《汽車工業》搞什麼？談賽車與量產車開發之差異：動力單元與電子系統

圖片來源：Chevrolet

賽車－汽車工業的最高殿堂，也是汽車科技發展的主要源頭。汽車製造商利用賽場的嚴苛環境作為新技術的實驗室，並且將賽場上學習到的知識經驗應用在市售車之上。但是談到開發道路使用的量產車，卻無法將其研發賽車的標準直接套用在市售車上。汽車製造商在進行市售車和賽車的開發時，兩者的研發方向有何不同？如此的差異又是什麼原因？

圖片來源：Formula 1

引擎

在開發賽車引擎的時候，引擎的輸出功率並非首要考量，這或許和一般認知有所落差。從工程角度來看，提升引擎動力來提升賽車速度是效率最低的一個方式。因此賽車引擎首重耐用度，包括冷卻與潤滑效率。雖然賽車引擎壽命相對於市售車來說短了不少，但是賽場的極端環境對於機件的負擔可不是一般道路可以比擬的。因此怎麼樣的設計與材質應用才能夠讓引擎在高負載環境下良好運作並且撐完整場賽事可說是引擎工程師最大的挑戰。畢竟，如果無法完賽即使引擎再強都無用武之地。

圖片來源：Polestar

接著是引擎的反應以及輕量化，這兩項要素彼此關聯，缺一不可。除了引擎本體、汽門蓋的輕量化以外，引擎內部機件包括活塞、曲軸、連桿、飛輪的輕量化都能夠降低引擎運轉時的慣性阻力，進而提升引擎的反應。而獨立式節氣門系統，也就是俗稱多喉直噴的進氣方式也能夠明顯改善油門反應。

圖片來源：Rolls Royce

最後則是合理的排氣量以及配合賽事規範的動力輸出。合理的排氣量，因為增加排氣量通常意味著引擎尺寸與重量的提升，而不同賽事也對排氣量及引擎出力有所限制。除非是直線加速賽車這種特殊形式的賽事，多數場地賽以及越野拉力賽的動力都不會太過誇張。從F1賽車引擎的發展走向可以發現，80年代曾經出現過最大馬力約1,300匹的渦輪引擎，但是輸出約700匹馬力的V8引擎F1在單圈速度上卻是比過去輸出接近兩倍的F1賽車來的更快，說明了提升引擎動力的方式並非讓賽車速度更快的關鍵。

圖片來源：Mazda

另一邊看到市售車，由於一般道路的使用環境並不會讓機械零件長時間且密集的處於高負載狀況，耐用度已經有不會有太大的問題。這使得汽車製造商在設計量產車引擎時會更著重在引擎運轉的平順度、寧靜度、燃油經濟性以及成本等等的考量。但是隨著引擎科技越來越進步且成熟，汽車製造商已經開始將過去使用於賽車領域的技術導入量產車引擎，有些製造商甚至在為旗下高性能車款設計引擎時就考量到了未來應用於賽事的可能性，可以說部分高性能引擎在設計上已經逐步與賽車引擎看齊。

圖片來源：BMW Motorsport

近來最明顯的例子即是《BMW M6 GT3》所使用代號P63的賽車引擎，其實是由M6市售車的S64B44引擎修改而來，僅改裝了乾式油底殼、改變油道設計、一體式傳動軸、氣冷式中冷器以及ECU來對應賽事需求。

圖片來源：Porsche

變速箱

賽車變速箱需要承受高溫、密集的換檔次數以及引擎瞬間出力所造成的衝擊，在「毫秒必爭」的賽場上，換檔速度與離合器接合力道成了賽車競爭力的關鍵。以傳統手排變速箱來說，結構簡單也有足夠的強度能夠應付引擎輸出，因此縮短換檔行程成為主要的目標，但是換檔速度也會有相當大的一部份取決於車手的技術。

圖片來源：Quaife UK

現在賽場上多半使用結構與手排變速箱幾乎相同的序列式變速箱，序列式的換檔方式大幅縮短了換檔所需的時間，附有換檔撥片機構的賽車也能夠讓車手更專注於賽道上的路線與煞車油門收放的時機進而提升整體性能表現。

圖片來源：Pfitzner Performance Gear

賽車變速箱為了達到強化的目的，通常也會使用直齒齒輪，並且使用較密的齒比，因為比起最高極速，賽車的加速性能對於單圈速度的影響更為重要。不過由於直齒齒輪會發出相當尖銳的噪音，因此僅適合於賽車使用。

圖片來源：Tilton Engineering

賽車多半使用多片式離合器來應付高輸出、高溫以及頻繁換檔的使用環境。常見的材質有金屬、陶瓷金屬以及碳纖維複合材質，而F1以及許多高階賽車則會使用「非結晶碳(Amorphous Carbon)」材質所製成的離合器來達到高摩擦力、高耐用度以及輕量化的目的。

圖片來源：GM

而在市售車上所搭載的變速箱則和引擎有著類似的考量，由於是提供一般大眾使用，車廠盡可能的讓變速箱有著平順的換檔以及和緩的離合器接合動作。不過隨著科技上的進步，越來越多的變速箱能夠在快速的換檔反應與平順度取得最佳表現，例如雙離合器自手排變速箱。為了燃油經濟性，有些市售車的自排變速箱檔位更已經進步到了十速之多，考量到高速巡航的需要，齒比也通常會較疏。

圖片來源：Geartronic UK

電子系統

賽車所使用的線組及電子零件所設計的生命週期大約為一季甚至更短，但是由於一輛賽車的線組通常會處於高溫的環境且維護次數相當密集，幾乎每次完賽就需要整車重整維護。因此線組接頭、電子零件都會從材質上的選擇來達成輕量化與提升耐用度的目的。

圖片來源：TE Connectivity

從專門從事賽車與市售車線組設計供應的國外廠商《TE Connector》所提供的數據可以看出兩者所使用線組的差別。他們提供的賽車線組能夠承受攝氏175度的高溫以及超過500次的拔插動作，市售車的耐溫程度最高為攝氏120度，拔插次數僅有10-15次左右。賽車線組通常以鋁合金等輕量化金屬材料製作，而市售車線組則以ABS一類的塑料進行製作。外型設計上，賽車線組通常使用圓頭並採旋轉扣合的設計，市售車則多半為方形或長方形以卡扣方式接合。

延伸閱讀：

汽車工業搞什麼？談賽車與量產車開發之差異：底盤架構

汽車工業搞什麼？談賽車與量產車開發之差異：輪胎與懸吊