汽車(chē)傳感器技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

隨著汽車(chē)電子化、智能化和輕型化程度的不斷提升，傳感器在汽車(chē)中的用量大幅增加，對(duì)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性等的影響也日趨顯著。

一、概述
汽車(chē)傳感器廣泛應(yīng)用于汽車(chē)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、安全和舒適系統(tǒng)，是汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的信息源和核心。汽車(chē)傳感器可對(duì)溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、濕度、電磁、光電、氣體、振動(dòng)、圖像等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效和準(zhǔn)確的測(cè)量和控制。一輛汽車(chē)所用傳感器的數(shù)量和技術(shù)水平也決定了這輛汽車(chē)控制系統(tǒng)級(jí)別的高低。

傳感器在汽車(chē)上的應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代，最早的汽車(chē)傳感器包括機(jī)油壓力傳感器、油量傳感器和水溫傳感器等。隨著70年代催化轉(zhuǎn)換器、電子點(diǎn)火和燃油噴射裝置等的出現(xiàn)，汽車(chē)上增加了可用于維持一定空燃比以控制排放的傳感器。80年代，帶有傳感器的防抱死制動(dòng)裝置和氣囊用于汽車(chē)，以提高汽車(chē)安全性。進(jìn)入90年代，大量傳感器應(yīng)用于汽車(chē)各主要電子系統(tǒng)。目前，普通汽車(chē)上的傳感器數(shù)量可達(dá)30多種/200余只，是上世紀(jì)90年代的4倍。

由于汽車(chē)性能直接關(guān)系著駕乘人員的人身安全，加之汽車(chē)行駛環(huán)境中溫度和氣候條件變化大，汽車(chē)傳感器必須具備可靠性好、精度高、響應(yīng)快、環(huán)境耐受力強(qiáng)等特性，如可在-50℃～150℃（部分需1000℃）的環(huán)境中正常工作，不受來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部、電器部件工作時(shí)各種干擾的影響，不受酸、堿、鹽、油等物質(zhì)的腐蝕，能經(jīng)受各種路況引起的震動(dòng)，并具備與車(chē)同等或更長(zhǎng)的使用壽命等。

二、技術(shù)現(xiàn)狀
目前，汽車(chē)傳感器不斷向微型化、多功能化、集成化和智能化方向演進(jìn)，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器占比不斷增大。汽車(chē)傳感器可將汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的各種工況信息，如動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、安全管理和車(chē)身舒適等系統(tǒng)參數(shù)，轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸送給中央控制單元（ECU），經(jīng)由ECU的調(diào)整和反饋使汽車(chē)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。其中，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用傳感器數(shù)量最多,安全系統(tǒng)和舒適系統(tǒng)用傳感器市場(chǎng)發(fā)展最快。

1.以MEMS傳感器為發(fā)展重點(diǎn)

由于汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的多樣化,所用傳感器的種類(lèi)和數(shù)量不斷增加,對(duì)傳感器的微型化、智能化、多功能化和集成化提出迫切需求。MEMS因具有精度高、體積小、價(jià)格低、工作壽命長(zhǎng)、易集成、適合量產(chǎn)等特點(diǎn)而獲重點(diǎn)發(fā)展，并已占據(jù)汽車(chē)傳感器市場(chǎng)的主要份額，如MEMS傳感器可通過(guò)微納加工工藝實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)傳感器的微型化，已大范圍取代傳統(tǒng)的機(jī)械式、應(yīng)變片式、滑動(dòng)電位器等傳感器；可在同一襯底上與其他多個(gè)MEMS傳感器多功能集成；可通過(guò)與信息處理和控制芯片的集成實(shí)現(xiàn)自診斷、多參數(shù)混合測(cè)量、誤差補(bǔ)償?shù)戎悄芑δ埽捎行Эs小整體體積、降低系統(tǒng)功耗、提高可靠性。

2.動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用傳感器注重節(jié)能減排

動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤(pán)管理系統(tǒng)，使用的傳感器主要有流量傳感器、壓力傳感器（進(jìn)氣壓力、氣缸壓力、大氣壓、油壓等）、溫度傳感器（空氣、水、潤(rùn)滑油等）、爆震傳感器、曲軸傳感器、氣體濃度傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器、怠速傳感器、懸架系統(tǒng)傳感器，以及在自動(dòng)變速箱中的車(chē)輪速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和油門(mén)踏板位置傳感器等。發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元根據(jù)傳感器提供的信息對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)工況進(jìn)行準(zhǔn)確控制,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、可維護(hù)性,降低油耗和減輕排放。由于工作環(huán)境惡劣,動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用傳感器比一般工業(yè)用傳感器的精度和可靠性均高出1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

3.安全管理系統(tǒng)用傳感器轉(zhuǎn)向主動(dòng)安全

隨著技術(shù)不斷發(fā)展，汽車(chē)安全管理系統(tǒng)的目標(biāo)已從被動(dòng)防御轉(zhuǎn)向主動(dòng)保護(hù)。目前在用的安全管理系統(tǒng)，如安全氣囊系統(tǒng)、胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、電子制動(dòng)力分配（EBD）系統(tǒng)、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、夜視系統(tǒng)等，都使用了大量的傳感器，采集的信息包括汽車(chē)各個(gè)方向的加速度、胎壓、制動(dòng)踏板位置、碰撞壓力、接近警告等。這類(lèi)傳感器是近年汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域創(chuàng)新最活躍的部分。

4.舒適系統(tǒng)用傳感器重在提升駕乘體驗(yàn)

隨著人們對(duì)駕乘舒適性和愉悅性要求的不斷提升,除了傳統(tǒng)的空調(diào)溫濕度、車(chē)內(nèi)煙霧檢測(cè)、車(chē)椅調(diào)節(jié)、底盤(pán)調(diào)節(jié)、車(chē)窗調(diào)節(jié)和承重傳感器外，定速巡航、導(dǎo)航、環(huán)境感知、車(chē)輛防盜、汽車(chē)燈光檢測(cè)等各類(lèi)新應(yīng)用大量涌現(xiàn),直接推動(dòng)了車(chē)速傳感器、陀螺儀、羅盤(pán)傳感器、紅外報(bào)警傳感器、光電池傳感器等的發(fā)展。這類(lèi)傳感器隨著汽車(chē)人性化發(fā)展需求，具備最大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

三、市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
隨著汽車(chē)安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和智能需求的日益旺盛，以及汽車(chē)銷(xiāo)量的不斷增加，汽車(chē)傳感器市場(chǎng)迅速擴(kuò)大。但全球汽車(chē)傳感器市場(chǎng)超過(guò)90%的份額依然被美、德、日等發(fā)達(dá)國(guó)家的傳感器龍頭企業(yè)所占據(jù)。

1.全球市場(chǎng)增速5～6%，并繼續(xù)加快

2011年至2014年全球傳感器市場(chǎng)保持5～6%的速度，并于2014年達(dá)到150億美元的規(guī)模，如圖1所示。從全球分布來(lái)看，美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家由于擁有世界主要汽車(chē)電子系統(tǒng)、大型半導(dǎo)體器件和傳感器供應(yīng)商，占據(jù)汽車(chē)傳感器市場(chǎng)的主要份額。中國(guó)、印度、巴西等新興市場(chǎng)則因汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)數(shù)量的急劇增加，成為汽車(chē)傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的地區(qū)。2014年全球汽車(chē)傳感器市場(chǎng)區(qū)域占比如圖2所示。

未來(lái)幾年，全球傳感器市場(chǎng)的平均增速有望達(dá)到8～9%。根據(jù)行業(yè)知名研究公司BCC 2014年5月發(fā)布的報(bào)告預(yù)計(jì)，全球汽車(chē)傳感器市場(chǎng)將從2015年的221億美元上漲到2020年的352億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）達(dá)到9.7%。Marketsandmarkets公司同期發(fā)布報(bào)告預(yù)計(jì)，全球汽車(chē)傳感器市場(chǎng)將在2022年達(dá)到357.8億美元，2014年至2022年的CAGR為8.6%。另?yè)?jù)透明市場(chǎng)研究公司2015年10月發(fā)布報(bào)告預(yù)計(jì)，全球傳感器市場(chǎng)到2021年將達(dá)到333.7億美元，2015年至2021年的CAGR為8.7%。

圖1 2011～2014年全球汽車(chē)傳感器市場(chǎng)規(guī)模和增速

圖2 2014年全球汽車(chē)傳感器市場(chǎng)份額區(qū)域分布
2.國(guó)內(nèi)市場(chǎng)增速達(dá)到全球的2～3倍
我國(guó)自2009年起已成為世界第一大汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)國(guó)，帶動(dòng)汽車(chē)傳感器市場(chǎng)的快速發(fā)展。根據(jù)行業(yè)知名研究公司Strategy Analytics研究數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)2011年至2014年傳感器市場(chǎng)保持15～16%的增速，并于2014年達(dá)到19億美元的規(guī)模，如圖3所示。目前，我國(guó)汽車(chē)電子市場(chǎng)呈現(xiàn)出良好發(fā)展態(tài)勢(shì)，大量新興電子產(chǎn)品不斷進(jìn)入汽車(chē)應(yīng)用，汽車(chē)電子產(chǎn)品升級(jí)步伐也在不斷加快。因此，可預(yù)測(cè)我國(guó)汽車(chē)傳感器市場(chǎng)未來(lái)幾年仍將保持15～20%的增長(zhǎng)速度。

圖3 2011～2014年我國(guó)汽車(chē)傳感器市場(chǎng)規(guī)模和增速

3.主要企業(yè)集中在美、德、日三國(guó)

美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家為世界主要汽車(chē)生產(chǎn)國(guó)，也因此集中了全球大多數(shù)汽車(chē)傳感器生產(chǎn)商，如德國(guó)的博世、大陸和英飛凌，日本的電裝和松下，美國(guó)的德?tīng)柛?、森薩塔、亞德諾、通用、霍尼韋爾、飛思卡爾 、MEAS 、德州儀器等。這些龍頭企業(yè)在全球汽車(chē)傳感器市場(chǎng)上的占比超過(guò)90%。由于MEMS傳感器已占據(jù)汽車(chē)傳感器的主流，因此汽車(chē)傳感器廠商大部分都已是MEMS傳感器生產(chǎn)商。根據(jù)行業(yè)知名研究公司IHS在2014年6月發(fā)布的數(shù)據(jù)，2013年全球前十大MEMS汽車(chē)傳感器生產(chǎn)商如表1所列。2015年10月，美國(guó)著名MEMS傳感器生產(chǎn)商應(yīng)盛美也宣布進(jìn)軍汽車(chē)領(lǐng)域。

表1 2013年全球前十大MEMS汽車(chē)傳感器制造商（單位：億美元）

全球汽車(chē)傳感器企業(yè)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“大型集團(tuán)化和小型專(zhuān)業(yè)化共存”的局面。集團(tuán)化大公司憑借其強(qiáng)大的技術(shù)和資金優(yōu)勢(shì)，通過(guò)自主研發(fā)和兼并收購(gòu)等方式，不斷擴(kuò)大產(chǎn)品覆蓋范圍和占據(jù)技術(shù)領(lǐng)先地位，甚至形成壟斷。例如，英飛凌在過(guò)去10年售出的集成式磁性和壓力傳感器總量超過(guò)25億顆，每天向汽車(chē)電子市場(chǎng)供應(yīng)超過(guò)100萬(wàn)顆傳感器，約占市場(chǎng)的三分之一，為行業(yè)最高水平；博世生產(chǎn)的汽車(chē)氧傳感器占全球市場(chǎng)的80%，至今銷(xiāo)量已達(dá)5億多顆。而專(zhuān)業(yè)化中/小企業(yè)因其能適應(yīng)市場(chǎng)小批量產(chǎn)品的需求，仍有其獨(dú)有的生存、發(fā)展空間和機(jī)遇。

四、發(fā)展趨勢(shì)

隨著汽車(chē)智能、互聯(lián)、舒適、安全、節(jié)能等需求的加強(qiáng)，以及汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的日趨集中化，汽車(chē)傳感器未來(lái)除繼續(xù)沿著MEMS傳感器向智能、微型、多功能和集成化方向發(fā)展外，還將在安全和排放控制等領(lǐng)域開(kāi)辟大量新應(yīng)用，并在未來(lái)高度智能的汽車(chē)中發(fā)揮無(wú)可替代的作用。

1.在未來(lái)智能汽車(chē)中舉足輕重
傳感器的廣泛大量應(yīng)用正推動(dòng)包括無(wú)人駕駛在內(nèi)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)以驚人的速度快速發(fā)展。2014年，美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）組織了200名無(wú)人駕駛領(lǐng)域的研究人員、行業(yè)專(zhuān)家、政府機(jī)構(gòu)和社會(huì)團(tuán)體成員等，就無(wú)人駕駛汽車(chē)的前景進(jìn)行了調(diào)研。結(jié)果顯示，到2035年批量生產(chǎn)的汽車(chē)可能將沒(méi)有方向盤(pán)、油門(mén)/剎車(chē)踏板、喇叭和后視鏡，而傳感器將是最核心和首要的技術(shù)。該協(xié)會(huì)會(huì)員德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院教授克里斯多夫•斯蒂勒認(rèn)為：“無(wú)人駕駛汽車(chē)需要穩(wěn)定的道路及環(huán)境信息流進(jìn)行決策，傳感器正是提高這種場(chǎng)景感知能力至關(guān)重要和值得信賴(lài)的技術(shù)之一，而且傳感器技術(shù)的成本相對(duì)較低，對(duì)于控制無(wú)人駕駛汽車(chē)的成本有重要影響。”

2.重點(diǎn)發(fā)展安全和排放控制領(lǐng)域
隨著汽車(chē)智能化發(fā)展和大量主動(dòng)安全技術(shù)的應(yīng)用，全球車(chē)用傳感器市場(chǎng)迎來(lái)了快速擴(kuò)張機(jī)會(huì)。以目前主動(dòng)安全領(lǐng)域發(fā)展最迅速的ADAS用防碰撞傳感器為例，該類(lèi)傳感器分為雷達(dá)（無(wú)線電探測(cè)器）、攝像頭、超聲波傳感器和激光傳感器，其中雷達(dá)與攝像頭應(yīng)用最為廣泛，占比超過(guò)70%。博世在2014年銷(xiāo)售的用于ADAS的環(huán)境傳感器總量超過(guò)5000萬(wàn)套；大陸為占據(jù)該細(xì)分市場(chǎng)，已推出了360度全景、單/雙眼攝像頭、長(zhǎng)/短距雷達(dá)等產(chǎn)品。根據(jù)IHS在2014年底的預(yù)測(cè)，2014年和2020年全球ADAS用防碰撞傳感器的整體市場(chǎng)規(guī)模將分別達(dá)到39.4億美元和99億美元，CAGR達(dá)到14%。其中，雷達(dá)與攝像頭增長(zhǎng)潛力巨大，銷(xiāo)售額有望分別達(dá)到43.8億與39.3億美元，超聲波傳感器增長(zhǎng)潛力相對(duì)較小，銷(xiāo)售額有望達(dá)到14.1億美元，如圖4所示。此外，隨著環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)峻和排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格，傳感器在排放控制領(lǐng)域的需求也將迅速增加。

圖4 2020年防撞傳感器各細(xì)分領(lǐng)域占比
3.積極引入新材料、工藝和技術(shù)

為不斷推進(jìn)汽車(chē)傳感器的微型、智能、多功能和集成化，并降低成本，新型傳感器的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化受到各國(guó)重視，半導(dǎo)體等新材料和微細(xì)加工工藝不斷被嘗試引入到汽車(chē)傳感器的研制生產(chǎn)中。目前在研的傳感器材料主要有從單晶體到多晶體/非晶體材料、從單一型材料到復(fù)合型材料、人工合成的原子分子型材料、半導(dǎo)體敏感材料、陶瓷材料、磁性材料和智能材料等，以及具有新效應(yīng)敏感功能的材料。在加工工藝方面，得益于集成電路生產(chǎn)工藝的快速發(fā)展，集成技術(shù)、薄膜技術(shù)等微細(xì)加工技術(shù)被越來(lái)越多地用于汽車(chē)傳感器的制造。在汽車(chē)傳感器新技術(shù)方面，無(wú)線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等成為研究重點(diǎn)。

五、建議
與美、德、日等國(guó)家相比，我國(guó)汽車(chē)傳感器技術(shù)存在起步晚，規(guī)模小、水平低、發(fā)展不均衡、關(guān)鍵技術(shù)和材料缺失、配套困難、銷(xiāo)量少成本高等問(wèn)題，僅在溫度傳感器和流量傳感器等技術(shù)含量不高、附加值較低的低端市場(chǎng)占有一定份額。面對(duì)當(dāng)前重大的發(fā)展機(jī)遇，我國(guó)政府應(yīng)以MEMS汽車(chē)傳感器為發(fā)展重點(diǎn)，充分發(fā)揮現(xiàn)有政策的作用，并推進(jìn)傳感器、電子系統(tǒng)和汽車(chē)生產(chǎn)商間的密切合作。企業(yè)則應(yīng)堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新和走體系化發(fā)展道路。

1.做好現(xiàn)有政策的落地和推廣
近年來(lái)，為促進(jìn)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我國(guó)不僅在《“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》等相關(guān)政策中將傳感器的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化列為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，還專(zhuān)門(mén)發(fā)布了《加快推進(jìn)傳感器及智能化儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》，明確了一系列支持和推動(dòng)傳感器發(fā)展的政策。我國(guó)各級(jí)政府部門(mén)應(yīng)結(jié)合汽車(chē)領(lǐng)域的特點(diǎn)，通過(guò)加強(qiáng)推廣宣傳、完善配套制度、健全激勵(lì)機(jī)制等手段將規(guī)劃和計(jì)劃變成行動(dòng)和實(shí)在的效果，推進(jìn)汽車(chē)傳感器產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

2.重點(diǎn)發(fā)展汽車(chē)用MEMS傳感器
由于MEMS傳感器在汽車(chē)領(lǐng)域的重要作用和所占份額的迅速增加，加上我國(guó)又正值集成電路和新能源汽車(chē)的大發(fā)展期，建議政府應(yīng)充分結(jié)合自動(dòng)駕駛、新能源汽車(chē)等應(yīng)用需求，重點(diǎn)加快汽車(chē)用MEMS傳感器的研究開(kāi)發(fā)，以此既快速帶動(dòng)我國(guó)汽車(chē)傳感器產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，又有力推動(dòng)新能源汽車(chē)和智能汽車(chē)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的跨道超車(chē)。

3.推進(jìn)汽車(chē)電子上下游合作
在汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域，傳感器需與下游應(yīng)用密切結(jié)合的特點(diǎn)尤為明顯，汽車(chē)傳感器都是以配套汽車(chē)電子系統(tǒng)的形式進(jìn)入整車(chē)。所以，建議政府創(chuàng)造一個(gè)良好的產(chǎn)業(yè)鏈合作環(huán)境，促進(jìn)汽車(chē)傳感器生產(chǎn)商、汽車(chē)電子系統(tǒng)生產(chǎn)商和車(chē)企間的緊密合作，以此一方面降低車(chē)企的研發(fā)成本、縮短研發(fā)周期，提升汽車(chē)供應(yīng)鏈的整體競(jìng)爭(zhēng)力，另一方面形成自主品牌的供應(yīng)鏈，并逐步納入全球汽車(chē)供應(yīng)鏈。

4.企業(yè)應(yīng)堅(jiān)持技術(shù)自主創(chuàng)新
我國(guó)汽車(chē)傳感器企業(yè)首先必須改變以往所采取的“規(guī)模”和“低價(jià)”發(fā)展策略，堅(jiān)持以“自主創(chuàng)新”為方向，以提升產(chǎn)品技術(shù)含量為目標(biāo)；其次應(yīng)從技術(shù)研發(fā)之初就樹(shù)立體系化發(fā)展思路，將傳感器由硬件拓展為包括算法和系統(tǒng)架構(gòu)在內(nèi)的傳感器系統(tǒng)，從而盡快實(shí)現(xiàn)技術(shù)的全面提升，滿足汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。