强国在该领域的研究较为领先，国内也先后有田力军[1]、胡毓冬、周鋐[2][3]等人针对其系统结构及控制原理进行了深入研究。目前，对道路模拟领域的研究主要侧重于迭代控制策略、与试验场或用户关联及其与仿真分析的结合应用等方面，而针对其结果准确性的影响因素方面则少有涉及。
在道路模拟试验过程中，台架设备、控制系统和车辆组成复杂的非线性系统，试验结果受台架状态、软件参数、车辆状态及环境等方面影响。本文基于6自由度轴耦合道路模拟试验系统（二十四通道），对道路模拟试验过程进行梳理，针对其中影响试验结果的关键因素展开研究。
1 道路模拟过程分析
道路模拟试验主要步骤包括：①道路载荷谱采集;②数据处理和编辑;③求解传递函数;④驱动谱迭代，获得驱动信号;⑤实施台架耐久。
1.1 道路载荷谱采集
道路载荷谱采集的目的是获取目标信号，采集通道包括控制通道和监控通道。控制通道用于台架迭代控制，一般为六分力、轴头加速度、悬架位移等;监控通道用于迭代结果辅助分析和判断，通常为塔座、质心加速度及底盘应变等。
1.2 数据处理
道路载荷谱采集获得的数据经去除异常幅值、除毛刺及去漂移等处理后，一般可得到至少5组数据样本。道路模拟试验通常从中选择一组，经滤波、去均值、重采样等处理后作为目标信号。数据处理技术有系统理论和成熟软件的支持，而数据样本选取直接决定道路模拟目标信号，显得尤为重要。
1.3 求解传递函数及驱动谱迭代
通过白噪声激励进行系统识别，所得的频响函数矩阵即为系统传递函数H（jω）。对于该系统，输入和输出存在如下关系：
其中，X（jω）、Y（jω）分别为系统输入X（t）、输出Y（t）的傅里叶变换。根据RPC理论，系统初始驱动信号由下式求得：
其中，X0（jω）为初始驱动信号X0（t）的傅里叶变换， Yd （jω）为目标信号Yd（t）的傅里叶变换，H-1（jω）为传递函数H（jω）的逆矩阵，g为增益系数。
后续驱动信号求解公式为：
式中，Xi （jω）、Xi+1 （jω）分別为第i步、第i+1步驱动信号的傅里叶变换，ΔX（jω）为驱动信号修正量，由Xi+1 （jω）的傅里叶逆变换可求得下一步驱动的时域信号。迭代的一般流程如图1。
传递函数求解以成熟的自动化控制理论为背景，结合台架设备特性，易形成固化的方法和流程;迭代过程由于非线性因素较多，对试验结果影响较大。
1.4 台架耐久
台架耐久是通过驱动信号重复以播放实现车辆耐久考核，过程中需要对减振器及底盘衬套进行充分冷却，并按时对车辆和设备进行点检。
基于上述分析，总结如下：
（1）目标信号作为道路模拟试验的输入条件和复现目标，选择合理与否非常重要;
（2）迭代结果直接决定道路模拟准确性，该过程中影响因素较多，主要包含车辆、台架系统以及环境（减振器、衬套冷却）等方面。
2 要素分析
综上，影响道路模拟试验的关键因素在于：①目标信号确定（样本选取）;②迭代控制参数，包括带宽、增益及迭代结果评价等;③车辆状态，如配重、减振器/衬套温度等。
2.1 目标信号确定
确定目标信号即选取存活率为50%的数据样本，按经验若有5个样本，则有95%的概率使50%存活率的样本误差限度在5%以内，通常采用Rossow方法[4]。
2.1.1 Rossow方法原理
当子样较小时，无论抽样母体为何种分布，均可用以下方法来确定个体所对应的母体存活率估计量。
首先将所有样本进行排序，即：
则对应第i个观测值Xi的母体存活率P为：
（5）
其中i为样本排序号，n为样本总数。
2.1.2 样本选取
载荷谱数据包含多个通道，因此不可能用式（4）和式（5）直接求算，需对各样本进行损伤向量模计算并归一化。以某车型载荷谱数据为例，首先对控制通道进行相对损伤计算，5个样本的计算结果见表1。
根据式（4）和式（5）可得，样本4即存活率为50%的样本。
2.2 迭代過程控制
2.2.1 控制带宽
根据频率分析结果，道路模拟迭代控制频率通常为0.6～50Hz，如图2所示。
为研究控制带宽对迭代的影响，针对某路面分别以0.6～50Hz、1～50Hz、2～50Hz、1～30Hz等4个频段进行迭代，直至所有控制通道RMS Error≤10%。迭代结果对比见图3。
上图说明：
①以0.6～50Hz和1～50Hz迭代，均能获得理想效果，但前者存在响应超出目标的风险;
②以1～30Hz迭代，高频成分损失较多，导致与轴头关联的载荷减小，但对车身响应无影响;
③以2～50Hz迭代，车身姿态变化受较大影响，底盘响应无显著影响。
2.2.2 增益系数
针对某路面以1～50Hz为带宽，取大、小两组增益进行迭代，直至所有控制通道RMS Error≤10%，对比Fx、Fy及Fz收敛曲线，结果见表3。
不难看出，较大的增益使收敛加快，提高迭代效率，但收敛曲线稳定性变差。尤其对于Fy，大增益使其发散风险更高。
2.2.3 迭代结果评价
如图5，试验场特征路面一般包含宽频随机型、特定频率型和瞬态冲击型3种。对于前两种，结合RMS Error（均方根误差）、Response Max（最大值误差）和Response Min（最小值误差）三个指标，一般都易于实现较高的迭代精度。
考虑冲击型路面的迭代相对复杂，现以石块路和坑洼路两种类型路面的迭代结果进行对比，结果见表5。
坑洼路RMS Error降至20%后趋于平缓，最大值、最小值吻合度均已接近100%。因此，对于冲击路面迭代结果的评价应侧重于最大值、最小值的复现度。
2.3 车辆配载
车辆配载对迭代响应有着直接影响，为实现最大化验证效果，选取满载、半载、空载三种状态进行研究，对比3种载荷下的响应，结果见图6。
图6说明配载变化对六分力响应基本无影响，但车身运动（起伏、俯仰、侧倾等）随配载减小而变大。对比三种载荷状态下响应与目标的损伤比，六分力信号均可实现对目标的良好复现，但悬架位移损伤随配载减小而增大，空载状态下损伤比最大达1.7倍，如图7所示。因此，随着载荷减小，车身会产生额外运动，导致车身姿态偏差，并进一步导致车身相关零件的受力情况差异。
2.4 减振器温度
为研究减振器温度对车辆载荷的影响，以同样的驱动信号，分别在减振器为室温（26℃）和高温（90℃）时播放，对响应信号进行雨流分析，如下图。
可见减震器温度升高后，阻尼力减小，悬架位移量增加，车身姿态变化更明显。同时，六分力损伤随减振器温度升高而减小，如图9所示。响应与目标出现偏差，迭代控制受到影响。
此外，减振器温度升高导致悬架位移损伤增大，车身运动更明显，姿态控制更加困难。综上，减震器温度变化导致底盘和车身响应改变，迭代时为保证迭代效果和效率，应控制减震器温度处于合理范围，不发生明显变化。在耐久过程中也应注重减震器温度控制，以避免持续运动过程中温度上升，车辆受力与实际道路差异，导致道路模拟试验结果出现偏差。
3 总结
本文基于6自由度轴耦合道路模拟试验系统，对道路模拟试验过程进行梳理，并针对试验过程中关键的影响因素展开研究，获得以下结论：
（1）控制带宽方面，与轴头响应强关联的零部件对上限频率较为敏感，而车身姿态相关零部件对于下限频率较敏感，迭代时应根据不同路面视情况选择合适的区间。
（2）侧向对于垂向的增益值变化非常敏感，迭代开始时应设置较小的垂向增益值，避免侧向发散。
（3）迭代结果应结合RMS误差、最大值和最小值三大指标进行综合评价;对于冲击型特征路面，侧重于评估最大值和最小值的复现度。
（4）配重主要影响车身受力及姿态变化，而减震器温度变化则对底盘结构和车身运动均有影响，在道路模拟过程中应注重对其进行合理的温度控制。
参考文献
[1] 田力军.道路模拟试验台及其控制策略研究[J].流体传动与控制， 2011，4（5）：16-19.
[2] 胡毓冬，周鋐，徐刚.整车道路模拟试验台的控制算法[J].同济大学学报，2012，40（8）：1244-1248.
[3] 胡毓冬，周鋐，徐刚.整车道路模拟虚拟试验台研究[J].汽车工程学报，2014，4（2）：137-142.
[4] 张觉慧，金锋，余卓平.道路模拟试验用载荷谱样本选择方法[J].汽车工程，2004，26（2）：220-223.
[5] 高丽莎.道路模拟试验系统浅析[J].汽车实用技术，2016，（8）：188-190.
[6] Li Yung Lee. Fatigue testing and analysis[M].New York： Elsevier Butterworth Heinemann，2005：30-4.
[7] Colin J Dodds BSc. PhD，李鹏飞.试验室整车、总成及零部件结构测试_试验工程师手册.
