Physical Address
304 North Cardinal St.
Dorchester Center, MA 02124
SAE J2731-2018 低速包络试验：垂直与倾斜跳块测试方法
SAE J2731-2018 标准定义了一种在极低速度下，测量轮胎滚过矩形障碍物（称为跳块）时在主轴上产生的力和力矩的测试方法。该方法允许跳块以垂直于轮胎路径（90°）或倾斜角度安装。主轴被刚性约束，以近似固定加载半径的工作状态。测试得到力和力矩随时间（或行驶距离）的变化曲线，这些数据基本消除了轮胎非均匀性的影响。该标准适用于任何尺寸的轮胎，只需设备按比例缩放即可。测试结果可用于确定道路载荷模型的参数，以及研发中的对比评价。
试验方法与目的
本标准的核心是测量轮胎在包络跳块过程中主轴处的三个力（FX”, FY”, FZ”）和两个力矩（MX”, MZ”）。同时还需要使用绝对编码器记录行驶距离 D 和轮胎角位移 Φ。测试速度不必恒定，因为角位移测量支持非匀速工况。数据可用于建立精确的轮胎-路面交互模型，优化车辆动力学仿真。
下表列出了测试中的关键技术参数与允许公差：
| 参数 | 要求 | 公差 |
|---|---|---|
| 滑移角 | 0° | ±0.05° |
| 侧倾角 | 0° | ±0.05° |
| 法向力精度 | 平均值的±1.0% | 全量程范围 |
| 加载半径精度 | ±0.5 mm | 无论是否有跳块 |
| 力/力矩测量 | FX”, FY”, FZ”, MX”, MZ” | 需经解耦矩阵校正 |
🛠️ 设计洞察：该方法通过刚性约束主轴位置，简化了轮胎包络过程中力和力矩的解释。同时，通过改变跳块的倾斜角度（垂直或倾斜），可以模拟不同的路面障碍几何形状，为道路载荷模型提供更全面的输入。测试中严格的控制公差（如±0.05°的角度精度）确保了数据的可比性和重复性。
设备要求与质量控制
测试设备包括一个试验路面（转鼓或平板）和一个能够安装矩形跳块的平台。主轴必须是仪器化的，能同时测量三力和两力矩，输出需通过矩阵法进行载荷交互校正。加载系统需在静态和动态下均能施加法向力，且必须足够刚性以保持主轴与路面间的近似恒定距离。
⚠️ 环境振动隔离：跳块测试会产生显著的力信号，环境振动会污染数据。标准要求预先评估实验室的环境振动，如果显著，必须采用隔离措施或滤波处理，以确保数据准确性。
此外，执行测试的实验室应具备符合 ISO 17025 或等效要求的质量体系，以保证测试的溯源性、重复性和可比性。
常见问题解答 (FAQ)
1. 为什么测试前需要至少四分之一圈（最好一整圈）的轮胎翻滚？
这是为了让轮胎的松弛现象完成，避免残余变形影响包络过程的力和力矩测量，从而得到纯净的包络响应。
2. 如何确保测试数据不受轮胎非均匀性影响？
标准中要求在包络过程之前让轮胎至少滚过一整圈，这样得到的力和力矩历史曲线基本消除了轮胎周向非均匀性的影响。此外，通过持续测量角位移，可以校正速度波动带来的误差。
3. 测试速度必须恒定吗？
不一定。因为采用绝对编码器记录了轮胎角位移和行驶距离，速度的非恒定可以被补偿，因此不需要严格恒定速度。
4. 实验室的质量体系为什么重要？
符合 ISO 17025 的质量体系确保测试设备的校准、测试操作和数据处理的规范性和可追溯性，这是保证测试结果有效性和跨实验室可比性的基础。
遵循 SAE J2731-2018 标准进行低速包络测试，能够为轮胎性能和车辆载荷预测提供关键数据，是轮胎研发和整车动力学仿真不可缺少的工具。
