十年征途，疾速歲月│國立清華大學圖書館

十年征途‧技術的創新與改革

轉向與懸吊設計的革新

Technological innovation and reform

Technological innovation
and reform

TH04在轉向方面縮短了輪軸距離，從方向盤傳遞到轉向機的傳動軸需要更大的角度，因此傳動方式從原本的萬向軸改為傘齒輪箱(圖一)。另外，轉向柱的材質也從原先的鈦合金改為碳纖維，不僅能夠減輕整體重量，也能藉由碳纖維較佳的剛性，減少轉向扭矩對機構造成的形變。至於懸吊設計，前懸吊採用了拉桿(Pull rod)的機構 (圖二)，使整個系統在相對較低的位置，雖然調整車輛設定時較不方便，但能夠降低重心、減小車輛運動時的負載轉移、提升車子的性能表現並節省車內空間。

後懸吊設計採用roll-heave suspension的方式(圖三)，這種懸吊機構由兩組避震器透過特殊的幾何排列，分別控制車輛上下(ride)與側傾(roll)運動。當遇到路面起伏，將左右輪同時抬起時，其中一個避震器會被壓縮，減緩車身上下晃動的問題；當車輛過彎，車身產生側傾現象時，另一個避震器會被壓縮，減小側傾的角度使車輛穩定。雖然roll-heave suspension需要較大的安裝空間，且結構上有較多限制，但此懸吊機構能夠獨立控制車身的兩種運動而不受彼此影響，在調校車輛上能更加自由。

屬於清大賽車工廠的第一個鋁單體殼

「車架的轉型從鋼管到鋁單體殼…」

TH01到TH05車架皆是由「鋼管」焊接而成，但鋼管車架重量較重且扭轉剛性遠不足單體殼，因此研發新一代的單體殼成為重要目標。最初理想上是使用「碳纖維單體殼」，但受限於預算、品質控制等因素，最後把重心轉移至「鋁單體殼」的設計與製造。

單體殼以「I型樑的三明治結構」作為車身的板片，分成上下兩層的蒙皮與中間的低密度芯材，增加整體板片的厚度、連接蒙皮與芯材的膠合層。蒙皮素材選用碳纖維、鋁合金等高楊氏模數的材料，作為抗拉伸的主要材料。芯材則是鋁蜂巢或是發泡填充物，以提高整體結構的剛性，確保板片在受力時，變形量在可接受的範圍內；在製程方面有別於傳統焊接功法，三明治結構更考驗製作時的對位以及固化條件控制，整體來說更具挑戰性。

TH06的單體殼從五代鋼管車的51.2公斤減重至37.5公斤，車架的扭轉剛性也從2050牛頓米/度提升至3327牛頓米/度，與傳統 AISI 4130 鉻鉬鋼管車架相比，鋁單體殼不僅大幅降低車架重量，更提升車架扭轉剛性。而在TH07研發設計上，團隊更是把輕量化發揮到了極致，把重量減至28.5公斤，2025年清大賽車工廠將更進一步減重，推出第一個碳纖維單體殼(CFRP Monocoque)。

三明治結構示意圖

空力套件是優化動態表現不可或缺的武器

「空力套件（Aerodynamics）的功能當然不是只有好看…」

團隊在經歷了多個賽季後，發現在全球頂尖的車隊設計流程中，空力套件也是攸關全車表現重要因素之一，故自TH03開始，團隊決心投入「空力套件設計」，希望藉此提升競爭力。在賽車上安裝的前尾翼、底板，作用原理和飛機機翼相似，只不過應用至賽車上是將其上下顛倒，目的是讓賽車行駛撞風時產生「下壓力」，進而讓賽車過彎時能有更大的摩擦力，用更快的速度完成過彎。從TH03至TH08，車隊持續推進空力套件的設計，從最初僅有前尾翼，開始走向以底板為主力設計概念；透過電腦模擬觀察氣流和空力套件在不同條件下的互動及效應；因此，空力套件可說是車體上最耗時的零件之一，除了需要進行3D CAD模型的設計，還需要有CFD電腦流場模擬迭代與分析。

「碳纖維材料」是製作賽車體上最常見的材質之一，較常運用在各種航太、軍用等尖端領域。簡言之，同體積的碳纖維重量只有鋁的一半，但強度可以高達鋼的10倍，所以對於相當重視重量的賽車運動，碳纖維自然就成為了輕量化設計和結構強度的一大要角，空力套件除了強化空氣力學的功能性，對車體外觀的設計美感也有加分的效果。

輕量化的嶄新未來

2024年的重大突破：碳纖單體殼、碳纖輪框