MEMS汽車電子產業應用市場分析

目前MEMS應用最廣泛的當屬於汽車電子產業和消費電子應用市場,這兩大領域佔了MEMS傳感器市場的60%以上。我們下面具體分析一下MEMS汽車電子產業應用市場。


MEMS汽車電子產業應用市場分析

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汽車電子MEMS傳感器分析

汽車電子產業被認為是MEMS傳感器的第一波應用高潮的推動者,MEMS傳感器在汽車上應用的快速發展主要是受益於各國政府全面推出汽車安全規定(比如要求所有汽車採用TPMS系統)和汽車智慧化的發展趨勢。

全球平均每輛汽車包含10個傳感器,在高檔汽車中,大約採用25至40只MEMS傳感器,車越好,所用的MEMS就越多,BMW740i汽車上就有70多隻MEMS。

MEMS傳感器可滿足汽車環境苛刻、可靠性高、精度準確、成本低的要求。其應用方向和市場需求包括車輛的防抱死系統(ABS)、電子車身穩定程序(ESP)、電控懸掛(ECS)、電動手剎(EPB)、斜坡起動輔助(HAS)、胎壓監控(EPMS)、引擎防抖、車輛傾角計量和車內心跳檢測等等。

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目前,壓力傳感器、加速計、陀螺儀與流量傳感器四類器件合計佔汽車MEMS系統的99%。其五年增長率均在3-12%。

MEMS壓力傳感器是汽車中應用最多的傳感器,有電容式、壓阻式、差動變壓器式、聲表面波式等幾種常見的形式。至少18個汽車應用領域將促進壓力傳感器的增長,包括:輪胎壓力,電子穩定控制系統中的剎車傳感器,側面氣囊,與日益嚴格的排放標準相關的引擎控制,大氣壓力與廢氣再循環壓力。

而MEMS加速度計的原理是基於牛頓的經典力學定律,通常由懸掛系統和檢測質量組成,通過微硅質量塊的偏移實現對加速度的檢測,主要用於汽車安全氣囊系統、防滑系統、汽車導航系統和防盜系統等。

微陀螺儀面則是一種角速率傳感器,主要用於汽車導航的GPS信號補償和汽車底盤控制系統,主要有振動式、轉子式等幾種。目前,應用最多的屬於振動陀螺儀,它利用單晶硅或多晶硅的振動質量塊在被基座帶動旋轉時產生的哥氏效應來感測角速度。例如汽車在轉彎時,系統通過陀螺儀測量角速度來指示方向盤的轉動是否到位,主動在內側或者外側車輪上加上適當的制動以防止汽車脫離車道。通常,它與低加速度計一起構成主動控制系統。


五大汽車MEMS應用

按銷售額計算,最大的五種汽車MEMS應用按降序排名是:ESC,安全氣囊,進氣歧管絕對壓力(MAP),TPMS與防翻滾穩定系統(RSC)。

ESC

ESC(Electronic Speed Controller)即車身電子穩定性控制系統,是汽車電子穩定控制系統、車輛新型的主動安全系統,廣義上的電子穩定控制系統稱為ESC。

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ESC是汽車防抱死制動系統(ABS)和牽引力控制系統(TCS)功能的進一步擴展,由傳感器、電子控制單元(ECU)和執行器三大部分組成;通過電子控制單元監控汽車運行狀態,對車輛的發動機及制動系統進行干預控制。當您的車輛處於極不穩定的情況下時,ESC功能自動起作用。在正常行駛條件下,ESC系統不起作用。

安全氣囊

電子安全氣囊(electronic control of safety airbag)是一種被動安全性(見汽車安全性能)的保護系統,它與座椅安全帶配合使用,可以為乘員提供有效的防撞保護。在汽車相撞時,汽車安全氣囊可使頭部受傷率減少25%,面部受傷率減少8 0%左右。

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電子安全氣囊主要由安全氣囊傳感器、防撞安全氣囊及電子控制裝置等組成。駕駛員側防撞安全氣囊裝置在方向盤中;乘員側防撞安全氣囊裝置一般裝在儀表板上。

當汽車在行駛過程中發生碰撞事故時,首先由安全氣囊傳感器接收撞擊信號,只要達到規定的強度,傳感器即產生動作並向電子控制器發出信號。電子控制器接收到信號後,與其原存儲信號進行比較,如果達到氣囊展開條件,則由驅動電路向氣囊組件中的氣體發生器送去起動信號。

氣體發生器接到信號後引燃氣體發生劑,產生大量氣體,經過濾並冷卻後進入氣囊,使氣囊在極短的時間內突破襯墊迅速展開,在駕駛員或乘員的前部形成彈性氣墊,並及時洩漏、收縮,吸收衝擊能量,從而有效地保護人體頭部和胸部,使之免於傷害或減輕傷害程度。

在電子安全氣囊系統中,MEMS加速度傳感器可通過微機械結構檢測汽車碰撞時的加速度,再通過一體式的專有集成電路對信號進行處理,然後將數據經總線傳送到安全氣囊控制器進行邏輯運算,能大大增強碰撞識別度和提早點火時間,極大地提高了安全氣囊系統的性能。

進氣歧管絕對壓力(MAP)

MAP,Manifold Absolute Pressure,即進氣歧管絕對壓力傳感器,用於計算汽車歧管內部的壓力。

MAP的可向發動機控制系統(PCM)提供歧管壓力信息,PCM接受傳感器信號後,通過複雜的計算來控制燃油的供應量,空氣的配給(電子節氣門),噴油及點火的時機,進氣壓力的調整,還要根據溫度、負荷、爆震、燃燒狀況等來決定發動機的補償控制係數。

簡單來說,MAP有助於控制點火,從而進一步保護髮動機不受損害。

TPMS

TPMS(tire pressure monitoring system),即輪胎壓力監測系統,其作用是在汽車行駛過程中對輪胎氣壓進行實時自動監測,並對輪胎漏氣和低氣壓進行報警,以確保行車安全。

TPMS 系統主要由兩部分組成:安裝在輪胎上的輪胎胎壓監測模塊(TPMS 發射器)和裝在汽車駕駛臺上的監視器(TPMS 控制器)。一般一輛車安裝4 個胎壓監測模塊+1 個TPMS 控制器。

TPMS 胎壓監測模塊包括5個部分:SoC芯片模塊+4-8 位的單片機+RF 射頻發射芯片+鋰亞電池+天線。其中核心部件壓力傳感器主要有硅集成電容式壓力傳感器和硅壓阻式壓力傳感器。

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防翻滾穩定系統(RSC)

RSC是一種能防止車輛傾翻的裝置,是眾多的主動安全系統之一,相對於ESC/ESP而言,它主要應用於高附著係數路面,相對成本較低,而且也較容易實現。

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RSC能夠在車輛處於越野路面轉彎時監控車輛的策劃速度,通過車輪傳感器發出的信號計算車輛的側傾程度,對彎道中外側車輪進行額外的控制。當車輛任何一次出現嚴重側傾時,該系統會迅速高速兩側車輪的制動力分配,同時降低發動機的轉矩輸出,從而在最短的時間內恢復車輛的平衡,降低車身抖動翻滾的危險,確保車輛駕乘人員的安全。

RSC使用迴轉傳感器,駕駛員進行急轉彎或者快速轉向時,系統自動記錄車輛傾斜角度變化的速度,根據此速度,計算傾斜的最終角度以確定翻滾的風險程度,若存在翻滾的危險,即激活制動系統以穩定車輛,從而為駕駛者贏得時間,以使其從容應對、處理險情。

在RSC系統的電控單元中集成了一個橫向加速度傳感器,這個傳感器實時測量車輛相應的橫向加速度,並計算臨界加速度限制,當橫向加速度接近這一臨界點時,系統就會激活原有的ASR電磁閥和驅動橋的ABS電磁閥,從而對驅動橋進行制動,以使車輛減速,同時對於帶掛車的牽引車,系統將激活額外的一個電磁閥,對掛車控制閥輸出制動信號,從而對掛車進行制動。

內容來源:傳感器專家網


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