随着能源危机的日益严重,新能源汽车产业及相关技术得到了突飞猛进的发展,与新能源汽车配套的零部件产业同样面临着自主创新、技术升级、节能减排的问题。电动助力转向（Electric power steering,EPS）因其符合低碳化、轻量化、智能化的汽车发展方向,具有操纵稳定性好、易于模块化设计和安装、支持个性化助力模式等优势,现已称为当今应用最为广泛的转向系统。声表面波（Surface acoustic wave,SAW）传感器具有无源无线的工作特点,可以在真空、密闭空间、高低温、强辐射等恶劣环境下稳定工作,在扭矩测量方面具有独到的优势,能够避免传统扭矩测量过程中能源供给与信号传输不便的问题,因此吸引了不少国内外的科研人员开展SAW扭矩测量方面的研究。经过近30年的发展,以单晶体石英作为压电衬底材料的SAW扭矩测量系统取得了长足的进步,在单晶衬底SAW扭矩敏感机理、理论分析模型、传感器结构、回波信号的获取与频率估计等方面涌现出了大量的科研成果。但是受单晶体材料自身特性的限制,现有SAW扭矩传感器在特征频率、机电耦合系数、插入损耗、回波信号降噪等方面想要进一步提高存在明显限制。所以本文通过理论分析、数学建模和实验验证等方法提出了一种汽车EPS用的基于叉指换能器（Interdigital transducer,IDT）/铌酸锂（Li Nb O3）/金刚石（Diamond）/硅（Si）多层状压电薄膜结构的EPS-SAW扭矩传感器,对多层状压电薄膜结构的SAW扭矩传感器测量原理研究过程中的几个关键技术问题进行了深入探讨与分析:（1）多层状压电薄膜结构中SAW传播特性的理论研究。从弹性波的波方程推导开始,逐步建立起SAW在各向同性介质、各向异性介质与压电介质中的波方程。随后以压电介质中的波方程为基础,以多层状压电薄膜结构为特点,以SAW传播特性方程为目标,建立起电极层、压电薄膜层、增速层中质点的波动方程。利用数值计算与仿真分析对理论推导的结构进行验证与研究,研究结果表明增加了Diamond薄膜层的多层状结构对提高SAW器件的波速起到了显著的效果,在其他结构参数完全相同的条件下,有Diamond薄膜层的多层状结构激发出来的基波与一阶波速分别提高了33%和49%。（2）LiNbO3压电薄膜择优取向对器件性能的影响研究。理论研究过程中发现,压电薄膜材料的弹性常数、压电常数与介电常数对计算结果存在较大影响,并且这些参数受到薄膜取向的直接影响。因此,本文利用COMSOL多物理场耦合构建了多层状压电薄膜结构SAW器件模型,利用多参数扫描的功能,建立起薄膜取向同器件中心频率与机电耦合系数的关系,综合优化最终确定多层状压电薄膜结构中Li Nb O3压电薄膜的取向为（0°,0°,90°）。（3）多层状压电薄膜结构SAW器件叉指换能器布局设计的研究。IDT作为SAW激励与接收的核心元件,其结构、位置参数的设计直接决定了SAW器件的性能。因此,本文提出了三种IDT布局结构（平层、错层、跨层）,利用COMSOL仿真软件对三种IDT结构进行了全面的对比分析。结果表明平层布局在整体性能方面更适合应用在EPS系统中,但是另外两种布局结构在进一步减小SAW器件的尺寸方面存在明显优势。（4）多层状压电薄膜结构SAW器件IDT分析模型的优化研究。高频SAW器件在工作中通常伴随着大量的二阶效应,这些二阶效应对器件性能的影响随着器件结构尺寸的减小,中心频率的提高更加明显。传统模态耦合模型（Coupling-of-model,COM）在分析高频SAW器件时存在着误差大、精度低的问题。因此,本文以传统COM模型为基础,通过引入电极反射系数、声电转换系数、薄膜电极电阻以及分布电容等参量,推导出考虑因素更为全面的二阶COM耦合模型。结合边界有限元理论提取出五个COM模型参量,随后利用二阶COM模型分析了COM模型参量对多层状压电结构SAW器件输出导纳的影响。（5）多层状压电薄膜结构的EPS-SAW扭矩传感器核心元件设计。结合汽车EPS系统转轴尺寸小、安装空间紧凑等问题,提出了一种新型的EPS-SAW扭矩传感器,具体结构由约束座、支撑平面、以及差分布置的两个多层状压电薄膜结构的SAW谐振器组成。（6）分阶段搭建了EPS-SAW扭矩传感器的扭矩测试系统,第一阶段为单晶石英压电衬底结构SAW扭矩传感器性能测试。第二阶段在自建试验台上进行稳态转轴性能测试,得到EPS-SAW扭矩传感器的线性度与重复性数据,通过线性拟合获得了多层状压电薄膜结构SAW扭矩传感器的扭矩灵敏度。第三阶段在整车固定台架上进行EPS-SAW扭矩传感器性能测试,同样得到了线性度与重复性数据以及扭矩灵敏度。