車輛研究測試中心 車電系統發展處 底盤與系統驗證技術專案 徐錦衍

隨著科技的進步，車輛所搭載的智慧化先進安全車電系統愈來愈多，其中包含主、被動式的車輛安全輔助系統，如車輛動態穩定系統(Electric Stability Control, ESC)、轉向頭燈(Active Front Light Steering, AFS)，以及增進駕駛樂趣的智慧化系統，如自動停車(Automotive Parking System, APS)與電動輔助轉向系統(Electric Power Steering, EPS)，愈來愈多的系統在運作的過程中皆需要方向盤或是轉向輪的資訊，才能夠確保系統功能運作正常(如圖1)。而要如何得知方向盤或轉向輪的角度資訊呢?則是透過方向盤轉角感測器來進行偵測。

圖1 轉角感測器之應用

方向盤轉角感測器被歸類於位置感測器，但因其是應用在方向盤轉向角度之感測，而方向盤之操作往往可大於三圈(-540°~540°)，因此其絕對角度的感測範圍須大於方向盤可操作的範圍。除了絕對角度感測範圍外，方向盤轉角感測器在選用時亦需考量的因素包含了抗干擾、多元性、精確性、製造成本、安裝空間以及耐久性。現市面上的方向轉角感測器大致可分為三種感測原理，分別為感應式、電位計式以及光學式，其中感應式與光學式之感測方式皆屬於非接觸式，而電位計式則屬於接觸式，其差異在於長期使用後之磨損問題；在感測精確度方面，感應式之精確度最佳，光學式則受限於光柵數量的問題，其精度較差；另在成本方面，電位計式因製造技術成熟，故具有價格低廉的優勢。

為考量多元性的應用，其精確度與可靠度則為發展轉角感測器的主要訴求，透過表1可得知感應式具有這些方面的優勢，而感應式轉角感測器又可分為兩類，分別為霍爾感應式以及電壓感應式。霍爾感應式是利用霍爾感測元件感測磁鐵之磁場變化，並輸出相對應的電壓值，因此磁鐵的強弱控制以及充磁的技術差異會影響到精確度的變化，而電壓感應式則是採用線圈設計，並加以通電以產生電磁場，並藉由定子與轉子之間的磁阻變化來改變感應端磁通量的大小，進而影響感應端線圈輸出的電壓值，而此電壓值之變化可轉化成轉角的資訊。此兩種感應原理所實現的轉角感測器各有優缺點，以霍爾感應式來說，其優點在於架構較為簡單，但磁鐵的應用與霍爾感測器元件之特性皆會影響精確度，且核心技術大多已掌握在國際大廠之間，另電壓感應式所具備的優點在於電磁場較容易控制，且擁有更高的精確度，加上核心技術尚未完全掌握在任何廠商之間，因此具備高度開發的價值。

車輛研究測試中心投入車電系統發展多年，有鑒於關鍵零組件之技術長期掌握於國外車電大廠，為協助國內廠商掌握關鍵零組件，已建立電壓感應式之轉角感測器的開發技術與相關專利佈局，利用兩組電磁感應模組搭配齒比機構以及解析電路單元來實現多圈絕對角度感測，並榮獲2012台北國際發明展銀牌的肯定，未來可協助國內廠商快速建立轉角感測器之開發技術能量，提升國內車電產業之競爭力。
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