簡易的FreeCAD FEA案例分析
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車輛性能圖（Driving Performance Graph、Vehicle Performance Graph、Traction Force Graph）是將各檔位的驅動力曲線，與不同坡度下的行駛阻力曲線，一同繪製於同一張座標圖，作為車輛性能評估與設定的依據。圖中的主要曲線分為兩類：
驅動力曲線(Traction Force)：代表引擎扭力經過變速箱與差速器齒比放大，並考量傳動系統效率後，換算到輪胎接地點的實際驅動力。
行駛阻力曲線(Resistance)：包括滾動阻力、空氣阻力以及坡度阻力，三者隨著車速及道路坡度而變化，合併為總行駛阻力。
簡單來說，當驅動力曲線高於行駛阻力曲線時，代表車輛在該狀態下可以持續加速；而兩條曲線的交點，則是該檔位、該坡度下的理論極速。
Estimated Performance Graph of the 2014 Aston Martin Vantage GT3
基本公式與單位定義
在進行車輛性能圖的計算與繪製時，需先掌握以下基本公式及相關車輛參數定義。
基本公式
名稱 | 英文名 | 修正後公式 |
驅動力 | Tractive force | Ft = Te × i_tot × η / r |
滾動阻力 | Rolling resistance | Fr = fr × m × g |
空氣阻力 | Aerodynamic drag | Fa = 0.5 × ρ × Cd × A × v² |
坡度阻力 | Gradient resistance | Fg = m × g × sin(θ) ≈ m × g × p（小角度） |
加速度 | Acceleration | v_ddot = (Ft - Fr - Fa - Fg) / (λ × m) |
符號定義
符號 | 中文說明 | 英文說明 | 單位 |
Ft | 驅動力 | Tractive force | N |
Te | 引擎輸出扭力 | Engine torque | N·m |
i_tot | 總減速比(齒輪比×終傳比) | Total gear ratio | — |
η | 傳動系統效率 | Drivetrain efficiency | — |
r | 輪胎有效滾動半徑 | Rolling radius | m |
Fr | 滾動阻力 | Rolling resistance | N |
fr | 滾阻係數 | Coefficient of rolling resistance | — |
m | 車輛質量 | Vehicle mass | kg |
g | 重力加速度 (9.81) | Gravity acceleration (9.81) | m/s² |
Fa | 空氣阻力 | Aerodynamic drag | N |
ρ | 空氣密度 | Air density | kg/m³ |
Cd | 空氣阻力係數 | Drag coefficient | — |
A | 車輛正面投影面積 | Frontal area | m² |
v | 車速 | Vehicle speed | m/s |
Fg | 坡度阻力 | Gradient resistance | N |
p | 坡度 (15% → 0.15) | Grade (e.g. 15% → 0.15) | — |
v_ddot | 加速度 | Longitudinal acceleration | m/s² |
Aston Martin Vantage GT3 主要性能資料
項目 | 資料 |
車型 | Aston Martin Vantage GT3 |
引擎型式 | 6.0 L V12 |
整車總重 | 1,400 kg |
最高馬力 | 600 hp @ 7,000 rpm |
最大扭矩 | 74 kg·m (≈ 725 N·m) |
Estimated Performance Graph of the 2014 Aston Martin Vantage GT3
車輛性能圖分析與應用實例
車輛性能圖繪製完成後，即可進行初步的車輛性能分析。以下舉三個典型案例說明：
0% 坡度（起跑線大直路）
以類似 Monza 賽道起跑線的大直路為例，此水平路段主要的行駛阻力為滾動阻力及隨車速平方增加的空氣阻力。因此，可以觀察到隨著速度上升，空氣阻力會呈現指數型增加，並成為主要阻力來源。驅動力曲線與行駛阻力曲線的交點，即為該檔位下的理論極速。若調整尾翼設定，降低車輛的空氣阻力係數（Cd），可有效減少整體行駛阻力曲線，進而提升極速與尾速表現。
7% 坡度的影響
當坡度上升至 7%，以 Red Bull Ring（Österreichring）第二彎後的上坡直路為例，坡度阻力開始成為車輛極速的主要挑戰。不過依據目前的設定，可以發現該路段的最大行駛阻力，在六檔時引擎動力輸出達到最佳時，仍能被有效克服。
15% 坡度（Eau Rouge–Raidillon）的檔位策略
Eau Rouge–Raidillon 複合彎道最大坡度約為 15%，坡度阻力曲線因此大幅提升。從性能圖上可見，六檔時車輛在 15% 上坡可維持的最高車速約為 235 km/h。如果降至五檔，雖然可獲得更多驅動力來克服坡度，但此時引擎轉速將過高，可能超出合理運轉範圍。因此，建議可透過微調車輛設定，或修正進彎速度，尋求驅動力與引擎轉速之間的最佳平衡。
British GT 2013 Donington Aston Martin V12 Vantage GT3
British GT 2013 Donington Aston Martin V12 Vantage GT3
結論
車輛性能圖以圖像化的方式，整合驅動力與路面需求，可清楚展現檔位選擇、坡度變化，以及空氣動力學特性等關鍵影響因素。對研發工程師而言，這項工具不僅可用於變速箱齒比優化、尾翼角度調整，也有助於整體動態性能的評估；而對賽車工程團隊與專業車手來說，更可作為制定換檔策略及各賽道區段（Section）設定與調整時的重要依據。
本【賽車設定快速指南】作為賽車設定的快速參考指南。本賽車設定指南包括詳細的解釋。
希望可以幫助大家做簡單的賽車設定。如果您想要更詳細地了解實際發生的情況，請參閱【Fundamentals of Vehicle Dynamics】等工程相關的車輛設計書。
設定賽車是一個很棒的愛好但不適合所有人。但是如果你有耐心堅持下去，你會發現它非常令人滿意且有成就感。
所有車輛在零件試作與下場前皆需要使用駕駛模擬器(Sim Racing)來特定調整的問題。
也就是說，有時候我會進入一輛我完全不知道的賽車，或者在一條帶有極端/奇怪路面/彎道犀利的賽道上，使用本【賽車設定快速指南】可以了解有哪些調整我們可以運用。
注意：本【賽車設定快速指南】是基於各種資訊與建議，且只是是一個參考工具，因此並非所有項目都適用於所有車輛。
我當然要對自己的工作負責。如果您發現錯誤信息，或者認為我應該添加一些內容，請給我發電子郵件：【寄信給我】。
以 Aston Martin Vantage GT3 作為範例車型
