2003/05/05
經濟部能源局
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■撰文：陳榮洪 ■圖片提供：南台科技大學
汽車科技是綜合性科學的應用，除了針對特殊用途而設計的車輛外，一般汽車設計的目標不外乎省油、低公害、高性能、安全、舒適和美觀等。就節省能源的考量而言，車輛的省油乃指在相同之輸出功率；例如相同載重和相同路況下，單位耗油量可行駛的里程數愈長者愈省油。目前，中華民國自動機學會已主辦過十屆大專院校省油車比賽，期能由基層構築研發開展省油車的多元方向。
由筆者帶領南台科技大學學生投入研製省油車參與第七屆（1999年）比賽至今，除深感學生透過省油車設計製作比賽的研發過程，能將所學之專業學理、配合現有設備資源協助、最後予以最佳化實現成品並參加比賽，不僅已是專業上難得的訓練，同時對於「能源」更有深刻的了解與應用。
以下茲就南台車隊省油車之車身結構、造形設計、動力傳動系統和轉向機構等四大部份，分別加以說明。
車身結構，由內外推
汽車的車架如同人體的骨骼，骨骼形狀決定了內部各器官的擺設。因此車架設計成型前，需考慮駕駛員舒適的操作空間，引擎室的安全空間和傳動系統路徑的安排。同時亦須考慮車架本身的材質是否能以最小的重量，達到最大的強度，以防止加減速時傳動部份在車架上所造成的變形，或轉向時之側向推力和通過坑洞路面外力回傳所造成之車架變形等。在此考量下，南台車隊的車架係以7075-T6的方形鋁管為材料，以飛機衍架設計方式焊接成型；且車架與傳動系統為一體成型設計。
造形設計，兼備美觀
除了美觀和輕量化外，另一重要考量因素是須依空氣動力學和人體工學的原理，設計低風阻和舒適操作空間的車子。由於汽車之迎風阻力與車身形狀、迎風面積以及車子與風速間之相對速度有關，因此南台車隊以降低車高來減低車子與風速間之相對速度；依駕駛員的身材量身定做最小可操作空間，減少車身之迎風面積；以流線形狀來減少風阻係數等。其中引擎啟動系統的選取，亦為影響造形重大的因素，大多從車輛整體做一評估決定。
另外在造形材料選取上，除了輕量化亦求美觀驚艷。於年第七屆省油車大賽中，首先使用保麗龍造形，外表覆蓋皺紋紙並塗覆環氧樹脂，使得車身外殼與車架構成一體；並且自瓊麻葉片抽絲，經由自製的瓊麻織布機，施工編織成瓊麻布，經塗覆環氧樹脂而成堅固的駕駛座艙。在2001年時，則以全鋁車身車架為主題造形，取其質輕且環保再生的特性。2002年榮獲省油冠軍車種則倣效輕型飛機的製造方法，利用硬質保麗龍直接塗覆環氧樹脂做為車身材料，以取其質輕、高強度和易於造形等優點。
動力傳動，二項原則
引擎選取的二項原則是高效率密度和低制動燃料消耗。高效率密度代表每單位引擎重量，其能輸出的功率越大；低制動燃料消耗代表在相同功率輸出下，其消耗的燃料質量越小。在選定引擎後，則須量測引擎在不同節氣開度和不同轉速下之引擎輸出扭力和燃料消耗，用以和省油車比賽大會所規定的車輛行駛速度範圍，做最佳行駛模式時傳動系統的減速比估算。例如：增加壓縮比，可提高引擎效率；其他諸如削薄活塞裙，增大排氣量，改良燃料供應系統等，唯須注意改裝加工後運動機件平衡和空燃比穩定等問題。
轉向機構，原理並用
車輛要順利轉彎，各車輪均不應與地面產生滑動，所以必須有一瞬時中心，車輪依此中心進行迴轉時，行駛阻力最小，這就是著名的「阿克曼轉向原理」（Ackerman Principle）。南台車隊依此原理，搭配艾勞特式（Elliot type）轉向機構或直接用橫桿固定前輪，以橫桿中心為轉軸，精確校正車輪的正直度和轉向性能。艾勞特式的優點是過彎後回正穩定直行的效果甚佳，直接橫桿固定式的優點則是可精確依阿克曼轉向原理過彎。
艱苦砥礪，快樂向前
省油車的比賽，雖著重於設計開發，性質屬於原型車的顯現，但在設計製作上往往必須遷就於很多元件並非省油車專用，使得在最佳化設計上必須作出妥協，這是執行計畫中最為困難且費時的一環。執行計畫五年下來，最令筆者難忘動容的是：1999年為了製作瓊麻座艙，從尋找瓊麻、測試抽絲程序、遠赴恆春訪製織布機，到實地施工編織，同學們在在顯現出專業團隊應有的企圖心；2000年距比賽前一星期，整車在烤漆房烤漆，長時間高溫作業下，車子前罩PCV材質雖已嚴重扭曲，但同學們仍連天接力趕工；2002年以電磁離合器代替後輪之棘輪單向機構，經測試失敗後，仍徹夜討論努力著手改良，顯見勇往向前的砥礪神采。
更深一層的體悟
至今南台車隊投入省油車研製已近五年，參加了四屆比賽，共計獲得第七屆省油、造型雙料冠軍，第八屆省油第三名、造型佳作，第九屆省油第二名、造型第三名，以及第十屆省油冠軍兼造型佳作。體現每一屆指導學生從過往累積經驗與學過的一堆學理中整理脈絡、到著手製作並予以實現成品，雖然在體力上是既忙又累，但看見學生的努力和充滿期待，筆者心中還是覺得很欣慰。
簡言之，省油的目的不僅僅是省油省錢，更是為後代子孫保留更多的可用資源。且透過省油車設計製作比賽的過程，不僅對青年學子們提供了一個理論應用並重的訓練機會，相信日後對於能源的應用和發展必會有更進一步的體會。（本文作者為南台科技大學機械系副教授）