減重超50%的背後：WUT-7 賽車的輕量化與動力學重構

面對開發最新大學生方程式賽車（Formula Student）的挑戰，來自華沙理工大學的 WUT Racing 車隊將核心精力放在了拓撲優化和車輛動力學上。透過重新審視懸吊、轉向以及輕量化策略，他們設計的關鍵部件在相比上一代減重超過 50% 的同時，依然保持了賽道極限工況所需的精度與可靠性。

大家好，我們是 WUT Racing，華沙理工大學的官方大學生方程式車隊。車隊成立於 2011 年，匯聚了來自華沙多所高校及不同技術領域的雄心勃勃的學子。我們致力於設計、製造並駕駛高性能單座原型賽車，參加歐洲頂尖的大學生方程式賽事（包括波蘭、捷克和奧地利站），以及由 SAE（國際汽車工程師學會）舉辦的各項比賽。 在成功的 2025 賽季中，我們的上一代賽車 WUT-6 在直線加速/高速避障（autocross）和工程設計兩個項目中均榮獲前三名。隨後，我們將目光投向了 WUT-7 的開發。 在設計 WUT-7 時，我們拒絕僅僅滿足於微小的漸進式改進。在工程野心和嚴謹數據分析的驅動下，我們致力於實現毫不妥協的重量優化以及車輛動力學的根本性變革。

重新審視懸吊與運動學

我們的探索始於引入全新的模擬軟體 OptimumG。在徹底驗證了其計算模型後，我們對懸吊運動學進行了全新設計。我們延長了碳纖維懸吊拉桿，以確保車輪能夠沿更大、更平滑的弧線運動，同時徹底重構了阻尼系統。

往年，我們使用的是塗抹潤滑脂的肩部螺絲，這意味著懸吊摩擦力完全取決於螺栓的鎖緊扭矩。而在 WUT-7 上，我們在搖臂中設計了精密軸承結構，從而實現了運動的標準化，消除了不可預測的摩擦力。

為追求性能與輕量化優化而開發的 WUT-7 CAD 模型

極致輕量化 為了降低簧下質量，我們廣泛應用了先進的拓撲優化技術。然而，今年我們放棄了金屬 3D 列印，轉而挑戰將受自然啟發、經受力優化的幾何形狀進行改編，使其能夠透過精密 CNC 數控工具機加工出來。 透過採用精心計算的安全係數，並結合準確的載荷數據重新評估軸承磨損假設，我們設計出了全新的轉向節（uprights）和輪轂，其重量相比去年的版本減輕了 50% 以上。

全新的轉向系統

我們過去的轉向機構依賴於萬向接頭或現成的錐齒輪，這會產生過大的間隙，並且由於工作角度較大而導致快速磨損。今年，我們從零開始設計了一套客製化的轉向錐齒輪系統。 為了確保齒輪無論底盤公差如何都能完美囓合，轉向位置可以透過腰型孔和專用墊片進行精細調節。配合經過縝密計算的碳纖維轉向拉桿，我們幾乎完全消除了轉向間隙，為駕駛員帶來了顯著提升的路感回饋。

將設計變為現實

在 CAD 軟體中設計出前衛、輕量化的零件是一回事；製造它們並使其在賽道殘酷的循環疲勞中倖存下來則是另一回事。 WUT-7 的一大亮點是我們的客製化碳纖維輪圈。基於 Kaizer 輪圈設計，新輪圈加寬了 0.5 英寸，使我們能夠使用更大的輪胎，從而大幅提升機械抓地力。其中的挑戰在於精準計算碳纖維的鋪層，以確保輪圈在承受巨大過彎側向力時不會彎曲，同時又不增加不必要的重量。 為了將這些加寬的碳纖維輪圈與我們輕量化的 CNC 機加工轉向節相連，我們需要絕無瑕疵的輪轂轉接器。這些關鍵的承載部件由 Xometry 擇冪科技製造，具備傳遞高扭矩和側向載荷所需的精度，且沒有增加不必要的簧下質量。 全新的懸吊幾何結構還使我们能够大幅縮小黏合在碳纖維懸吊管內的鋁合金嵌件尺寸。由於這些嵌件變得更小，製造公差必須無懈可擊，才能確保懸吊在整個賽季中的結構完整性。這些部件交付時具備極高的表面光潔度和尺寸精度，讓我們有信心將最具雄心的工程設計付諸實踐。

用於客製化碳纖維輪圈的拓撲優化 CNC 機加工輪轂轉接器

帶有 CNC 機加工輪轂轉接器的客製化碳纖維輪圈

前路展望與核心要點

我們車隊目前正在開發 WUT-7，包括設計全新的單體殼和鋼管車架，同時充分汲取從 WUT-6 中總結的經驗教訓。未來的重點將是進一步優化車輛動力學和車載測控系統（telemetry），以提升整體性能和可靠性。 WUT Racing 車隊成員 此外，我們還將面臨緊張的 2026 賽季賽程，包括大學生方程式捷克站、奧地利站和波蘭站，這需要周密的準備和物流安排。隨著設計、製造和跨國參賽成本的增加，獲取足夠的贊助和資金依然是一項持續的挑戰。與此同時，吸收新隊員、保持高水平的工程標準，並在靜態和動態項目中全力衝擊領獎台，將繼續考驗我們的工程技術與專案管理能力。 車隊的核心體會之一是：要相信工程計算，但同時也要驗證製造工藝。在 CAD 軟體中設計出一個數學上完美且超輕的零件很容易，但如果無法被精準加工出來，它就永遠只停留在概念階段。對於面臨類似挑戰的車隊，WUT Racing 的建議是：充分利用拓撲優化和運動學分析，但始終要在設計時將現實中的 CNC 加工能力牢記於心。