寫這篇文章的源頭是在沒接觸道路模擬器之前，被一大堆名詞唬懵了，什么“傳函”，“迭代”，“非線性”等等。其實接觸過之后，發(fā)現(xiàn)它們并沒有想象中那么難理解。我希望這篇文章能讓大家以后在看到這些名詞的時候有一幅比較清晰的圖景，對道路模擬的核心流程能有一個大概的初步了解。

本篇文章主要以液壓道路模擬器(4-poster, 四立柱振動臺)為對象進(jìn)行介紹，內(nèi)容主要是道路模擬的核心過程，沒有完整的試驗流程，也不會特別的深入。對該方面內(nèi)容特別熟悉的同學(xué)可以略過。

關(guān)于頻響&傳函/迭代/非線性/耦合

首先我們來介紹幾個“行話”。

關(guān)于頻響和傳函。我在文章《傳遞函數(shù)和頻響函數(shù)的關(guān)系》中已有比較詳細(xì)的介紹，大家可以移步看一下。嚴(yán)格地說，我們在道路模擬器用到的是頻率響應(yīng)函數(shù)FRF(Frequency Response Function)。但是一，把蘋果說成是水果也是可以的；二，地上本沒有路，走的人多了，也便成了路。所以這里稱為頻響或者傳函都是可以的，無傷大雅，但個人推薦還是稱為頻響函數(shù)。

關(guān)于迭代。迭代就是一個重復(fù)過程的行為，每次迭代的結(jié)果就是下一次迭代的起始點。我舉個for循環(huán)的例子大家應(yīng)該就很明白了。其實想得簡單點就是這樣，沒什么神秘。

for i from 1 to 3

{ a= a+i;}

關(guān)于非線性。廣義上看，線性系統(tǒng)是指其解滿足線性疊加原理的系統(tǒng)；反之則是非線性系統(tǒng)。舉個簡單例子，Y=2X就是線性的，而Y=X²就是非線性的。對于線性系統(tǒng)，我們有經(jīng)典成熟的理論可以運用。所以即使是非線性系統(tǒng)，我們也總是追求利用線性方法近似求解，因為工程上總是追求越簡單越好。

關(guān)于耦合。不同的領(lǐng)域有不同的定義，在我們這里，是指兩者之間的相互獨立性，可不可以通過相互作用傳輸能量。比如左前輪的輸入除了作用于左前輪輸出，是否還影響右后輪的輸出？如果影響，說明有能量傳輸，兩者之間存在耦合。實際上，我們知道這種耦合肯定是存在的，只是強(qiáng)耦合還是弱耦合的區(qū)別。做懸置的同學(xué)應(yīng)該對這個概念非常熟悉。

道路模擬器簡介

道路模擬器就是通過液壓控制系統(tǒng)來精確地模擬重現(xiàn)車輛在道路操作時的力和運動。道路模擬器試驗不受場地，天氣以及人員等影響，而且配以環(huán)境倉還可以模擬各種試驗場景。在下線質(zhì)量檢查，NVH，疲勞耐久等方面都有廣泛應(yīng)用。

圖1 道路模擬器

道路模擬器是一個較復(fù)雜系統(tǒng)，包含了非常多的子系統(tǒng)，如控制器（D/A轉(zhuǎn)換，PID控制），電液伺服閥，各類傳感器等等。整體上，該系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)。特別的，如圖1所示，如果我們將汽車輪胎，懸架等考慮在內(nèi)，這種非線性會體現(xiàn)地更為明顯。但是，經(jīng)過試驗和經(jīng)驗積累發(fā)現(xiàn)，實際上用線性系統(tǒng)的方法，再加上一些特別的工具，我們大部分情況下能夠最終把誤差控制在可以接受的范圍內(nèi)。所以，我們對道路模擬器的系統(tǒng)分析使用的是線性系統(tǒng)的理論。

道路模擬的基本思路

道路模擬器是一個多輸入多輸出系統(tǒng)，如圖2所示。這個系統(tǒng)的輸入輸出是什么呢？輸入就是作動缸的動作（時域表現(xiàn)為不同的位移曲線），輸出就是我們路試得到的載荷譜，比如軸頭振動加速度，懸架位移及危險點應(yīng)變等。

圖2 輸入，系統(tǒng)及輸出

現(xiàn)在，目標(biāo)輸出是已知的（經(jīng)過采集，編輯處理過的載荷譜），目標(biāo)輸入和系統(tǒng)特性是未知的。我們需要給系統(tǒng)目標(biāo)輸入，然后得到我們想要的目標(biāo)輸出。但現(xiàn)在一個因子已知，兩個因子未知，這是不可能求解的，所以我們需要先求出系統(tǒng)特征，然后求得目標(biāo)輸入。

有什么方法求得系統(tǒng)特征呢？前面提到了，我們使用的是線性系統(tǒng)的方法。其中我們用得最多最熟悉的是頻響函數(shù)FRF，我在另一篇文章《聊聊加速度值和牛頓第二定律》中介紹到了這個概念，感興趣的可以移步看下。該FRF和模態(tài)試驗中的FRF本質(zhì)上沒有什么區(qū)別，只不過模態(tài)試驗輸入的是力錘或激振器的力，而道路模擬器的輸入是作動缸的位移；模態(tài)試驗輸出的是所布置測點的振動加速度，而道路模擬器輸出的是載荷譜所在測點的振動加速度，位移或者應(yīng)變等。

在道路模擬器中，求頻響函數(shù)一般有兩種方法，單通道激勵和多通道激勵。這兩種方法各有優(yōu)劣，我們不細(xì)討論。值得注意的是，我們前面講到的耦合。以軸頭振動加速度為例，從求得的頻響函數(shù)中可以看到，左前輪輸入和右后輪輸出是有弱耦合的。這種耦合用數(shù)學(xué)語言處理就是頻響矩陣H。

圖3 求解過程簡略說明

現(xiàn)在系統(tǒng)特性有了，目標(biāo)輸出有了，就可以估計目標(biāo)輸入了。我們求解出H^-1，和目標(biāo)輸出一起估算目標(biāo)輸入。

這里需要注意兩點。一是我們每次通過估計輸入得到輸出的步調(diào)不能太大，因為系統(tǒng)是非線性的。邁的步子太大，容易導(dǎo)致迭代不穩(wěn)定。每次迭代的系數(shù)（小于1）有經(jīng)驗值，也可通過自己的經(jīng)驗積累設(shè)置；二是我們的目標(biāo)輸入是通過反卷積運算得到的，這里又是另一個話題，不展開講。

到這里，我們告一段落，可以用一個很簡單的算術(shù)題來說明本文所想闡述的核心過程。1*H=2，通過求解H我們得到系統(tǒng)特性；通過 目標(biāo)輸出/H 得到我們想要的目標(biāo)輸入。

小結(jié)

道路模擬的整個核心流程從宏觀上并不難理解，當(dāng)然如果再深入細(xì)節(jié)那就是另一番天地了。而且道路模擬器試驗所需注意的細(xì)節(jié)非常多，本文無法全部包括。但我希望所有的特別是剛?cè)胄械脑囼灩こ處?，在工作的過程中不但能有魚之悅，而且能有漁之樂。