转向角传感器（英文名Steering Angle Sensor，简称SAS），也称方向盘转角传感器或车轮转向角度传感器，是用于测量方向盘转动角度和转动方向的一种装置。转向角传感器具有应用广泛性、工作原理多样性、结构复杂性、高精准度、数据可传输性、可提升安全性等主要特点。它不仅被广泛应用于传统的转向系统中，还成为高级驾驶员辅助系统(ADAS)和自动驾驶汽车中的关键传感器之一。

20世纪中叶至后期，一些简单的类似转向角传感器的装置开始出现。20世纪后期至21世纪初，光电式转向角传感器开始得到应用，由光电耦合元件(发光二极管和光敏晶体管)、开孔槽板等组成。电磁式转向角传感器也在发展，利用磁场变化原理来检测转向轴的转动角度和方向等，并在精度和可靠性方面逐步提升。它们被应用到汽车的一些电子控制系统如早期的车身稳定系统等之中。在现代汽车中，转向角传感器已经成为车辆操控和安全系统不可或缺的一部分。

转向角传感器主体部分（传感器头、传感器主体等）、连接器、信号处理电路、连接线路等部分组成，通过测量转向轴的旋转角度和速度，将其转化为电信号，从而为车辆的电子控制系统提供准确的转向信息。转向角传感器按工作原理可分为光电式转向角传感器、磁阻式转向角传感器、霍尔式转向角传感器；未来正朝着智能化、精密化、多功能集成化等方面发展。

20世纪中叶前，车辆转向系统主要是纯机械结构，对于转向角度和方向的感知基本依靠驾驶员自身的操控感觉和机械反馈等较为原始的方式。

20世纪中叶至后期，一些简单的类似转向角传感器的装置开始出现，但功能相对单一且精度有限。机械接触式的一些角度测量装置被尝试应用在转向系统中以监测转向的一些基本情况，比如利用一些机械连杆配合电位器等结构来粗略感知角度变化。

20世纪后期至21世纪初，光电式转向角传感器开始得到应用，由光电耦合元件(发光二极管和光敏晶体管)、开孔槽板等组成。开孔槽板随着方向盘转动，光电耦合元件根据穿过开孔槽板的光线动作输出数字脉冲信号，以此来检测转向角度、转动方向和转速等。电磁式转向角传感器也在发展，利用磁场变化原理来检测转向轴的转动角度和方向等，并在精度和可靠性方面逐步提升。它们被应用到汽车的一些电子控制系统如早期的车身稳定系统等之中。

如今，传感器技术与集成电路技术、微处理器技术深度融合，转向角传感器在精度、响应速度、可靠性、小型化、智能化等方面都有了极大进步。汽车工业的快速发展和自动驾驶技术也不断突破，转向角传感器的应用范围也得到了极大的拓展。在现代汽车中，转向角传感器已经成为车辆操控和安全系统不可或缺的一部分。非接触式转向角传感器技术不断发展成熟，例如基于霍尔效应的转向角传感器等，它们减少了机械磨损，提高了使用寿命和稳定性。在汽车的自动驾驶、高级辅助驾驶等先进技术发展推动下，转向角传感器成为重要的感知单元，不仅要提供精确的角度信息，还要满足复杂的汽车电子系统的通信和数据交互要求，如通过CAN总线等将数据实时传输给汽车的各类控制单元。

转向角传感器安装在方向盘的转向柱或相关部件上，当方向盘转动时，传感器内部的检测元件会立即捕捉到这一动作产生的机械变化，从而起到检测转动信号的作用。检测到的机械变化会被转换成电信号，一般通过电位计、霍尔效应传感器或光学编码器等元件来实现。转换后的电信号会经过内部的处理电路进行放大、滤波和数字化等处理，以去除噪声和干扰，并将其转化为可供车辆控制系统使用的数字信号。处理后的信号会通过车辆的通信总线（如CAN总线）传输到车辆的电子控制单元（ECU）。最后在控制单元计算与应用，ECU接收到转向角传感器的信号后，会结合其他车辆传感器的数据（如车速、轮速等）进行计算和分析，从而实现对车辆的转向控制、稳定控制和其他相关功能的精确调节。

转向角传感器主要由主体部分（传感器头、传感器主体等）、连接器、信号处理电路、连接线路等部分组成，这些部分共同协作，实现对方向盘转动角度的精确检测与转换。

传感器头是转向角传感器最前端的感知元件，作用是负责直接感知方向盘的转动角度变化。传感器头包括光电耦合元件、磁感应元件等子结构，通常采用非磁性或低磁性材料制成，以确保对磁场变化的敏感度。

传感器主体是整个传感器的核心部分作用是整个传感器的核心部分，负责检测和测量转向角的变化。传感器主体包含感应元件、信号处理电路等子结构，通常采用耐用的塑料和金属合金材料。

信号处理电路是用于将测量元件产生的原始信号进行放大、滤波和整形等处理，使其成为清晰、准确且可用的电信号。微处理器或控制单元是负责对处理后的信号进行计算和分析，得出精确的转向角度和方向信息。

接口电路包括通信接口，如 CAN 总线接口等，以便将转向角数据传输给车辆的电子控制单元（ECU）或其他相关系统。

机械结构组件用于将传感器与转向轴或转向机构进行连接和固定，确保测量的准确性和稳定性。外壳和防护部件用于保护内部元件免受外界环境的影响，如灰尘、水分、振动等。

光电式转向角传感器的工作原理基于光电效应，是通过光敏元件接收到的光强变化来判断方向盘的转动角度。光电式转向角传感器主要由发光二极管、光敏元件、开孔槽板和信号处理电路组成，具有高精度、高灵敏度、抗干扰能力强等特点，适用于空气动力汽车稳定性控制系统、自适应前照灯系统（AFS）、电子稳定系统（ESP）等应用场景。

磁阻式转向角传感器的工作原理是基于磁阻效应，是通过测量磁阻元件的电阻变化来判断方向盘的转动角度。磁阻式转向角传感器主要由发光二极管、光敏元件、开孔槽板和信号处理电路组成，具有非接触式测量、宽量程、对温度敏感等特点，适用于需要大角度测量范围的汽车转向系统等应用场景。

霍尔式转向角传感器的工作原理是基于霍尔效应，是通过测量霍尔元件在磁场中的输出电压来判断方向盘的转动角度。霍尔式转向角传感器主要由霍尔元件、磁场发生器和信号处理电路组成，具有高精度、稳定性好、对温度敏感等特点，适用于汽车电子控制系统，如电动助力转向系统（EPS）等应用场景。

模拟式转向角传感器输出的是模拟信号(如电压或电流)，其信号大小与方向盘的转动角度成比例关系来判断方向盘的转动角度。模拟式转向角传感器具有信号连续变化、精度受电路影响等特点，适用于对信号精度要求不是特别高的应用场景。

数字式转向角传感器输出的是数字信号(如脉冲或编码)，通过计数脉冲数或解码编码来判断方向盘的转动角度。数字式转向角传感器具有信号抗干扰能力强、精度高等特点，适用于对信号精度和稳定性要求较高的应用场景。

接触式转向角传感器通过物理接触的方式测量转向角度，它的结构包括电刷、电阻等，具有成本较低的特点，但在长时间使用后可能因磨损而影响精度，通常适用于成本敏感的应用场景。

非接触式转向角传感器不直接与转向轴接触，是通过磁场或光线的变化来测量转向角度，它的结构包括磁极转子、霍尔效应传感器、光电耦合元件等，具有使用寿命长的特点，适用于对精度和可靠性要求较高的应用场景。

光电耦合技术是利用发光二极管（LED）和光敏晶体管组成的光电耦合元件来检测方向盘转动的角度。当方向盘转动时，固定在转向柱上的开孔槽板也会随之转动，改变光敏晶体管接收到的光线强度，从而产生脉冲信号。

磁阻效应技术涉及巨磁电阻（GMR），利用材料的巨磁电阻效应来测量磁场变化，进而计算出转向角度。以及各向异性磁电阻（AMR），利用材料的磁电阻特性，但相较于GMR具有较低的成本和较高的温度稳定性。

霍尔效应技术是通过检测磁场的变化来测量角度。当磁场穿过霍尔元件时，会产生一个与磁场强度成正比的电压，从而可以计算出角度变化。

基于CAN总线的通信：现代汽车转向角传感器通常通过控制器局域网络（CAN）与车辆的其他电子系统进行通信。

信号调理电路：为了确保信号的准确性，通常需要设计专门的信号调理电路，比如滤波和放大电路，以去除噪声并增强信号质量。

齿轮机构，通过齿轮机构来转换方向盘的转动为可测量的物理量，如线性位移或角度变化。

复位机制，为了确保传感器在车辆启动时能够准确地校准到零位，通常会设计有复位机制。

数据采集与处理，设计用于收集转向角传感器数据的系统，通常包含微处理器（如ARM）和软件工具（如MATLAB）来进行数据处理和分析。

可靠性和耐用性，传感器必须能够在广泛的温度范围内稳定工作，并且要能够抵抗振动、冲击和其他恶劣条件的影响。考虑到车辆的使用周期，传感器的设计需要确保其具有较长的使用寿命。

与其他系统的集成，转向角传感器需要与其他汽车电子系统（如ESP、EPS等）无缝集成，以确保所有相关功能的正常运行。标准接口，传感器需要支持行业标准接口，以便于与其他设备的连接和通信。

一个合格的转向角传感器在生产中需要经过在性能上的严格检验，包括测量精度、响应时间、测量范围、分辨率、响应时间、重复性、工作温度范围、抗干扰能力、线性度、可靠性和耐久性、防护等级、通信协议和接口等多方面的检验。

1、测量精度是指衡量传感器测量转向角度的准确程度。高精度能够确保车辆控制系统获得更精确的转向信息，从而实现更精准的控制。参数范围，一般精度：±1°，高精度传感器：可达±0.5°或更低。重要性在于高精度的转向角传感器能够提供更准确的转向角度信息，有助于提升车辆的操控性和安全性。

2、响应时间是指传感器从检测到转向动作到输出相应信号的时间间隔。较短的响应时间能够使车辆控制系统更及时地做出反应。参数范围，一般响应速度：10~50ms。快速响应传感器：可达1~10ms。重要性在于较快的响应时间能够确保传感器实时反馈方向盘的转动状态，为车辆的转向控制提供及时的信号支持。

3、测量范围是指转向角传感器能够检测到的方向盘转动角度的最大值。它决定了传感器适用的车辆类型和转向系统类型。参数范围，一般测量范围：0°~360°。部分传感器可测量更大角度范围，如多圈绝对角度输出方式的传感器，测量范围可达±720°或更大。重要性在于较大的测量范围能够满足不同车辆和转向系统的需求，确保传感器在各种工况下都能正常工作。

4、分辨率是指传感器能够检测到的最小角度变化。高分辨率有助于更细腻地捕捉转向动作的细微变化。重复性是指在相同条件下多次测量时，传感器输出结果的一致性。良好的重复性确保了测量结果的可靠性。

5、工作温度范围是指能够正常工作的环境温度区间。由于汽车可能在各种极端温度条件下运行，因此宽的工作温度范围是重要的。

6、抗干扰能力是指包括电磁干扰、振动干扰等等因素，在复杂的汽车电气环境和行驶工况下，传感器应能稳定工作，不受外界干扰影响。

7、线性度是指传感器输出与输入之间的线性关系程度。理想的线性度能够简化后续的数据处理和控制算法。

8、可靠性和耐久性是指长时间稳定工作的能力，以及能够承受车辆使用过程中的振动、冲击等。一般要求稳定性为±1%FS（满量程误差），高稳定性传感器可达±0.5%FS。

9、抗干扰能力指传感器在复杂环境下正常工作的能力。一般要求抗干扰能力为±5%FS，高抗干扰能力传感器可达±1%FS。

10、可靠性指传感器在长时间工作过程中的可靠程度。一般要求可靠性为100，000小时，高可靠性传感器可达200，000小时。

11、防护等级是指反映传感器对灰尘、水等侵入的防护能力。

12、通信协议和接口是转向角传感器通常通过CAN总线和PCM相连，其输出信号需要进行一定的处理，如滤波、放大、线性化等，以确保输出信号的稳定性和可靠性。这种稳定的数据传输机制，为汽车的智能控制系统提供了坚实的基础，故此应符合车辆电子系统的通信标准，以确保数据的准确和快速传输。

家用车领域：转向角传感器应用在车辆稳定性控制系统(ESP/ESC)，通过实时监测转向角，结合车速、轮速等信息，对车辆的稳定性进行调控，防止侧滑和失控。应用在电动助力转向系统(EPS)，根据转向角的大小和变化速度，提供合适的助力，使转向操作更轻松和精准。应用在自适应巡航控制(ACC)，辅助车辆在保持巡航状态时，根据转向角度变化调整车速和跟车距离。应用在自动泊车系统，精确感知转向角度，实现车辆的准确泊车。应用在车道保持辅助系统(LKA)，判断车辆是否偏离车道，并进行相应的转向调整。

工程车辆领域：例如叉车、装载机等，转向角传感器应用可用于实现精确的转向控制，提高作业效率和安全性。

农业机械领域：在拖拉机、收割机等设备中，有助于精准操控车辆在农田中的行驶和作业。

机器人领域：无论是移动机器人还是工业机器人，转向角传感器能够帮助机器人实现精确的转向动作和路径规划。

船舶领域：用于一些小型船舶或特定类型的船舶操控系统，监测转向角度以保障航行安全和准确性。

转向角传感器的发展正朝着智能化、精密化和多功能集成化的趋势前进，以满足未来汽车行业对高性能、高可靠性和低成本的需求。

美国标准SAE，美国汽车工程师协会制定了一系列与汽车电子相关的标准，包括转向角传感器的性能指标和测试方法。其中，SAE J2633电动助力转向系统(EPS)的转向角传感器性能要求，包括扭矩测量范围、线性度、迟滞等关键性能指标。

日本标准TAS(Torque and Angle Sensor)，电动助力转向系统(EPS)中使用的转向角传感器，包括接触式和非接触式两种类型，以及它们的工作原理和应用场景的相关规范。

QC/T 29097-2014《汽车转向器总成技术要求》，该标准主要针对转向器总成的技术要求，但转向角传感器作为转向系统的一部分，其性能和技术要求在这个标准中也有所提及。

QC/T 29096-2014《汽车转向器总成台架试验方法》，此标准规定了汽车转向器总成的台架试验方法，虽然主要是针对转向器的测试，但是转向角传感器的测试也包含在这些试验方法中。

QC/T 972-2014《汽车电控液压助力转向器总成技术要求及试验方法》，该标准涉及电控液压助力转向器总成的技术要求及试验方法，转向角传感器作为电控系统的一部分，其性能指标和测试方法也包含在此标准之中。

转向角传感器是用于测量方向盘转动角度和转动方向的装置，汽车动力学稳定性控制系统的一个组成部分，提供给汽车动力学稳定性控制系统（ESP）的电子控制单元（ECU）作为控制输入，通过四轮独立地自动加压的制动控制和发动机扭矩控制，以抑制急转向操作或路面状况突变等突发事态时后轮的侧滑（自转现象）、前轮的侧滑（漂移现象），以及牵引车的制动折叠现象的发生，达到确保汽车行驶的稳定性。

转角传感器是实现汽车动力学稳定性控制系统主动制动的关键之一，该系统是汽车主动安全发展史上的一个重要进展，它是继汽车安全带之后，汽车安全技术上的又一次创新。

转向角传感器通常安装在转向柱上，具体位于转向锁开关与方向盘之间。这个位置的选择使得传感器能够准确地检测到方向盘的转动角度、方向和速度。

此外，转向角传感器还可能安装在方向盘下方的方向柱内部，通过CAN总线和PCM（动力控制模块）相连。　　

转向角传感器出现故障时通常会导致多种问题，如：方向盘转动时车辆无反应或反应迟钝、车辆在行驶过程中出现跑偏或不稳定的情况、仪表盘上出现相关的故障灯或警告信息等。

转向角传感器故障常见原因包括：传感器元件上积有灰尘，影响信号传输、供电IC存在接触不良或损坏、传感器内部的CPU存在虚焊情况、数据丢失或系统错误。

针对转向角传感器的故障，可以尝试一些常用的维修方法，清洁传感器，检查并清洁传感器元件上的灰尘，确保信号传输顺畅。

检查供电和连接，检查供电IC和连接线路，确保无接触不良或损坏现象。维修或更换CPU，如发现CPU虚焊，需进行相应的维修或更换。

重新定位或编程，如因数据丢失或系统错误导致故障，需重新进行定位或编程。转向角传感器的损坏可能导致转向助力失效，增加驾驶风险。因此，定期检查转向角传感器的工作状态是非常必要的。一旦发现问题，应立即进行维修或更换，以确保行车安全。