MEMS 汽車傳感器市場的主要玩家?
微機電系統(tǒng)(MEMS)是一種微型設備技術,尤其是那些帶有機械運動部件的設備,以及用于各種汽車應用的電子元件。按具體產品類型劃分,主要分為輪胎壓力傳感器、發(fā)動機機油傳感器、燃燒傳感器、燃油噴射和燃油泵傳感器等類型,通過各種供應商向全球提供解決方案和產品。特別是MEMS陀螺儀在提高車輛安全性能方面發(fā)揮著至關重要的作用。隨著自動駕駛的發(fā)展,對于基于安全的應用,對這種傳感器的需求預計將成倍增長,并在市場上創(chuàng)造機會。
MEMS汽車傳感器市場的主要參與者,來源:Mordor Intelligence
根據(jù)調研機構Mordor Intelligence的數(shù)據(jù),MEMS汽車傳感器市場在2018年至2028年研究期內呈現(xiàn)持續(xù)增長。未來5年,該市場預計將以14.61%的復合年增長率增長。在各地區(qū)中,亞太地區(qū)在2018年至2028年期間的復合年增長率最高,且在2021年占有最大市場份額。該市場的主要參與者包括STMicroelectronics NV、Panasonic Corporation、Robert Bosch GmbH、Analog Devices Inc.和Infineon Technologies AG等公司。這些公司在MEMS汽車傳感器領域具有顯著的市場份額和影響力。在國內市場,尤其是低端產品領域,許多國內企業(yè)憑借價格優(yōu)勢迅速崛起,逐漸在市場份額上占據(jù)一定地位。然而,高端產品市場仍然被國外企業(yè)所主導,他們在技術和品質上占據(jù)絕對優(yōu)勢。此外,新興市場對汽車傳感器的需求不斷擴大,給行業(yè)帶來了更多的商機。不少企業(yè)國內企業(yè)如美泰電子、矽睿以及芯感智等正逐步在國內市場嶄露頭角。
2019 年3月,歐盟委員會宣布修訂《通用安全條例》,將自動駕駛安全技術作為歐洲制造車輛的強制性要求,以降低該地區(qū)的事故水平。嚴格的法規(guī)正在推動汽車供應商實施最新的MEMS 陀螺儀系統(tǒng)。這為市場創(chuàng)造了機會。
與分立式傳感器等效物相比,MEMS傳感器通常尺寸更小、成本更低、功耗更低。此外,它們可以將信號調節(jié)電路集成在同一個半導體封裝中。從全球MEMS的應用領域來看,MEMS市場主要依賴占總市場62%的消費應用和占總市場16%的汽車產業(yè)。在汽車領域,受到汽車電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化和共享化的影響,原來70萬人民幣等級的燃油車才會搭載的電控懸掛,一套系統(tǒng)要搭載3~5顆的加速度傳感器,在5年之內可以下沉到20萬級,這一個很大的增量。此外,電動車對舒適性的應用要求普遍很高,搭載欲望更大,所以某種程度上會帶來更多的增量。
車規(guī)級MEMS的國產替代現(xiàn)狀
隨著自動駕駛和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的高速發(fā)展,MEMS傳感器逐漸成為汽車傳感器的主要部件。在自動駕駛領域,安全和可靠性至關重要,而MEMS慣性傳感器(IMU)在這方面發(fā)揮著重要作用。IMU主要用于檢測加速度和旋轉運動,包括加速度計和角速度計(陀螺儀)。提高陀螺儀精度和降低成本是傳感器行業(yè)的目標。自動駕駛車輛定位精度要求很高,需要精確的IMU性能,尤其是在Z軸或偏航陀螺儀方面。
IMU是自動駕駛應用中關鍵的傳感器之一,可測量運動、加速度和旋轉速度,不受信號干擾和環(huán)境條件影響。IMU傳感器集成了多種元件來測量運動和方向,其技術進步可提高自動駕駛車輛的定位精度和安全性。目前,國產MEMS IMU傳感器和融合算法不斷提升,縮小與國外產品的差距,大規(guī)模商業(yè)化部署指日可待。
自動駕駛系統(tǒng)中,IMU數(shù)據(jù)與GPS、視覺等系統(tǒng)融合可填補GPS更新間隙,保障車輛安全運行。IMU數(shù)據(jù)始終可用,是自主車輛系統(tǒng)的重要組成部分,可應對具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境。
“在去年我們這款六軸的IMU,出貨量已經(jīng)達到上百萬,去年大概70多萬套,目前國內主流車廠自動駕駛高精度定位模塊,基本上90%以上都是我們做的。” 美泰電子市場經(jīng)理張星輝表示,IMU是美泰電子第一款涉足汽車領域的產品,主要應用于高精度的定位模塊。在此之前車廠都是用價格昂貴的高精度光纖陀螺來做,不具備量產條件。用MEMS來做有體積小、價格低、批量化的優(yōu)勢,相對來說缺點就是精度較低。后來這種模塊逐漸融合了車輛的行駛數(shù)據(jù)以及慣性的六軸IMU逐漸變成了組合導航,憑借其優(yōu)勢在2020年迎來了爆發(fā)。張星輝表示,未來汽車慣性傳感器趨勢包括數(shù)據(jù)共享、傳感器融合、集成化和小型化。車廠希望做傳感器融合,將多個功能的慣性傳感器替換為集成式六軸IMU,實現(xiàn)功能不減少的情況下,降低數(shù)量、提高可靠性。他同時認為,未來整車價值量不會改變,而是將多個傳感器的功能集成到高精度六軸IMU上,降低數(shù)量并實現(xiàn)信號共享。
在汽車領域,上海矽睿科技的產品主要包括磁角度傳感器,電流傳感器和霍爾開關三個產品線。其中矽睿在磁角度傳感器領域有5年的主機廠量產經(jīng)驗,覆蓋電子換擋器,電子節(jié)氣門,EGR,油門踏板,車身高度,SAS,EPS電機位置等主流細分應用,是目前國產汽車角度傳感器種最大的供應商。在電流傳感器部分,矽睿在國內新能源汽車頭部主機廠OBC應用上占據(jù)了60%以上的市場份額。在電機主驅逆變器應用上,矽睿是國內唯一一家能提供C-CORE和IMC兩種類型的電流傳感器供應商。
無錫芯感智半導體有限公司憑借技術實力和創(chuàng)新能力迅速崛起,逐步擴展到紅外、流量、氣體、轉速、電流等產品系列,并設立汽車事業(yè)部專門負責汽車相關傳感器應用開發(fā)。芯感智針對傳統(tǒng)燃油車和新能源車開發(fā)了多款傳感器產品系列,包括燃油蒸汽壓力、發(fā)動機轉速、進氣壓力等傳感器。新能源車方面,產品包括電池包失熱壓力監(jiān)測、熱管理壓力傳感器、電池電流傳感器等。芯感智在新能源車領域也重點研發(fā)推出CO2氣體模組和電流傳感器,關注新能源相關應用。已推出GZP6181A液冷壓力變送器、GZC6201電流傳感器等產品,并計劃未來兩年內實現(xiàn)大幅度增長。公司汽車研發(fā)團隊規(guī)模已達30余人。為提高產能和降低成本,創(chuàng)建了三個子公司分別負責研發(fā)、封測和模組全產業(yè)鏈運作,以快速響應市場需求并優(yōu)化工藝。
汽車電池安全檢測,壓力還是煙霧傳感器?
在新能源汽車領域,電池安全監(jiān)測成為了一個重要的話題,以往各廠商大多采用壓力傳感器來進行電池檢測。在傳統(tǒng)燃油車中,MEMS壓力傳感器被廣泛應用于變速箱和發(fā)動機的變速箱壓力檢測等方面。這些傳感器可以通過精準的壓力測量和監(jiān)控,確保發(fā)動機和變速箱的順暢運行,提高整個車輛的性能和耐用性。
在新能源車領域,MEMS壓力傳感器的應用也日益重要。比如,熱泵空調壓力溫度復合傳感器,可以精準地監(jiān)測熱泵的壓力和溫度,確保熱泵系統(tǒng)的正常運行。此外,MEMS壓力傳感器還可以應用于電池管理系統(tǒng)中的壓力檢測。這些傳感器可以用來監(jiān)測電池中的氣體壓力,及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在的故障和危險,確保電池系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
目前美泰電子的壓力傳感器主要針對兩個檢測方向,一個是燃油車變速箱和發(fā)動機的變速箱壓力;另一個是新能源車的熱泵空調壓力溫度復合傳感器。相對來說,胎壓檢測由于目前成本已經(jīng)做到非常低,競爭非常激烈,美泰電子目前并沒有涉足該領域。
與其它友商不同,ADI主要通過采用煙霧傳感技術等方法來解決電池安全問題。ADI工業(yè)自動化行業(yè)市場經(jīng)理祝臻表示,電池安全是不可回避的話題,遲早是要找出各種方法。傳感技術可以用來監(jiān)測電池的壓力、溫度、濕度、煙霧等多種因素,及時發(fā)現(xiàn)電池異常并采取相應措施。對于電池的安全性檢測,以前主要采用的是壓力傳感器,因為在熱失控異常的時候,電池會釋放大量的氣體,壓力傳感器可以監(jiān)測這種情況。但是隨著磷酸鐵鋰電池的廣泛應用,壓力傳感器未必能夠監(jiān)測得到電池異常情況,因為磷酸鐵鋰電池在熱失控異常時,它的釋放壓力過程是非常緩慢的。因此,ADI尋找了另外一種解決方案,即采用煙霧傳感器監(jiān)測電池的異常情況。在熱失控時,電池會產生煙霧,不管是微小的煙霧,還是大量的煙霧,ADI都可以通過信號調理等技術手段,快速地監(jiān)測出來并及時匯報給車主或者做集中控制的過程,從而保障了電池的安全性。
除了電池安全,傳感技術在汽車領域還有其他應用。比如,雷達技術可以用于汽車的自動駕駛,以便更精準地感知周圍環(huán)境和障礙物,從而實現(xiàn)更高效和安全的行駛。在汽車的連接方面,ADI也做了很多工作。汽車中有很大一塊是金屬線和控制線,以前比較多的是一些專用的線,后來ADI通過解決音頻/視頻信號傳輸方案,包括有線和無線的,使得汽車上的連接更加高效和智能化。
點評:國產替代的機會和挑戰(zhàn)
通過此次采訪,筆者發(fā)現(xiàn)到國內廠商已經(jīng)逐漸滲透MEMS傳感器的各個領域,并對國外品牌實現(xiàn)了部分國產替代。在某些領域如IMU、壓力傳感器國產品牌已經(jīng)實現(xiàn)了大規(guī)模的替代。究其原因,近年來隨著市場競爭的加劇,車廠對于成本控制的要求越來越高。另一方面,國產MEMS傳感器的技術和指標上升也很快。
不過相對來說,車廠最關心的一個是價格,另一個則是裝車經(jīng)歷,這方面對國產廠商是一大挑戰(zhàn)。
“從0到1是最難的,因為每一個車廠都會問你:在哪里裝過,你有什么裝車經(jīng)歷,你只能說我的裝車經(jīng)歷是0或者在哪里還正在驗證,這時候通常車廠會拒絕和你繼續(xù)溝通?!睂τ趪a傳感器廠商來說,實現(xiàn)第一次裝車往往是最難的。好在隨著前兩年汽車供應鏈的緊缺,無奈之下,車廠給了大量國產傳感器廠商從0到1的機會。
另一方面,國產傳感器的可靠性和品質的提升,也得益于大部分采用自建產線的IDM模式,自建產線可以讓企業(yè)更好地控制生產過程,提高生產效率和產品質量。同時,自建產線還有助于保護企業(yè)的技術秘密,防止核心技術外泄。對于汽車傳感器企業(yè)來說,如何選擇自建產線和代工合作取決于企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略、市場需求和成本控制需求。建議企業(yè)在權衡各種因素后,選擇適合自身發(fā)展的產線模式。
最后,隨著無人駕駛、電動汽車等新興技術的興起,汽車傳感器行業(yè)將迎來更廣泛的應用場景。未來的趨勢將是傳感器的高集成度、小型化、多功能化和低功耗化。汽車傳感器行業(yè)的發(fā)展前景廣闊,但挑戰(zhàn)和機遇并存。只有抓住市場機遇,不斷創(chuàng)新,積極應對挑戰(zhàn),才能在汽車傳感器行業(yè)中脫穎而出。