汽車市場會是MEMS傳感器下一座金礦？
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汽車傳感器三大類：安全、引擎管理和舒適應用
如果您的答案中沒有“汽車”市場，那證明您沒有在浮躁的市場“回聲室”中人云亦云(回聲室效應，形象地體現(xiàn)了如今社交媒體上的一種普遍現(xiàn)象：由于相同的觀點被人們不斷地重復、夸大，因此很難聽到質(zhì)疑的聲音)，當然，也有可能您沒有仔細看標題。每個人都知道，由于汽車正在從傳統(tǒng)的機械向電氣化“線控驅(qū)動”轉(zhuǎn)型，為電子市場帶來了巨大的市場機遇。
這意味著越來越多的傳感器將會在汽車中得到應用，因此，MEMS廠商正在為即將到來的市場熱潮而做好準備。
但是，蛋糕可能沒那么快上桌。邏輯似乎沒問題，但事實上，正如去年秋季在“MEMS和傳感器高峰會議”上，著名市場研究機構(gòu)IHS Markit首席分析師兼MEMS和傳感器高級總監(jiān)Jeremie Bouchaud提供的一些實際調(diào)研。確實，在汽車市場的這輪變革中，需要應用很多傳感器，但其中有多少會是MEMS傳感器(甚至基于半導體的傳感器)?
MEMS無處不在?
據(jù)麥姆斯咨詢介紹，MEMS器件在汽車領(lǐng)域的表現(xiàn)一直很好。安全氣囊和胎壓監(jiān)測是MEMS傳感器在汽車領(lǐng)域的首批大規(guī)模應用，將MEMS傳感器從乏力的高摩擦業(yè)務推向主流市場。但據(jù)IHS Markit稱，汽車領(lǐng)域的MEMS傳感器增長預計將低于其他傳感器。2014~2024年期間，IHS Markit認為MEMS傳感器的復合年增長率(CAGR)為3%，而排在MEMS傳感器前面的下一個類別傳感器(傳統(tǒng)的負溫度系數(shù)(NTC)熱傳感器)的復合年增長率預計為7%，其它一些傳感器的復合年增長率更高，例如，雷達可達18%。
汽車MEMS和傳感器市場總覽
數(shù)據(jù)來源：《汽車MEMS和傳感器市場及技術(shù)趨勢-2017版》
Jeremie Bouchaud按應用對傳感器的市場機遇進行了細分解讀，如果您認為所有傳感器都將最終從傳統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)換到MEMS技術(shù)，那么他的分析可以給您帶來一些清醒的認識。
在認識到實際上并非所有傳感器都是MEMS以后，已將原本的“MEMS產(chǎn)業(yè)”分類更名為“MEMS和傳感器產(chǎn)業(yè)”。但研究的重點仍是領(lǐng)先的微尺度半導體傳感器。例如，嚴格來說，霍爾效應傳感器這樣的器件可能不屬于MEMS，但它們?nèi)匀皇俏⒊叨鹊?，并且也是用硅制造的。其它不在晶圓上制造和組裝的尺寸更大、相對更笨重的宏觀機電單元，也不乏光明的未來。
目前，汽車根據(jù)顯著差異的傳感器需求可以分為兩類。其中，最顯眼的一類是大家都在談論的自動駕駛汽車;另一類(在某種程度上與自動駕駛重疊或有交集)是電動或混合動力汽車。
自動駕駛內(nèi)燃汽車中的傳感器
在傳統(tǒng)汽車向自動駕駛發(fā)展的過程中，多種傳感器正在爆發(fā)增長。在Level 2級自動駕駛，外部攝像頭和雷達占主導地位，微測輻射熱計作為可選傳感器應用日益增長;在Level 3級自動駕駛，將需要車廂內(nèi)部攝像頭和激光雷達(LiDAR);在Level 4級和5級自動駕駛，在操作端將會看到慣性測量單元(IMU，即加速度計、陀螺儀和磁力計的組合)，乘員娛樂系統(tǒng)會用到更多可能的傳感器和執(zhí)行器。
自動駕駛汽車傳感器市場預測
數(shù)據(jù)來源：《自動駕駛汽車傳感器-2018版》
攝像頭和雷達屬于傳統(tǒng)傳感器，每輛車可以在不同方向上應用多顆。此外，在眾多激光雷達競爭者中，大部分也都采用了傳統(tǒng)技術(shù)。事實上，最知名的使用旋轉(zhuǎn)鏡反射激光束的方案，也是在宏觀尺度上運行的。這些傳感器會被MEMS技術(shù)替代嗎?有可能，但IHS Markit的預測并不確定，認為只有部分激光雷達會采用MEMS方案。
然后，是應用日益增長的微測輻射熱計。那什么是微測輻射熱計呢?這是一種電阻型熱傳感器，工作原理是吸收目標物體發(fā)出的紅外輻射，在引起熱敏材料發(fā)生溫度變化時，熱敏材料的電阻也將發(fā)生變化，在外加偏置的作用下產(chǎn)生相應的電學信號輸出，然后還原成圖像信息。
那么，這與汽車應用有什么關(guān)系?通過探測熱成像，微測輻射熱計可以用于汽車夜視，提高夜間或視線受阻時行車的安全性。但是，微測輻射熱計相對成本較高，因此，仍然只是部分車型的選裝功能。
IHS Markit還列出了另外一種用于電池充電的新型傳感器：磁通門傳感器。其工作原理是基于鐵芯材料的非線性磁化特性，其敏感元件為高磁導率、易飽和材料制成的鐵芯，有兩個繞組圍繞該鐵芯：一個是激勵線圈，另一個是信號線圈。在交變激勵信號的磁化作用下，鐵芯的導磁特性發(fā)生周期性飽和與非飽和的變化，從而使圍繞在鐵芯上的感應線圈感應出反應外界磁場的信號。
所有這些傳感器都在汽車領(lǐng)域獲得了市場機遇，但它們不是MEMS，而且，至少在IHS Markit看來，它們似乎并沒有轉(zhuǎn)向MEMS的趨勢。而且，還有很多宏觀傳感器在今天仍大有可為。
電動和混合動力汽車中的傳感器
與此同時，在通往電動化的大道上，還有一些完全不同的傳感器。IHS Markit將他們分為四大類：
■ 電流傳感器
- 分流器(傳統(tǒng))
- 霍爾(半導體)
- 磁阻(半導體)
■ 溫度傳感器
- 主要是NTC
■ 位置傳感器
- 旋轉(zhuǎn)變壓器(傳統(tǒng))
■ 換向開關(guān)(執(zhí)行器，而不是傳感器)
- 主要是霍爾(半導體)
MEMS傳感器在車輛動態(tài)系統(tǒng)控制中的應用
MEMS的機會在哪里?
那么，未來MEMS(和半導體)傳感器的可能應用有哪些?目前汽車領(lǐng)域?qū)τ贛EMS而言似乎沒那么光明?
或許是的，但目前還有一些有前景的領(lǐng)域以及一些尚未解決的需求，有待MEMS或半導體技術(shù)去發(fā)力。
旋轉(zhuǎn)變壓器可以讓位于磁阻(MR)傳感器，后者更小、更便宜。開環(huán)霍爾傳感器也可以讓位于MR，同樣可以改善尺寸和成本。通過增加CO2傳感器，則能改善車廂內(nèi)的舒適度控制。
現(xiàn)在，我們已經(jīng)有相應的傳感器來檢測運動中的碰撞，它們還可以用來探測慢速(如泊車時)或停止時的碰撞，其中一個目標應用是，在電池絕緣受損的情況下斷開電池。
此外，對于電動和混合動力汽車，尤其需要能夠監(jiān)控電池的完整性。改進電池技術(shù)或許會消除這些需求，但是，可以利用壓力傳感器或應變計、氣體傳感器和光纖傳感器來進一步確保電池不會撂挑子。
因此，對于汽車領(lǐng)域的MEMS技術(shù)(一種正在改變一切的技術(shù))，需要有清醒的認識，MEMS未來會改變我們從A點到B點的方式，MEMS在很多領(lǐng)域擁有高增長的市場機遇，但是，至少在IHS Markit的預測中，目前的汽車市場還算不上MEMS的金礦。
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