随着汽车工业的快速发展,电子设备和电控系统在汽车上的装配数量逐步增加。电动助力转向系统(EPS)具有节能环保、结构紧凑以及控制灵活等优点,因而在乘用车上得到广泛的应用。转向传感器是EPS的重要组成部分,为EPS提供驾驶员的转向手力矩和转向盘角度信号。车身电子稳定系统(ESP)等电子控制系统需要EPS共享转向盘角度信号,作为识别驾驶意图的依据。本文的研究目标是设计一款结构简单、价格低廉、精度适中、稳定性高的转矩转角一体化传感器。首先,本文通过介绍国内外几种较为成熟的转向传感器设计方案,研究了转矩和转角测量过程中信号的转换方法,论述了转向传感器的发展趋势,明确了总体的设计目标。结合对转角和转矩测量误差需求的分析结果,提出了基于多极磁环的转矩测量方案和基于游标法的转角测量方案,并给出了一体化传感器的整体结构图。其次,对多极磁环的磁场分布进行有限元分析,阐释了磁环外围的磁场角度与转向轴转矩之间的关系,设计了以磁场角度传感器KMA220为核心的转矩测量方案的硬件结构,并依据扭杆变形和KMA220输出信号之间的输入输出关系,设计了对应的信号转换和校正方法。传感器的转角测量方案包含由三个外啮合的齿轮构成的传动结构,本文结合转角方案中齿轮组的传动关系,阐述了游标法测量转角的基本运算原理,并设计了基于磁场角度传感器KMZ60的小齿轮转角测量方案。针对KMZ60传感器电桥的输入输出特性,制定了针对KMZ60输出信号的补偿方法,经过补偿的信号经过CORDIC算法进行反正切运算,从而计算出两个小齿轮的转角,结合游标算法,最终推算出转向盘转角信号。最后,本文使用自行设计的转向传感器测试平台作为测试工具,制定转矩和转角方案对应的测试流程,对自行设计的一体化传感器进行静态性能测试。实验结果表明,本文设计的一体化转向传感器性能稳定,有较高的精度,能够基本EPS系统的性能需求。