SAE J2718-2018 轮胎准静态纵向与横向刚度测试标准深度解析

SAE J2718-2018 是推荐性实践，定义了两种紧密相关的轮胎准静态测试程序，用于确定非旋转、静态加载轮胎在线性范围内的纵向刚度和横向刚度。测试通过锁定轮毂，使轮胎接触中心与轮心发生水平相对位移，记录剪切力与剪切变形数据。这些数据对于道路载荷模型参数辨识以及轮胎特性的研发对比具有重要价值。

1. 标准背景与测试原理

本标准的测试基于 SAE 轮胎坐标系，纵向位移平行于 X’ 轴，横向位移平行于 Y’ 轴。两种程序的加载方式相似，但方向不同。测试时，轮毂必须完全锁定（旋转自由度限制在 0.1° 以内），以确保剪切变形完全来自轮胎本身的变形。标准强调，无论是由轮毂平移还是由路面平移产生相对位移，剪切变形的定义是等效的，但测试设备的刚度必须足够高，以避免额外的系统柔度影响结果。

标准还规定，实验室质量体系需符合 ISO 17025 或等效要求，并需要定期校准测量系统。

2. 测试设备与精度要求

测试设备的核心是一台满足特定精度与能力的加载机，包括加载定位系统、测量系统、模拟路面及环境控制室。

2.1 加载与定位系统

轮胎/车轮平面与模拟路面垂直度：±0.10°
法向力加载精度：±1.0% 满量程
法向力满量程范围：至少为指定参考载荷的 3 倍
轮毂旋转锁定要求：在最高纵向力下 < 0.1°
轮毂与路面间非预期的相对剪切运动：≤总剪切位移的 2%

2.2 测量系统

法向力 (FZ)、纵向力 (FX)、横向力 (FY) 测量精度：±0.5% 满量程
纵向位移 (δX) 与横向位移 (δY) 测量精度：±0.5 mm
测量系统满量程需覆盖至参考载荷的 300%

2.3 模拟路面与环境

表面平整光滑，覆盖 120 目磨料
环境温度 22 °C ± 2 °C

参数	要求
轮胎/车轮平面与路面垂直度	±0.10°
法向力加载精度	±1.0% 满量程
法向力测量精度	±0.5% 满量程
纵向/横向力测量精度	±0.5% 满量程
位移测量精度	±0.5 mm
法向力满量程	≥ 3 倍参考载荷
轮毂旋转锁定	< 0.1°
路面与轮毂相对运动	≤ 总位移的 2%
环境温度	22 °C ± 2 °C

🛠️ 测试机器设计要点

为保证测试精度，加载机必须具有极高的刚性。轮毂与路面之间的附加柔度会直接计入剪切位移，导致刚度测量值偏低。建议采用高刚度导轨、直接力传感器和高分辨率位移传感器。轮毂转动锁止机构应能承受最大剪切力而不产生滑移。

3. 测试程序与常见误区

测试程序分为纵向和横向两个子程序。在每个程序中，以恒定速度施加剪切位移，直至剪切力达到当前法向力的 1/3（在 3 倍参考载荷下）。记录力-位移曲线，在线性区段通过回归计算刚度值。

常见误区包括：

未充分锁定轮毂旋转（应 < 0.1°）—— 这会导致扭转柔度引入额外位移。
测试机器本身柔度过大，使实际加在轮胎上的位移与测量值不符。
未严格控制在 22±2°C 环境温度下测试，温度对轮胎橡胶性能影响显著。
未对测量系统进行定期校准或校准范围不足。

⚠️ 工程实践提示

执行首次测试前，建议用参考轮胎或标准负载对设备进行重复性验证。注意：轮胎的磨合状态（break-in）也会影响结果，标准推荐参考 SAE 770870 和 810066 对轮胎进行预处理。

常见问题（FAQ）

🔍 1. 纵向和横向测试的主要区别是什么？: 区别在于位移方向：纵向沿 X’ 轴（前后方向），横向沿 Y’ 轴（侧向）。设备要求相同，但测试时需分别调整加载方向。两种刚度数值通常不同，但测试原理一致。
🔍 2. 为什么要求法向力满量程至少为参考载荷的 3 倍？: 因为测试需要施加剪切力达到 1/3 的法向力。如果参考载荷较小，机器满量程不足可能无法产生足够剪切位移。3 倍余量确保范围覆盖所有测试条件。
🔍 3. 如何确保测试重复性？: 首先，严格按照标准要求进行设备校准和温度控制；其次，使用同一轮胎多次测试，并计算刚度的统计偏差。标准推荐进行反复测试以建立标准偏差。