模稜兩可：MotoGP裡的碳纖維搖臂
閱讀時間約 9 分鐘
「對我而言，碳纖維更好，雖然有缺點...」─Corrado Cecchinelli, MotoGP技術總監
今年冬測，Honda加入Ducati的行列，在他們的原型賽車上裝上了碳纖維搖臂。
測試時始終保持神祕的HRC，在卡達開幕戰時讓Marc Marquez跟Dani Pedrosa用上了新的複合設計。
這場比賽的結果也因為Andrea Dovizioso以些微的差距擊敗Marquez，讓碳纖維搖臂車種囊括一二名。
於此同時，曾在250cc時代使用碳纖維搖臂的Aprilia，也將在赫雷茲測試時在他們的MotoGP賽車上亮相。
碳纖維搖臂到底有甚麼好處？為什麼每個人都在用？
為了更進一步了解這點，在卡達的比賽周，我們與MotoGP技術總監Corrado Cecchinelli談了許多。
在此之前，Cecchinelli曾經在Piaggio與Ducati工作過。
Ducati在2006年引進了碳纖維搖臂，而Ducati也一直使用到2009年底。
雖然理論上碳纖維會是個優勢，但實際上卻有許多問號...
Crash.net(以下簡稱:CN)
Corrado，當時Ducati開始推碳纖維計畫時你也在？
Corrado Cecchinelli(以下簡稱CC)
是的。當時推動碳纖維搖臂計畫時我在Ducati。這並不是開先例，Aprilia 250cc賽車就已經用過了。
如果是用大範圍面積，而不是小東西的話，碳纖維是非常適合的材料。因此對我來說，用在搖臂上剛好，也因為搖臂需要剛性。
但不代表是要越硬越好，是有個目標的。
而且你要的是3D整塊的硬度都夠。舉例來說，賽車產生傾角的時候你會希望搖臂可以跟著型變，但不能扭曲。用碳纖維，你可以讓他照著你要的方向加強硬度。
還有，一般而言設定目標硬度，再考量到所需的強度，用碳纖維打造的搖臂會比鋁合金輕。
不過我可以告訴你，當我還在Ducati時MSMA極力反對碳纖維搖臂，因為它造價不斐。如果只做一個，而不是去考慮整個賽季的話，的確很貴。
我們是MSMA的笑柄，因為我們一直說這是在省錢！但這是事實，如果用鋁合金來做，為了符合目標硬度，可能會做得很薄，這樣在正常使用下就很有可能出現裂痕。
就連是現在，也是會發生這些事！所以用碳纖維並不會讓成本提高。
然而，用碳纖維只做一個搖臂是很難的，而且比用鋁合金做還貴。
還有一些安全性問題。不是因為碳纖維比較不安全，而是發生轉倒的時候，碳纖維搖臂的內傷比鋁合金搖臂來得更難發現。
發生嚴重轉倒事件後，我們會把搖臂送回工廠做X光以及其他複雜的檢查。這不是在賽道旁做得到的。
這也是碳纖維會貴的原因，因為你要準備很多備料，在發生重大轉倒事故之後才能確保有零件能換。
所以用碳纖維的確會有一些問題產生。但如果你問我，我還是會堅持這個製造搖臂的技術是正確的。因為那些我所提到的優點。
CN：
如果是這樣，那MotoGP裡的所有車隊為何都不一起用？
CC：
首先，如果還沒有把鋁合金搖臂的厚度減到一個極限，那在設定目標硬度的時候就不會有強度問題。
在那樣的情況，我所說的打造碳纖維搖臂會比鋁合金搖臂便宜的結果則不成立。因為如果不是極端設計的話，鋁合金製品不需要時常更換。
我還要告訴你還有其他原因：設計上很困難，製作上很困難，碰上嚴重轉倒的時候會有疑慮。如果是用鋁合金，大家都能想到結果如何，因為這是現在最常用的技術。
但對我來說，就算有缺點，碳纖維還是比較好。
CN：
所以就性能而言，你能讓碳纖維保持更好的撓度，又不用怕會向鋁合金一樣太薄。
CC：
設計賽車用的搖臂時，我們總會找一些非等向性材質，這代表材料在不同地方有不一樣的性質。
碳纖維對此有幫助，因為我們可以在特定區域多編幾層或少編幾層，而且碳纖維編織方向也可以不一樣。改變碳纖維的編織方向也能改變剛性。
搖臂最終可能會因碳纖維而減輕，但不能忘記的是碳纖維的阻尼跟鋁合金不同。
因此，如果碰到振動問題，你可能會想換成另一種[從碳纖維換成鋁合金，反之亦然]，因為另一個搖臂的重量與阻尼都不同。
這是其中一個原因。很複雜，但是重量與阻尼的些微不同，就會造成很大的震動。
CN：
現在廣傳的概念是碳纖維對摩托車來說太硬了...
CC：
這不是真的！剛性只是設計目標。一般而言，設計機構零件的時候，你會先設定目標剛性，或目標阻力(強度)
兩者不一定會綁在一起。如果你是要設計要掉重物的吊鉤，主要的設計目標就是強度，這通常會伴隨著高剛性。
但如果你是要設計搖臂或車架，設計目標就是剛性。當你達成你的目標剛性，強度可能就會不足。這是鋁合金搖臂的狀況。
舉例來說，可能我們希望它能靈巧一點，但風險就是可能會出現裂痕。或者─在不那麼極端的狀況下─金屬板會太薄而難以焊接。
所以那些以目標剛性為目的的零件，用鋁合金來做不一定有足夠的強度。
CN：
這是個有趣的狀況，當人們會想用碳纖維的時候，通常是要他們的東西更硬一點...
CC：
不！他們想要的是理想的剛性，但要重量更輕，強度更高。或者是他們希望要各個方向的剛性去耦合。
因為通常我們會希望搖臂做動起來就像懸吊一樣，但不能扭曲。
如果你對碳纖維的理解非常獨到，有一天就能實現這個夢想。
CN：
用過碳纖維後，你有再回去用鋁合金嗎？
CC：
有啊！我們曾試過。在我那年代，我們考慮過很多次要用回鋁合金，試著做一對一的比較測試。當然我指的是10年前。
CN：
當你做一對一的比較測試時，碳纖維的狀況總是比較好的嗎？
CC：
不，據我所知，不是這樣的。就理論上以及一些賽道來說，碳纖維的確是比較好。但不是絕對。
首先是要列出你要甚麼，這取決於你最主要的目標是甚麼。
舉例來說，如果我要打造道路用車，碳纖維就沒戲了，因為成本太高，還有就是我曾告訴過你的，遇到轉倒可能會碰上的狀況。
CN：
但如果是比賽，性能至上來說，碳纖維應該比較好？
CC：
如果你非常了解你要的剛性需求，而且對於複合材質的技術也相當擅長，那麼最好用碳纖維。
但並非全是如此。我的意思是，如果我跟你一起打造賽車，那用鋼管車架會比較好點。
因為你不知道你要的是甚麼，你沒辦法掌握非常高階的技術，最後可能會推出很糟的碳纖維產品。
你必須要專精這項技術，如果你對於碳纖維技術不熟，那最好離它遠一點。
但在這些複雜的製造問題出現之前，要先了解問題在哪，才會知道碳纖維到底哪裡有用。
使用碳纖維還有最重要的一點是要將各方向的剛性去耦合─但如果你不知道哪個方向的剛性要多少，那何必這麼做呢？
如果你用碳纖維的方法跟用鋁合金一樣，讓所有纖維循著同一方向走，然後又不知道哪個方向需要多少剛性，對我來說，你只會得到一塊更重的東西，或者是更貴卻沒有任何優勢的東西。
所以不全是好處。
如果你還記得Aprilia的250賽車，那他們肯定找到最佳的剛性-重量比，而且還包含土除，好讓碳纖維搖臂如果一開始所說的那樣運做。但當然，這是不把設計的高成本列入考量之中，因為如果壞了一個土除，就要把整個搖臂換掉。
因此，車廠最後可能會因為各種不同的原因，使用他們覺得最值最高的設計，而這些設計不一定會相同。
舉例來說，我們來談車架，對我來說沒有最好的材質。
所以如果你對於鋼管技術比較熟[KTM]，那你最好用鋼管設計，不要用碳纖維殼式車架。雖然理論上碳纖維是相當高級的設計。
CN：
所以關鍵在於你到底想要甚麼？
CC：
如果你不知道你要甚麼，那你永遠沒辦法達到你要的目的。
接著，就算你知道你要甚麼，但卻沒辦法掌握設計方法，那你最好繼續用你有自信的技術。
碳纖維在理論上是正確的技術，因為它具有非對稱的剛性，而且剛好適合搖臂大小的面積。
但實際上，在現實生活中，用碳纖維打造的搖臂比鋁合金搖臂好又是另一個故事。
CN：
你認為Honda跟Aprilia這個賽季開始用這項技術是巧合嗎？
CC：
我不知道，可能是因為一些未知因素，或者是因為新輪胎的關係。
可能是這世代的輪胎突然更適合碳纖維搖臂的性能。但這只是我的猜測。
想像你是研發部門，你設計出最棒的碳纖維搖臂還有最棒的鋁合金搖臂。兩者差了0.5公斤，然後你發現碳纖維搖臂對於震動抑制效果更好。
這取決於輪胎，但這不是你主要的目的。
CN：
你說0.5公斤，這是能省下的重量嗎？
CC：
大概是，但我不能確定。如果用碳纖維搖臂能更少一公斤我會非常訝異的。
CN：
Marquez在測試時說『用碳纖維搖臂抓地力好像比較好一點，但用舊胎，震動就會變大....』
CC：
要回答這個問題，我們可以假設他的碳纖維搖臂比鋁合金硬，所以有抓地力的時候比較好用，但沒有抓地力的時候會變得很糟。
CN：
最有用的碳纖維搖臂剛性不是要比鋁合金搖臂低嗎？
CC：
我沒這麼說。碳纖維可以讓你有更多機會達到你要的目的，不管他是甚麼。
CN：
但為了達到這個目的，不用怕金屬變得太薄不是？
CC：
通常不會。因為，你能選擇纖維層的方向，使他具有合理的厚度又不會太硬。
但如同生活一樣多變，只有優秀的人才有辦法從中獲得一些好處。就拿我來說，要上賽道，我比較適合騎600cc，而不是1000cc。
在剛性要求上其實有很多選擇，但要用碳纖維，你得非常了解這項技術。你得知道你要甚麼，知道你要怎麼設計你需要的東西，然後把它做出來。
不是每個人都做得到的。
CN：
像你們都花多久時間來掌握這個技術？
CC：
確切的時間我不記得，但我記得當初引進碳纖維搖臂目標是一個賽季的時間。但最後非常有可能會搞錯，變成兩個賽季，或者永遠都不會用它。
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