虚拟传感器在车辆轮胎压力测试中的研究初探

　　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。