第二篇傳感器
1.1 汽車傳感器概論
汽車傳感器是汽車電子控制系統的不可或缺的一部分，用以測量位置、壓力、力矩、溫度、角度、距離、加速度、空氣流量等信息，並將這些信息轉換成電信號作為輸入給到汽車電子控制器。傳感器的精確性、可靠性將直接影響汽車電子控制系統的控制效果。
圖1：部分汽車傳感器示意圖
傳感器在汽車上的應用主要有以下三大領域：動力系統、底盤、車身& 安全舒適領域。傳感器種類很多，並且在不斷豐富中。由於汽車的複雜工況和高可靠要求，要求傳感器在-40℃ ~125℃溫度下正常工作，誤差範圍1% 以內等，同時成本能夠推廣應用。
圖2：汽車傳感器的三大應用領域
汽車傳感器在車上的應用越來越廣泛，從剛開始的發動機用傳感器拓展到底盤、車身等領域，數量和種類不斷增加。汽車傳感器按被測物理量可分為：壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等。按工作原理可分為：物理傳感器、化學傳感器、生物傳感器。傳感器一般由敏感元件和轉換元件組成，需要感知被測量並按照一定規律轉換成可用的電信號。傳感器需要良好的靈敏性、精度和動態響應特性等。
圖3：共軌壓力傳感器結構圖
汽車傳感器產業：
據初步估算，普通轎車一般安裝有數十個傳感器，高級車上可以達到上百個傳感器。根據市場調研機構Strategy Analytics 報告，2010 年全球汽車傳感器出貨量達到21.9億個，預測到2020 年全球傳感器出貨量達到55 億個，年複合增長率約為10%，高於同期全球汽車銷量增長率。
圖4：全球傳感器市場規模（億個）
在汽車傳感器幾大應用領域中，由於油耗排放的法規日益嚴格，動力系統傳感器用量最大，用以提高燃油效率、降低碳排放；其次是安全輔助類傳感器，此類傳感器增速最大，鑑於各國紛紛出臺的交通安全法規以及智能網聯化趨勢，可預計安全輔助類傳感器（攝像頭、毫米波雷達等）市場前景廣闊。
圖5：幾種安全輔助類傳感器
根據市場調研機構Strategy Analytics 報告，全球汽車傳感器市場將以6.8％的年複合增長率（CAGR）從2012 年的169 億美元向2017 年235 億美元邁進。汽車廠商對車輛安全性、排放和燃油經濟性上的改進規劃，將驅動汽車傳感器全球市場規模在2020 年超過252 億美元。
圖6：全球傳感器市場（億美元）
汽車傳感器作為一類高精密元器件，從研發到製造的各個環節，要求都為嚴格。汽車傳感器廠家需要具備較高的技術研發能力和產業鏈管控能力。目前全球汽車先傳感器企業主要有博世、大陸、森薩塔、英飛凌、霍尼韋爾、天合、德爾福等企業，這些企業傳感器產品線較廣，技術領先，客戶眾多，形成了較高的汽車傳感器行業市場進入門檻。
圖7：傳感器產業鏈全景圖
更進一步看，汽車傳感器細分市場眾多，不同的細分市場領先企業略有不同，呈現各領千秋的市場格局。
國內汽車傳感器行業市場基本被外資公司壟斷，國內汽車傳感器領先企業主要有歌爾聲學等。
汽車傳感器行業驅動因素：
1、動力系統傳感器的需求驅動因素：越來越嚴苛的油耗排放法規，需要動力系統滿足低排放、提高燃油經濟性要求，同時消費者對優秀駕駛操控性的追求都促使動力系統使用大量傳感器，並不斷提高相關傳感器的性能。
2、底盤系統傳感器的需求驅動因素：更安全行駛、汽車輕量化發展趨勢以及像碰撞避免系統（如AEB）、胎壓監測等安全法規的出臺，這促進了速度傳感器、陀螺儀、毫米波雷達、攝像頭、胎壓傳感器、車高傳感器等普及應用速度。
3、車身系統傳感器的需求驅動因素：消費者日益看重的舒適、便利購車要求，以及越來越完善的被動安全系統驅動（前、後、側邊碰撞傳感器，翻轉傳感器，乘員感應傳感器等）。
4、摩爾定律：摩爾定律是電子工業一個很重要的驅動因素，每18 個月性能提高一倍，汽車電子將極大獲益，可以提供更好的電子控制系統以及高性能汽車傳感器。
發展趨勢：智能化、集成化、傳感器融合
技術趨勢：
1、集成化趨勢: 利用半導體制造技術和微機械加工技術製造傳感器，實現傳感器集成化，便於傳感器大規模批量化生產，降低傳感器成本。
2、智能化趨勢：將傳傳感器與微處理器結合，使傳感器同時具有檢測、信號處理和通信等功能，提高傳感器再現性、適應性和可靠性。
汽車傳感器使用較多的傳感器類別為壓力、溫度、氣體、運動類傳感器。這些傳感器逐漸向著MEMS 傳感器方向發展，MEMS 傳感器成為汽車傳感器市場增長的驅動因素。同時由於汽車各個電子系統的協同工作、集成化發展，各類傳感器的信息需要綜合處理，傳感器融合成為不可阻擋的趨勢。
（1）MEMS 是汽車傳感器重要發展方向
MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）傳感器是在半導體制造技術基礎上發展起來，將微電路和微機械按功能要求在芯片上集成，使一個毫米或微米級別的 MEMS系統具備精確而完整的電氣、機械、光學等特性。
MEMS 傳感器在汽車上應用較多的是壓力傳感器、加速度計以及陀螺儀。這三類傳感器也是MEMS較為成熟的器件，其市場增長主要得益於汽車、消費電子市場的增長。未來隨著集成化系統的趨勢以及MEMS相關器件的研發，將會有更多種類、數量的MEMS傳感器應用到汽車上。隨著MEMS技術的成熟與成本的下降，越來越多的MEMS傳感器應用於汽車。
MEMS市場格局：BOSCH在MEMS領域技術、產品領先，憑藉其在汽車領域的深厚積累取得較大市場領先地位，緊接其後的是 STM、TI和AVAGO公司。中國MEMS領先廠家為瑞聲聲學和歌爾股份。其中博世、電裝、霍尼韋爾、ADI 公司在汽車MEMS傳感器產品線較廣。
（2）傳感器融合趨勢：
不同的傳感器有各自的優勢和劣勢，汽車電子控制系統的高安全、高可靠性要求系統有一定的冗餘性，所以傳感器各取所長，融合協同工作成為重要的安全設計思路。我們知道，毫米波雷達在速度測量、惡劣天氣等環境下表現優勢明顯，但測量範圍、分辨率略低；激光雷達可以360各類傳感器優勢可形成互補（如下表），傳感器融合成為趨勢。
2.1 常用傳感器介紹
2.1.1 壓力傳感器
半導體壓力傳感器：壓力作用在硅膜片上，膜片上有用微機械加工技術製造的壓敏電阻，傳感器與信號處理電路一般同置於一個殼體內。它們的尺寸非常緊湊，易於裝配佈局。常用逆向裝配技術，將被測量的壓力於傳感器芯片。
2.1.2 轉速傳感器
空間的絕對轉速和相對轉速是有區別的。如絕對轉速的例子是汽車繞其軸線的橫擺率（橫擺速度），這是汽車動力學必須的。相對轉速的例子是曲軸和凸輪軸的速度，車輪速度（ABS/TCS 用），主要利用增量傳感器系統（包含一個齒輪和一個轉速傳感器）來測定。
電磁感應式傳感器是利用導體和磁場發生相對運動產生感應電動勢，是一種機電能量變換型傳感器。這類傳感器具有電路簡單、性能穩定、輸出阻抗小且頻率響應廣等特點。
2.1.3 溫度傳感器
測量汽車上的溫度幾乎全利用熱敏電阻材料對溫度變化的敏感性來測量，電阻材料具有正（PTC）和負（NTC）的溫度係數。將熱敏電阻變化轉換為模擬電壓，幾乎完全藉助於溫度呈中性或逆敏性的附加電阻來進行。
2.1.4 毫米波雷達
毫米波雷達是測量被測物體相對距離、現對速度、方位的高精度傳感器，是支持安全駕駛的關鍵零部件。毫米波雷達主要有脈衝類型和連續波類型。其中連續波類型又可以分為CW( 恆頻連續波)、FSK( 頻移鍵控)、PSK（相移鍵控）、FMCW（調頻連續波）等方式。FMCW 雷達是最常用的毫米波雷達。
FMCW 雷達系統主要包括收發天線、射頻前端、調製信號、信號處理模塊等。毫米波雷達通過接收信號和發射信號的相關處理實現對目標的探測距離、方位、相對速度。
毫米波雷達可全天候工作，相對於其它傳感器，毫米波雷達在速度測量、惡劣天氣等環境下表現優勢明顯，用於ACC、AEB、FCW 等系統，被稱為汽車之眼。
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