VESevo測試原理的解讀猜想

— 沖擊測試方法的應用

先來看一段新聞文章，然后再研讀一番：

“F1維修區再添新儀器 神秘裝備助車隊掌控2021輪胎"

F1車隊深知，掌握輪胎是在排位賽和比賽中釋放性能的關鍵。這也是為什么在每次F1測試和練習賽的過程中，在檢查輪胎溫度和耐久性方面做了這么多工作。

在上周末的巴林F1季前測試中，關注圍場動態的車迷不難發現，在P房中車隊工作人員手中多了一件裝備——“槍"，這可能是車隊掌握2021年新輪胎的最新舉措。

眼尖的觀察者發現一些技師對輪胎做了些許不尋常的事情，當輪胎從F1比賽用車上卸下來時，他們使用了一把神秘的槍。這把槍似乎是用來敲打橡膠的，雖然使用它的人盡力對他們的工作保密，但他們在做什么的答案已經被熟悉F1比賽用車工作的人知曉。

這把“槍"被稱為VESevo——來源于意大利著名火山的拉丁文名，由意大利公司MegaRide生產。它是“粘彈性評估系統--EVOlved"的縮寫，是那不勒斯費德里科二世大學車輛動力學模擬小組的一個研究項目的成果。

該槍的作用是幫助收集輪胎胎面的信息，以了解輪胎在賽道上行駛時的反應和表現。

使用*的后處理算法，使用戶能夠充分了解輪胎的物理特性：更好地分析內部溫度、化合物的剛度、處理劑的磨損及其阻尼特性。

這些都可以在圖表上繪制出來（如下），然后作為一種工具，更好地了解輪胎溫度和賽道表面對橡膠性能和耐久性的影響。

注：橫軸：溫度.

縱軸：損耗值，或者是粘彈比，TAN等都是相同的意思

這些信息對于深入了解輪胎的性能至關重要，從而幫助車隊更好地預測如何發揮橡膠的最大作用。盡管倍耐力已經為車隊提供了大量關于輪胎正確工作范圍的數據，但這并不能阻止車手有時向工程師抱怨輪胎仍不能達到最好狀態工作，或其退化情況比預期的要嚴重得多。

雖然VESevo噴槍在使用時對輪胎有一個敲打的動作，但實際上它是一個非破壞性的測試工具，所以橡膠本身并沒有被破壞。相反，這個敲打的動作只是為了幫助工具更好地了解胎面和橡膠的粘彈性特性。

目前還不清楚到底有多少支F1車隊在巴林使用了VESevo噴槍，但事實上，有人看到MegaRide的技術人員正在將信息下載到電腦上，這說明已經有幾支車隊正在使用，而更多的車隊可能會跟進，因為他們已經看到了他們的競爭對手在做什么。

MegaRide槍已經被Trident車隊在F2、F3中使用，而在Formula E、DTM和MotoGP中已經被廣泛使用。不過，巴林測試是第一次將其投入到F1維修區中使用。

讓我們仔細研讀分析一下這篇新聞：

1. 神秘性：VESevo的測試原理一直沒有公布，對一種新型儀器保密，從而保持技術優勢，這是可以理解的，從另一個角度看，這種技術應該不會是太*的東西 ，復制。

2. 兩根信號線：我們可以做一些基本判斷，可以看到，外殼用一把槍的外形包裹起來，也能看出其體積不太大，而且有兩根信號線。其中一支在頭部，應該是貼緊輪胎表面，測量表面溫度用，另一根應該是沖擊信號用。

3. “LOSS FACTOR"：翻譯過來就是“損耗系數"，在動態測試中經常使用這個參數，還有其他的叫法，如損耗比，粘彈性，TAN等，形象地描述定義是這樣的：當一個鋼球從高度H落下，沖擊到輪胎胎面，然后反彈跳到H1高度，那么剩下的(H-H1)這一段高度的能量就被損耗了，損耗的能量與回彈能量之比=（H-H1）/H1=H/H1 -1，其中H/H1就是回彈性的倒數。只要知道回彈性比，就可以計算損耗系數。

4.  沖擊，敲打動作：這種儀器是對輪胎胎面實施一個沖擊動作，而且不會破壞輪胎，沖擊力應該不會太大。

從以上的描述中，我們可以大膽推測，這套VESevo系統，應該與便攜式回彈性測試儀有很大的相似性。

下圖為便攜式回彈性測試儀的原理圖：

圖中 沖擊體2 在彈簧作用下沖擊測試面，永磁體1經過感性線圈4的時候，會產生感應電壓，其電壓與沖擊速度成正比。因此可以測量感應電壓來測量沖擊速度的變化，通過回彈速度與沖擊速度的比值，求得回彈性的大小。由得到的回彈性數值，可以轉換成粘彈比數值。如下圖所示：

圖2：回彈性，粘彈比與速度和高度的關系

                         圖3 便攜式回彈性測試儀沖擊裝置結構圖

 VESevo沖擊裝置照片     與      便攜式回彈性測試儀     

兩者對比，不同點是VESevo有兩根電纜線，其中一個在頭部的溫度感應線，后部的電纜應該是測量回彈性或者粘彈性的。這樣每次測試會輸出溫度和粘彈性值，溫度在不斷改變，對應的粘彈性也不斷測量出來，組成一條“溫度-粘彈性"曲線。

只不過沖擊裝置被封閉在一個“槍"里面，保持“神秘性"，不讓別人了解其技術機密。

這套測試裝置據說國內在清華大學有一套，價格高達十幾萬歐元。而便攜式回彈儀的價格只有區區1.5萬人民幣而已。

我們要實現這個功能，低成本的辦法是在便攜式回彈性測試儀的基礎上，再加一個表面溫度測量計（價格一般只有幾千元）就可以實現相同的功能，推測方案如下：

測試用的輪胎先在高速耐久試驗機上跑一段時間，輪胎表面溫度會升高到一定程度，然后停機后，馬上在幾個標定的輪胎花紋塊位置上用表面溫度計測量溫度，然后接著用回彈儀測量回彈性，記錄下來。

輪胎的溫度在不斷下降，要間隔固定時間，或間隔固定溫度，不斷測量回彈性，最后統計數據表，畫出“溫度—粘彈性"曲線。

不過回彈性的測試往往不容易控制，影響的因素很多，溫度是一個方面，胎壓也很重要，還有老化程度，磨損程度等等都可能會影響粘彈性，當然配方和花紋架構肯定有影響，甚至輪輞的型號也可能影響回彈性。如果其他條件不變的情況下，只有一項性能在改變，例如只有溫度改變，或胎壓改變，那就可以得到溫度與回彈性的關系，胎壓與回彈性的關系等等。

輪胎的粘彈性（回彈性）非常重要，與剎車性能，操控性能，噪音，節能型等等有關。所以對輪胎各種條件下的回彈性測試很有必要。

以前人們對輪胎的回彈性基本沒有測試，輪胎沖擊的測試主要是側重破壞性試驗，檢驗輪胎耐受沖擊的能力。不過在絕大多數情況下，輪胎是不太可能受到這種程度的沖擊破壞。反而是在日常使用中，人們對一些基本的要求非常關心。

現有的回彈性測試方法是GB-1681硫化橡膠回彈性測試方法，只適合于標準試樣的測試，嚴格要求其試樣大小尺寸，約束力，支撐條件等，卻無法測試輪胎。輪胎在不同胎壓，溫度，老化程度下，回彈性是怎樣變化的，這是我們最關心的問題，只有便攜式的回彈儀才能測量，或者這種VESevo沖擊測試儀才能做到。

除了用回彈性的測試之外，最近幾年興起的與沖擊相關的輪胎測試，還有輪胎模態分析，有的稱為LMS測試，如下圖。

這套裝置的測試原理是用一個力錘敲擊輪胎，力錘本身帶有加速度傳感器，可以測量敲擊時的加速度曲線，如果加速度數值的取樣速率足夠高（至少達到每毫秒100次以上，最好1兆次每秒，當然現在還沒有廠家能做到的），理論上可以用加速度數據積分得到速度數據曲線，也可以得到回彈性和粘彈比。這個能力將來需要儀器廠家加以開發研究。

當然，LMS模態分析主要的測試內容是分析振動頻譜在各個位置的響應，它用敷設在輪輞處的加速度感應器，可以測量振動感應情況，例如用力錘敲擊胎面，從敷設在輪輞處的振動傳感器得到振動數值，從而得到振動的傳遞函數，這對輪胎的舒適性研究，疲勞性分析也是非常重要的。

輪胎測試方法雖然已經有很多，但新的技術方案仍然在不斷推出，特別是沖擊的測試，通過高速數據采集，可以得到更多更好的輪胎分析，從而幫助設計出更好的輪胎。