MEMS汽车电子产业应用市场分析

　　目前MEMS应用最广泛的当属于汽车电子产业和消费电子应用市场，这两大领域占了MEMS传感器市场的60%以上。我们下面具体分析一下MEMS汽车电子产业应用市场。

　　一、汽车电子MEMS传感器分析

　　汽车电子产业被认为是MEMS传感器的第一波应用高潮的推动者，MEMS传感器在汽车上应用的快速发展主要是受益于各国政府全面推出汽车安全规定（比如要求所有汽车采用TPMS系统）和汽车智慧化的发展趋势。

　　全球平均每辆汽车包含10个传感器，在高档汽车中，大约采用25至40只MEMS传感器，车越好，所用的MEMS就越多，BMW740i汽车上就有70多只MEMS。

　　MEMS传感器可满足汽车环境苛刻、可靠性高、精度准确、成本低的要求。其应用方向和市场需求包括车辆的防抱死系统(ABS)、电子车身稳定程序(ESP)、电控悬挂(ECS)、电动手刹(EPB)、斜坡起动辅助(HAS)、胎压监控(EPMS)、引擎防抖、车辆倾角计量和车内心跳检测等等。

　　目前，压力传感器、加速计、陀螺仪与流量传感器四类器件合计占汽车MEMS系统的99%。其五年增长率均在3-12%。

　　MEMS压力传感器是汽车中应用最多的传感器，有电容式、压阻式、差动变压器式、声表面波式等几种常见的形式，价格大概在5~7美元。在汽车领域，MEMS压力传感器营业收入2013年预计达到12.6亿美元，占当年总体产业营业收入的74%。至少18个汽车应用领域将促进压力传感器的增长，包括：轮胎压力，电子稳定控制系统中的刹车传感器，侧面气囊，与日益严格的排放标准相关的引擎控制，大气压力与废气再循环压力。

　　而 MEMS 加速度计的原理是基于牛顿的经典力学定律，通常由悬挂系统和检测质量组成，通过微硅质量块的偏移实现对加速度的检测，主要用于汽车安全气囊系统、防滑系统、汽车导航系统和防盗系统等。其中，电容式 MEMS 加速度计具有灵敏度高、受温度影响极小等特点，是目前 MEMS 微加速度计中的主流产品。

　　微陀螺仪面则是一种角速率传感器，主要用于汽车导航的 GPS 信号补偿和汽车底盘控制系统，主要有振动式、转子式等几种。目前，应用最多的属于振动陀螺仪，它利用单晶硅或多晶硅的振动质量块在被基座带动旋转时产生的哥氏效应来感测角速度。例如汽车在转弯时，系统通过陀螺仪测量角速度来指示方向盘的转动是否到位，主动在内侧或者外侧车轮上加上适当的制动以防止汽车脱离车道。通常，它与低加速度计一起构成主动控制系统。

　　二、五大汽车MEMS应用

　　按销售额计算，最大的五种汽车MEMS应用按降序排名是：ESC，安全气囊，进气歧管绝对压力(MAP)，TPMS与防翻滚稳定系统（RSC）。

　　①、ESC

　　ESC（Electronic Speed Controller）即车身电子稳定性控制系统，是汽车电子稳定控制系统、车辆新型的主动安全系统，广义上的电子稳定控制系统称为ESC。

　　ESC是汽车防抱死制动系统（ABS）和牵引力控制系统（TCS）功能的进一步扩展，由传感器、电子控制单元（ECU）和执行器三大部分组成；通过电子控制单元监控汽车运行状态，对车辆的发动机及制动系统进行干预控制。当您的车辆处于极不稳定的情况下时，ESC功能自动起作用。在正常行驶条件下，ESC系统不起作用。

　　②、安全气囊

　　电子安全气囊（electronic control of safety airbag）是一种被动安全性（见汽车安全性能）的保护系统，它与座椅安全带配合使用，可以为乘员提供有效的防撞保护。在汽车相撞时，汽车安全气囊可使头部受伤率减少25%，面部受伤率减少8 0%左右。

　　电子安全气囊主要由安全气囊传感器、防撞安全气囊及电子控制装置等组成。驾驶员侧防撞安全气囊装置在方向盘中；乘员侧防撞安全气囊装置一般装在仪表板上。

　　当汽车在行驶过程中发生碰撞事故时，首先由安全气囊传感器接收撞击信号，只要达到规定的强度，传感器即产生动作并向电子控制器发出信号。电子控制器接收到信号后，与其原存储信号进行比较，如果达到气囊展开条件，则由驱动电路向气囊组件中的气体发生器送去起动信号。

　　气体发生器接到信号后引燃气体发生剂，产生大量气体，经过滤并冷却后进入气囊，使气囊在极短的时间内突破衬垫迅速展开，在驾驶员或乘员的前部形成弹性气垫，并及时泄漏、收缩，吸收冲击能量，从而有效地保护人体头部和胸部，使之免于伤害或减轻伤害程度。

　　在电子安全气囊系统中，MEMS加速度传感器可通过微机械结构检测汽车碰撞时的加速度,再通过一体式的专有集成电路对信号进行处理,然后将数据经总线传送到安全气囊控制器进行逻辑运算，能大大增强碰撞识别度和提早点火时间，极大地提高了安全气囊系统的性能。

　　③、进气歧管绝对压力(MAP)

　　MAP，Manifold Absolute Pressure，即进气歧管绝对压力传感器，用于计算汽车歧管内部的压力。

　　MAP的可向发动机控制系统（PCM）提供歧管压力信息，PCM接受传感器信号后，通过复杂的计算来控制燃油的供应量，空气的配给（电子节气门），喷油及点火的时机，进气压力的调整，还要根据温度、负荷、爆震、燃烧状况等来决定发动机的补偿控制系数。

　　简单来说，MAP有助于控制点火，从而进一步保护发动机不受损害。

　　④、TPMS

　　TPMS（tire pressure monitoring system），即轮胎压力监测系统，其作用是在汽车行驶过程中对轮胎气压进行实时自动监测，并对轮胎漏气和低气压进行报警，以确保行车安全。

　　TPMS 系统主要由两部分组成：安装在轮胎上的轮胎胎压监测模块（TPMS 发射器）和装在汽车驾驶台上的监视器（TPMS 控制器）。一般一辆车安装4 个胎压监测模块+1 个TPMS 控制器。

　　TPMS 胎压监测模块包括5个部分： SoC 芯片模块+4-8 位的单片机+RF 射频发射芯片+锂亚电池+天线。其中核心部件压力传感器主要有硅集成电容式压力传感器和硅压阻式压力传感器。

　　根据产业链调研信息，Soc 模块的成本占据40-50%，基本由英飞凌和飞思卡尔垄断；锂电池的成本占据16%左右，也基本采购自日本、以色列、瑞典的厂商。

　　目前TPMS国际市场基本被欧美厂商垄断。同时由于各国政策出台时间不长，而TPMS设备使用寿命大多在5年以上，市场目前主要集中在OEM（前装）市场。

　　⑤、防翻滚稳定系统（RSC）

　　RSC是一种能防止车辆倾翻的装置，是众多的主动安全系统之一，相对于ESC/ESP而言，它主要应用于高附着系数路面，相对成本较低，而且也较容易实现。

　　RSC能够在车辆处于越野路面转弯时监控车辆的策划速度，通过车轮传感器发出的信号计算车辆的侧倾程度，对弯道中外侧车轮进行额外的控制。当车辆任何一次出现严重侧倾时，该系统会迅速高速两侧车轮的制动力分配，同时降低发动机的转矩输出，从而在最短的时间内恢复车辆的平衡，降低车身抖动翻滚的危险，确保车辆驾乘人员的安全。

　　RSC使用回转传感器，驾驶员进行急转弯或者快速转向时，系统自动记录车辆倾斜角度变化的速度，根据此速度，计算倾斜的最终角度以确定翻滚的风险程度，若存在翻滚的危险，即激活制动系统以稳定车辆，从而为驾驶者赢得时间，以使其从容应对、处理险情。

　　在RSC系统的电控单元中集成了一个横向加速度传感器，这个传感器实时测量车辆相应的横向加速度，并计算临界加速度限制，当横向加速度接近这一临界点时，系统就会激活原有的ASR电磁阀和驱动桥的ABS电磁阀，从而对驱动桥进行制动，以使车辆减速，同时对于带挂车的牵引车，系统将激活额外的一个电磁阀，对挂车控制阀输出制动信号，从而对挂车进行制动。

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