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汽车MEMS传感器的国产化替代,仅仅靠低成本?

2023-04-27
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摘要 国内厂商已经逐渐渗透MEMS传感器的各个领域,并对国外品牌实现了部分国产替代。

20世纪60年代,汽车主要配备机油压力、油量和水温传感器等。70年代,为治理排放问题,增加了控制动力系统的传感器。20世纪90年代,MEMS在汽车工业中应用,成为MEMS传感器应用高潮推动者。


起初,MEMS广泛用于安全气囊,后来被大量应用于汽车各领域。作为智能汽车的关键部件之一,汽车MEMS传感器不仅可以实时监测车辆的状态和环境信息,还可以通过数据分析和处理提供智能驾驶、安全防护和能源管理等服务。随着智能化和电动化的加速发展,汽车MEMS传感器市场也呈现出快速增长的趋势。


在这个领域,国内外多家企业通过技术研发和产业布局,积极开展市场拓展和竞争。在日前举行的传感器展上,与非网记者采访到了ADI、美泰电子、矽睿以及芯感智等汽车传感器领域的知名企业,共同深入探讨了汽车传感器的行业现状、全面解析了汽车传感器市场的现状和未来发展方向。



MEMS汽车传感器市场

主要玩家


微机电系统 (MEMS) 是一种微型设备技术,尤其是那些带有机械运动部件的设备,以及用于各种汽车应用的电子元件。按具体产品类型划分,主要分为轮胎压力传感器、发动机机油传感器、燃烧传感器、燃油喷射和燃油泵传感器等类型,通过各种供应商向全球提供解决方案和产品。特别是MEMS陀螺仪在提高车辆安全性能方面发挥着至关重要的作用。随着自动驾驶的发展,对于基于安全的应用,对这种传感器的需求预计将成倍增长,并在市场上创造机会。


MEMS 汽车传感器市场的主要参与者

来源 | Mordor Intelligence


根据调研机构Mordor Intelligence的数据,MEMS汽车传感器市场在2018年至2028年研究期内呈现持续增长。未来5年,该市场预计将以14.61%的复合年增长率增长。在各地区中,亚太地区在2018年至2028年期间的复合年增长率最高,且在2021年占有最大市场份额。该市场的主要参与者包括STMicroelectronics NV、Panasonic Corporation、Robert Bosch GmbH、Analog Devices Inc.和Infineon Technologies AG等公司。这些公司在MEMS汽车传感器领域具有显著的市场份额和影响力。在国内市场,尤其是低端产品领域,许多国内企业凭借价格优势迅速崛起,逐渐在市场份额上占据一定地位。然而,高端产品市场仍然被国外企业所主导,他们在技术和品质上占据绝对优势。此外,新兴市场对汽车传感器的需求不断扩大,给行业带来了更多的商机。不少企业国内企业如美泰电子、矽睿以及芯感智等正逐步在国内市场崭露头角。


2019 年 3 月,欧盟委员会宣布修订《通用安全条例》,将自动驾驶安全技术作为欧洲制造车辆的强制性要求,以降低该地区的事故水平。严格的法规正在推动汽车供应商实施最新的 MEMS 陀螺仪系统。这为市场创造了机会。


与分立式传感器等效物相比,MEMS 传感器通常尺寸更小、成本更低、功耗更低。此外,它们可以将信号调节电路集成在同一个半导体封装中。从全球MEMS的应用领域来看,MEMS市场主要依赖占总市场62%的消费应用和占总市场16%的汽车产业。在汽车领域,受到汽车电动化、网联化、智能化和共享化的影响,原来70万人民币等级的燃油车才会搭载的电控悬挂,一套系统要搭载3~5颗的加速度传感器,在5年之内可以下沉到20万级,这一个很大的增量。此外,电动车对舒适性的应用要求普遍很高,搭载欲望更大,所以某种程度上会带来更多的增量。




车规级MEMS的国产替代现状


图源 | memchina.cn


随着自动驾驶和智能网联汽车的高速发展,MEMS传感器逐渐成为汽车传感器的主要部件。在自动驾驶领域,安全和可靠性至关重要,而MEMS惯性传感器(IMU)在这方面发挥着重要作用。IMU主要用于检测加速度和旋转运动,包括加速度计和角速度计(陀螺仪)。提高陀螺仪精度和降低成本是传感器行业的目标。自动驾驶车辆定位精度要求很高,需要精确的IMU性能,尤其是在Z轴或偏航陀螺仪方面。


IMU是自动驾驶应用中关键的传感器之一,可测量运动、加速度和旋转速度,不受信号干扰和环境条件影响。IMU传感器集成了多种元件来测量运动和方向,其技术进步可提高自动驾驶车辆的定位精度和安全性。目前,国产MEMS IMU传感器和融合算法不断提升,缩小与国外产品的差距,大规模商业化部署指日可待。


自动驾驶系统中,IMU数据与GPS、视觉等系统融合可填补GPS更新间隙,保障车辆安全运行。IMU数据始终可用,是自主车辆系统的重要组成部分,可应对具有挑战性的环境。


“在去年我们这款六轴的IMU,出货量已经达到上百万,去年大概70多万套,目前国内主流车厂自动驾驶高精度定位模块,基本上90%以上都是我们做的。” 美泰电子市场经理张星辉表示,IMU是美泰电子第一款涉足汽车领域的产品,主要应用于高精度的定位模块。在此之前车厂都是用价格昂贵的高精度光纤陀螺来做,不具备量产条件。用MEMS来做有体积小、价格低、批量化的优势,相对来说缺点就是精度较低。后来这种模块逐渐融合了车辆的行驶数据以及惯性的六轴IMU逐渐变成了组合导航,凭借其优势在2020年迎来了爆发。张星辉表示,未来汽车惯性传感器趋势包括数据共享、传感器融合、集成化和小型化。车厂希望做传感器融合,将多个功能的惯性传感器替换为集成式六轴IMU,实现功能不减少的情况下,降低数量、提高可靠性。他同时认为,未来整车价值量不会改变,而是将多个传感器的功能集成到高精度六轴IMU上,降低数量并实现信号共享。


在汽车领域,上海矽睿科技的产品主要包括磁角度传感器电流传感器和霍尔开关三个产品线。其中矽睿在磁角度传感器领域有5年的主机厂量产经验,覆盖电子换挡器,电子节气门,EGR, 油门踏板,车身高度,SAS,EPS电机位置等主流细分应用,是目前国产汽车角度传感器种最大的供应商。在电流传感器部分,矽睿在国内新能源汽车头部主机厂OBC应用上占据了60%以上的市场份额。在电机主驱逆变器应用上,矽睿是国内唯一一家能提供C-CORE和IMC两种类型的电流传感器供应商。


无锡芯感智半导体有限公司凭借技术实力和创新能力迅速崛起,逐步扩展到红外、流量、气体、转速、电流等产品系列,并设立汽车事业部专门负责汽车相关传感器应用开发。芯感智针对传统燃油车和新能源车开发了多款传感器产品系列,包括燃油蒸汽压力、发动机转速、进气压力等传感器。新能源车方面,产品包括电池包失热压力监测、热管理压力传感器、电池电流传感器等。芯感智在新能源车领域也重点研发推出CO2气体模组和电流传感器,关注新能源相关应用。已推出GZP6181A液冷压力变送器、GZC6201电流传感器等产品,并计划未来两年内实现大幅度增长。公司汽车研发团队规模已达30余人。为提高产能和降低成本,创建了三个子公司分别负责研发、封测和模组全产业链运作,以快速响应市场需求并优化工艺。



汽车电池安全检测

压力还是烟雾传感器?


图源 | preciseley.com


在新能源汽车领域,电池安全监测成为了一个重要的话题,以往各厂商大多采用压力传感器来进行电池检测。在传统燃油车中,MEMS压力传感器被广泛应用于变速箱和发动机的变速箱压力检测等方面。这些传感器可以通过精准的压力测量和监控,确保发动机和变速箱的顺畅运行,提高整个车辆的性能和耐用性。


在新能源车领域,MEMS压力传感器的应用也日益重要。比如,热泵空调压力温度复合传感器,可以精准地监测热泵的压力和温度,确保热泵系统的正常运行。此外,MEMS压力传感器还可以应用于电池管理系统中的压力检测。这些传感器可以用来监测电池中的气体压力,及时发现和解决潜在的故障和危险,确保电池系统的安全稳定运行。


目前美泰电子的压力传感器主要针对两个检测方向,一个是燃油车变速箱和发动机的变速箱压力;另一个是新能源车的热泵空调压力温度复合传感器。相对来说,胎压检测由于目前成本已经做到非常低,竞争非常激烈,美泰电子目前并没有涉足该领域。


与其它友商不同,ADI主要通过采用烟雾传感技术等方法来解决电池安全问题。ADI工业自动化行业市场经理祝臻表示,电池安全是不可回避的话题,迟早是要找出各种方法。传感技术可以用来监测电池的压力、温度、湿度、烟雾等多种因素,及时发现电池异常并采取相应措施。对于电池的安全性检测,以前主要采用的是压力传感器,因为在热失控异常的时候,电池会释放大量的气体,压力传感器可以监测这种情况。但是随着磷酸铁锂电池的广泛应用,压力传感器未必能够监测得到电池异常情况,因为磷酸铁锂电池在热失控异常时,它的释放压力过程是非常缓慢的。因此,ADI寻找了另外一种解决方案,即采用烟雾传感器监测电池的异常情况。在热失控时,电池会产生烟雾,不管是微小的烟雾,还是大量的烟雾,ADI都可以通过信号调理等技术手段,快速地监测出来并及时汇报给车主或者做集中控制的过程,从而保障了电池的安全性。


除了电池安全,传感技术在汽车领域还有其他应用。比如,雷达技术可以用于汽车的自动驾驶,以便更精准地感知周围环境和障碍物,从而实现更高效和安全的行驶。在汽车的连接方面,ADI也做了很多工作。汽车中有很大一块是金属线和控制线,以前比较多的是一些专用的线,后来ADI通过解决音频/视频信号传输方案,包括有线和无线的,使得汽车上的连接更加高效和智能化。




结语

国产替代的机会和挑战


通过此次采访,笔者发现到国内厂商已经逐渐渗透MEMS传感器的各个领域,并对国外品牌实现了部分国产替代。在某些领域如IMU、压力传感器国产品牌已经实现了大规模的替代。究其原因,近年来随着市场竞争的加剧,车厂对于成本控制的要求越来越高。另一方面,国产MEMS传感器的技术和指标上升也很快。


不过相对来说,车厂最关心的一个是价格,另一个则是装车经历,这方面对国产厂商是一大挑战。


“从0到1是最难的,因为每一个车厂都会问你:在哪里装过,你有什么装车经历,你只能说我的装车经历是0或者在哪里还正在验证,这时候通常车厂会拒绝和你继续沟通。”对于国产传感器厂商来说,实现第一次装车往往是最难的。好在随着前两年汽车供应链的紧缺,无奈之下,车厂给了大量国产传感器厂商从0到1的机会。


另一方面,国产传感器的可靠性和品质的提升,也得益于大部分采用自建产线的IDM模式,自建产线可以让企业更好地控制生产过程,提高生产效率和产品质量。同时,自建产线还有助于保护企业的技术秘密,防止核心技术外泄。对于汽车传感器企业来说,如何选择自建产线和代工合作取决于企业的发展战略、市场需求和成本控制需求。建议企业在权衡各种因素后,选择适合自身发展的产线模式。


最后,随着无人驾驶、电动汽车等新兴技术的兴起,汽车传感器行业将迎来更广泛的应用场景。未来的趋势将是传感器的高集成度、小型化、多功能化和低功耗化。汽车传感器行业的发展前景广阔,但挑战和机遇并存。只有抓住市场机遇,不断创新,积极应对挑战,才能在汽车传感器行业中脱颖而出。


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