汽車MEMS傳感器的國產(chǎn)化替代，僅僅靠低成本？

20世紀60年代，汽車主要配備機油壓力、油量和水溫傳感器等。70年代，為治理排放問題，增加了控制動力系統(tǒng)的傳感器。20世紀90年代，MEMS在汽車工業(yè)中應(yīng)用，成為MEMS傳感器應(yīng)用高潮推動者。

起初，MEMS廣泛用于安全氣囊，后來被大量應(yīng)用于汽車各領(lǐng)域。作為智能汽車的關(guān)鍵部件之一，汽車MEMS傳感器不僅可以實時監(jiān)測車輛的狀態(tài)和環(huán)境信息，還可以通過數(shù)據(jù)分析和處理提供智能駕駛、安全防護和能源管理等服務(wù)。隨著智能化和電動化的加速發(fā)展，汽車MEMS傳感器市場也呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。

在這個領(lǐng)域，國內(nèi)外多家企業(yè)通過技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)布局，積極開展市場拓展和競爭。在日前舉行的傳感器展上，與非網(wǎng)記者采訪到了ADI、美泰電子、矽睿以及芯感智等汽車傳感器領(lǐng)域的知名企業(yè)，共同深入探討了汽車傳感器的行業(yè)現(xiàn)狀、全面解析了汽車傳感器市場的現(xiàn)狀和未來發(fā)展方向。

MEMS汽車傳感器市場

主要玩家

微機電系統(tǒng) (MEMS) 是一種微型設(shè)備技術(shù)，尤其是那些帶有機械運動部件的設(shè)備，以及用于各種汽車應(yīng)用的電子元件。按具體產(chǎn)品類型劃分，主要分為輪胎壓力傳感器、發(fā)動機機油傳感器、燃燒傳感器、燃油噴射和燃油泵傳感器等類型，通過各種供應(yīng)商向全球提供解決方案和產(chǎn)品。特別是MEMS陀螺儀在提高車輛安全性能方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。隨著自動駕駛的發(fā)展，對于基于安全的應(yīng)用，對這種傳感器的需求預(yù)計將成倍增長，并在市場上創(chuàng)造機會。

MEMS 汽車傳感器市場的主要參與者

來源 | Mordor Intelligence

根據(jù)調(diào)研機構(gòu)Mordor Intelligence的數(shù)據(jù)，MEMS汽車傳感器市場在2018年至2028年研究期內(nèi)呈現(xiàn)持續(xù)增長。未來5年，該市場預(yù)計將以14.61%的復(fù)合年增長率增長。在各地區(qū)中，亞太地區(qū)在2018年至2028年期間的復(fù)合年增長率最高，且在2021年占有最大市場份額。該市場的主要參與者包括STMicroelectronics NV、Panasonic Corporation、Robert Bosch GmbH、Analog Devices Inc.和Infineon Technologies AG等公司。這些公司在MEMS汽車傳感器領(lǐng)域具有顯著的市場份額和影響力。在國內(nèi)市場，尤其是低端產(chǎn)品領(lǐng)域，許多國內(nèi)企業(yè)憑借價格優(yōu)勢迅速崛起，逐漸在市場份額上占據(jù)一定地位。然而，高端產(chǎn)品市場仍然被國外企業(yè)所主導(dǎo)，他們在技術(shù)和品質(zhì)上占據(jù)絕對優(yōu)勢。此外，新興市場對汽車傳感器的需求不斷擴大，給行業(yè)帶來了更多的商機。不少企業(yè)國內(nèi)企業(yè)如美泰電子、矽睿以及芯感智等正逐步在國內(nèi)市場嶄露頭角。

2019 年 3 月，歐盟委員會宣布修訂《通用安全條例》，將自動駕駛安全技術(shù)作為歐洲制造車輛的強制性要求，以降低該地區(qū)的事故水平。嚴格的法規(guī)正在推動汽車供應(yīng)商實施最新的 MEMS 陀螺儀系統(tǒng)。這為市場創(chuàng)造了機會。

與分立式傳感器等效物相比，MEMS 傳感器通常尺寸更小、成本更低、功耗更低。此外，它們可以將信號調(diào)節(jié)電路集成在同一個半導(dǎo)體封裝中。從全球MEMS的應(yīng)用領(lǐng)域來看，MEMS市場主要依賴占總市場62%的消費應(yīng)用和占總市場16%的汽車產(chǎn)業(yè)。在汽車領(lǐng)域，受到汽車電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化和共享化的影響，原來70萬人民幣等級的燃油車才會搭載的電控懸掛，一套系統(tǒng)要搭載3~5顆的加速度傳感器，在5年之內(nèi)可以下沉到20萬級，這一個很大的增量。此外，電動車對舒適性的應(yīng)用要求普遍很高，搭載欲望更大，所以某種程度上會帶來更多的增量。

車規(guī)級MEMS的國產(chǎn)替代現(xiàn)狀

圖源 |memchina.cn

隨著自動駕駛和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的高速發(fā)展，MEMS傳感器逐漸成為汽車傳感器的主要部件。在自動駕駛領(lǐng)域，安全和可靠性至關(guān)重要，而MEMS慣性傳感器（IMU）在這方面發(fā)揮著重要作用。IMU主要用于檢測加速度和旋轉(zhuǎn)運動，包括加速度計和角速度計（陀螺儀）。提高陀螺儀精度和降低成本是傳感器行業(yè)的目標。自動駕駛車輛定位精度要求很高，需要精確的IMU性能，尤其是在Z軸或偏航陀螺儀方面。

IMU是自動駕駛應(yīng)用中關(guān)鍵的傳感器之一，可測量運動、加速度和旋轉(zhuǎn)速度，不受信號干擾和環(huán)境條件影響。IMU傳感器集成了多種元件來測量運動和方向，其技術(shù)進步可提高自動駕駛車輛的定位精度和安全性。目前，國產(chǎn)MEMS IMU傳感器和融合算法不斷提升，縮小與國外產(chǎn)品的差距，大規(guī)模商業(yè)化部署指日可待。

自動駕駛系統(tǒng)中，IMU數(shù)據(jù)與GPS、視覺等系統(tǒng)融合可填補GPS更新間隙，保障車輛安全運行。IMU數(shù)據(jù)始終可用，是自主車輛系統(tǒng)的重要組成部分，可應(yīng)對具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境。

“在去年我們這款六軸的IMU，出貨量已經(jīng)達到上百萬，去年大概70多萬套，目前國內(nèi)主流車廠自動駕駛高精度定位模塊，基本上90%以上都是我們做的?！?美泰電子市場經(jīng)理張星輝表示，IMU是美泰電子第一款涉足汽車領(lǐng)域的產(chǎn)品，主要應(yīng)用于高精度的定位模塊。在此之前車廠都是用價格昂貴的高精度光纖陀螺來做，不具備量產(chǎn)條件。用MEMS來做有體積小、價格低、批量化的優(yōu)勢，相對來說缺點就是精度較低。后來這種模塊逐漸融合了車輛的行駛數(shù)據(jù)以及慣性的六軸IMU逐漸變成了組合導(dǎo)航，憑借其優(yōu)勢在2020年迎來了爆發(fā)。張星輝表示，未來汽車慣性傳感器趨勢包括數(shù)據(jù)共享、傳感器融合、集成化和小型化。車廠希望做傳感器融合，將多個功能的慣性傳感器替換為集成式六軸IMU，實現(xiàn)功能不減少的情況下，降低數(shù)量、提高可靠性。他同時認為，未來整車價值量不會改變，而是將多個傳感器的功能集成到高精度六軸IMU上，降低數(shù)量并實現(xiàn)信號共享。

在汽車領(lǐng)域，上海矽睿科技的產(chǎn)品主要包括磁角度傳感器，電流傳感器和霍爾開關(guān)三個產(chǎn)品線。其中矽睿在磁角度傳感器領(lǐng)域有5年的主機廠量產(chǎn)經(jīng)驗，覆蓋電子換擋器，電子節(jié)氣門，EGR, 油門踏板，車身高度，SAS,EPS電機位置等主流細分應(yīng)用，是目前國產(chǎn)汽車角度傳感器種最大的供應(yīng)商。在電流傳感器部分，矽睿在國內(nèi)新能源汽車頭部主機廠OBC應(yīng)用上占據(jù)了60%以上的市場份額。在電機主驅(qū)逆變器應(yīng)用上，矽睿是國內(nèi)唯一一家能提供C-CORE和IMC兩種類型的電流傳感器供應(yīng)商。

無錫芯感智半導(dǎo)體有限公司憑借技術(shù)實力和創(chuàng)新能力迅速崛起，逐步擴展到紅外、流量、氣體、轉(zhuǎn)速、電流等產(chǎn)品系列，并設(shè)立汽車事業(yè)部專門負責汽車相關(guān)傳感器應(yīng)用開發(fā)。芯感智針對傳統(tǒng)燃油車和新能源車開發(fā)了多款傳感器產(chǎn)品系列，包括燃油蒸汽壓力、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進氣壓力等傳感器。新能源車方面，產(chǎn)品包括電池包失熱壓力監(jiān)測、熱管理壓力傳感器、電池電流傳感器等。芯感智在新能源車領(lǐng)域也重點研發(fā)推出CO2氣體模組和電流傳感器，關(guān)注新能源相關(guān)應(yīng)用。已推出GZP6181A液冷壓力變送器、GZC6201電流傳感器等產(chǎn)品，并計劃未來兩年內(nèi)實現(xiàn)大幅度增長。公司汽車研發(fā)團隊規(guī)模已達30余人。為提高產(chǎn)能和降低成本，創(chuàng)建了三個子公司分別負責研發(fā)、封測和模組全產(chǎn)業(yè)鏈運作，以快速響應(yīng)市場需求并優(yōu)化工藝。

汽車電池安全檢測

壓力還是煙霧傳感器？

圖源|preciseley.com

在新能源汽車領(lǐng)域，電池安全監(jiān)測成為了一個重要的話題，以往各廠商大多采用壓力傳感器來進行電池檢測。在傳統(tǒng)燃油車中，MEMS壓力傳感器被廣泛應(yīng)用于變速箱和發(fā)動機的變速箱壓力檢測等方面。這些傳感器可以通過精準的壓力測量和監(jiān)控，確保發(fā)動機和變速箱的順暢運行，提高整個車輛的性能和耐用性。

在新能源車領(lǐng)域，MEMS壓力傳感器的應(yīng)用也日益重要。比如，熱泵空調(diào)壓力溫度復(fù)合傳感器，可以精準地監(jiān)測熱泵的壓力和溫度，確保熱泵系統(tǒng)的正常運行。此外，MEMS壓力傳感器還可以應(yīng)用于電池管理系統(tǒng)中的壓力檢測。這些傳感器可以用來監(jiān)測電池中的氣體壓力，及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在的故障和危險，確保電池系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

目前美泰電子的壓力傳感器主要針對兩個檢測方向，一個是燃油車變速箱和發(fā)動機的變速箱壓力；另一個是新能源車的熱泵空調(diào)壓力溫度復(fù)合傳感器。相對來說，胎壓檢測由于目前成本已經(jīng)做到非常低，競爭非常激烈，美泰電子目前并沒有涉足該領(lǐng)域。

與其它友商不同，ADI主要通過采用煙霧傳感技術(shù)等方法來解決電池安全問題。ADI工業(yè)自動化行業(yè)市場經(jīng)理祝臻表示，電池安全是不可回避的話題，遲早是要找出各種方法。傳感技術(shù)可以用來監(jiān)測電池的壓力、溫度、濕度、煙霧等多種因素，及時發(fā)現(xiàn)電池異常并采取相應(yīng)措施。對于電池的安全性檢測，以前主要采用的是壓力傳感器，因為在熱失控異常的時候，電池會釋放大量的氣體，壓力傳感器可以監(jiān)測這種情況。但是隨著磷酸鐵鋰電池的廣泛應(yīng)用，壓力傳感器未必能夠監(jiān)測得到電池異常情況，因為磷酸鐵鋰電池在熱失控異常時，它的釋放壓力過程是非常緩慢的。因此，ADI尋找了另外一種解決方案，即采用煙霧傳感器監(jiān)測電池的異常情況。在熱失控時，電池會產(chǎn)生煙霧，不管是微小的煙霧，還是大量的煙霧，ADI都可以通過信號調(diào)理等技術(shù)手段，快速地監(jiān)測出來并及時匯報給車主或者做集中控制的過程，從而保障了電池的安全性。

除了電池安全，傳感技術(shù)在汽車領(lǐng)域還有其他應(yīng)用。比如，雷達技術(shù)可以用于汽車的自動駕駛，以便更精準地感知周圍環(huán)境和障礙物，從而實現(xiàn)更高效和安全的行駛。在汽車的連接方面，ADI也做了很多工作。汽車中有很大一塊是金屬線和控制線，以前比較多的是一些專用的線，后來ADI通過解決音頻/視頻信號傳輸方案，包括有線和無線的，使得汽車上的連接更加高效和智能化。

結(jié)語

國產(chǎn)替代的機會和挑戰(zhàn)

通過此次采訪，筆者發(fā)現(xiàn)到國內(nèi)廠商已經(jīng)逐漸滲透MEMS傳感器的各個領(lǐng)域，并對國外品牌實現(xiàn)了部分國產(chǎn)替代。在某些領(lǐng)域如IMU、壓力傳感器國產(chǎn)品牌已經(jīng)實現(xiàn)了大規(guī)模的替代。究其原因，近年來隨著市場競爭的加劇，車廠對于成本控制的要求越來越高。另一方面，國產(chǎn)MEMS傳感器的技術(shù)和指標上升也很快。

不過相對來說，車廠最關(guān)心的一個是價格，另一個則是裝車經(jīng)歷，這方面對國產(chǎn)廠商是一大挑戰(zhàn)。

“從0到1是最難的，因為每一個車廠都會問你：在哪里裝過，你有什么裝車經(jīng)歷，你只能說我的裝車經(jīng)歷是0或者在哪里還正在驗證，這時候通常車廠會拒絕和你繼續(xù)溝通?！睂τ趪a(chǎn)傳感器廠商來說，實現(xiàn)第一次裝車往往是最難的。好在隨著前兩年汽車供應(yīng)鏈的緊缺，無奈之下，車廠給了大量國產(chǎn)傳感器廠商從0到1的機會。

另一方面，國產(chǎn)傳感器的可靠性和品質(zhì)的提升，也得益于大部分采用自建產(chǎn)線的IDM模式，自建產(chǎn)線可以讓企業(yè)更好地控制生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時，自建產(chǎn)線還有助于保護企業(yè)的技術(shù)秘密，防止核心技術(shù)外泄。對于汽車傳感器企業(yè)來說，如何選擇自建產(chǎn)線和代工合作取決于企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略、市場需求和成本控制需求。建議企業(yè)在權(quán)衡各種因素后，選擇適合自身發(fā)展的產(chǎn)線模式。

最后，隨著無人駕駛、電動汽車等新興技術(shù)的興起，汽車傳感器行業(yè)將迎來更廣泛的應(yīng)用場景。未來的趨勢將是傳感器的高集成度、小型化、多功能化和低功耗化。汽車傳感器行業(yè)的發(fā)展前景廣闊，但挑戰(zhàn)和機遇并存。只有抓住市場機遇，不斷創(chuàng)新，積極應(yīng)對挑戰(zhàn)，才能在汽車傳感器行業(yè)中脫穎而出。

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審核編輯黃宇