第五节　转向盘转角传感器

汽车转向盘转角传感器用于测量汽车转向时转向盘的旋转角度，主要应用于车道保持辅助系统、自适应前照明系统、自动泊车系统等。

一、转向盘转角传感器的分类

转向盘转角传感器根据工作原理可以分为霍尔式转角传感器、磁阻式转角传感器、光电式转角传感器和电阻分压式转角传感器等；根据原始信号编/解码方式的不同，转向盘转角传感器可以分为绝对值转角传感器和相对值转角传感器。目前又出现了一些新型转角传感器，如GMR（巨磁阻）转角传感器、AMR（各向异性磁阻）转角传感器，应用较为广泛。

1.绝对值转角传感器

绝对值转角传感器输出转向盘的绝对转动角度，能够直接为控制系统的ECU所使用。但是，这种传感器对于安装空间有一定要求。同时，这种传感器的成本高，信号处理电路也比较复杂，限制了绝对值转角传感器的应用。

传统的绝对值转角传感器基于电阻分压原理，通常使用导电塑料作为电阻器来分压。在电阻器的两端施加一直流电压，一个滑动接触点随着转向盘的转动在电阻器两端内运动，转向盘转动到2个端点位置时，滑动接触点刚好运动到电阻器两端。测量接触点和电阻器一端的电压即可求得转向盘的绝对转角位置。

由于电阻分压式绝对值转角传感器是接触式传感器，在滑动触点和电阻器的相互运动过程中，两者会产生磨损，这影响了传感器的使用寿命，因此，材料的合理选择、润滑的合理使用都是这种传感器设计过程中必须认真考虑的问题。

2.相对值转角传感器

相对值转角传感器包括光电感应式转角传感器和电磁感应式转角传感器。

（1）光电感应式转角传感器　光电感应式转角传感器包括至少2个光敏元件、1个透光胶片以及对应的信号处理电路。透光胶片指的是在不透光的基片（通常做成圆环形）上均匀分布着一些透光矩形孔的胶片。透光胶片一般固定在转向管柱上，可以随着转向盘的转动而转动。在透光胶片的转动过程中，光线通过矩形孔入射在透光胶片后面固定的光敏元件表面。光敏元件表面的光强可以通过转换电路转换成不同幅值的输出电压。由于矩形孔均匀分布，因此，输出的电压呈现方波形状。通过合理的设计，让2个光敏元件输出的两路电压存在一定相位差（通常为90°），通过比较两路信号的相位关系就可以判断转向盘的转动方向。

转向盘转动一周，输出的方波信号数就是矩形孔的个数，因此，每个方波周期对应的转向盘转角可以求出。在2个时刻之间，知道了转向盘的转动方向以及方波的个数，就可以知道2个时刻之间转向盘转动的相对角度。

因此，这种传感器被称为相对值转角传感器。通过一定的算法判断出转向盘的中间位置，再由相对值转角传感器求出相对于中间位置转动的角度，就可以求出转向盘的绝对转动角度。

（2）电磁感应式转角传感器　电磁感应式转角传感器利用永磁体和电子线路来产生方波信号，使用的原理包括霍尔效应、磁阻效应以及可变磁阻效应。这种传感器需要各种电子线路将传感器原始信号转换为适合应用的信号形式。由于这种传感器内部有比较多的电子部件，因此，它们对于温度比较敏感，最高工作温度一般不超过125℃，同时，由于永磁体的存在，外部磁场可能对于这种传感器造成影响。

二、AMR转向盘转角传感器

AMR（各向异性磁阻）传感器基于各向异性磁电阻效应。磁性薄膜在平行于膜面的外磁场作用下，到达饱和磁化时，薄膜的电阻将随外磁场方向和电流方向变化而变化，这种效应就是各向异性磁电阻效应。AMR传感器是用于测量角度和转速的非接触式传感器，它应用氧化硅晶体作为载体，传感器元件的电阻随着外加磁场方向的变化而改动，应用测量所得的电阻变化可以求得角度变化或依据电阻变化规律可以求得角速度。这种传感器的量程一般为180°，经过特殊设计，这种传感器的量程可以满足转向盘转角测量的要求。德国博世公司的转向盘转角传感器LWS3系列就是AMR传感器。

LWS3型磁阻式转向盘转角传感器的结构如图2-13所示。

2个小齿轮由转向轴上的一个大齿轮驱动，这2个小齿轮之间差1个齿，通过测量2个小齿轮的角度就可以得到转向盘的角度信号。按一定的计算流程，在微处理器中计算出转向盘转角，供控制系统使用。

巨磁阻（GMR）传感器应用的是磁性多层膜的巨磁阻效应，由一系列薄层（磁性多层膜）叠加而成，这些层只有纳米级厚度，它对最微弱的磁场也会有反应。这意味着这种传感器可以远离被测量物体。这种传感器可以被用来测量达到360°的转角，经过特殊设计，这种传感器的量程可以满足转向盘转角测量的要求。博世公司的转向盘转角传感器LWS5系列就是GMR传感器。