1 前言
现代车辆电子信息技术的三大基础包括：信息采集（传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术），传感器属于现代车辆电子信息技术的前沿产品。
轮胎的故障是诱发和导致交通事故的主要原因之一，对轮胎、车辆和路面的状态进行准确可靠和容错的连续监控，是传统传感器难于精确完成的一项复杂的工作，可采用基于计算机技术的虚拟传感器测定路面与轮胎间的摩擦、路面条件、轮胎压力和轮胎转动平衡状态等参数。虚拟传感器是基于传感器硬件和计算机平台、并通过软件开发而成的，并可利用软件完成传感器的标定及校准，实现车辆最佳性能指标的控制。传感器通过数据采集器接至计卜算机，由计算机完成传感器的检查、传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。
2 虚拟传感器组成
车辆轮胎虚拟传感器的硬件部分主要包括计算机系统、优良性能的轮速传感器、轮压传感器、以及连接件和仪表。虚拟传感器还必须包括其软件程序包，即数据处理程序、补偿程序和测试处理程序等。
虚拟传感是一种信号处理技术，用于估计系统中不能放置物理传感器的位置处的响应。研究车辆轮胎虚拟传感器可进一步研究路面和轮胎之间的摩擦、轮胎膨胀压力与车轮的不平衡等影响轮胎参数的因素，多传感器融合系统将来自于各个传感器的资料结合起来，描述被观测系统，以取得较使用单个传感器更为准确、更为具体的结论。
利用计算机技术，虚拟传感器可以仅仅采用普通的传感器，即车轮转速传感器、车轮转矩传感器以及车辆的CAN总线传输信息，再根据一定的计算机算法，完成对车辆轮胎摩擦模型的计算，从而获得有关轮压的有效信息。其测量的输入与输出如图1所示。研究开始主要是估计路面摩擦系数，然后估计车轮压力。
3 路面附着特性
车辆轮胎的模型之一是依据地面机器系统力学理论，由该理论可知：不同的地面条件产生的附着系数是有差异的。车辆驱动力、附着系数与车辆轮胎滑转率的关系如图2。从图中可以看出：在附着系数一定，轮胎滑转率s=0时，驱动力与车辆重量的比值Fφ/G最大，滑转率s从。开始增加时，附着系数φ随之增加，当车辆轮胎滑转率s=0.10～0.20时，附着系数达到最大φmax，如果滑转率继续增加，附着系数开始下降。当轮胎滑转率s达到100%时，轮胎发生完全滑转。
滑转率通常定义为车轮的相对速度与切向速度的比。其表达式为公式（1）。附着系数为φ＝Fφ/G。在滑转率十分小的情况下，车轮滑转率与附着系数满足线性方程φ=ks，其与轮胎的特性有关，也与路面的摩擦有关。
基于上述理论，利用了状态矢量描述车辆滑移状态，式中为纵向刚度，为前、后车轮半径的差。
模型表明精确的车轮滑移率是驱动力的一次函数μ加上一个均值白噪声，均值白噪声主要是由于前后车轮半径的不同所造成的。
转速传感器测出各个轮胎上工作转速ω，并从CAN总线上获得发动机传送至各个轮胎上的转矩M，通过计算机对模型求解，可初步获得各个轮胎的滑转率和附着系数。
4 虚拟传感器测量车辆轮胎压力的算法
目前，国外对胎压检测的虚拟传感器算法进行了大量研究与开发工程，其中申请的专利有40多个，大多利用了标准车轮转速传感器，主要的方法有：
4.1 振动分析算法
利用轮胎橡胶在受到路面冲击时的弹性特性，对车轮转速的频谱进行抽样分析，并去除车辆其它部分引起振动时所导致的扰动。振动分析可通过快速傅里叶变换FFT的检测方法完成。
该方法基本的思路是将轮胎看作一个“弹簧一阻尼”系统。根据轮胎模型和充气压力，最理想的振动频率一般在40-50Hz之间，但也有其他较高或较低的频率。通过对不同轮胎的振动进行研究和筛选，监控其振动的频率，从而得出正常频率的值，同时检测出非正常值。
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