汽车传感器能把外部环境的各种物理信号和参数如车速、温度、发动机运转工况等,转化成电信号,并为中央处理器提供必需的感知信息。汽车传感器作为汽车电子控制系统的重要信息源,是汽车电子控制系统的关键部件,也是汽车半导体技术领域研究的核心内容之一。评价一个现代高级轿车的电子化控制系统水平的关键,在于采用传感器的数量和水平。

StrategyAnalytics预测从2004年到2009年,全球车用传感器将呈现9%左右的成长率,2008年市场需求量估计将可达14.87亿个。中国市场更是车用传感器发展的温床,计世资讯(CCWResearch)最新调查数据显示,2006年中国汽车传感器的市场销售额达到3.9亿美元,同比增长率为42.8%,2007年-2010年期间中国汽车传感器市场销售额的年度复合增长率将超过35%。预计2007年市场销售额将达到5.4亿美元,其同比增长率为36.3%;预计2009年市场销售额将接近10.5亿美元,其同比增长率为40.5%;预计2010年市场销售额将超过13.2亿美元,其同比增长率为35.2%。

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2010年市场规模将超过100亿元

汽车电子涉及到的传感器种类繁多,我们将为你分析中国市场内最具代表意义的传感器技术发展概况,为你的相关设计工作提供一点启示。

汽车市场已经成为传感器的重要应用市场,MEMS汽车传感器作为汽车电子控制系统电子控制系统的重要信息源,对温度、压力、位置、转速、加速度和振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制。当前,一辆普通家用轿车上大约安装了近百个传感器,而豪华轿车上的传感器数量多达200个。

汽车传感器包括压力、液位、流量、位置、高度、距离、速度、转速、转矩、加速度、温度、图像、智能等多种传感器。汽车传感器的供应商主要有Bosch
SensoNor、西门子VDO、德尔福、德科、霍尼韦尔、飞思卡尔、英飞凌、ADI、NXP等公司。

安全性能成主打,创新应用不断涌现

车用MEMS传感器的应用方向和市场需求包括车辆的防抱死系统、电子车身稳定程序、电控悬挂、电动手刹、斜坡起动辅助、胎压监控、引擎防抖、车辆倾角计量和车内心跳检测等等。

现代汽车电子从所应用的电子元器件到车内电子系统的架构均已进入一个有本质性提高的新阶段,其中最有代表性的核心器件就是传感器。随着汽车半导体技术的发展,汽车会变得越来越人性化,甚至会实现全部功能的电气化,操作更加舒适、方便、环保,汽车的安全、环保、娱乐等需求推动着

随着汽车的逐渐普及,人们对汽车安全性能、舒适性能的要求已经越来越高,很多国家甚至制定相关标准来对此进行规范化管理。英飞凌科技北美公司汽车、工业和多元化电子市场部总经理ChristopherCook表示:“美国汽车界要求汽车采用车轮胎压监测系统以满足相关安全法规。我们的目标是开发越来越智能化的传感器,使汽车驾驶更加安全,油耗和污染排放进一步降低,在引擎管理中发挥越来越重要的作用。”而其它地区,特别是欧洲,TPMS也正日渐普及。人们对汽车安全性的重视度可见一斑。为了帮助客户提升汽车产品的竞争力,各个传感器厂商在技术发展上特别用心,除了继续走智能化、集成化以及小型化路线以外,传感器创新的应用模式也不断涌现。

随着高端汽车与智能汽车的普及,以及无人驾驶技术的推进,超声波传感器、图像传感器、激光雷达传感器、微波传感器、红外传感器等也都被采用。汽车传感器已经成为MEMS传感器的一个主要的应用市场。

汽车传感器市场快速发展。

英飞凌去年年底在Convergence2006展会上推出了SP35胎压传感器,这是第一款将TPMS模块所有功能融入单一封装的器件。这个高度集成的器件安装在印刷电路板上,与电池和天线一起组成一个完整的TPMS模块,使汽车行业供应商可以经济有效地满足美国安全法规的要求。该独立封装器件集成了带有8位微控制器的微机电系统压力、加速和温度传感器,TPMS模块和电子控制单元之间通过调幅/调频、射频发送器和低频接收器进行无线通信。MCU芯片还带有存储器、电池电压监测器和高级功率控制单元。通过去除TPMS模块中的独立通信芯片,SP35使模块设计复杂度和成本降低了大约10%。

车用MEMS的应用

根据计世资讯(CCW
Research)的研究报告《2006-2007年中国汽车半导体市场发展趋势研究报告》研究表明,2006年中国汽车传感器的市场销售额达到29.84亿元,同比增长率为42.8%。未来中国汽车传感器市场将步入快速成长期,2007年-2010年期间中国汽车传感器市场销售额的年度复合增长率将超过35%,预计2007年市场销售额将达到40.67亿元,其同比增长率将达到36.3%;预计2009年市场销售额将接近80亿元,其同比增长率将达到40.5%,达到未来四年中的最高点;预计2010年市场销售额将超过100亿元,其同比增长率将达到35.2%。

与英飞凌SP35的单片TPMS解决方案相呼应,飞思卡尔的8针脚胎压监测传感器MPXY8020A也是一款高集成度产品。它由一个变容压力传感器元件、一个温度传感元件和一个界面电路组成,所有这三个元件都在单块芯片中。MPXY8020A可与遥控车门开关系统结合使用,提供一个高度集成的低成本系统。

目前,压力传感器、加速计、陀螺仪与流量传感器四类器件合计占汽车MEMS系统的99%。其五年增长率均在3-12%。MEMS压力传感器是汽车中应用最多的传感器,汽车用MEMS压力传感器的价格大概在5——7美元。在汽车领域,MEMS压力传感器营业收入2013年预计达到12.6亿美元,占当年总体产业营业收入的74%。至少18个汽车应用领域将促进压力传感器的增长,包括:轮胎压力,电子稳定控制系统中的刹车传感器,侧面气囊,与日益严格的排放标准相关的引擎控制,大气压力与废气再循环压力。

EMS和电子仪表是两大应用领域

MEMS是面向汽车安全应用的传感器技术的一个亮点。专家最新提出一个汽车“黑匣子”的概念,该“黑匣子”用以监控汽车的速度、安全带的使用状况以及由于汽车急转弯、急刹车、行驶不稳定、异常减速和不安全倒车等原因造成的超重力行驶,为驾驶者提供指导和预警帮助。这些系统配有加速感应器和回转感应器,采用MEMS技术以减小器件尺寸和成本,并获得了市场的认可。

按销售额计算,最大的五种汽车MEMS应用按降序排名是:ESC,安全气囊,进气歧管绝对压力,TPMS与翻滚探测。

自20世纪80年代以来,汽车上应用的传感器越来越多。各种各样的传感器已经深刻地融入到汽车的各个功能系统,包括发动机管理系统、底盘与传动系统、安全系统、车身电子系统、空调环境系统等等。

Memsic公司北美销售总监JohnP.Pyle表示:“‘黑匣子’的市场将遍及全世界,我们预期未来所有的汽车生产商都将会安装某种形式的黑匣子。这必将导致MEMS传感器和加速感应器市场份额的急剧扩大。我们预计到2007年,MEMS传感器在汽车领域的销售规模将达15亿美元,这包括所有的MEMS传感器和加速感应器,其中加速感应器占70%。”

具体应用体现:

2006年中国汽车传感器的应用市场结构中,按传感器在各种汽车电子产品中的销售额计算,发动机电子控制系统和电子仪表依次占据市场排名的前两位,二者所占市场份额总和接近60%,其中发动机电子控制系统用传感器的市场份额达到40%,排名第一。这是由于环保、油耗法规的要求不断严格,使发动机越来越复杂,发动机电子控制系统性能就会相应提高,这就要求不断提高传感器的用量和精度,在汽车发动机电子控制系统中,传感器处于十分重要的地位。

在高端的汽车中,人们常常会使用智能图像传感器来辅助驾驶。由于该传感器价格昂贵,一直未能普及,但是就在近日,瑞士CSEM公司宣称其利用ViSe智能图像传感器设计的实时视觉系统,能把汽车视觉系统的成本从数千美元降低到数百美元。CSEM采用了双芯片解决方案,即该公司专有的视觉传感器搭配ADI公司并不昂贵的BlackfinDSP。CSEM正计划下一步把一个专有DSP芯片和其图像芯片集成在一起,提供单芯片解决方案。

1)MEMS传感器的大批量高精度生产和高可靠性及单价廉价,特别适宜在汽车电控系统中应用;

电子仪表用传感器的市场份额接近20%,排名第二。随着汽车半导体技术的发展,多功能、高精度、高灵敏度、读数直观的电子数字显示及图像显示的仪表不断应用于汽车。传感器是汽车电子组合仪表中较重要的一种半导体器件,大部分电子组合仪表显示的依据来自传感器,传感器装置根据被监测对象的状态变化而改变其电阻值,通过仪表指示出来。

面向倒车系统应用的传感器技术也是目前的热门之一。Murata推出了一系列超声波传感器产品用于倒车系统。以其MA40MF14-5B为例,该产品不仅具有小体积、防水、窄范围检测、响铃时间短等特点,最特别之处为该产品采用了110°×50°的不对称光栅,以提高检测的准确性,避免误操作。

2)安全气囊中的汽车安全气囊感应器;

仪表板中最常用的是车速里程表,目前很多轿车仪表已经使用电子车速表。仪表板上的机油压力表、水温表和燃油表都是直接与发动机工作有关的仪表,它们各自都有相应的传感器将监测对象的信息反映在仪表上。

从精准处入手,优化发动机、底盘控制技术

3)MEMS汽车微加速度计正替代以往的机电式加速度传感器;

走向多功能化、智能化和高可靠性

作为汽车的核心技术,发动机控制系统和底盘控制系统对传感器的要求一直以高精度与高可靠性为主。这类传感器技术已经非常成熟,其市场也主要以北美和欧洲为主。在这个应用领域内,为了进一步提升汽车的附加价值,传感器厂商在精准处下了不少功夫,如利用先进传感器提升电池的使用效率等。

4)MEMS陀螺仪在高端汽车中的应用包括:悬架控制、翻滚;

未来汽车用传感器技术的发展,不仅仅是传感器自身的开发,而且更注重于对传感器的互换性、耐久性、可靠性的开发。传感器产品技术正朝着微型化、多功能化、智能化和更高可靠性的方向高速发展。由于基于MEMS技术的微型传感器,在降低汽车电子系统成本及提高其性能方面的优势,它们已经开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。

以德尔福公司新近推出的电池IVT传感器为例,由于车载电子设备越来越多,使为其提供电力的电池和交流电机工作负荷不断增大,因此对电池充电状态进行准确计算以确保电池发挥最佳性能的重要性也日益突出。德尔福的电池IVT传感器可帮助电池达到最佳性能,采用了IVT传感器后,每加仑燃油能支持汽车多跑0.5英里。该电池IVT传感器可精确测量作为确定电池工作状态三大关键参数的电流和温度。德尔福公司创新及电子/电气系统全球总监DaveWright表示,“在电池处于满充状态时,德尔福的电池IVT传感器可减少交流发电机所需输出的电力,从而降低发动机的机械载荷并达到提高燃料效率的目的。”

5)汽车MEMS压力传感器和轮胎气压自动监测系统,MEMS压力传感器适合于任何类型的轮胎,在轮胎胎壁埋设一小块感压力敏芯片,自动测量轮胎气压、温度、转速和其它一些数据,并用特定的代码发送出来;

未来几年汽车传感器的主要增长领域,包括以下几个方面:用于提高汽车安全性和舒适性的生物体测量方面的传感器;用于车辆动力学控制和安全气囊的加速度计;用于传动、刹车、冷却、燃油等方面的压力传感器;用于车辆动态控制、翻车报警和GPS后备的偏航速率传感器;用于轮速以及凸轮轴、机轴、踏板位置敏感的位置传感器;车厢环境监控的湿度传感器;用于近距离障碍物检测和避撞的测距传感器;用于胎压监测系统的MEMS微型压力传感器,如飞思卡尔、英飞凌等公司都在向市场力推各自的轮胎压力传感器产品。

目前中国生产汽车发动机及底盘控制系统的厂商并不多,因此在中国市场上,面向这类应用的传感器寥寥无几。而面向车身控制以及信息娱乐系统的市场则非常大,市场上涌现了大批技术成熟的产品。如何将这些优秀的产品加以创新的应用,则是汽车厂商们面临的首要问题,也是决定汽车“档次”的关键问题。

6)发动机管理系统中的MEMS应用;

总之,具有高灵敏度、耐冲击性、适应各种环境、高可靠性、高安全性等各种功能特点的传感器,将会是全球传感器市场产品需求的热点。

7)微机械陀螺是一种振动式角速率传感器,在汽车领域的应用开发倍受关注,主要用于汽车导航的GPS信号补偿和汽车底盘控制系统;

8)汽车电控燃油喷射系统EFI要使用多重压力MAP传感器,监测发动机进气歧绝对压力,提高其动力性能,降低油耗,减少废气排放;

9)微型硅压阻式MEMS压力传感器可用于发动机废气循环系统,替代陶瓷电容式压力传感器。

汽车大国自然成为了汽车传感器应用大国

经过多年发展,中国汽车市场已成为全球增速最快的汽车市场之一。随着中国汽车销量的增加,传感器应用也随之快速增长。
2016年全球汽车传感器市场达到225亿美元的规模。预计2020年将达到309亿美元,2015——2020期间的复合年增长率为7.72%。并且MEMS技术汽车传感器逐步取代传统的传感器,成为汽车传感器的主流。

目前中国是最大的汽车生产和消费国家,
所以中国自然是汽车传感器应用大国。2016年我国汽车传感器市场规模增长到48亿美元,
预计到2020年将达到93亿美元。

ADAS系统推进汽车传感器的融合技术

汽车ADAS向高级辅助驾驶、自动驾驶演进过程中,机器的自动/辅助驾驶功能逐渐替代人的主动性,完成环境感知、计算分析、控制执行的一系列程序。

汽车自动/辅助驾驶系统所用到传感器主要包括:微波/毫米波雷达、超声波传感器、摄像头、激光雷达。

ADAS系统目前在全球和国内的渗透率分别只有8%-12%和2%-3%,受益于政策的支持以及消费电子的规模效应,未来几年汽车传感器行业可望实现快速增长。根据IHSAutomoTIve的预测:到2020年这一市场的规模预计将达99亿美元。

汽车各类传感器在测量范围、精准度和有效距离等方面各有优劣,在各类辅助驾驶/无人驾驶解决方案中也基本采用多传感器融合的解决方案。

在外资企业的垄断背景下,中国初创企业初露端倪

汽车产业固有的体系极其严格,传统的汽车传感器市场非常稳固,少数欧美日巨头垄断全球市场。中国90%的车用传感器市场被大陆、博世、德尔福、森萨塔、霍尼韦尔等几家外资企业垄断。

目前雷达、ABS等越来越多地成为整车企业的前装产品,这一类的传感器需求迅速上升。此外,汽车排放标准的不断提升,
比如在发动机运行管理系统中和废气与空气质量控制系统中传感器的应用,对材料和工艺的要求比较严格,大陆公司研发出的一款氮氧传感器就迅速垄断了市场。大陆氮氧传感器拥有专利技术,正好赶上中国汽车排放升级,所有的柴油车都需要安装这款传感器,这款传感器的市场占有率是100%。

ADAS系统的毫米波雷达市场集中,
长期为国外汽车零部件巨头所垄断,以德国、美国和日本等国家为研发地,主要公司有博世、大陆、海拉、富士通天、电装、天合、德尔福、奥托立夫等。

国内微波/毫米波雷达传感器企业近年来逐渐涌现,多为初创企业,普遍缺乏车载行业背景。随着ADAS的加速渗透,越来越多的汽车产业链供应商如沪电股份、亚太股份、华域汽车等大厂纷纷通过自主研发、国际合作、投资创业团队等方式切入加速布局。

全球MEMS汽车传感器TOP10厂商

德国Robert Bosch仍是目前汽车MEMS传感器的龙头业者。排名第二的Sensata
主要是透过购并CST、Kaylico、Schrader等业者而来。排名第三的恩智浦则是透过购并飞思卡尔而挤进车用MEMS感测器主要供应商名单。NXP原本在车用感测器的布局主要集中在磁力感测器,购并飞思卡尔后,取得了压力、加速度等重要的车用感测器产品线。下面介绍一下TOP10厂商:

1.德尔福-美国

公司简介:德尔福是全球领先的汽车电子零部件及系统技术供应商。其产品系列包括动力,推进,热交换,内饰,电气,电子及安全系统等,这些产品几乎涵盖了现代汽车零部件工业的主要领域,为客户提供全面的产品与系统解决方案。

2.东芝-日本

公司简介:东芝,是日本最大的半导体制造商,也是第二大综合电机制造商,隶属于三井集团。

公司创立于1875年7月,原名东京芝浦电气株式会社,1939年由东京电气株式会社和芝浦制作所合并而成,业务领域包括数码产品、电子元器件、社会基础设备、家电等。20世纪80年代以来,东芝从一个以家用电器、重型电机为主体的企业,转变为包括通讯、电子在内的综合电子电器企业。

进入90年代,东芝在数字技术、移动通信技术和网络技术等领域取得了飞速发展,成功从家电行业的巨人转变为IT行业的先锋。

3.英飞凌-美国

公司简介:西门子半导体事业部作为英飞凌科技有限公司的前身于1995年正式进入中国市场。自从1996年在无锡建立第一家企业以来,英飞凌的业务取得非常迅速的增长,目前在中国已经拥有8家公司和1700多名员工。总英飞凌平均每年投入销售额的17%用于研发,全球共拥有22900项专利。该公司是全球领先的半导体公司之一,生产的半导体传感器性能优良。

4.伟世通-美国

公司简介:伟世通公司是全球知名汽车零部件集成供应商,总部位于美国密歇根州伟世通公司为全球汽车生产厂商设计和制造创新的空调系统,汽车内饰,以及包括照明在内的电子系统,并提供多种产品以满足汽车售后市场的需求。

伟世通在汽车电子领域提供的主要产品包括音响,信息娱乐,驾驶信息,动力总成控制和照明。目前,伟世通在全球汽车电子供应商中处于领军地位,全球电子产品部的成立将进一步加强伟世通在汽车电子行业的优势。

5.博世-德国

公司简介:博世集团是全球第一大汽车技术供应商,2013年销售额达到
382亿欧元,其中在中国销售额达到274亿人民币。博世在全球雇员
约275,000名,其中在中国雇员约21,200名。博世汽车技术正在大举进入中国,从而投身于迅猛发展的中国汽车工业。博世集团与中国的业务伙伴关系可以追溯到
1909 年。

6.霍尼韦尔-美国

公司简介:霍尼韦尔是一家营业额达300多亿美元的多元化高科技和制造企业,在全球,其业务涉及:航空产品和服务,楼宇、家庭和工业控制技术,汽车产品,涡轮增压器,以及特殊材料。

7.森萨塔科技-美国

公司简介:森萨塔科技,总部位于美国马萨诸塞州的阿特波罗,迄今已有95年的发展历史,是传感器,电气保护器,控制器设计及制造领域的全球领导者。2010年3月11日,公司成功在美国纽约证券交易所上市,成为独立的上市公司。

8.飞思卡尔-美国

公司简介:飞思卡尔是嵌入式处理解决方案领域的领导者,主要业务涉及汽车电子,消费电子,工业电子以及网络设备等市场。从微控制器和微处理器,到传感器,模拟IC以及连接器件

我们的技术和产品成为新一波创新浪潮的推动者。了解飞思卡尔如何在物联网时代让世界变得更智能。

9.大陆-德国

公司简介:大陆集团是德国运输行业制造商。主要产品为轮胎,制动系统,车身稳定控制系统,发动机喷射系统,转速表,以及其他汽车和和运输行零部件。该公司总部设在德国汉诺威。它是世界第四大轮胎制造商,排在普利司通,米其林和固特异之后。他的前身是创立于1871年的橡胶制造商,ConTInental-Caoutchouc
und Gutta-Percha Compagnie。在收购了Siemens VDO之后
,它已成为全球五大汽车零部件供应商之一。

10.电装-日本

公司简介:作为世界顶级汽车技术,系统以及零部件的全球性供应商,电装在环境保护,发动机管理,车身电子产品,驾驶控制与安全,信息和通讯等领域,成为全球主要整车生产商可信赖的合作伙伴。

电装提供多样化的产品及其售后服务,包括汽车空调设备和供热系统,电子自动化和电子控制产品,燃油管理系统,散热器,火花塞,组合仪表,过滤器,产业机器人,电信产品以及信息处理设备。目前,电装共有21种产品排名世界第一。

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