汽車市場(chǎng)會(huì)是MEMS傳感器的下一座金礦?
首先,您認(rèn)為MEMS傳感器未來的三大應(yīng)用包括哪些?
汽車傳感器三大類:安全、引擎管理和舒適應(yīng)用
如果您的答案中沒有“汽車”市場(chǎng),那證明您沒有在浮躁的市場(chǎng)“回聲室”中人云亦云(回聲室效應(yīng),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(diǎn)被人們不斷地重復(fù)、夸大,因此很難聽到質(zhì)疑的聲音),當(dāng)然,也有可能您沒有仔細(xì)看標(biāo)題。每個(gè)人都知道,由于汽車正在從傳統(tǒng)的機(jī)械向電氣化“線控驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)型,為電子市場(chǎng)帶來了巨大的市場(chǎng)機(jī)遇。
這意味著越來越多的傳感器將會(huì)在汽車中得到應(yīng)用,因此,MEMS廠商正在為即將到來的市場(chǎng)熱潮而做好準(zhǔn)備。
但是,蛋糕可能沒那么快上桌。邏輯似乎沒問題,但事實(shí)上,正如去年秋季在“MEMS和傳感器高峰會(huì)議”上,著名市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IHS Markit首席分析師兼MEMS和傳感器高級(jí)總監(jiān)Jeremie Bouchaud提供的一些實(shí)際調(diào)研。確實(shí),在汽車市場(chǎng)的這輪變革中,需要應(yīng)用很多傳感器,但其中有多少會(huì)是MEMS傳感器(甚至基于半導(dǎo)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(cè)是MEMS傳感器在汽車領(lǐng)域的首批大規(guī)模應(yīng)用,將MEMS傳感器從乏力的高摩擦業(yè)務(wù)推向主流市場(chǎng)。但據(jù)IHS Markit稱,汽車領(lǐng)域的MEMS傳感器增長預(yù)計(jì)將低于其他傳感器。2014~2024年期間,IHS Markit認(rèn)為MEMS傳感器的復(fù)合年增長率(CAGR)為3%,而排在MEMS傳感器前面的下一個(gè)類別傳感器(傳統(tǒng)的負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱傳感器)的復(fù)合年增長率預(yù)計(jì)為7%,其它一些傳感器的復(fù)合年增長率更高,例如,雷達(dá)可達(dá)18%。
汽車MEMS和傳感器市場(chǎng)總覽
數(shù)據(jù)來源:《汽車MEMS和傳感器市場(chǎng)及技術(shù)趨勢(shì)-2017版》
Jeremie Bouchaud按應(yīng)用對(duì)傳感器的市場(chǎng)機(jī)遇進(jìn)行了細(xì)分解讀,如果您認(rèn)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(rèn)識(shí)。
在認(rèn)識(shí)到實(shí)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(diǎn)仍是領(lǐng)先的微尺度半導(dǎo)體傳感器。例如,嚴(yán)格來說,霍爾效應(yīng)傳感器這樣的器件可能不屬于MEMS,但它們?nèi)匀皇俏⒊叨鹊模⑶乙彩怯霉柚圃斓?。其它不在晶圓上制造和組裝的尺寸更大、相對(duì)更笨重的宏觀機(jī)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?wù)摰淖詣?dòng)駕駛汽車;另一類(在某種程度上與自動(dòng)駕駛重疊或有交集)是電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車。
自動(dòng)駕駛內(nèi)燃汽車中的傳感器
在傳統(tǒng)汽車向自動(dòng)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(jí)自動(dòng)駕駛,外部攝像頭和雷達(dá)占主導(dǎo)地位,微測(cè)輻射熱計(jì)作為可選傳感器應(yīng)用日益增長;在Level 3級(jí)自動(dòng)駕駛,將需要車廂內(nèi)部攝像頭和激光雷達(dá)(LiDAR);在Level 4級(jí)和5級(jí)自動(dòng)駕駛,在操作端將會(huì)看到慣性測(cè)量單元(IMU,即加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)的組合),乘員娛樂系統(tǒng)會(huì)用到更多可能的傳感器和執(zhí)行器。
自動(dòng)駕駛汽車傳感器市場(chǎng)預(yù)測(cè)
數(shù)據(jù)來源:《自動(dòng)駕駛汽車傳感器-2018版》
攝像頭和雷達(dá)屬于傳統(tǒng)傳感器,每輛車可以在不同方向上應(yīng)用多顆。此外,在眾多激光雷達(dá)競(jìng)爭(zhēng)者中,大部分也都采用了傳統(tǒng)技術(shù)。事實(shí)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(yùn)行的。這些傳感器會(huì)被MEMS技術(shù)替代嗎?有可能,但I(xiàn)HS Markit的預(yù)測(cè)并不確定,認(rèn)為只有部分激光雷達(dá)會(huì)采用MEMS方案。
然后,是應(yīng)用日益增長的微測(cè)輻射熱計(jì)。那什么是微測(cè)輻射熱計(jì)呢?這是一種電阻型熱傳感器,工作原理是吸收目標(biāo)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(shí),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(yīng)的電學(xué)信號(hào)輸出,然后還原成圖像信息。
那么,這與汽車應(yīng)用有什么關(guān)系?通過探測(cè)熱成像,微測(cè)輻射熱計(jì)可以用于汽車夜視,提高夜間或視線受阻時(shí)行車的安全性。但是,微測(cè)輻射熱計(jì)相對(duì)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(dǎo)率、易飽和材料制成的鐵芯,有兩個(gè)繞組圍繞該鐵芯:一個(gè)是激勵(lì)線圈,另一個(gè)是信號(hào)線圈。在交變激勵(lì)信號(hào)的磁化作用下,鐵芯的導(dǎo)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(yīng)線圈感應(yīng)出反應(yīng)外界磁場(chǎng)的信號(hào)。
所有這些傳感器都在汽車領(lǐng)域獲得了市場(chǎng)機(jī)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(shì)。而且,還有很多宏觀傳感器在今天仍大有可為。
電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車中的傳感器
與此同時(shí),在通往電動(dòng)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(dǎo)體)
- 磁阻(半導(dǎo)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(dǎo)體)
MEMS傳感器在車輛動(dòng)態(tài)系統(tǒng)控制中的應(yīng)用
MEMS的機(jī)會(huì)在哪里?
那么,未來MEMS(和半導(dǎo)體)傳感器的可能應(yīng)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(dǎo)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(yīng)的傳感器來檢測(cè)運(yùn)動(dòng)中的碰撞,它們還可以用來探測(cè)慢速(如泊車時(shí))或停止時(shí)的碰撞,其中一個(gè)目標(biāo)應(yīng)用是,在電池絕緣受損的情況下斷開電池。
此外,對(duì)于電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車,尤其需要能夠監(jiān)控電池的完整性。改進(jìn)電池技術(shù)或許會(huì)消除這些需求,但是,可以利用壓力傳感器或應(yīng)變計(jì)、氣體傳感器和光纖傳感器來進(jìn)一步確保電池不會(huì)撂挑子。
因此,對(duì)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(rèn)識(shí),MEMS未來會(huì)改變我們從A點(diǎn)到B點(diǎn)的方式,MEMS在很多領(lǐng)域擁有高增長的市場(chǎng)機(jī)遇,但是,至少在IHS Markit的預(yù)測(cè)中,目前的汽車市場(chǎng)還算不上MEMS的金礦。
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