懸吊系統

• Suspension design
• Suspension typical spec
• FSAE 2026 懸吊系統規則解析與設計指引
• 引言：2026 懸吊系統研發背景與規範架構
• 2026 懸吊賽規解析：V.3 節點與技術查核要點
• 懸吊設計流程：從參數定義到結構實現
• 幾何與運動學設計基礎：核心參數分析
• 動態參數與實測：彈簧、避震器與 50mm 行程驗證
• 結構件設計與材料力學：Upright、軸承與緊固件
• Mock Tech 實務指南：技術查核常見遺漏與清單

Suspension design

TTR9 懸吊系統設計方向

[name=撰寫人:吳汶桓/底盤組/7~9代][color=#d904ed] 以下內容根據TTR7、TTR8懸吊系統調整與TTR9懸吊系統設計經驗。 前情提要：這邊來說一下TTR9的設計理念 可以參考一下可悲專題(數值應該是錯的(因為後來有大聰明給我設計變更...)，如果有說到相同的東西以這邊為準)，主要會著重在補充後半段的設計，也就是專題沒寫到的

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前言： 在進入具體設計流程前，需先釐清本年度設計變更的核心邏輯。本隊屬於成熟的持續開發型（Iterative Development）車隊，設計方向通常依據前代車輛的實測數據、賽道表現及調校反饋進行優化。然而，受限於過去幾年疫情導致的技術交接斷層，第 6 至 8 代的懸吊設計幾乎處於停滯狀態。 與此同時，隨著賽事趨勢從內燃機（IC）轉向電動車（EV），為了建構穩定的動力平台，車輛的整備重量與軸距均大幅增加，這使我們在車輛動態條件上處於先天劣勢。面對交接斷層與架構巨變的雙重挑戰，本年度的懸吊系統採取了「歸零重構」的策略，雖在各項參數上力求嚴謹，但仍不免有待完善之處，目標在於為新一代電車架構奠定穩固的基礎。

Design Changes: Motivation and Direction

Issues in Last Year's Suspension and Vehicle Dynamics System and Their Causes:

• During trail braking, inside rear wheel lift was observed.

  • The center of gravity (CG) was positioned incorrectly (too far forward), so during trail braking the load transferred forward and toward the outside wheel, resulting in insufficient normal force on the inside rear wheel and causing wheel lift.

• Low predictability of vehicle dynamics

  • The suspension data calculations were not well established, and the suspension parameters deviated from typical values without supporting validation data.
  • Suspension geometry designed for different tire sizes was reused, resulting in relatively large roll center movement during vehicle roll, which may lead to non-linear roll moment generation.

• Front wing ground contact under heavy braking

  • Given our vehicle’s CG position and suspension setup, load transfer during heavy braking caused front suspension compression exceeding the front wing ground clearance.

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Design Objectives and Rationale for This Year:

• Adjusting the center of gravity (CG) position

  • Design direction: shift the CG rearward and lower it
  • Maximizing total grip: lowering CG height directly reduces load transfer, allowing more even load distribution across all four tires by utilizing tire nonlinearity, improving cornering limits and resolving rear wheel lift under heavy braking
  • Improving handling stability: a lower CG reduces brake dive and acceleration squat; combined with mass centralization, it reduces roll inertia and pitch inertia, allowing quicker recovery and more precise response near the handling limit

• Establishing a more complete suspension data calculation process

  • A solid theoretical foundation and predictable vehicle dynamics come from a well-structured calculation and derivation process
  • To avoid repeating the dynamic issues of the 8th generation suspension, a new suspension data calculation workflow was developed from scratch

• Reasonable suspension parameter selection

  • During the design of the 9th generation car, due to time constraints, no additional simulation was conducted for suspension parameter tuning; therefore, typical reference values were adopted for parameter setup

• Optimization of suspension kinematic behavior

  • Good vehicle dynamics predictability requires not only a solid calculation process and reasonable parameter selection, but also well-designed suspension geometry

  • The following aspects of suspension kinematics were specifically considered:

    • Roll center movement: during vehicle motion, especially during roll, the vertical displacement of the roll center is closely monitored. Smaller displacement indicates smaller variation in the distance between CG and RC, resulting in more linear roll moment generation and closer alignment with theoretical behavior
    • Camber recover: in all vehicle states, we aim to maintain optimal tire grip conditions. These conditions include temperature, humidity, and contact patch. From a geometric perspective, we can control the contact patch. Ideally, at maximum roll angle, the outer wheel camber should be close to 0 degrees. However, since the tire is not a rigid body and to avoid tire rollover under peak lateral force, the geometry is designed with a maximum camber of approximately -0.5 degrees. Final fine-tuning is carried out through real vehicle testing by observing tire wear conditions
    • Anti-geometry: this mainly affects vehicle pitch behavior. During longitudinal load transfer, additional anti-geometry is required to suppress pitch angle due to factors such as aerodynamic center of pressure (CoP) and front wing ground contact
    • Motion ratio (Installation ratio) curve: due to the presence of aerodynamic components, downforce increases with speed. Therefore, the heave motion ratio curve is designed to be progressive rather than linear, which helps maintain ride height and vehicle stability at high speed. For the roll motion ratio curve, symmetry and linearity between left and right turns are emphasized to ensure consistent suspension behavior

• Optimization of stiffness-to-weight ratio of suspension components

  • A well-designed structural stiffness reduces deviation between actual suspension/steering behavior and theoretical kinematics, improving vehicle dynamics predictability

  • Benefits of reducing total vehicle mass (sprung + unsprung):

    • Improved power-to-weight ratio and acceleration/braking performance: reducing sprung mass reduces total vehicle weight, directly improving acceleration performance and shortening braking distance
    • Reduced load transfer: lower total mass reduces dynamic load transfer during cornering and pitch motion, allowing more even tire loading and increasing total grip

  • Benefits of reducing unsprung mass:

    • Maximizing mechanical grip: reduced unsprung mass lowers inertia, allowing the tire to follow road surface variations more effectively and maintain stable normal force
    • Improved dynamic response frequency: reducing moving mass increases the natural frequency of the suspension system, shortens settling time, and provides more responsive steering feedback

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Suspension System Design Process:

1.Vehicle parameter calculation and setup

I. Vehicle static parameter calculation and setup

• Vehicle overall layout adjustment and center of gravity calculation

II. Vehicle dynamic parameter calculation and setup

• Maximum G-forces and wheel loads during acceleration, braking, and cornering
• Wheel loads, roll moment, and roll moment distribution during steady-state cornering at the limit

2. Suspension system parameter calculation and setup

I. Vehicle dynamic characteristics parameter

• Total ground clearance
  • Heave motion
  • Roll motion
• Ride rate
• Wheel rate (Wheel center rate)
• Sprung mass natural frequency
• Unsprung mass natural frequency
• Body roll angle
• Roll gradient
• Roll rate

II. Suspension parameter setup

• Heave motion
  • Heave spring rate
  • Heave damping coefficient
  • Heave installation ratio (motion ratio)
• Roll motion
  • Roll spring rate
  • Roll damping coefficient
  • Roll installation ratio (motion ratio)

3.Suspension geometry design and optimization

I. Front view

• Scrub radius
• King pin inclination
• Roll camber recover
• Roll center movement

II. Side view

• Caster angle
• Caster trail (mechanical trail)
• Pitch angle
• Pitch center height
• Anti-geometry
  • Anti-dive
  • Anti-squat
  • Anti-lift

III. Rocker system

• Heave installation ratio curve
• Roll installation ratio curve

4.Suspension component design and optimization

I. FEA- Stress analysis & Fatigue analysis II. Topology- Optimized stiffness-to-weight ratio III. Component lightweighting

5.3D print functional check & prototype

I. Interference check during actuation

6.Vehicle fabrication

7.Vehicle testing and theory validation

I. Functional Check

• Verified proper operation of steering, braking, and suspension systems
• Checked for interference and abnormal actuation in all mechanisms

II. Static Inspection

• Measured suspension geometry (camber, toe, ride height)
• Verified vehicle weight and weight distribution
• Inspected structural integrity and assembly quality

III. Dynamic Testing

• Conducted straight-line acceleration and braking tests
• Evaluated low-speed handling (skidpad / slalom)
• Assessed high-speed stability and steering response

IV. Data Acquisition & Analysis

• Collected data on vehicle speed, acceleration, steering angle, and damper travel
• Analyzed discrepancies between vehicle behavior and design targets

V. Feedback & Iteration

• Adjusted setup parameters (damping, weight distribution, tire pressure)
• Performed design modifications when necessary

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Suspension typical spec

[name=撰寫人:吳汶桓/底盤組/7~9代][color=#d904ed] 以下內容根據TTR7、TTR8懸吊系統調整與TTR9懸吊系統設計經驗。 前情提要：這邊主要介紹一下懸吊系統的基礎參數設定典型值與調整依據 (可以參考一下spec sheet)

Vehicle dimension

1. wheelbase(unit: mm):

• 規則限制大於1525即可，通常在1525 ~ 1600，可大致分為兩個區間 :
  • 短軸距：1525 ~ 1535
  • 長軸距：1550 ~ 1580
  • 大於1650，車隊可以收一收了
• wheelbase 的長短對我們而言主要用於調整 weight distribution，越長車輛動態越穩定，且空力組有越多的空間進行發揮；越短車輛動態越靈活，但空力組的可用空間受限，雖然我們的目標是盡可能緊湊做到 1525，但假設因其他組的總成位置而影響重心高那就逼需考慮將軸距加長。
• 以 FSAE(FS) 的賽道工況而言較短的軸距優勢較大。

2. track width(unit: mm):

• 規則僅限制較窄車軸不得小於較寬車軸的 75%，此規則是為避免極端設計類似於三輪車的設計，通常在 1100 ~ 1300，大致分為兩個區間 :
  • 短輪距：1100 ~ 1150
  • 長輪距：1200 ~ 1300
• 通常會在 wheelbase 的 75 ~ 80%，過寬會使車輛不易進入狹窄的車道，但可減少 roll moment 進而提升側向力的上限；過窄則反之，且較容易產生 Roll over 的風險。
• 通常我們會利用前後 track width 的寬窄調整 Roll stiffness disturbance，進而影像車輛 oversteer 和 understeer 的趨勢，以 FSAE(FS) 的賽道工況而言，前軸大於後軸 20 ~ 50，是常見的比例，這樣可以使車輛在低速彎時保有良好的靈活性，但在高速彎時，後軸的穩定性會降低。

3. CoG height(unit: mm):

• 規則不會對此項進行限制，但對 FSAE(FS) 而言目標則是「越低越好」，通常在 220 ~ 320，大致分為三個區間 :
  • T1車隊：220 ~ 280，亦或更低
  • T2車隊：280 ~ 320
  • 大於350，車隊可以收一收了
• 通常我們會希望重心越低越好，原因是如果重心過高就必須被迫增加輪距來維持 roll over 穩定性並減少 weight transfer 進而導致車輛變大、變重，在 FSAE(FS) 的賽道工況利少；若重心較低則可選擇較窄的輪距，使車輛在繞錐或急彎中提升靈活性且保有足夠的穩定性。

4. Weight distribution(unit: %)

• 規則不會對此項進行限制，其典型值通常在 45:55 ~ 50:50，大致可分為三個區間 :
  • 40:60：這種對於 FSAE(FS) 較為極端的設定，雖然這樣的設定基本上不太有車隊這樣做，但設計得當並不會產生什麼過多的負面效果。這樣設定表示後軸的負荷超過前軸太多，後軸需要使用摩擦力更高更大的輪胎來補足後軸所需的側向力，因而產生多於重量
  • 45:55 ~ 48:52：這樣的設定對於 FSAE(FS) 而言較為常見，這樣的設定，這樣的設定可以避免重煞或帶煞入彎重心轉移時，後輪正向力不足導致離地，且有助於減少轉向時的轉動慣量，入彎更靈敏
  • 50:50：這樣的設定可以在穩態過彎時獲得最大的側向力，但在重煞或帶煞入彎重心轉移時，可能導致後輪正向力不足導致離地
  • 前軸荷重大於50%，沒人會想這樣做，後輪一定抬腳，啊車隊可以收一收了
  • 通常我們在設定這一項目時，會與煞車組配合調整作動頻率高的減速度域 (1.0 ~ 1.5 G) 時，前軸不會因重心轉移而導致過負載，且後輪能保有足夠的正向力避免 pitch over。這邊有一個目標是煞車力分配應能匹配動態荷重比例，且在 brake test 的車檢項目中四顆輪胎能同時達到鎖死邊緣，以縮短煞車距離。

Suspension parameters

1. Tire&Rim size(unit：Radius:inch, width:mm)

• 規則上只有限制輪框的尺寸至少為 8 inch，常見的尺寸有 10 inch和 13 inch，所以針對這兩個尺寸進行討論 :
• 10 inch：
  • 輪框與輪胎的質量較小能顯著降低簧下質量
  • 轉動慣量較小，表示其加速與煞車的響應更快
  • 由於其體積較小，其轉動產生的紊流也較小，因此對空力組而言更易於渦流的控制，是個利多的選項
  • 由於輪半徑較小，因此重心高度也相對較低
  • 由於其直徑的縮減，對於 contact patch 的面積也縮減，同一配方(R20)相較於 13 inch降低了 15 ~ 20% 的側向力
  • 其可用的輪邊空間較小，除了輪邊組件設計困難之外，煞車散熱的條件也相對嚴苛
  • 由於輪邊空間較小，懸吊幾何設計較為嚴苛
• 13 inch：
  • 輪框與輪胎的質量較大，因此簧下質量較大
  • 轉動慣量較大，表示其加速與煞車的響應較慢
  • 由於其體積較大，其轉動產生的紊流也較大，因此對空力組而言更不易於渦流的控制，是個利少的選項
  • 由於輪半徑較大，因此重心高度也相對較高
  • 由於其直徑較大，contact patch 的面積也相對增加，同一配方 (R20) 相較於 10 inch 增加了 15 ~ 20% 的側向力
  • 其可用的輪邊空間較大，除了輪邊組件設計相對友好之外，煞車散熱的條件亦是
  • 由於輪邊空間較大，較亦於設計出好的懸吊幾何
• 總結一下：我們有討論過如果使用四輪輪穀馬達因簧質量的增加 10 inch 或許是個考量的選擇，但一樣使用簧上馬達後驅系統 13 inch 所增加的 15 ~ 20% 側向力是個不可弱化的優勢。
• 扁平比，在 FSAE(FS) 的賽道工況基本為平地不會有路肩的問題，因此通常考量到 cornering stiffness 等轉向與車身動態靈敏度問題，會偏好越低越好，當然如果像 GoodYear D2704, D2773 那種 cornering stiffness 特別高的輪胎也是選項之一。

2. suspension type and design(wheel travel)

• 規則上對懸吊僅限制輪行程至少 50 mm，在 FSAE(FS) 的懸吊形式通常為 double wishbone (少有多連桿等其它型式) 搭配直推式、pushrod、pullrod
  • 直推式：這一型式的懸吊設計最基礎，且少了 rocker 質量最輕也減少了連桿變形產生的遲滯，但難以調整 motion Ratio，且很難做出 progressive 的做動曲線，且對於空力而言 damper 產生的紊流是個不少的困擾
  • pushrod：這一型式的懸吊解析度通常最好，且較不易有空間上的問題，可利用 rocker 設計出良好的 progressive 做動曲線，且對於空力而言也減少了 damper 產生的紊流問題，但其重心最高
  • pullrod：這一型式的懸吊解析度通常次之，可利用 rocker 設計出良好的 Progressive 做動曲線，但因其 damper 機構總成通常置於車架(體)下方，所以空間較容易受限，但也因此重心式所有形式最低的，對於空力而言相比直推式雖減少了 damper 產生的紊流問題，但也增加了 side pod 與 diffuser 的紊流問題
• motion ratio 與 installation ratio 的部分需注意定義的部分
  • motion ratio 與 installation ratio 為反比關係
  • motion ratio 的定義為 wheel travel/spring travel
  • installation ratio 的定義為 spring travel/wheel travel
• 我的計算公式習慣是以 installation ratio 為主，那關於他的物理做動曲線可大致分為 linear 與 progressive 兩種，這邊就主要看設計取向 :
  • 空力車取向的話我會偏向於 progressive，這樣做可以使車輛在高速時，空力套件產生較大下壓力於車身 (簧上質量) 時，擁有較好的支撐性，提升空力套件的穩定性， CoP 的高度穩定性對車輛動態而言利多；低速時，因路面粗糙度產生的碎震，也能較好的被懸吊吸收，且空力套件特性通常在低速時空力的效果較差，這時擁有較軟一些的懸吊，也表示著擁有較好的機械抓地力
  • 底盤車取向，基本上就比吃設計理念，如果是偏向於基礎驗證 (驗證理論數據與實車數據的差異) 的話我會偏向將做動曲線於做 linear 的趨勢；但假設是偏向

FSAE 2026 懸吊系統規則解析與設計指引

引言：2026 懸吊系統研發背景與規範架構

本指引旨在協助工程師理解並落實 FSAE 2026 懸吊系統 (Suspension System) 的研發與設計。2026 賽規在「技術查核 (Technical Inspection)」的嚴謹度上顯著提升，特別針對結構的可見性、緊固件的安全鎖定以及有效輪胎行程進行了明確規範。

1. 研發基準與適用範圍

• 賽規版本：Formula SAE Rules 2026 v1.0。
• 涵蓋組件：懸吊連桿 (Suspension)、立柱 (Upright)、轉向連桿 (Steering Components)、避震器 (Dampers/Shock Absorbers) 及相關緊固件 (Critical Fasteners)。

2. 2026 核心變動摘要

1. 有效行程強制化：車手在位時，車輛必須具備至少 50 mm 的有效輪胎行程 (Usable Wheel Travel)。
2. 結構可見性：所有懸吊安裝點 (Mounting Points) 必須在技術查核時清晰可見，禁止被車殼或遮蓋物完全遮擋。
3. 安全性強化：針對球面軸承 (Rod ends) 與球軸承 (Spherical Bearings) 強制要求雙剪力 (Double Shear) 或捕捉式 (Capture) 設計。

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本章重點摘要：定義 2026 研發基準與安全核心。 對應賽規編號：Rules 2026 v1.0。 Tech 查核警告點：50 mm 行程、安裝點可見性。

2026 懸吊賽規解析：V.3 節點與技術查核要點

本章詳細解析 FSAE 2026 懸吊系統與轉向系統的核心賽規，並針對技術查核 (Tech Inspection) 轉化為具體的設計建議。

1. 懸吊系統基礎規範 (V.3.1)

• V.3.1.1 避震器與行程要求：

  • 規範內容：前、後輪均須配備避震器。在車手就座狀態下，必須具備至少 50 mm 的有效輪胎行程。
  • 技術解析：此行程必須為「可用行程」，不可被緩衝塊 (Bump stop) 或結構干涉提早限制。查核時將進行壓載測試以確認。

• V.3.1.2 系統判定權利：

  • 規範內容：大會官方有權判定車輛是否具備真實且可運作的懸吊系統。
  • 技術解析：若系統因設計不良導致動態失效（如極度嚴重的 Bump Steer 或行程受阻），可能面臨取消資格 (Disqualified)。

• V.3.1.3 安裝點可見性：

  • 規範內容：所有懸吊安裝點必須在查核時可被直視。
  • 技術解析：若安裝點位於鼻錐 (Nose) 或側箱 (Sidepod) 內部，必須設計可快速拆卸的檢視蓋或開孔。

2. 緊固件與安全鎖定 (V.3.1.4 / V.3.1.5)

• Critical Fasteners：懸吊系統中所有緊固件均定義為「關鍵緊固件」，必須符合 T.8 安全鎖定規範。
• 雙剪力與捕捉式設計：
  • 所有球面軸承 (Rod ends) 與球軸承 (Spherical Bearings) 必須安裝於雙剪力 (Double Shear) 結構中。
  • 若無法實現雙剪力，則必須使用捕捉式 (Captured) 設計，透過大外徑墊圈防止球頭脫離座體。

3. 轉向系統規範 (V.3.2)

• V.3.2.4 轉向限位：
  • 必須具備實體限位塊 (Positive Steering Stops)，防止轉向過度導致輪胎干涉連桿或散熱器。

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本章重點摘要：落實 V.3 規範中的安全與行程要求。 對應賽規編號：V.3.1.1 ~ V.3.2.9。 Tech 查核警告點：避免使用單剪力 (Single Shear) 連接。

懸吊設計流程：從參數定義到結構實現

卓越的懸吊設計必須在滿足賽規的前提下，平衡幾何動態與結構輕量化。

1. 系統化設計流程

mermaid flowchart TD A[需求定義與賽規限制] --> B[建立基本車輛參數] B --> C[懸吊形式選擇] C --> D[幾何硬點定義] D --> E[動態參數分析] E --> F[彈簧與避震器配置] F --> G[結構載荷計算與 FEA 分析] G --> H[立柱與連桿設計] H --> I[Mock Tech 驗證]

2. 常見懸吊形式對比：Pushrod vs Pullrod

形式	優點	缺點	建議應用場景
雙 A 臂	幾何可調性高、結構穩定度佳	佔用空間較多	大部分 FSAE 賽車的首選
推桿式 (Pushrod)	避震器可內置、優化空力與重心	結構鏈條較長，受力複雜	追求空力表現與重心配置

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本章重點摘要：標準化研發流程以減少反覆修改。 對應賽規編號：V.3.1.2 系統設計完整性。

幾何與運動學設計基礎：核心參數分析

懸吊幾何決定了輪胎在各種動態下（轉向、側傾、俯仰）的觸地狀態。

1. 側傾中心 (Roll Center) 及其遷移

• 設計基準：前輪側傾中心建議落在 0 ~ 30 mm。應避免側傾中心隨行程劇烈遷移。

2. 傾角補償 (Camber Gain) 與 外傾補償 (Scrub Radius)

• Camber Gain：建議在 25 mm 的跳動行程 (Bump) 中，產生約 1.0 ~ 1.5 度的 Camber 變化。
• Scrub Radius：建議值 0 ~ 20 mm。

3. 束角曲線 (Toe Curve) 與 顛簸轉向 (Bump Steer)

• 優化：透過調整轉向機 (Rack) 的垂直位置或 Tie-rod 在立柱上的高度來消除 Bump Steer。

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本章重點摘要：建立穩定的接觸面幾何。 對應賽規編號：V.3.1.2 系統判準。

動態參數與實測：彈簧、避震器與 50mm 行程驗證

1. 槓桿比 (Motion Ratio) 與 輪端剛度 (Wheel Rate)

• 輪端剛度計算： = \frac{K_s}{MR^2}$。建議 $ 控制在 1.0 附近。

2. 50 mm 有效行程實測流程 (V.3.1.1)

為了確保通過技術查核，團隊必須進行以下 Mock Tech 測試：

1. 基準量測：設定車輛於標準乘載高度。
2. 壓載模擬：由體重與車手相當的隊員就座。
3. 行程驗證：手動移動懸吊至極限，量測輪端垂直位移是否確大於 50 mm。

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本章重點摘要：確保行程規範的量化驗證。 對應賽規編號：V.3.1.1 50 mm Wheel Travel。

結構件設計與材料力學：Upright、軸承與緊固件

1. 立柱 (Upright) 設計重點

• 軸承安裝 (Fit)：輪軸承座與立柱孔位應採用過盈配合 (Interference Fit)。

2. 軸承安裝安全規範 (V.3.1.5)

• 雙剪力 (Double Shear)：緊固件穿過兩層支撐結構，軸承夾於中間。
• 捕捉式設計 (Capture)：必須使用大於軸承外徑的鋼製墊圈，確保球頭被限制在螺栓上。

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本章重點摘要：安全性設計大於輕量化追求。 對應賽規編號：V.3.1.5 / T.8。

Mock Tech 實務指南：技術查核常見遺漏與清單

1. 技術查核必檢清單 (Checklist)

1. 行程驗證：車手就座後，輪端行程是否有 >50 mm 的自由作動空間？
2. 可見性檢查：所有 A-arm 安裝點是否能被評審直視？
3. 鎖定機制：所有關鍵螺栓是否具備 Positive Locking。
4. 軸承規範：Rod ends 是否全部符合雙剪力或捕捉式設計？

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本章重點摘要：將賽規轉化為最後防線。 對應賽規編號：IN.16 (Reinspection)。