彈簧、阻尼、運動比與可用行程

彈簧、阻尼、運動比與可用行程

Motion ratio 定義與規則連動

的 FSAE 阻尼章節特別提醒：不同人對 motion ratio 定義不一，討論前應對齊定義。

本指南建議同時明確寫出兩個量：

• MR_w/s = Δwheel / Δspring(or damper)（輪端位移 / 彈簧位移）
• IR_s/w = Δspring / Δwheel = 1 / MR_w/s（安裝比/槓桿比）

若採 MR_w/s，則理想無損下：

• Wheel rate：K_w = K_s / (MR_w/s)^2
• 所需彈簧剛度：K_s = K_w · (MR_w/s)^2

Kasprzak 建議 FSAE 可從「MR 接近 1」起步，理由包含：較低彈簧剛度需求、較大 damper 行程與速度，且阻尼器在較高速度下表現更佳。

與規則的關係：你必須在駕駛就座時滿足輪端可用行程 ≥ 50 mm。MR 太小（例如 0.5）會放大彈簧剛度需求並壓縮可用 damper stroke，增加觸底與干涉風險。

Ride frequency 與 wheel rate 起始估算

Kasprzak 給出典型 FSAE ride frequency 範圍 2.5–3.5 Hz，並指出後軸通常比前軸高 0.2–0.4 Hz 以降低過凸點時的 pitch。

由 ride frequency 反推 wheel rate（簡化）： K_w ≈ (2πf)^2 · m_s（N/m），再換算成 N/mm（/1000）。

範例（起始估算）： 前輪單角 sprung mass m_s = 65 kg，f = 2.8 Hz：

• (2πf)^2 ≈ (17.59)^2 ≈ 309.5
• K_w ≈ 309.5 × 65 ≈ 20118 N/m ≈ 20.1 N/mm 若 MR_w/s = 0.9，則 K_s = K_w · MR^2 ≈ 20.1 × 0.81 ≈ 16.3 N/mm（≈ 93 lb/in）。 此為起始彈簧估算；實際仍需把 tire rate 串聯、aero load 與 damper 曲線納入。

阻尼器選型與阻尼曲線

• monotube 工作原理（製造商來源） 的手冊指出其多數懸吊採高壓 monotube 結構，油氣以浮動活塞分離，並可搭配外置儲油筒改善散熱與抑制 cavitation。 亦以工程解說比較 monotube 的散熱與抗衰退特性。

• 雙可調設定方法（motorsport 手冊） 的手冊說明調整器一般以 clicks 定義，且常見標註慣例為 compression 先、rebound 後；也提醒從 full hard 退回指定 clicks 設定。

• FSAE 阻尼核心觀念 Kasprzak 指出過阻尼與欠阻尼都會增加輪胎力變動、降低抓地；並強調阻尼器主要控制的是重量轉移速率（rate），而非重量轉移量本身。

damper 選型表（FSAE 角度）

選項	優點	代價	建議情境
單可調	成本低、調教複雜度低	低/高速區分能力較弱	新隊或測試資源少
雙可調（comp+reb）	可把低速平台與瞬態分開調	需要對 click-to-force 有一致理解	有基本測試流程、需要 setup map
外置儲油筒 monotube	散熱佳、抗衰退	packaging 更難，管路需保護	有 aero/長 endurance、熱衰退明顯

可用 wheel travel 的工程驗證與量測

規則只說 “usable minimum wheel travel of 50 mm, with a driver seated”，未規定量測方法。 因此應使用可重複且 Tech 易接受的方法：

1. 比賽狀態：含駕駛（或等效配重）、比賽胎壓、預期 ride height。
2. 在 wheel center（或輪框固定點）設量測基準，量測垂直位移。
3. 逐步壓縮直到第一個限制：bump stop 接觸、damper 觸底、球接頭角度極限、推桿/輪框干涉、輪胎碰車體。
4. 記錄靜態到限制點位移 ≥ 50 mm。
5. 同步錄影（能看到尺與輪端），作為 V.3.1.2 裁量條款的風險緩解證據。

對 pushrod/pullrod：也要量測 damper stroke，並保留額外行程作為 bump stop 緩衝（例如 10–15 mm），避免比賽中因路面/載荷變動觸底。

補充圖解：50 mm 可用 Wheel Travel

讀圖重點

• 規則要求的是 usable wheel travel，不是理論總行程。
• 只要 bump stop 太早介入、球接頭角度先到極限、輪框或推桿先碰撞，實際可用行程就會縮水。
• 驗證時必須把駕駛重量、實際 ride height、輪胎與車殼包絡都算進去。