VESevo测试原理的解读猜想 — 冲击测试方法的应用

VESevo测试原理的解读猜想

— 冲击测试方法的应用

先来看一段新闻文章，然后再研读一番：

“F1维修区再添新仪器 神秘装备助车队掌控2021轮胎"

F1车队深知，掌握轮胎是在排位赛和比赛中释放性能的关键。这也是为什么在每次F1测试和练习赛的过程中，在检查轮胎温度和耐久性方面做了这么多工作。

在上周末的巴林F1季前测试中，关注围场动态的车迷不难发现，在P房中车队工作人员手中多了一件装备——“枪"，这可能是车队掌握2021年新轮胎的最新举措。

眼尖的观察者发现一些技师对轮胎做了些许不寻常的事情，当轮胎从F1比赛用车上卸下来时，他们使用了一把神秘的枪。这把枪似乎是用来敲打橡胶的，虽然使用它的人尽力对他们的工作保密，但他们在做什么的答案已经被熟悉F1比赛用车工作的人知晓。

这把“枪"被称为VESevo——来源于意大利著名火山的拉丁文名，由意大利公司MegaRide生产。它是“粘弹性评估系统--EVOlved"的缩写，是那不勒斯费德里科二世大学车辆动力学模拟小组的一个研究项目的成果。

该枪的作用是帮助收集轮胎胎面的信息，以了解轮胎在赛道上行驶时的反应和表现。

使用*的后处理算法，使用户能够充分了解轮胎的物理特性：更好地分析内部温度、化合物的刚度、处理剂的磨损及其阻尼特性。

这些都可以在图表上绘制出来（如下），然后作为一种工具，更好地了解轮胎温度和赛道表面对橡胶性能和耐久性的影响。

注：横轴：温度.

纵轴：损耗值，或者是粘弹比，TAN等都是相同的意思

这些信息对于深入了解轮胎的性能至关重要，从而帮助车队更好地预测如何发挥橡胶的最大作用。尽管倍耐力已经为车队提供了大量关于轮胎正确工作范围的数据，但这并不能阻止车手有时向工程师抱怨轮胎仍不能达到最好状态工作，或其退化情况比预期的要严重得多。

虽然VESevo喷枪在使用时对轮胎有一个敲打的动作，但实际上它是一个非破坏性的测试工具，所以橡胶本身并没有被破坏。相反，这个敲打的动作只是为了帮助工具更好地了解胎面和橡胶的粘弹性特性。

目前还不清楚到底有多少支F1车队在巴林使用了VESevo喷枪，但事实上，有人看到MegaRide的技术人员正在将信息下载到电脑上，这说明已经有几支车队正在使用，而更多的车队可能会跟进，因为他们已经看到了他们的竞争对手在做什么。

MegaRide枪已经被Trident车队在F2、F3中使用，而在Formula E、DTM和MotoGP中已经被广泛使用。不过，巴林测试是第一次将其投入到F1维修区中使用。

让我们仔细研读分析一下这篇新闻：

1. 神秘性：VESevo的测试原理一直没有公布，对一种新型仪器保密，从而保持技术优势，这是可以理解的，从另一个角度看，这种技术应该不会是太*的东西 ，复制。

2. 两根信号线：我们可以做一些基本判断，可以看到，外壳用一把枪的外形包裹起来，也能看出其体积不太大，而且有两根信号线。其中一支在头部，应该是贴紧轮胎表面，测量表面温度用，另一根应该是冲击信号用。

3. “LOSS FACTOR"：翻译过来就是“损耗系数"，在动态测试中经常使用这个参数，还有其他的叫法，如损耗比，粘弹性，TAN等，形象地描述定义是这样的：当一个钢球从高度H落下，冲击到轮胎胎面，然后反弹跳到H1高度，那么剩下的(H-H1)这一段高度的能量就被损耗了，损耗的能量与回弹能量之比=（H-H1）/H1=H/H1 -1，其中H/H1就是回弹性的倒数。只要知道回弹性比，就可以计算损耗系数。

4.  冲击，敲打动作：这种仪器是对轮胎胎面实施一个冲击动作，而且不会破坏轮胎，冲击力应该不会太大。

从以上的描述中，我们可以大胆推测，这套VESevo系统，应该与便携式回弹性测试仪有很大的相似性。

下图为便携式回弹性测试仪的原理图：

图中 冲击体2 在弹簧作用下冲击测试面，永磁体1经过感性线圈4的时候，会产生感应电压，其电压与冲击速度成正比。因此可以测量感应电压来测量冲击速度的变化，通过回弹速度与冲击速度的比值，求得回弹性的大小。由得到的回弹性数值，可以转换成粘弹比数值。如下图所示：

图2：回弹性，粘弹比与速度和高度的关系

                         图3 便携式回弹性测试仪冲击装置结构图

 VESevo冲击装置照片     与      便携式回弹性测试仪     

两者对比，不同点是VESevo有两根电缆线，其中一个在头部的温度感应线，后部的电缆应该是测量回弹性或者粘弹性的。这样每次测试会输出温度和粘弹性值，温度在不断改变，对应的粘弹性也不断测量出来，组成一条“温度-粘弹性"曲线。

只不过冲击装置被封闭在一个“枪"里面，保持“神秘性"，不让别人了解其技术机密。

这套测试装置据说国内在清华大学有一套，价格高达十几万欧元。而便携式回弹仪的价格只有区区1.5万人民币而已。

我们要实现这个功能，低成本的办法是在便携式回弹性测试仪的基础上，再加一个表面温度测量计（价格一般只有几千元）就可以实现相同的功能，推测方案如下：

测试用的轮胎先在高速耐久试验机上跑一段时间，轮胎表面温度会升高到一定程度，然后停机后，马上在几个标定的轮胎花纹块位置上用表面温度计测量温度，然后接着用回弹仪测量回弹性，记录下来。

轮胎的温度在不断下降，要间隔固定时间，或间隔固定温度，不断测量回弹性，最后统计数据表，画出“温度—粘弹性"曲线。

不过回弹性的测试往往不容易控制，影响的因素很多，温度是一个方面，胎压也很重要，还有老化程度，磨损程度等等都可能会影响粘弹性，当然配方和花纹架构肯定有影响，甚至轮辋的型号也可能影响回弹性。如果其他条件不变的情况下，只有一项性能在改变，例如只有温度改变，或胎压改变，那就可以得到温度与回弹性的关系，胎压与回弹性的关系等等。

轮胎的粘弹性（回弹性）非常重要，与刹车性能，操控性能，噪音，节能型等等有关。所以对轮胎各种条件下的回弹性测试很有必要。

以前人们对轮胎的回弹性基本没有测试，轮胎冲击的测试主要是侧重破坏性试验，检验轮胎耐受冲击的能力。不过在绝大多数情况下，轮胎是不太可能受到这种程度的冲击破坏。反而是在日常使用中，人们对一些基本的要求非常关心。

现有的回弹性测试方法是GB-1681硫化橡胶回弹性测试方法，只适合于标准试样的测试，严格要求其试样大小尺寸，约束力，支撑条件等，却无法测试轮胎。轮胎在不同胎压，温度，老化程度下，回弹性是怎样变化的，这是我们最关心的问题，只有便携式的回弹仪才能测量，或者这种VESevo冲击测试仪才能做到。

除了用回弹性的测试之外，最近几年兴起的与冲击相关的轮胎测试，还有轮胎模态分析，有的称为LMS测试，如下图。

这套装置的测试原理是用一个力锤敲击轮胎，力锤本身带有加速度传感器，可以测量敲击时的加速度曲线，如果加速度数值的取样速率足够高（至少达到每毫秒100次以上，最好1兆次每秒，当然现在还没有厂家能做到的），理论上可以用加速度数据积分得到速度数据曲线，也可以得到回弹性和粘弹比。这个能力将来需要仪器厂家加以开发研究。

当然，LMS模态分析主要的测试内容是分析振动频谱在各个位置的响应，它用敷设在轮辋处的加速度感应器，可以测量振动感应情况，例如用力锤敲击胎面，从敷设在轮辋处的振动传感器得到振动数值，从而得到振动的传递函数，这对轮胎的舒适性研究，疲劳性分析也是非常重要的。

轮胎测试方法虽然已经有很多，但新的技术方案仍然在不断推出，特别是冲击的测试，通过高速数据采集，可以得到更多更好的轮胎分析，从而帮助设计出更好的轮胎。