在汽車電子控制系統(tǒng)（如圖所示）的快速增長的市場需求下，汽車傳感器技術(shù)不斷發(fā)展。未來汽車傳感器的發(fā)展總體趨勢是智能化、微型化、集成化、多功能化以及新材料和新工藝制成的新型傳感器。MEMS技術(shù)傳感器成為汽車傳感器的主要部件。

車用傳感器分類

根據(jù)組成系統(tǒng)和功能的不同，車用傳感器可分為：動力控制系統(tǒng)MEMS、車身電子系統(tǒng)MEMS、安全電子系統(tǒng)MEMS、ADAS高級輔助系統(tǒng)MEMS等。

動力控制系統(tǒng)MEMS包括：

· 空氣質(zhì)量流量計 – 進氣控制

· 爆震傳感器 – 發(fā)動機控制

· 離地高度傳感器 – 懸掛控制

· 智能電池傳感器 – 電池管理

· 氧傳感器 – 尾氣排放檢測控制

· 踏板行程傳感器 – Start-Stop/Auto hold

· 角度、位置傳感器 – 發(fā)動機控制/轉(zhuǎn)向控制

· 壓力傳感器–發(fā)動機控制/變速器控制/增壓器控制/噴射控制

車身電子系統(tǒng)MEMS包括：

光敏傳感器 – 自動大燈系統(tǒng)

車窗升速傳感器 – 車窗防夾

雨量傳感器 – 自動雨刷

壓力傳感器 – 中央閉鎖控制

空氣質(zhì)量傳感器 – 空調(diào)系統(tǒng)

溫度傳感器 – 空調(diào)系統(tǒng)

濕度傳感器 – 空調(diào)系統(tǒng)

安全電子系統(tǒng)MEMS包括：

高壓傳感器 – ESC

轉(zhuǎn)向輪角度傳感器 – ESC

加速度傳感器 – 安全氣囊/ABS

座椅占用傳感器 – 安全氣囊

轉(zhuǎn)動率傳感器 – 安全氣囊

轉(zhuǎn)速傳感器 – ABS

壓力傳感器 – TPMS

溫度傳感器 – TPMS

ADAS 高級駕駛輔助系統(tǒng)MEMS包括：

CMOS圖像傳感器 – 車道保持/360°影像

長距離毫米波雷達 – ACC/碰撞預警

Lidar – 碰撞預警/自動駕駛

短距離毫米波雷達 – 并線輔助

超聲波傳感器 – 倒車雷達

紅外傳感器 – 夜視

車用 MEMS 的應用

汽車市場已經(jīng)成為傳感器的重要應用市場，MEMS汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的重要信息源，對溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度和振動等各種信息進行實時、準確的測量和控制。當前，一輛普通家用轎車上大約安裝了近百個傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量多達200個。

目前的汽車傳感器市場主要包括MEMS和經(jīng)典的有源傳感器，如里程表傳感器、進氣/機油壓力傳感器、水溫傳感器、空氣流量傳感器、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）傳感器、化學傳感器、慣性傳感器、磁傳感器、超聲傳感器、圖像傳感器、雷達以及激光雷達等。

里程表傳感器

里程表傳感器一般用霍爾、光電兩個方式來檢測信號，其目的利用里程表記數(shù)可有效的分析判斷汽車的行駛速度和里程。因為半軸和車輪的角速度相等，已知輪胎的半徑，直接通過里程參數(shù)來計算。

在傳動軸上設計兩個軸承，大大減輕了運行中的力矩，減少了摩擦力，增強了使用壽命；由原來的動態(tài)檢測信號改為齒輪運轉(zhuǎn)式檢測信號；由原來直插式垂直變速箱改為倒角式接口變速箱。里程表傳感器插頭一般是在變速箱上，有的打開發(fā)動機蓋可以看到，有的要在地溝操作。

進氣壓力傳感器

進氣壓力傳感器可以根據(jù)發(fā)動機的負荷狀態(tài)測出進氣歧管內(nèi)的絕對壓力，并轉(zhuǎn)換成電信號和轉(zhuǎn)速信號一起送入電控單元（ECU），作為決定噴油器基本噴油量的依據(jù)。

國產(chǎn)奧迪100型轎車（v6發(fā)動機）、桑塔納2000型轎車、北京切諾基（25l發(fā)動機）、豐田皇冠3．0轎車等均采用這種壓力傳感器。目前廣泛采用的是半導體壓敏電阻式進氣壓力傳感器。

機油壓力傳感器

指集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統(tǒng)。常用的有硅壓阻式和硅電容式，兩者都是在硅片上生成的微機械電子傳感器。

一般情況下，通過機油壓力傳感器來檢測汽車的機油向內(nèi)的機油還有多少，并將檢測到的信號轉(zhuǎn)換成可以理解的信號，提醒及時加注。

水溫傳感器

它的內(nèi)部是一個半導體熱敏電阻，溫度愈低，電阻愈大；反之電阻愈小，安裝在發(fā)動機缸體或缸蓋的水套上，與冷卻水直接接觸。從而測得發(fā)動機冷卻水的溫度。

電控單元根據(jù)這一變化測得發(fā)動機冷卻水的溫度，作為燃油噴射和點火正時的修正號。就是我們可以通過發(fā)動機水溫的溫度了解汽車現(xiàn)在的運行的狀態(tài)，停止或者運動，或者運動的時間有多長等。

空氣流量傳感器

空氣流量傳感器的作用是將吸入的空氣轉(zhuǎn)換成電信號送至電控單元（ECU），作為決定噴油的基本信號之一，檢測發(fā)動機進氣量的大小，并將進氣量信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出，并傳送到ECU。

我們知道汽車的行駛是需要點火裝置點火得到向前的沖量，因此，充氣量的大小是ECU計算汽車在點火時點火裝置需要噴油時間、噴油量和點火時間的依據(jù)。它的作用是可以讓我們更好地讓汽車進行加減速行駛。

根據(jù)測量原理不同，可以分為旋轉(zhuǎn)翼片式空氣流量傳感器（豐田previa旅行車）、卡門渦游式空氣流量傳感器（豐田凌志LS400轎車）、熱線式空氣流量傳感器（日產(chǎn)千里馬車用VG30E發(fā)動機和國產(chǎn)天津三峰客車TJ6481AQ4裝用的沃爾沃B230F發(fā)動機）和熱膜式空氣流量傳感器四種形式。前兩者為體積流量型，后兩者為質(zhì)量流量型。目前主要采用熱線式空氣流量傳感器和熱膜式空氣流量傳感器兩種。

ABS傳感器

在制動活塞旁邊（卡制動碟的卡鉗，里面是制動活塞），ABS工作就是保證制動活塞和制動碟不卡死，保證它們處于滑動摩擦和靜摩擦的邊緣。大多由電感傳感器來監(jiān)控車速，ABS傳感器通過與隨車輪同步轉(zhuǎn)動的齒圈作用， 輸出一組準正弦交流電信號，其頻率和振幅與輪速有關(guān).該輸出信號傳往ABS電控單元（ECU），實現(xiàn)對輪速的實時監(jiān)控。

安全氣囊傳感器

安全氣囊傳感器也稱碰撞傳感器，按照用途的不同，分為觸發(fā)碰撞傳感器和防護碰撞傳感器。觸發(fā)碰撞式用于檢測碰撞時的加速度變化，并將碰撞信號傳給氣囊電腦，作為氣囊電腦的觸發(fā)信號；防護碰撞式它與觸發(fā)碰撞式串聯(lián)，用于防止氣囊誤爆。

氣體濃度傳感器

主要用于檢測車體內(nèi)氣體和廢氣排放。其中，最主要的是氧傳感器，實用化的有氧化鋯傳感器(使用溫度-40℃~900℃，精度1％)、氧化鋯濃差電池型氣體傳感器(使用溫度300℃~800℃)、固體電解質(zhì)式氧化鋯氣體傳感器(使用溫度0℃~400℃，精度0.5％)，另外還有二氧化鈦氧傳感器。

這些傳感器用于檢測汽車尾氣中的氧含量，根據(jù)排氣中的氧濃度測定空燃比，向微機控制裝置發(fā)出反饋信號，以控制空燃比收斂于理論值。當空燃比變高，廢氣中的氧濃度增加時，氧傳感器的輸出電壓減?。划斂杖急茸兊?，廢氣中的氧濃度降低時，輸出電壓增大。

電子控制單元識別這一突變信號，對噴油量進行修正，從而相應地調(diào)節(jié)空燃比，使其在理想空燃比附近變動。其中，二氧化鈦氧傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、便宜，且抗鉛污染能力強的特點。

位置和轉(zhuǎn)速傳感器

主要用于檢測發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開度、車速檢測，汽車加速度檢測、汽車減速檢測等，為點火時刻和噴油時刻提供參考點信號，同時，提供發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號。

目前，汽車使用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機式、磁阻式、霍爾效應式、簧片開關(guān)式、光學式、半導體磁性晶體管式。

節(jié)氣門位置傳感器

節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門上，用來檢測節(jié)氣門的開度。

它通過杠桿機構(gòu)與節(jié)氣門聯(lián)動，進而反映發(fā)動機的不同工況。此傳感器可把發(fā)動機的不同工況檢測后輸入電控單元（ECU），從而控制不同的噴油量。

它有三種型式：開關(guān)觸點式節(jié)氣門位置傳感器、線性可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器、綜合型節(jié)氣門位置傳感器。

曲軸位置傳感器

也稱曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，是計算機控制的點火系統(tǒng)中最重要的傳感器，其作用是檢測上止點信號、曲軸轉(zhuǎn)角信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，并將其輸入計算機，從而使計算機能按氣缸的點火順序發(fā)出最佳點火時刻指令。

曲軸位置傳感器有三種形式：電磁脈沖式曲軸位置傳感器、霍爾效應式曲軸位置傳感器、光電效應式曲軸位置傳感器。

曲軸位置傳感器型式不同，其控制方式和控制精度也不同。曲軸位置傳感器一般安裝于曲軸皮帶輪或鏈輪側(cè)面，有的安裝于凸輪軸前端，也有的安裝于分電器。

爆震傳感器

爆震傳感器安裝在發(fā)動機的缸體上，隨時監(jiān)測發(fā)動機的爆震情況。目前采用的有共振型和非共振型兩大類。

爆震傳感器用于檢測發(fā)動機的振動，通過調(diào)整點火提前角控制和避免發(fā)動機發(fā)生爆震?？梢酝ㄟ^檢測氣缸壓力、發(fā)動機機體振動和燃燒噪聲等三種方法來檢測爆震。

爆震傳感器有磁致伸縮式和壓電式。磁致伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40℃~125℃，頻率范圍為5~10khz；壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417KHZ處，其靈敏度可達200Mv/g，在振幅為0.1g~10g范圍內(nèi)具有良好線性度。

速度傳感器

速度傳感器是電動汽車較為重要的傳感器，也是應用較多的傳感器。就其定義而言，速度傳感器主要是用來測量速度的傳感器，分為轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器、車輪轉(zhuǎn)速傳感器等。

轉(zhuǎn)速傳感器主要用于電動汽車電動機旋轉(zhuǎn)速度的檢測。常用的轉(zhuǎn)速傳感器有三種，分別為電磁感應式轉(zhuǎn)速傳感器、光電感應式轉(zhuǎn)速傳感器、霍爾效應式轉(zhuǎn)速傳感器，均采用非接觸式測量原理，以增強檢測的安全性、提高檢測精度。車速傳感器用來測量電動汽車行駛速度。

車速傳感器主要有電磁感應式、光電式、可變磁阻式和霍爾式集中。電動汽車上普遍采用電磁感應式和霍爾式速度傳感器。

綜上所述，車用MEMS傳感器的應用方向和市場需求包括車輛的防抱死系統(tǒng)（ABS）、電子車身穩(wěn)定程序（ESP）、電控懸掛（ECS）、電動手剎（EPB）、斜坡起動輔助（HAS）、胎壓監(jiān)控（EPMS）、引擎防抖、車輛傾角計量和車內(nèi)心跳檢測等等。

汽車傳感器市場

隨著高端汽車與智能汽車的普及，以及無人駕駛技術(shù)的推進，超聲波傳感器、圖像傳感器、激光雷達傳感器、微波傳感器、紅外傳感器等也都被采用。汽車傳感器已經(jīng)成為MEMS傳感器的一個主要的應用市場。

目前，壓力傳感器、加速計、陀螺儀與流量傳感器四類器件合計占汽車MEMS系統(tǒng)的99%。其五年增長率均在3-12%。MEMS壓力傳感器是汽車中應用最多的傳感器，汽車用MEMS壓力傳感器的價格大概在5~7美元。在汽車領(lǐng)域，MEMS壓力傳感器營業(yè)收入2018年預計達到18億美元，占當年總體產(chǎn)業(yè)營業(yè)收入的74%。至少18個汽車應用領(lǐng)域?qū)⒋龠M壓力傳感器的增長，包括：輪胎壓力，電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)中的剎車傳感器，側(cè)面氣囊，與日益嚴格的排放標準相關(guān)的引擎控制，大氣壓力與廢氣再循環(huán)壓力。

按銷售額計算，最大的五種汽車MEMS應用按降序排名是：ESC，安全氣囊，進氣歧管絕對壓力（MAP），TPMS與翻滾探測。

具體應用體現(xiàn)：

MEMS傳感器的大批量高精度生產(chǎn)和高可靠性及單價廉價，特別適宜在汽車電控系統(tǒng)中應用；

安全氣囊中的汽車安全氣囊感應器；

MEMS汽車微加速度計正替代以往的機電式加速度傳感器；

MEMS陀螺儀在高端汽車中的應用包括：懸架控制、翻滾；

汽車MEMS壓力傳感器和輪胎氣壓自動監(jiān)測系統(tǒng)，MEMS壓力傳感器適合于任何類型的輪胎，在輪胎胎壁埋設一小塊感壓力敏芯片，自動測量輪胎氣壓、溫度、轉(zhuǎn)速和其他一些數(shù)據(jù)，并用特定的代碼發(fā)送出來；

發(fā)動機管理系統(tǒng)中的MEMS應用；

微機械陀螺是一種振動式角速率傳感器，在汽車領(lǐng)域的應用開發(fā)備受關(guān)注，主要用于汽車導航的GPS信號補償和汽車底盤控制系統(tǒng)；

汽車電控燃油噴射系統(tǒng)EFI要使用多重壓力MAP傳感器，監(jiān)測發(fā)動機進氣端絕對壓力，提高其動力性能，降低油耗，減少廢氣排放；

微型硅壓阻式MEMS壓力傳感器可用于發(fā)動機廢氣循環(huán)系統(tǒng)，替代陶瓷電容式壓力傳感器。

汽車大國自然成了汽車傳感器應用大國。經(jīng)過多年發(fā)展，中國汽車市場已成為全球增速最快的汽車市場之一。隨著中國汽車銷量的增加，傳感器應用也隨之快速增長。據(jù)IMARC Group數(shù)據(jù)，2024 年全球汽車傳感器市場規(guī)模達到292億美元，預計到 2033 年將達到 721 億美元，2025 - 2033 年期間的復合年增長率為 10.04%。并且MEMS技術(shù)汽車傳感器逐步取代傳統(tǒng)的傳感器，成為汽車傳感器的主流。

目前中國是最大的汽車生產(chǎn)和消費國家，所以中國自然是汽車傳感器應用大國。2024年我國汽車傳感器市場規(guī)模達到830億元，到2030年有望突破1500億至2000億元人民幣。