第六节 方向盘转角传感器
一、方向盘转角传感器的作用和安装位置
1.作用
方向盘转角传感器主要用于车辆稳定控制系统、电子助力转向系统和电子悬挂系统中，用于检测转向盘的中间位置、转动方向、转动角度和转动速度等转向信息，从而使相关控制单元实施不同的控制策略。
2.安装位置
早期的方向盘转角传感器主要安装在转向轴管上来检测转向轴的旋转角度，现今的方向盘转角传感器，一般与时钟弹簧集成安装。
二、光电式方向盘转角传感器
1.结构
光电式方向盘转角传感器的角度的测量是通过光栅原理来实现的。它由光源、编码盘、光学传感器和计数器组成，结构如图2-81所示。编码盘由两个环构成，一个是绝对环，一个是增量环。每个环由两个传感器进行扫描。
图2-81 光电式方向盘转角传感器结构
2.工作原理
当光源被遮住，传感器输出电压为“0”，如图2-82（a）所示；当光透过缝隙照到传感器上，传感器输出电压为“1”，如图2-82（b）所示。
图2-82 传感器信号输出
如果移动蔽光框，就会产生两个不同的电压，如图2-83所示。增量传感器传送一个均匀的信号，这是因为间隙是均匀分布的；绝对传感器传送一个不均匀信号，这是因为间隙是不均匀分布的。系统通过对比这两个信号，就可计算出蔽光框移动的距离，于是就确定了绝对部件运动的起始点。
图2-83 光电式方向盘转角传感器工作原理
三、滑动电阻式方向盘转角传感器
滑动电阻式方向盘转角传感器与线性节气门位置传感器工作原理相同，在电阻器的两端供给5V直流电压，一个滑动接触点随着方向盘的转动在电阻器两端内运动，方向盘转动到两个端点位置时，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方向盘的绝对转角位置。
还有的方向盘转角传感器采用双滑动电阻的两路输出电压信号，传感器由两个相差90°精密电位滑环组成，除了用于判断方向盘的旋转方向外，这两路输出电压信号还可相互补充，实现出错诊断。
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，二者会产生磨损，影响了传感器的使用寿命。
滑动电阻式方向盘转角传感器的检测方法可以参考节气门位置传感器的检测方法。
四、磁感应式方向盘转角传感器
磁感应式方向盘转角传感器由齿盘、永久磁铁、两个感应线圈及信号处理电路等组成，如图2-84所示。
图2-84 磁感应式方向盘转角传感器的原理
当齿盘随转向轴转动时，感应线圈就会产生交变的感应电动势，经信号处理电路放大、整流及整形后输出。控制器根据传感器输入的信号脉冲个数就可确定方向盘的转角，设置两个感应线圈的目的同样是为了控制器判断左右转向的需要。
磁感应式方向盘转角传感器可以用测量电阻的方法来检测。
五、霍尔式方向盘转角传感器
东风标致307使用了霍尔式方向盘转角传感器，霍尔式方向盘转角传感器是利用遮蔽转盘旋转时遮蔽或通过磁场，使霍尔元件产生或不产生霍尔电压的办法来计量转向角度的大小，其原理与使用遮蔽板的霍尔式曲轴位置传感器相似，其结构如图2-85所示。方向盘转角传感器插接器有四个端子：一个为12V供电端子，一个为搭铁端子，另两个端子分别是方向盘转动信号S1和S2的信号端子。
图2-85 霍尔式方向盘转角传感器的结构
方向盘角度信息以两个方波信号（图2-86）传给助力转向GEP控制单元，GEP控制单元通过这两个信号确定方向盘转动的速度和方向。两个霍尔式传感器从相位上错开90°±30°，能够确定方向盘的旋转方向，转向时，控制器可根据S1信号和S2信号的相对位置确定旋转方向，其检测方法也可参照光电式方向盘转角传感器来进行。
图2-86 输出脉冲信号图
六、各向异性磁阻式方向盘转角传感器
磁性薄膜在平行于膜面的外磁场作用下达到饱和磁化时，薄膜的电阻率将随外磁场方向和电流方向的变化而变化，这种效应就是各向异性磁阻（Anisotropic Magneto Resistance，AMR）效应。
1.结构
别克荣御ESP系统中使用了各向异性磁阻式方向盘转角传感器，方向盘转角传感器位于方向盘下面，其内部结构如图2-87所示。
图2-87 方向盘转角传感器的构造
2.工作原理
当驾驶员转动方向盘时，由键与方向盘连接的齿轮带动两个中心部分的磁铁的测敏齿轮转动。磁铁上方AMR传感器的电阻随着测量齿轮的转动而改变，电阻的变化反映了测量齿轮的位置，进而反映了方向盘角度的变化，即能产生一个可表示±760°方向盘旋转角度的输出信号。传感器的模拟输出信号通过一个A/D转换器输入到微处理器中，结合两个测量齿轮转动后的位置可以求出总的转动角度。由于两个测量齿轮的齿数不同，它们的转动速度也不同，故产生不同相位的两个转角信号，电子控制单元利用这个信息计算出驾驶员所要求的方向。
这种传感器的一个特点是在发动机点火时刻就可以立即得到方向盘绝对转角位置，无需利用算法推断。传感器信号通过CAN总线输出。传感器框图如图2-88所示。
图2-88 各向异性磁阻式方向盘转角传感器框图
3.连接电路
别克荣御方向盘转角传感器的线路连接和各端子功用见图2-89。
图2-89 方向盘转角传感器的线路连接和各端子功用
4.检测
根据图2-89，可以进行如下检测。
（1）检测供电电压
关闭点火开关，脱开传感器插头，再将点火开关置于“ON”，使用万用表测量5与6端电压，应该为12V，否则应检查线路。
（2）解码器读取故障码
由于传感器信号通过CAN总线输出，因此通过解码器的自诊断检测是比较准确和快捷的方法。方向盘转角传感器出现故障，则会显示故障代码C0460。
（3）校准方向盘转角传感器
电子控制单元监测并判断方向盘转角传感器的输出信号，当车辆沿直线行驶了15min或以上时，电子控制单元将该行驶方向设定为正前方向。可使用Tech2进行方向盘转角传感器校准，初始化传感器的具体操作步骤如下。
①将方向盘置于车辆笔直向前的正中位置。
②将Tech2连接到车辆上，并执行“Tech2方向盘转角传感器校准程序”即可。