《賽車工程》解析－「輕量化」對性能的全面影響

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賽車的性能表現，實際上是由各種形式的加速 (Acceleration)所組成。而所有的加速都遵循著著名的牛頓第二定律 (Newton's Second Law)，也就是：「Force (作用力)=Mass (質量)x Acceleration (加速度)」

從這個公式當中，我們可以推斷出「加速度=作用力÷質量」，也就代表了在作用力不變的情況下，物體的質量越小，加速度就越大。 在這裡所謂的質量也就是車體或者任何零件的重量，無論你是想要打造賽車或者是改裝你的市售車，輕量化對於車輛性能都有著極大的重要性。

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一輛比較輕盈的車不僅能夠擁有更快的加速，也能夠縮短煞車時需要的距離。由於懸吊負擔較小，因此能夠使用較軟的避震彈簧來獲得更好的「機械抓地力 (Mechanical Grip)」，過彎時轉移的重量更少、動態反應更好，也讓過彎速度的極限提高。

或許有人會覺得，照上面的公式來看，把作用力 (也就是車輛的動力)提高也是一個方式，但是很可惜，提升動力只能提高車輛在直線或者出彎時的加速度，而輕量化卻是讓車輛的加速、減速、過彎極限等性能全面提升，也因此「重量」才是影響車輛性能的關鍵。由於加速、減速、過彎、動態反應、操控等等，組成了賽車98%的性能表現，而重量在其中又扮演著至關重要的角色。因此如何減輕賽車各個部位的重量，成為了賽車設計者與改裝者的重要課題。

▼高階房車賽為了輕量化而採取碳纖維單體座艙搭配鉻鉬鋼管防滾籠結構。

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這也是一個打造賽車的哲學：「The lighter your car is, the lighter it can be. 」或許可以翻譯為「輕者恆輕」。當你打算使用一個比較重的引擎，就必須使用比較強壯也比較重的車體結構來支撐它，比較重的車體需要更強壯的彈簧與懸吊結構來支撐，也需要更大更重的煞車來減速…，一層一層的加上去以後，結果就是為重而重。反之亦然。

▼方程式賽車大多已經使用碳纖維單體座艙配置，但是部分低階方程式依舊會使用鋼管結構底盤，儘管如此，輕量化與抗扭剛性的表現仍然非常優秀。

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但是輕量化該從何下手？最簡單、成本也最低的當然就是駕駛本人輕量化。此外，大部分的人聽到輕量化，直覺就是拆內裝或是換上複合材質的空力套件、引擎蓋、尾廂、鍛造輪圈等等，但是千萬別忽略了動力系統輕量化的重要性。

由於所有轉動的物體都會受到慣性的影響，重量越大，慣性越大，需要使其轉動的能量就必須越大，反之亦然。在賽車之中有許多零件，甚至車體都不斷地在進行各種形式的「旋轉」。我們都知道，在引擎運作與傳遞的過程當中會產生能量的耗損，但是卻有許多人忽略了引擎轉動自身零件所需要消耗的能量。

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為了使賽車能夠加速，引擎必須要加速；引擎要加速，內部的所有零件就必須加快旋轉速度，所有往復零件的做動速度也必須提升。同樣的概念可以套用至變速箱、傳動軸、差速器、輪框、煞車以及輪胎。引擎消耗了部分的動力來推動這些零件轉動，因此減少這些零件的慣性即可提高引擎性能及加速效率。

除了重量會影響慣性之外，不同的「慣性矩 (Moment of Inertia)」也會使兩個擁有同樣質量的物體有不同的旋轉慣性。慣性矩乃是物體的旋轉中心到質量中心之間的距離。兩者之間的距離越遠，旋轉這個物體所需的能量就越大，而一旦這個物體開始旋轉，就會傾向於不斷地旋轉下去。這也是為什麼賽車以及著重性能的跑車都會盡量將重量往車體中心靠攏，以獲得更迅速的動態反應。

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而如果以曲軸飛輪作為例子來解釋，由於市售車在低轉速時需要平順和緩的引擎輸出，因此市售車的飛輪擁有相當大的慣性矩。在同樣的原因下，市售車的離合器也非常巨大。這個狀況下，飛輪與離合器會儲存大量的慣性，同時，需要轉動它們所需要耗費的能量也相當龐大。在對於加速非常要求的賽車領域之中，這些都是扼殺性能的兇手，這也是為何賽車所使用的離合器以及飛輪都相當的小而且輕盈。

▼圖為F1賽車V10引擎與離合器組，可以看出飛輪與離合器的尺寸都相當小。

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輕量化工程可以說是打造一輛賽車的過程中，成本最高的項目。但是由於其對性能有著全面的影響，因此絕對是個值得且不得馬虎的項目。而如果你只是一輛街車希望提升操控與性能又不減實用性，那麼駕駛輕量化以及更換輕量化輪圈、賽車座椅，還有從動力系統輕量化開始下手都算是比較實際的做法。最後，追求輕量化之餘也必須注意配重的平衡，如果一昧偷輕車輛的某一端造成重量分配不均，對於車輛的操控也會變成弊大於利。

▼房車賽車要達到極致輕量化，全面的拆空內裝是不可避免的。

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