來自賽車場的科技-陶瓷煞車碟盤

輕量化是目的

對於車重錙銖必較的賽車來說,如何減輕車重是一大重點,尤其是避震器下方簧下重量的減輕,有時更是關係到操控優劣的關鍵,因此陶瓷煞車碟盤就因此而孕育而生,此零件可以將原本很重的鐵製碟盤,以重量不到原先一半的陶瓷碟盤取代之,如此大幅減輕簧下重量,不過陶瓷碟盤的用途可不只有輕量化而已,超高的耐溫性能也是一大利多。

所謂的「陶瓷碟盤」,成本中除了「陶瓷」外,還包含碳和碳纖,因此常見的英文稱號是 Carbon Ceramic,且使用時還需搭配專用的煞車來令片才行。而當碟盤採用碳纖碳化矽複合材料來製作時,可提高碟盤的耐熱極限,以F1賽車為例,最高可承受到1,000°C 以上的溫度,瞬間耐溫性甚至可到1200°C的高溫,加上這種碟盤的散熱速度比鋼鐵還快,因此非常適合運用於賽車上,不過其最佳工作溫度在 300°C 與 800°C 之間,低於300°C 時煞車反應會很差,並不適合道路使用,且超過 800°C 時則會加速氧化,使用壽命無法向傳統鋼盤般耐久,不過由於F1完全不需要考慮碟盤的使用壽命,只追求超高溫不衰退,並能撐完一場比賽即可達成其任務。

在追求速度的賽車上,陶瓷煞車碟盤是目前最終極的煞車系統。

而陶瓷碟盤後來也延伸到高性能超跑上使用,不過在製程不同的情況下,市售車所使用的陶瓷碟盤功能與效果,跟賽車上的陶瓷碟盤差異極大。一般來說,市售車上的陶瓷碟盤,其優勢除了同樣有輕量化效果外,使用壽命反而是其著重的目的,正常使用可以有傳統碟盤四倍以上的使用里程,不過如果您打算下賽車場激烈操駕的話,可能要預期陶瓷碟盤的壽命會有大幅衰減的情況發生。

是的,根據一些車主表示,在極端的賽道使用場合中,陶瓷碟盤的壽命僅有2000-3000 km,這是因為當陶瓷碟盤溫度持續超過 600°C以上後,內部的碳成份會開始變成二氧化碳,並且變輕,輕到某程度後這塊碟盤就不能再用了,因此在賽道上,如果打算激烈操駕的話,最好還是把昂貴的陶瓷煞車換下來,才能有效減少陶瓷煞車碟盤的壽命。

陶瓷煞車碟盤的重量只有傳統鋼鐵碟盤的一半左右,因此可有效減輕避震器下方的荷重,對於車輛操控反應有絕佳幫助,且只要不持續超過600°C高溫狀態,使用壽命是後者的四倍以上。

陶瓷煞車碟盤雖然可以承受極高的溫度,不過一旦長時間處於高溫工作環境時,其壽命就會大幅縮短,大約只有2000-3000km的使用壽命而已,因此市售車想要用陶瓷碟盤下場比賽,可能要三思而行。

 

 

來自賽車場的科技-序列式變速箱

換檔不再手忙腳亂

首先要為大家介紹的是所謂的「序列式變速箱」,這種變速箱換檔方式並不罕見,是採用前後推動排檔桿,或控制方向盤換檔撥片的方式,來切換檔位,跟現在的手自排或自手排變速箱的手動換檔方式相同,不過前者出現的年份比後者提早許多,後者的使用便利性概念就是從「序列式變速箱」延伸而來。

序列式變速箱的內部結構為純機械式的手排變速箱,基本上其換檔的原理,就類似機車的設計,具有特殊的彈簧滑輪,以旋轉的方式進行由一至五或六檔的切換,與傳統撥叉式的換檔系統相比,除了可節省換檔時間,更可因旋轉的方式,免踩離合器進行換檔(不過起步打進一檔,為了要讓換檔系統可以切入,仍然要踩離合器),因此可以加快換檔速度,目前在許多的賽車上依然可以看到此種變速箱系統。

目前許多賽車上都看得到序列式變速箱的設計,過去是採用前後推動排檔桿的方式來進行換檔,現在新式賽車都採用方向盤換檔撥片來進行檔位切換。

至於DSG或SMG等自手排變速箱系統,其實也可算是序列式變速箱的一種,只是電腦系統控制更複雜,且須兼具運轉的靜肅性,因此周邊配件會比賽車用的序列式變速箱還要多,但相對比較無法在嚴苛的環境下長時間運轉。

 

 

來自賽車場的科技-KERS動能回收系統

直線加速更有力

KERS是Kinetic Energy Recovery System的縮寫,翻譯成中文就是動能回收系統,這套系統目前在許多油電混合車上都可看到類似的設計,可將煞車時的動能回收轉為電能,並且在需要強大動力時,提供引擎額外的輔助動力,可獲得不錯的燃油經濟性,這套系統在F1賽車上則是於2009年開始實施,目的在改善普羅大眾對於F1的高噪音、高污染等印象,希望藉此響應節能環保的潮流與發展趨勢,且KERS還可提高直線加速性能,目前許多F1車隊都有採用。

KERS動能回收系統,主要分成油電混合式電能回收系統與飛輪式動能回收系統,圖中為後者系統的簡單配置圖,主要的優勢在於製造成本低、動能轉換效率高、結構緊緻簡單、體積重量小、工作溫度範圍廣、安全性高且使用壽命長。

目前已知的KERS系統分成兩種,油電混合式電能回收系統與飛輪式動能回收系統,以下簡單就兩種系統優劣做一比較。電能回收系統的優勢,在於民用Hybrid油電混合車已行之多年,相關技術發展成熟;加上電動機強大即時的扭力輸出,使系統能量釋放可得到有效控制。其劣勢相對於飛輪式動能回收系統而言,主要因素是系統體積與重量過重,除了電動機與電池之外,另外亦搭配電池與超級電容器模組。而電池系統的經濟效益與能量轉換比,在現行已開發的套件中性能皆不如飛輪系統,再加上賽車若是採用鋰離子電池,在電池本身的安全性(鋰金屬活性大,易受外部環境影響而發生電池短路導致意外發生)、耐高溫性能以及高電壓帶給F1賽車帶來的影響,使得系統需要克服的技術不易取得突破。

 

      至於飛輪式動能回收系統,是在既有汽車工藝技術基礎上,針對體積重量予以精進並研發出最佳化的配置方式。其主要的優勢在於製造成本低、動能轉換效率高、結構緊緻簡單、體積重量小、工作溫度範圍廣、安全性高且使用壽命長。較明顯的劣勢在於扭力輸出與能量儲存的部分受限較多,未來性能提昇的空間有限。

KERS目前也應用於電動渦輪增壓器的範疇上,可利用回收的電力,加快渦輪增壓器的轉動速度,使渦輪遲滯現象有小減輕,是KERS的延伸用法。

目前許多高性能跑車上也採用KERS系統,圖為LaFerrari的動力系統。