1.1汽車傳感器概論

汽車傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)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，并將這些信息轉(zhuǎn)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(tǒng)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(yīng)用主要有以下三大領(lǐng)域：動力系統(tǒng)、底盤、車身&安全舒適領(lǐng)域。傳感器種類很多，并且在不斷豐富中。由于汽車的復(fù)雜工況和高可靠要求，要求傳感器在-40℃~125℃溫度下正常工作，誤差范圍1%以內(nèi)等，同時成本能夠推廣應(yīng)用。

圖2：汽車傳感器的三大應(yīng)用領(lǐng)域

汽車傳感器在車上的應(yīng)用越來越廣泛，從剛開始的發(fā)動機用傳感器拓展到底盤、車身等領(lǐng)域，數(shù)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(xué)傳感器、生物傳感器。傳感器一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，需要感知被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用的電信號。傳感器需要良好的靈敏性、精度和動態(tài)響應(yīng)特性等。

圖3：共軌壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖

汽車傳感器產(chǎn)業(yè)：

據(jù)初步估算，普通轎車一般安裝有數(shù)十個傳感器，高級車上可以達到上百個傳感器。根據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)StrategyAnalytics報告，2010年全球汽車傳感器出貨量達到21.9億個，預(yù)測到2020年全球傳感器出貨量達到55億個，年復(fù)合增長率約為10%，高于同期全球汽車銷量增長率。

圖4：全球傳感器市場規(guī)模（億個）

在汽車傳感器幾大應(yīng)用領(lǐng)域中，由于油耗排放的法規(guī)日益嚴格，動力系統(tǒng)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，鑒于各國紛紛出臺的交通安全法規(guī)以及智能網(wǎng)聯(lián)化趨勢，可預(yù)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(jù)市場調(diào)研機構(gòu)StrategyAnalytics報告，全球汽車傳感器市場將以6.8％的年復(fù)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(jīng)濟性上的改進規(guī)劃，將驅(qū)動汽車傳感器全球市場規(guī)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(fā)到制造的各個環(huán)節(jié)，要求都為嚴格。汽車傳感器廠家需要具備較高的技術(shù)研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)鏈管控能力。目前全球汽車先傳感器企業(yè)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(yè)，這些企業(yè)傳感器產(chǎn)品線較廣，技術(shù)領(lǐng)先，客戶眾多，形成了較高的汽車傳感器行業(yè)市場進入門檻。

圖7：傳感器產(chǎn)業(yè)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(lǐng)先企業(yè)略有不同，呈現(xiàn)各領(lǐng)千秋的市場格局。

國內(nèi)汽車傳感器行業(yè)市場基本被外資公司壟斷，國內(nèi)汽車傳感器領(lǐng)先企業(yè)主要有歌爾聲學(xué)等。

汽車傳感器行業(yè)驅(qū)動因素：

1、動力系統(tǒng)傳感器的需求驅(qū)動因素：越來越嚴苛的油耗排放法規(guī)，需要動力系統(tǒng)滿足低排放、提高燃油經(jīng)濟性要求，同時消費者對優(yōu)秀駕駛操控性的追求都促使動力系統(tǒng)使用大量傳感器，并不斷提高相關(guān)傳感器的性能。

2、底盤系統(tǒng)傳感器的需求驅(qū)動因素：更安全行駛、汽車輕量化發(fā)展趨勢以及像碰撞避免系統(tǒng)（如AEB）、胎壓監(jiān)測等安全法規(guī)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(yīng)用速度。

3、車身系統(tǒng)傳感器的需求驅(qū)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(tǒng)驅(qū)動（前、后、側(cè)邊碰撞傳感器，翻轉(zhuǎn)傳感器，乘員感應(yīng)傳感器等）。

4、摩爾定律：摩爾定律是電子工業(yè)一個很重要的驅(qū)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(tǒng)以及高性能汽車傳感器。

發(fā)展趨勢：智能化、集成化、傳感器融合

技術(shù)趨勢：

1、集成化趨勢:利用半導(dǎo)體制造技術(shù)和微機械加工技術(shù)制造傳感器，實現(xiàn)傳感器集成化，便于傳感器大規(guī)模批量化生產(chǎn)，降低傳感器成本。

2、智能化趨勢：將傳傳感器與微處理器結(jié)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(xiàn)性、適應(yīng)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(fā)展，MEMS傳感器成為汽車傳感器市場增長的驅(qū)動因素。同時由于汽車各個電子系統(tǒng)的協(xié)同工作、集成化發(fā)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(fā)展方向

MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystem）傳感器是在半導(dǎo)體制造技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)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(tǒng)具備精確而完整的電氣、機械、光學(xué)等特性。

MEMS傳感器在汽車上應(yīng)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于汽車、消費電子市場的增長。未來隨著集成化系統(tǒng)的趨勢以及MEMS相關(guān)器件的研發(fā)，將會有更多種類、數(shù)量的MEMS傳感器應(yīng)用到汽車上。隨著MEMS技術(shù)的成熟與成本的下降，越來越多的MEMS傳感器應(yīng)用于汽車。

MEMS市場格局：BOSCH在MEMS領(lǐng)域技術(shù)、產(chǎn)品領(lǐng)先，憑借其在汽車領(lǐng)域的深厚積累取得較大市場領(lǐng)先地位，緊接其后的是STM、TI和AVAGO公司。中國MEMS領(lǐng)先廠家為瑞聲聲學(xué)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(chǎn)品線較廣。

（2）傳感器融合趨勢：

不同的傳感器有各自的優(yōu)勢和劣勢，汽車電子控制系統(tǒng)的高安全、高可靠性要求系統(tǒng)有一定的冗余性，所以傳感器各取所長，融合協(xié)同工作成為重要的安全設(shè)計思路。我們知道，毫米波雷達在速度測量、惡劣天氣等環(huán)境下表現(xiàn)優(yōu)勢明顯，但測量范圍、分辨率略低；激光雷達可以360各類傳感器優(yōu)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(dǎo)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(shù)制造的壓敏電阻，傳感器與信號處理電路一般同置于一個殼體內(nèi)。它們的尺寸非常緊湊，易于裝配布局。常用逆向裝配技術(shù)，將被測量的壓力于傳感器芯片。

2.1.2轉(zhuǎn)速傳感器

空間的絕對轉(zhuǎn)速和相對轉(zhuǎn)速是有區(qū)別的。如絕對轉(zhuǎn)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(xué)必須的。相對轉(zhuǎn)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(tǒng)（包含一個齒輪和一個轉(zhuǎn)速傳感器）來測定。

電磁感應(yīng)式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動產(chǎn)生感應(yīng)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(wěn)定、輸出阻抗小且頻率響應(yīng)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）的溫度系數(shù)。將熱敏電阻變化轉(zhuǎn)換為模擬電壓，幾乎完全借助于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(xiàn)對速度、方位的高精度傳感器，是支持安全駕駛的關(guān)鍵零部件。毫米波雷達主要有脈沖類型和連續(xù)波類型。其中連續(xù)波類型又可以分為CW(恒頻連續(xù)波)、FSK(頻移鍵控)、PSK（相移鍵控）、FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）等方式。FMCW雷達是最常用的毫米波雷達。

FMCW雷達系統(tǒng)主要包括收發(fā)天線、射頻前端、調(diào)制信號、信號處理模塊等。毫米波雷達通過接收信號和發(fā)射信號的相關(guān)處理實現(xiàn)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，相對于其它傳感器，毫米波雷達在速度測量、惡劣天氣等環(huán)境下表現(xiàn)優(yōu)勢明顯，用于ACC、AEB、FCW等系統(tǒng)，被稱為汽車之眼。