车用传感器的开发趋势及预测

作者：沈阳市传感技术研究所 肖季春

欢迎访问e展厅 展厅 2 汽车电子展厅 车灯, 遥控发射器, 汽车娱乐系统, TPMS胎压监测, 汽车防盗器, ... 全球传感器市场正呈现出快速增长态势。据悉，2008年全球传感器市场容量为506亿美元，预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依然是传感器市场分布最大的国家。就世界范围而言，传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场。 “没有传感器技术就没有现代汽车”已成为业内共识，这意味着汽车电子化越发达，自动化程度越高，对传感器依赖性就越大。对此，业内专家认为，未来新型汽车应用系统将催生新的汽车传感器与之配套。传感器发展的最大特点是不断引入新技术发展新功能，未来汽车传感器技术总发展趋势是微型化、多功能化和智能化。 世界车用传感器的开发趋势 资料显示， 一辆普通家用轿车上大约安装几十只传感器，豪华轿车上的传感器数量可多达200余只。预计，到2012年汽车传感器销售额达158亿美元。 车用传感器大致分为三类：动力系统、安全管理系统和车身舒适系统传感器。其中动力系统传感器市场所占比例最大，体现了汽车传感器的最先进技术。例如，油门踏板位置传感器的角度误差必须在0.4%以内；节气门位置传感器需要极高的可靠性，并要能够在-50度到150度工作。 在动力系统中，有源传感器引领发展趋势。凸轮和曲轴传感器因为与汽车的“心脏”发动机密切相关，成为动力系统的关键。而有源的凸轮传感器和曲轴传感器能够为动力系统提供更多的保护，因此将引领未来发展趋势。 在安全管理系统中， 压力传感器实现侧气囊控制。汽车安全管理系统也是广泛使用传感器的领域。汽车侧边气囊的控制有加速度传感器和压力传感器两种方案。权威数据表明，与加速度传感器相比，压力传感器在检测侧边撞击的速度方面，比加速度传感器快了将近3倍，而误动作的概率则更小。 在车身舒适系统中，车门、变速箱、被动安全让汽车更智能。车门模块中，车门把手、车窗控制上使用了直流马达位置传感器，采用分布式门模块架构，并通过LIN总线相连接。变速箱通过使用二轴或三轴角度/线性传感器，能够满足不同的变速箱位置要求并节省成本，具体的传感器选择则要根据汽车变速箱的功能和设计需求来决定。被动安全装置包括座椅承重的检测、安全带打开/扣住的监测、座椅位置调节的检测（保证气囊系统的有效保护）等等，这些控制的细节对汽车传感器的需求也十分可观。 加速度、振动、速度传感器是汽车运动测量中的三种主要传感器，一直保持稳定而强劲的增长势头。目前，世界生产这三种传感器的大型企业有30多家，其中前5名公司占据了31.3%的市场份额。例如Endevco占13.6%，Wilcoxa Research占9.1%，摩托罗拉占4.2%，IMI占3.0%，Analog Devices占1.4%。 西方发达国家排放法规对尾气排放量日益严格的要求，推动了汽车用氧传感器的开发与生产。目前，已实用的汽车氧传感器有氧化锗氧传感器、二氧化钛氧传感器等几种。 值得一提的是，微型化传感器利用微机械加工技术将微米级的敏感元件、信号调理器、数据处理装置集成封装在一块芯片上。由于其体积小、价格便宜、便于集成等特点，可以提高系统测试精度，例如把微型压力传感器和微型温度传感器集成在一起，同时测出压力和温度，便可通过芯片内运算消去压力测量中的温度影响。目前已有不少微型传感器面世，如压力传感器、加速度计、用于防撞的硅加速度计等。 在汽车轮胎内嵌入微型压力传感器可以保持适当充气，避免充气过量或不足，从而可节约燃油10%。多功能化的特性使得传感器能够同时检测2个或2个以上的特性参数。 智能传感器配有专用计算机，它的迅速发展将汽车的安全性能提高到一个前所未有的高度。随着微电子技术和微机械加工技术的发展，传感器正朝着微型化、多功能化、智能化方向发展。 中国车载传感器的发展现状 汽车传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容之一，本文简单介绍了国内汽车传感器的应用发展情况，以及汽车上几种主要的传感器，并对发展趋势进行了展望。 ● 汽车传感器市场规模大 市场研究数据显示，2002年全球汽车传感器的市场规模为70.1亿美元，全球2002年汽车传感器的市场需求量为10.38亿只，我国的汽车工业发展加快，估计2010年将达1500万辆的生产能力，若每辆车用10只传感器，将需15000万套传感器及其配套变送器和仪表。 我国现有汽车2000万辆，并且每年以5%以上的速度递增，但是目前“电喷”汽车还只占10%左右，国家规定停止“化油器”汽车的生产，新出厂的汽车要求全部安装“电喷”系统。上海联合汽车电子现在年产120万套“电喷”系统传感器，约4000～6000元/套，其中，汽车传感器占60%以上的产值。国内电喷系统应用传感器占系统的70%以上，ABS传感器的成本为50元左右，国内产量为100万套，产值为5000万元；安全气囊的传感器占系统成本的70%以上，安全气囊的传感器售价为2000元左右，需求量为100万套/年，则传感器的产值可达20亿元。 ● 汽车传感器举足轻重 汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。汽车传感器对温度、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。衡量现代高级轿车控制系统水平的关键就在于其传感器的数量和水平。当前，一辆国内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只。 近年来从半导体集成电路技术发展而来的微电子机械系统(MEMS)技术日渐成熟，利用这一技术可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器，这些传感器的体积和能耗小，可实现许多全新的功能，便于大批量和高精度生产，单件成本低，易构成大规模和多功能阵列，非常适合在汽车上应用。 微型传感器的大规模应用将不仅限于发动机燃烧控制和安全气囊，在未来5～7年内，包括发动机运行管理、废气与空气质量控制、ABS、车辆动力的控制、自适应导航、车辆行驶安全系统在内的应用，将为MEMS技术提供广阔的市场。 ● 国内汽车传感器生产水平低 自20世纪80年代以来，国内汽车仪表行业引进国外的先进技术及与之相配套的传感器生产技术，基本满足了国内小批量、低水平车型的配套需求。由于起步较晚，还没有形成系列化、配套化，尚未形成独立的产业，仍然依附于汽车仪表企业。 众多轿车、轻型车及部分载货车中采用新的电子产品，需要大批量、高水平的汽车传感器，但国内现有最高水平的汽车传感器产品比国外同类产品落后10多年，每年要进口50万套以上的高性能汽车传感器。 许多传感器厂家为了增强产品的竞争力，采用与国外同行业进行合资经营的方式，消化吸收国外先进的传感器技术，使产品升级换代，从而逐步发展壮大，有的已成为几大“电喷”系统厂家的下游供应商。但绝大多数企业还只是配套生产其它车用传感器，处于利润少、产品单一、产品质量和技术水平低下的状况。 伴随着国内汽车产量的迅速增长，今后几年国内汽车工业对传感器及其配套变速器和仪表的需求亦将大大增加，实现汽车传感器国产化势在必行。为适应这一形势，应重点开发新型压力、温度、流量、位移等传感器，尽快为汽车工业解决电喷系统、空调排污系统和自动驾驶系统所需的传感器是十分迫切的任务。汽车传感器对整车厂而言，是二级配套产品，必须以系统形式进入整车厂配套。一级系统配套商的实力关系到主机厂的品牌，所以必须建立系统平台，以系统带动传感器的发展。 中国车载传感器的发展趋势 未来的汽车传感器技术的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化。汽车传感器和电子系统向着采用MEMS传感器的方向发展。 20世纪末期，设计技术、材料技术， 特别是MEMS 技术的发展使微型传感器提高到了一个新的水平，利用微电子机械加工技术将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在同一芯片上，它具有体积小、价格便宜、可靠性高等特点，并且可以明显提高系统测试精度。目前采用MEMS技术可以制作检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器。由于MEMS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，它们已开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。MEMS传感器将成为世界汽车电子的重要构成部分。 Philips Electronics 公司和Continental Teves公司10年销售1亿只用于汽车ABS系统的传感器芯片，生产上达到了一个新的里程碑。两个公司共同开发有源磁场传感器的前瞻性技术，产品应用在汽车厂家生产的最新的轿车上。Continental Teves公司用这种磁阻式转速传感器制作了轮速传感器，用于ABS系统、防滑系统等。 MEMS传感器成本低、可靠性好、尺寸小，可以集成在新的系统中，工作时间达到几百万个小时。MEMS器件最早的是绝压传感器和气囊加速度传感器。目前，正在研发和小批量生产的MEMS/MST产品有：轮速旋转传感器、胎压传感器、制冷压力传感器、发动机油压传感器、刹车压力传感器和偏离速率传感器等。今后，MEMS器件将大量应用到汽车系统中。 随着微电子技术的发展和电子控制系统在汽车上的应用迅速增加，汽车传感器市场需求将保持高速增长，以MEMS技术为基础的微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。 (end)

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