在汽車(chē)電子控制系統(tǒng)（如圖所示）的快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求下，汽車(chē)傳感器技術(shù)不斷發(fā)展。未來(lái)汽車(chē)傳感器的發(fā)展總體趨勢(shì)是智能化、微型化、集成化、多功能化以及新材料和新工藝制成的新型傳感器。MEMS技術(shù)傳感器成為汽車(chē)傳感器的主要部件。

汽車(chē)MEMS傳感器的全方位應(yīng)用解析1

車(chē)用傳感器分類(lèi)

根據(jù)組成系統(tǒng)和功能的不同，車(chē)用傳感器可分為：動(dòng)力控制系統(tǒng)MEMS、車(chē)身電子系統(tǒng)MEMS、安全電子系統(tǒng)MEMS、ADAS高級(jí)輔助系統(tǒng)MEMS等。

動(dòng)力控制系統(tǒng)MEMS包括：

· 空氣質(zhì)量流量計(jì) – 進(jìn)氣控制

· 爆震傳感器 – 發(fā)動(dòng)機(jī)控制

· 離地高度傳感器 – 懸掛控制

· 智能電池傳感器 – 電池管理

· 氧傳感器 – 尾氣排放檢測(cè)控制

· 踏板行程傳感器 – Start-Stop/Auto hold

· 角度、位置傳感器 – 發(fā)動(dòng)機(jī)控制/轉(zhuǎn)向控制

· 壓力傳感器–發(fā)動(dòng)機(jī)控制/變速器控制/增壓器控制/噴射控制

車(chē)身電子系統(tǒng)MEMS包括：

光敏傳感器 – 自動(dòng)大燈系統(tǒng)

車(chē)窗升速傳感器 – 車(chē)窗防夾

雨量傳感器 – 自動(dòng)雨刷

壓力傳感器 – 中央閉鎖控制

空氣質(zhì)量傳感器 – 空調(diào)系統(tǒng)

溫度傳感器 – 空調(diào)系統(tǒng)

濕度傳感器 – 空調(diào)系統(tǒng)

安全電子系統(tǒng)MEMS包括：

高壓傳感器 – ESC

轉(zhuǎn)向輪角度傳感器 – ESC

加速度傳感器 – 安全氣囊/ABS

座椅占用傳感器 – 安全氣囊

轉(zhuǎn)動(dòng)率傳感器 – 安全氣囊

轉(zhuǎn)速傳感器 – ABS

壓力傳感器 – TPMS

溫度傳感器 – TPMS

ADAS 高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)MEMS包括：

CMOS圖像傳感器 – 車(chē)道保持/360°影像

長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá) – ACC/碰撞預(yù)警

Lidar – 碰撞預(yù)警/自動(dòng)駕駛

短距離毫米波雷達(dá) – 并線(xiàn)輔助

超聲波傳感器 – 倒車(chē)?yán)走_(dá)

紅外傳感器 – 夜視

車(chē)用 MEMS 的應(yīng)用

汽車(chē)市場(chǎng)已經(jīng)成為傳感器的重要應(yīng)用市場(chǎng)，MEMS汽車(chē)傳感器作為汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的重要信息源，對(duì)溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度和振動(dòng)等各種信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量和控制。當(dāng)前，一輛普通家用轎車(chē)上大約安裝了近百個(gè)傳感器，而豪華轎車(chē)上的傳感器數(shù)量多達(dá)200個(gè)。

目前的汽車(chē)傳感器市場(chǎng)主要包括MEMS和經(jīng)典的有源傳感器，如里程表傳感器、進(jìn)氣/機(jī)油壓力傳感器、水溫傳感器、空氣流量傳感器、胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）傳感器、化學(xué)傳感器、慣性傳感器、磁傳感器、超聲傳感器、圖像傳感器、雷達(dá)以及激光雷達(dá)等。

里程表傳感器

里程表傳感器一般用霍爾、光電兩個(gè)方式來(lái)檢測(cè)信號(hào)，其目的利用里程表記數(shù)可有效的分析判斷汽車(chē)的行駛速度和里程。因?yàn)榘胼S和車(chē)輪的角速度相等，已知輪胎的半徑，直接通過(guò)里程參數(shù)來(lái)計(jì)算。

在傳動(dòng)軸上設(shè)計(jì)兩個(gè)軸承，大大減輕了運(yùn)行中的力矩，減少了摩擦力，增強(qiáng)了使用壽命；由原來(lái)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)信號(hào)改為齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)式檢測(cè)信號(hào)；由原來(lái)直插式垂直變速箱改為倒角式接口變速箱。里程表傳感器插頭一般是在變速箱上，有的打開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋可以看到，有的要在地溝操作。

進(jìn)氣壓力傳感器

進(jìn)氣壓力傳感器可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)測(cè)出進(jìn)氣歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)一起送入電控單元（ECU），作為決定噴油器基本噴油量的依據(jù)。

國(guó)產(chǎn)奧迪100型轎車(chē)（v6發(fā)動(dòng)機(jī)）、桑塔納2000型轎車(chē)、北京切諾基（25l發(fā)動(dòng)機(jī)）、豐田皇冠3．0轎車(chē)等均采用這種壓力傳感器。目前廣泛采用的是半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器。

機(jī)油壓力傳感器

指集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。常用的有硅壓阻式和硅電容式，兩者都是在硅片上生成的微機(jī)械電子傳感器。

一般情況下，通過(guò)機(jī)油壓力傳感器來(lái)檢測(cè)汽車(chē)的機(jī)油向內(nèi)的機(jī)油還有多少，并將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以理解的信號(hào)，提醒及時(shí)加注。

水溫傳感器

它的內(nèi)部是一個(gè)半導(dǎo)體熱敏電阻，溫度愈低，電阻愈大；反之電阻愈小，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體或缸蓋的水套上，與冷卻水直接接觸。從而測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度。

電控單元根據(jù)這一變化測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度，作為燃油噴射和點(diǎn)火正時(shí)的修正號(hào)。就是我們可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的溫度了解汽車(chē)現(xiàn)在的運(yùn)行的狀態(tài)，停止或者運(yùn)動(dòng)，或者運(yùn)動(dòng)的時(shí)間有多長(zhǎng)等。

空氣流量傳感器

空氣流量傳感器的作用是將吸入的空氣轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送至電控單元（ECU），作為決定噴油的基本信號(hào)之一，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的大小，并將進(jìn)氣量信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，并傳送到ECU。

我們知道汽車(chē)的行駛是需要點(diǎn)火裝置點(diǎn)火得到向前的沖量，因此，充氣量的大小是ECU計(jì)算汽車(chē)在點(diǎn)火時(shí)點(diǎn)火裝置需要噴油時(shí)間、噴油量和點(diǎn)火時(shí)間的依據(jù)。它的作用是可以讓我們更好地讓汽車(chē)進(jìn)行加減速行駛。

根據(jù)測(cè)量原理不同，可以分為旋轉(zhuǎn)翼片式空氣流量傳感器（豐田previa旅行車(chē)）、卡門(mén)渦游式空氣流量傳感器（豐田凌志LS400轎車(chē)）、熱線(xiàn)式空氣流量傳感器（日產(chǎn)千里馬車(chē)用VG30E發(fā)動(dòng)機(jī)和國(guó)產(chǎn)天津三峰客車(chē)TJ6481AQ4裝用的沃爾沃B230F發(fā)動(dòng)機(jī)）和熱膜式空氣流量傳感器四種形式。前兩者為體積流量型，后兩者為質(zhì)量流量型。目前主要采用熱線(xiàn)式空氣流量傳感器和熱膜式空氣流量傳感器兩種。

ABS傳感器

在制動(dòng)活塞旁邊（卡制動(dòng)碟的卡鉗，里面是制動(dòng)活塞），ABS工作就是保證制動(dòng)活塞和制動(dòng)碟不卡死，保證它們處于滑動(dòng)摩擦和靜摩擦的邊緣。大多由電感傳感器來(lái)監(jiān)控車(chē)速，ABS傳感器通過(guò)與隨車(chē)輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)的齒圈作用， 輸出一組準(zhǔn)正弦交流電信號(hào)，其頻率和振幅與輪速有關(guān).該輸出信號(hào)傳往ABS電控單元（ECU），實(shí)現(xiàn)對(duì)輪速的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

安全氣囊傳感器

安全氣囊傳感器也稱(chēng)碰撞傳感器，按照用途的不同，分為觸發(fā)碰撞傳感器和防護(hù)碰撞傳感器。觸發(fā)碰撞式用于檢測(cè)碰撞時(shí)的加速度變化，并將碰撞信號(hào)傳給氣囊電腦，作為氣囊電腦的觸發(fā)信號(hào)；防護(hù)碰撞式它與觸發(fā)碰撞式串聯(lián)，用于防止氣囊誤爆。

氣體濃度傳感器

主要用于檢測(cè)車(chē)體內(nèi)氣體和廢氣排放。其中，最主要的是氧傳感器，實(shí)用化的有氧化鋯傳感器(使用溫度-40℃~900℃，精度1％)、氧化鋯濃差電池型氣體傳感器(使用溫度300℃~800℃)、固體電解質(zhì)式氧化鋯氣體傳感器(使用溫度0℃~400℃，精度0.5％)，另外還有二氧化鈦氧傳感器。

這些傳感器用于檢測(cè)汽車(chē)尾氣中的氧含量，根據(jù)排氣中的氧濃度測(cè)定空燃比，向微機(jī)控制裝置發(fā)出反饋信號(hào)，以控制空燃比收斂于理論值。當(dāng)空燃比變高，廢氣中的氧濃度增加時(shí)，氧傳感器的輸出電壓減??；當(dāng)空燃比變低，廢氣中的氧濃度降低時(shí)，輸出電壓增大。

電子控制單元識(shí)別這一突變信號(hào)，對(duì)噴油量進(jìn)行修正，從而相應(yīng)地調(diào)節(jié)空燃比，使其在理想空燃比附近變動(dòng)。其中，二氧化鈦氧傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧、便宜，且抗鉛污染能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

位置和轉(zhuǎn)速傳感器

主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度、車(chē)速檢測(cè)，汽車(chē)加速度檢測(cè)、汽車(chē)減速檢測(cè)等，為點(diǎn)火時(shí)刻和噴油時(shí)刻提供參考點(diǎn)信號(hào)，同時(shí)，提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。

目前，汽車(chē)使用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機(jī)式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、簧片開(kāi)關(guān)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體磁性晶體管式。

節(jié)氣門(mén)位置傳感器

節(jié)氣門(mén)位置傳感器安裝在節(jié)氣門(mén)上，用來(lái)檢測(cè)節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度。

它通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)與節(jié)氣門(mén)聯(lián)動(dòng)，進(jìn)而反映發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況。此傳感器可把發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況檢測(cè)后輸入電控單元（ECU），從而控制不同的噴油量。

它有三種型式：開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)式節(jié)氣門(mén)位置傳感器、線(xiàn)性可變電阻式節(jié)氣門(mén)位置傳感器、綜合型節(jié)氣門(mén)位置傳感器。

曲軸位置傳感器

也稱(chēng)曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，是計(jì)算機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)中最重要的傳感器，其作用是檢測(cè)上止點(diǎn)信號(hào)、曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將其輸入計(jì)算機(jī)，從而使計(jì)算機(jī)能按氣缸的點(diǎn)火順序發(fā)出最佳點(diǎn)火時(shí)刻指令。

曲軸位置傳感器有三種形式：電磁脈沖式曲軸位置傳感器、霍爾效應(yīng)式曲軸位置傳感器、光電效應(yīng)式曲軸位置傳感器。

曲軸位置傳感器型式不同，其控制方式和控制精度也不同。曲軸位置傳感器一般安裝于曲軸皮帶輪或鏈輪側(cè)面，有的安裝于凸輪軸前端，也有的安裝于分電器。

爆震傳感器

爆震傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體上，隨時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震情況。目前采用的有共振型和非共振型兩大類(lèi)。

爆震傳感器用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，通過(guò)調(diào)整點(diǎn)火提前角控制和避免發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震?？梢酝ㄟ^(guò)檢測(cè)氣缸壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)和燃燒噪聲等三種方法來(lái)檢測(cè)爆震。

爆震傳感器有磁致伸縮式和壓電式。磁致伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40℃~125℃，頻率范圍為5~10khz；壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417KHZ處，其靈敏度可達(dá)200Mv/g，在振幅為0.1g~10g范圍內(nèi)具有良好線(xiàn)性度。

速度傳感器

速度傳感器是電動(dòng)汽車(chē)較為重要的傳感器，也是應(yīng)用較多的傳感器。就其定義而言，速度傳感器主要是用來(lái)測(cè)量速度的傳感器，分為轉(zhuǎn)速傳感器、車(chē)速傳感器、車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器等。

轉(zhuǎn)速傳感器主要用于電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的檢測(cè)。常用的轉(zhuǎn)速傳感器有三種，分別為電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器、光電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器、霍爾效應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器，均采用非接觸式測(cè)量原理，以增強(qiáng)檢測(cè)的安全性、提高檢測(cè)精度。車(chē)速傳感器用來(lái)測(cè)量電動(dòng)汽車(chē)行駛速度。

車(chē)速傳感器主要有電磁感應(yīng)式、光電式、可變磁阻式和霍爾式集中。電動(dòng)汽車(chē)上普遍采用電磁感應(yīng)式和霍爾式速度傳感器。

綜上所述，車(chē)用MEMS傳感器的應(yīng)用方向和市場(chǎng)需求包括車(chē)輛的防抱死系統(tǒng)（ABS）、電子車(chē)身穩(wěn)定程序（ESP）、電控懸掛（ECS）、電動(dòng)手剎（EPB）、斜坡起動(dòng)輔助（HAS）、胎壓監(jiān)控（EPMS）、引擎防抖、車(chē)輛傾角計(jì)量和車(chē)內(nèi)心跳檢測(cè)等等。

汽車(chē)傳感器市場(chǎng)

隨著高端汽車(chē)與智能汽車(chē)的普及，以及無(wú)人駕駛技術(shù)的推進(jìn)，超聲波傳感器、圖像傳感器、激光雷達(dá)傳感器、微波傳感器、紅外傳感器等也都被采用。汽車(chē)傳感器已經(jīng)成為MEMS傳感器的一個(gè)主要的應(yīng)用市場(chǎng)。

目前，壓力傳感器、加速計(jì)、陀螺儀與流量傳感器四類(lèi)器件合計(jì)占汽車(chē)MEMS系統(tǒng)的99%。其五年增長(zhǎng)率均在3-12%。MEMS壓力傳感器是汽車(chē)中應(yīng)用最多的傳感器，汽車(chē)用MEMS壓力傳感器的價(jià)格大概在5~7美元。在汽車(chē)領(lǐng)域，MEMS壓力傳感器營(yíng)業(yè)收入2018年預(yù)計(jì)達(dá)到18億美元，占當(dāng)年總體產(chǎn)業(yè)營(yíng)業(yè)收入的74%。至少18個(gè)汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒋龠M(jìn)壓力傳感器的增長(zhǎng)，包括：輪胎壓力，電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)中的剎車(chē)傳感器，側(cè)面氣囊，與日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的引擎控制，大氣壓力與廢氣再循環(huán)壓力。

按銷(xiāo)售額計(jì)算，最大的五種汽車(chē)MEMS應(yīng)用按降序排名是：ESC，安全氣囊，進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力（MAP），TPMS與翻滾探測(cè)。

具體應(yīng)用體現(xiàn)：

MEMS傳感器的大批量高精度生產(chǎn)和高可靠性及單價(jià)廉價(jià)，特別適宜在汽車(chē)電控系統(tǒng)中應(yīng)用；

安全氣囊中的汽車(chē)安全氣囊感應(yīng)器；

MEMS汽車(chē)微加速度計(jì)正替代以往的機(jī)電式加速度傳感器；

MEMS陀螺儀在高端汽車(chē)中的應(yīng)用包括：懸架控制、翻滾；

汽車(chē)MEMS壓力傳感器和輪胎氣壓自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，MEMS壓力傳感器適合于任何類(lèi)型的輪胎，在輪胎胎壁埋設(shè)一小塊感壓力敏芯片，自動(dòng)測(cè)量輪胎氣壓、溫度、轉(zhuǎn)速和其他一些數(shù)據(jù)，并用特定的代碼發(fā)送出來(lái)；

發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中的MEMS應(yīng)用；

微機(jī)械陀螺是一種振動(dòng)式角速率傳感器，在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)發(fā)備受關(guān)注，主要用于汽車(chē)導(dǎo)航的GPS信號(hào)補(bǔ)償和汽車(chē)底盤(pán)控制系統(tǒng)；

汽車(chē)電控燃油噴射系統(tǒng)EFI要使用多重壓力MAP傳感器，監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣端絕對(duì)壓力，提高其動(dòng)力性能，降低油耗，減少?gòu)U氣排放；

微型硅壓阻式MEMS壓力傳感器可用于發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣循環(huán)系統(tǒng)，替代陶瓷電容式壓力傳感器。

汽車(chē)大國(guó)自然成了汽車(chē)傳感器應(yīng)用大國(guó)。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)已成為全球增速最快的汽車(chē)市場(chǎng)之一。隨著中國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)量的增加，傳感器應(yīng)用也隨之快速增長(zhǎng)。據(jù)IMARC Group數(shù)據(jù)，2024 年全球汽車(chē)傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到292億美元，預(yù)計(jì)到 2033 年將達(dá)到 721 億美元，2025 - 2033 年期間的復(fù)合年增長(zhǎng)率為 10.04%。并且MEMS技術(shù)汽車(chē)傳感器逐步取代傳統(tǒng)的傳感器，成為汽車(chē)傳感器的主流。

目前中國(guó)是最大的汽車(chē)生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)家，所以中國(guó)自然是汽車(chē)傳感器應(yīng)用大國(guó)。2024年我國(guó)汽車(chē)傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到830億元，到2030年有望突破1500億至2000億元人民幣。