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翱翔逐夢 南台科大方程式賽車團隊直擊


刊登時間: 2013/10/02

文/Stan 圖/顧宗濤

國內賽車運動隨著OTGP賽事而蓬勃發展,但其實很多人不知道,國內學術界也有一群初出茅廬的菁英分子,正在另一場國際級的賽事中努力爭取好成績,而這些高手從哪來?做了哪些事?相信大家一定一無所知,現在就跟著編輯部的腳步來探訪南台科大方程式賽車團隊,看看這群學生們是如何靠著自己的雙手,一步步打造出自己的夢想!

 

汽車產業不發達
環境因素影響大
嚴格來說,目前台灣的汽車科技始終都是直接獲取國外的設計加以改良,或根本就是直接沿用國外母廠的技術,就連標榜國人自行設計製造的自主品牌,其實也都可以見到許多國外過期的專利設計,這並非國內沒有研發與設計的能力,而是在於以往國內的汽車工業始終都是以「代工」為主,由於國內沒有廣大的市場,因此耗費龐大的資源來進行研發的工作顯然是不符成本的事實,導致有志於汽車研發設計方面的人才紛紛出走,而學術資源也只能從其他汽車工業較發達的國家取經。

去年南台科大方程式賽車團隊遠赴中國上海參加Formula SAE China所舉辦的競賽,以優異的設計功力奪下多項優勝,實力足可登上國際水準。

不管從市場或學術的角度來看,台灣汽車工業的環境不如國外是明顯的事實,其實曾經有讀者問過筆者,若有志想要往汽車設計、製造產業發展,國內是否有像日本汽車學校那樣的地方可以進修?筆者當時根本答不出這個問題,不過事實上台灣還是有許多大專院校有車輛相關的學系,如台北科大、屏東科大、虎尾科大、大葉大學、南台科大、崑山科大、正修科大、北台科大等校,都有車輛相關的學科系。

南台科大機械工程學系先進車輛組,是國內少數擁有汽車相關科系的學校之一,師資與設備方面都相當充裕,是有志於汽車相關學科的年輕學生相當適合進修的地方。

在這幾所學校當中又以屏科、南台、崑山、大葉等學校,經常在國內外的學生競賽中取得不錯的佳績,例如太陽能車、省油車或方程式等,證明了台灣學生驚人的實力與創造力確實不比國外學生來得差,只能說是台灣大環境限制了這些人才的發展,而本次所介紹的南台科技大學,則是著重於國外所舉辦的方程式賽車競賽,該校已經連續四年參賽並獲得不錯的成績,今年則是第五度挑戰,大家一定相當好奇,這群學生到底在學校裡學到了些什麼?

過去只能在大車廠看到的引擎Dyno測試平台,南台科大就有好幾具供學生與教授進行研究,這是國內相當欠缺的設備。

完成夢想的跳板
Formula SAE競賽
嚴格說來,南台科技大學並沒有所謂的車輛工程學系,而是在機械工程學系中所分出的「先進車輛組」,該系組主要宗旨是培養學生具有「先進車輛設計」、「感測與控制」及「汽車檢修」等實務技能,以從事車輛之研發設計、製造、方法、檢驗、行銷、維修技術諮詢、開發新型車輛及汽車經營管理等,也是國內少數幾所真正能學到車輛相關知識與實務的學校之一。

該系組與知名的平坐車隊有很深厚的關係,校內有幾輛正規的比賽車都是由平座車隊提供的退役廠車,以供學生進行學習研究。

其實南台科技大學在國內外許多車輛相關的競賽中一直都有不錯的成績,尤其是在節能車(省油車)與環保車(太陽能車)的部分,都有不錯的成績而打響名號,但是大家或許不知道,在先進車輛組中學生參與最主要的活動並非上述的競賽,而是與賽車運動更為貼近的方程式「Formula SAE」的競賽。

南台科技大學對於太陽能車與省油車的領域也相當有名,校園內所展示的這輛車就是過去在競賽中曾獲勝的車輛,附帶提一點,本刊南區業務王筆琪主任還是南台首屆製作太陽能車的校友喔!

不僅是引擎馬力測試平台,校內還有一座MAHA滾輪式的馬力測試機,以供同學進行測試使用。

教學大樓內除了實習工廠外,還設置了一座烤漆爐,車輛系組簡直就像是一座大型改裝廠一樣,設備相當完整。

在製作方程式車架前,除了必須透過電腦進行繪圖,還需要製作出等比模型,一切沒問題之後才可以進行實際車架的製作。

製造車架所使用的鉻鉬合金鋼材尺寸只有20mm左右,但對於僅重一、二百公斤的小型方程式來說強度已經相當足夠。

看似簡單的車架卻必須依照力學來進行設計,而非隨便拼湊而成,如此才能具備足夠的剛性與穩定度。

南台科大方程式團隊有點類似大學社團的性質,全都是由學生自發性地加入團隊,利用課餘的時間來打造自己的夢想。
 

Formula SAE競賽活動起源於1978年,是由美國汽車工程師學會(SAE)所發起,該競賽對象主要是以學生為主,目的是希望學生以自己的力量來研發一款方程式賽車來實現自己的夢想,而比賽內容中要求學生自主在一年之內,以有限的預算去設計製造一部使用四行程汽油引擎驅動、排氣量低於?610 c.c.、並且具商業化價值的小型方程式賽車。過程中必須應用工程設計與分析、電腦繪圖、加工方法、人力資源調配、時程控管以及成本分析等技術,讓學生經歷完整的工程作業訓練。
 

依Formula SAE規定,參賽車輛需使用8吋以上的輪胎,而這些光頭胎則是由馬吉斯所贊助的比賽用胎。


Formula SAE競賽發展至今已不限於美國地區,在歐洲、澳洲、日本等地目前都有舉辦這項賽事,除了可以一圓自己的夢想外,在國外Formula SAE競賽儼然已經成為各大車廠、職業車隊尋覓人才的一條捷徑,因此許多國外學生都會極盡所能的展示出自己在汽車設計方面的才能天賦,好在夢想領域中去爭取未來的出路。
 

製作碳纖維車體就像在製作玻璃纖維大包一樣,必須先製作模具,然後再將碳纖維布一層層鋪入模具內上膠。


有限資源求發展
無限創意成果佳
由先進車輛組學生所組成的南台科大方程式賽車團隊成立至今已有九年,早在2005年便開始發展方程式賽車,當時是由曾經在英國參加Formula Student張崴縉教授所發起,鼓勵學生參加這項競賽來驗證自己的實力,而該團隊在2006-2008連續三年前往日本參加FSAE Japan競賽,先後獲得省油獎第三名與獨特設計獎第二名的佳績,礙於經費不足的問題經過三年間斷後團隊再度重新出發,轉換跑道至上海參與Formula SAE China所舉辦的競賽,同樣獲得不錯的成績,而今年則在年輕的指導老師李卓昱教授指導之下,即將邁入第五次的方程式競賽。
 

由於經費與技術等諸多問題,因此團隊只能以較簡單的方式將模具內的碳纖維材料抽真空,然後再放入自製的烤爐中低溫烘烤。


Formula SAE競賽有相當嚴格的限制,基本上參賽車輛必須採用開輪式小型方程式賽車設計,動力部分需使用排氣量低於610c.c.的四行程引擎,並加上20mm限流進氣口,而車體軸距必須大於1525mm,在安全方面必須使用超過20mm鉻鉬鋼管製作車架,且配置一定尺寸的防滾架,此外還必須通過煞車與側傾60度的翻覆測試才可上場,並規定使用8吋以上的輪胎,而整車製作經費必須低於25000美元。在競賽項目部分,Formula SAE比的不只是速度,全部賽事包含耐久、繞錐、環狀繞行、直線加速省油等,而靜態的設計理念、成本與營銷這些項目也都是競賽評分的重點。
 

學生自製的碳纖維車殼雖然厚度及重量遠不如熱壓成型的產品,但強度與重量比起一般玻璃纖維已經優異許多。


方程式與一般車輛完全不同,是以鋼管打造出籠型結構車架的輕量化賽車,一切的設計方向都是以性能為主要考量,所以要打造出一輛方程式賽車必須先從車架設計去著手,因此團隊在初期最重要的就是車架的設計,而名為RE-102的第五代車架尺吋較上一代車款稍大,底盤方面採用標準的前拉桿/後推桿式雙A臂懸吊系統,並搭配氣壓式避震器,讓操控性較上代車款還要精進不少。

 

本車避震器採用氣壓式減震筒,因此不需要彈簧來加以支撐,而前拉桿/後推桿式的作動結構完全比照方程式賽車來設計。

前後懸吊結構採用方程式賽車標準的雙A臂式,讓車輛的穩定度與操控性都有水準上的演出。

動力部分採用449c.c. Huqvarna單缸水冷引擎,並搭配六速序列式變速箱,高達近萬轉的轉速可是會讓人熱血沸騰!

為了增加車輛的競爭力,本次設計還追加了渦輪系統,讓車輛動力提升至55hp的水準,且全轉速區域都能有所提升。

 

車架完成後接著就是車體部分,為了求取最佳的輕量化效果,車殼部分採用碳纖維製作而成,但礙於經費與技術的問題無法像F1一樣採用乾式熱壓成型的方式來製作,只能採用較簡易的濕式碳纖維布以製作玻璃纖維的方式開模成型,然後再使用抽真空的方式讓碳纖維布與模具密合,接著再以自製的簡易低溫烤箱設備加以烘烤硬化,使用這種較簡易的方式來打造出質輕、強度高的高檔碳纖維車殼。
 

在引擎控制方面,團隊大手筆的購入賽車專用的MoTeC電腦,並委託知名的台南捍威操刀調校。


至於最重要的動力方面,由於在去年的競賽中,南台方程式賽車團隊雖然奪下二項靜態項目的第一,但是在車輛性能方面的項目在39支車隊中卻無法名列前茅,因此在規劃今年競賽之初,團隊就決定在動力設計方面進行大幅度的變革,以爭取更好的成績。在舊的RE0101車款上所使用的引擎,為光陽所提供的449c.c. Huqvarna單缸水冷引擎,而這次團隊為了提升競爭力,決定以外掛渦輪的方式來提高動力輸出,在技術方面則委託知名的台南捍威使用MoTeC電腦來進行調校,預估可將原本的動力小幅提升至55hp的水準,且全區域轉速的輸出表現會更明顯,在搭配上不到200kg的輕盈車身,實力可說是相當強悍!
 

車上四個特殊的哈姆都是由學生自行設計,再委託廠商以CNC製成,成本相當高昂。


目前由南台方程式車隊所打造的這輛RE-102賽車已接近完工階段,團隊預估在九月中旬即可安排一連串的試車活動,預計九月底將車運往中國,10月15-19日參加在上海所舉辦的Formula SAE China競賽,屆時將會與清華大學、浙江大學、上海交大等一流學府競爭,讓我們先預祝團隊在上海的競賽能獲得好成績,同時也不要錯過本刊對此車的後續測試與報導。

換檔系統採用氣動式的機構,每當按下方向盤上的撥片時,就會透過這個機構來進行檔位切換的動作,相當具有巧思。

後輪軸部分還具備LSD防滑差速器,讓車輛在彎道中的穩定度大增,相信成績也會好上不少。