商用車用パワアシス卜付きステアリングシステム

9節 ブレーキシステム

• 定義と原理
• 法規
• ブレーキシステムの構造と構成

10節 乗用車向けブレーキシステム

• 常用ブレーキシステム
• 電気機械式駐車ブレーキシステム

11節 電気油圧式ブレーキシステム

• 役割と機能
• 構造
• 作動原理

12節 商用車向けブレーキシステム

• システムの概要
• 商用車向けブレーキシステムのコンポネント
• 電子制御式ブレーキシステム
• 補助ブレーキシステム（リターダー）

13節 ホイールブレーキ

• ディスクブレーキ
• ドラムブレーキ

16章 シャーシ制御とアクティブセーフティ

1節 アンチロックブレーキシステム（ABS）

• 機能と要求事項
• 作動原理
• ABSの種別
• ABSの構成
• 商用車向けアンチロックブレーキシステム(ABS)

2節 TCSトラクションコントロルシステム（駆動力制御）

• 機能と要求事項
• TCSの制御ループ

3節 走行タイナミクス制御システム

• 機能
• 要件
• 作動原理
• 典型的な運転操作
• システム全体の構成
• システムコンポーネント
• 商用車用特殊エレク卜口二ツクスタビリティープログラム（ESP）
• 補助機能（自動ブレーキシステム機能）

4節 走行ダイナミクス統合制御システム

• 概要
• 機能
• システム構成

17章 車両のボディ

1節 道路走行車両の体系

• 車両の分類

2節 車両のボディ（乗用車）

• 主要諸元
• ボディの設計
• 空力特性
• 空力音響
• ボディ
• 安全性

3節 車両のボディ（商用車）

• 車両の分類
• ライトバン
• 中型および大型トラックとトラクター
• バス
• 商用車のパッシブセーフティ

4節 照明装置

• 機能
• 法令と車両の照明装置
• 光源
• ヘッドランプの機能
• 欧州のヘッドランプシステム
• 米国のヘッドランプシステム
• 定義と用語
• ヘッドランプのさまざまな技術仕様
• 合図灯の取付けと法規
• ランプのさまざまな技術仕様
• ヘッドランプレンジ調整
• ヘッドランプ調整

5節 自動車用ウィンドウガラス

• ガラスの材料特性
• 自動車の窓ガラス
• 多機能ガラス

6節 ウィンドシールド、リアウィンドウ、ヘッドランプのワイパー／ウォッシャー装置

• ウィンドシルドのワイパー装置
• リアウィンドウのワイパー装置
• ウィンドシールドおよびリアウィンドウのウォッシャー装置
• ヘッドランプのウォッシャー装置

18章 パッシブセーフティ

1節 乗員保護システム

• シートベル卜とシー卜ベルトテンショナー
• エアバック
• 口ルオーバー保護システム
• コンポーネン卜
• 最新の開発動向

19章 車両のセキュリティーシステム

1節 ロックシステム

• 機能
• 構造（例：サイドドア）
• 二重ロック機能
• テクノロジー

2節 盗難防止装置

• 法規
• システム設計

20章 車両の電気システム

1節 車両への電力供給

• 車両電気システムの機能
• 電気システムの構成
• 電気システムのパラメーター
• 電気エネルギー管理

2節 スターター用バッテリー

• バッテリーに求められるもの
• バッテリーの構造
• 充放電
• バッテリーの特性
• バッテリーのタイプ
• バッテリーの使用

3節 電動機

• 回転電動機の系統的分類
• 直流機
• 非同期電動機
• 同期電動機
• 三相電流システム

4節 オルタネーター

• 電気エネルギーの生成
• 作動条件
• 動力伝達効率
• クローポール型オルタネーターの種類

5節 始動装置

• スターター
• スターターの制御

6節 アクチュエータ

• 概要
• 電動式変換器および電磁式変換器
• 圧電アクチュエーター
• 流体機械式アクチュエーター

7節 ワイヤーハーネスおよびプラグインコネクター

• ワイヤハーネス
• プラグインコネクター

8節 電磁両立性（EMC）と電磁ノイズ抑制

• 要件
• 干渉の発生源
• 干渉を受ける可能性のある装置類
• 干渉のカップリング
• 静電放電
• 測定方法
• 規制と規格
• シンボル（記号）および回路図
• 回路記号
• 回路図
• 端子コード

21章 車両の電子システム

1節 自動車におけるソフトウェアエンジ二アリング

• ソフトウェアの開発動機
• 自動車搭載ソフトウェアの構造
• 自動車搭載ソフトウェアの重要な規格
• 開発プロセス
• ソフトウェア開発における品質保証
• 自動車搭載ソフトウェアの開発手順
• ソフトウェア機能のモデリングとシミュレーション
• ソフトウェア機能の設計と実装
• ソフトウェアとコントロールユニットの統合とテスト
• ソフトウエア機能の適合
• 展望

2節 自動車内のネットワークシステム

• バスシステム
• 技術的原理

3節 自動車内のバスシステム

• CAN
• FlexRay
• LIN
• イーサネット，IP
• PSIS
• MOSTバス

4節 電子システムのアーキテクチャー

• 概要
• 電子システムのアーキテクチャ一方式

5節 センサ

• 基本事項
• ポジションセンサー
• 速度および回転数センサー
• 加速度センサーと振動センサー
• 圧力センサー
• 流量計
• 気体センサー、濃度センサー
• 温度センサー
• フォースおよびトルクセンサー
• 光電センサー
• 運転者支援システム用センサー
• メカ卜口二クス
• メカ卜口二クスシステムおよびコンポーネン卜
• 開発の方法論
• 展望

22章 快適性と操作性向上のための装置

1節 車内空調制御

• 車内空調制御の要求事項
• エアコンディショナーユニッ卜の構造と作動原理
• 空調制御システム
• ハイブリッド車および電気自動車用空調和制御システム
• 補助ヒーターシステム

2節 ドアとルーフ部分の快適性と操作性向上のための装置

• パワーウィンドウ
• サンルーフ

3節 車室内の快適性と操作性に関する機能

• 電動調整式シー卜

23章 ユーザーインターフェース、テレマチック、マルチメディア

1節 表示と操作

• 双方向チャンネル
• 情報通信装置

2節 自動車でのラジオ／テレビ放送の受信

• 無線通信
• ラジオチューナー

3節 交通テレマチック

4節 EU記録装置

• 法的規制
• 仕様

24章 運転者支援システム

1節 運転者支援システム

2節 パーキングシステム

• 超音波センサーによる駐車支援装置
• パーキングエイドアシスタン卜

3節 自動車のナヒゲーション

• ナビゲーションシステム
• ナビゲーションの機能
• デジタルマップ

4節 アダプティブクルーズコン卜ロール

• 機能
• 構造と機能
• 制御アルゴリズム
• 適用範囲と今後の開発

5節 衝突予知緊急ブレーキシステム

6節 ビデオを基にした運転者アシス卜システム

• 車線逸脱警告機能および車線維持支援機能
• 道路標識認識機能

7節 ナイトビジョンシステム

• 用途
• 遠赤外線システム
• 近赤外線システム

25章 付録

• 技術用語索引
• 略語