车用传感器这块大蛋糕,中国已无望?

机器人技术 2020-02-25 16:43www.xuehaixcl.com机器人技术
 

导语:根据公安部交管局公布的上半年全国机动车数据显示,截至 2019 年 6 月,我国机动车保有量为 3.4 亿辆,其中汽车保有量为 2.5 亿辆,私家车为 1.98 亿辆。

 

 

          没有技术就没有现代汽车,这意味着汽车电子化越发达、自动化程度越高,对传感器依赖性就越大,一辆普通的汽车上就需配备几十个传感器,高档车的传感器更不下百个,配置越强大,功能越丰富,传感器就越多,以最基础的配置为例,一台车需配备 40 个传感器,结合上述公安部交管局的统计数据,也就是在我们全国各地这些来来往往的汽车上就至少有 2.5 亿 * 40=100 亿个传感器。
 

          其实远远不止这些,据汽车全球领先的技术与服务供应商博世所提供的数据显示,自 1995 年以来,博世已在车辆与消费类电子产品领域生产超过 100 亿个微机电传感器(MEMS),在中国市场,博世 2018 年仅为汽车应用就提供了 4800 万个传感器。
 


 

          有人不禁要问,汽车传感器是什么?
 

          传感器其实是一种装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求,其功能实现主要由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分合力完成。
 

          而汽车传感器正是将汽车运行中的各种工况信息,如车速、各种介质温度、发动机运转工况等转换成电信号传输给计算机,以便发动机处于最佳工作状态的一类器件。
 

          汽车
 

          单车用传感器的数量从几十到几百,将这些传感器进行归类,大致可以分为以下五类:MEMS传感器、磁传感器、ADAS 传感器、排气管传感器以及动力总成传感器。
 

          每一系列传感器下面有很多具体的传感器,下面先来介绍一下这五大系列传感器及应用领域。
 

          MEMS 传感器
 

          MEMS 传感器即微机电系统(Microelectro Mechanical Systems)。
 

          汽车领域应用范围:主动悬架、入口、安全气囊、自动变速器、气压、内置导航、客舱空气质量、客舱 HVAC、客舱温度、防雾、连续可变变速器、碰撞感应、柴油通用燃油轨、柴油微粒过滤器、双离合器变速箱、电子呼叫、事故传感器、电子驻车制动器、ESC、废气再循环、燃油压力(低 P 侧)、燃油箱蒸汽、汽油直接喷射、头上显示屏(售后)、头上显示(原装安装)、HVAC/挡风玻璃管理、缸内压力、多面体绝对压力、大流量、夜视、机油压力、乘客占用检测、行人保护、滚轮检测、轮胎压力监测器、真空制动助力器、车辆报警、免提接口、降噪阵列。
 

          磁传感器
 

          磁传感器是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起敏感元件磁性能变化转换成电信号,以这种方式来检测相应物理量的器件。
 

          汽车领域应用范围:ABS(车轮速度)、加速踏板、空气控制阀、气门活门电机、自动、AMT、DCT 变速箱、辅助水泵电机、蓄电池监控应用、引导(后备箱)锁、按线电机制动、制动液水平、制动灯开关、凸轮轴、底盘高度、离合器位置、指南针、冷却液液位、曲轴、柴油通用燃油轨电机、车门锁、双离合器和 AMT 电机、前窗电机、动力转向电机、后窗电机、车顶(开/关)、车顶电机、天窗电机、电动动力转向电机、节气门电机、节气门、发动机冷却风扇、EV、PEHV、HEV 发动机冷却泵电机 /HVAC 压缩机电机/推进电机、排气控制阀、废气再循环阀电机、废气再循环阀位置、燃油箱液位、头枕电机、头枕位置、HEV/EV 电池监视器、HEV/EV DC-DC 子系统逆变器、HEV/EV 电机逆变器、HVAC 阀位置、空档位置(手动)、油位、安全带存在检测、座椅电机、座椅履带位置、选择器操纵杆位置、由线电机转向、方向盘角度、方向盘扭矩、涡轮增压器电机、涡轮增压器位置、真空制动助力器泵、可变提升控制执行器、各种开关应用、水回路执行器(热)、挡风玻璃雨刮器、雨刮器电机。
 

          ADAS 传感器
 

          ADAS 是先进驾驶辅助系统的英文缩写,是利用安装于车上的各式各样的传感器, 在第一时间收集车内外的环境数据, 进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理, 从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险, 以引起注意和提高安全性的主动安全技术,ADAS 采用的传感器主要有摄像头、雷达、激光和超声波等。
 

          汽车领域应用范围:探测光、热、压力或其它用于监测汽车状态的变量, 通常位于车辆的前后保险杠、侧视镜、驾驶杆内部或者挡风玻璃上。
 

          排气传感器
 

          排气传感器是指在排气管中安装的一类用以检测排气各类参数的器件。
 

          汽车领域应用范围:空气燃油比(WB 氧气)、氧传感器、废气温度、废气压力、氮氧化物传感器、颗粒物(烟尘)传感器。
 

          动力总成传感器
 

          动力总成传感器是指一类用以控制发动机的正常运转,同时也可以诊断发动机各个部位的状态的器件。
 

          汽车领域应用范围:空气-燃油比(WB 氧气)、气门温度、曲轴传感器、凸轮轴传感器、气缸压力、EGR 位置、EGR 压力、发动机冷却液温度、废气温度、废气压力、燃油油位、燃油喷射压力、爆震传感器、lambda 传感器、空气质量流量、歧管绝对压力、NOx 传感器、机油压力开关、PM(烟灰)传感器、SCR 油箱液位、SCR 油箱温度、节气门位置、涡轮转速传感器。
 


 

 

          汽车传感器出问题了会怎样?
 

          无论什么设备都会有出问题的时候,更何况一辆由 1 万多,甚至 2 万多个不可拆解的独立零部件组装而成的汽车来说,出问题的概率就更大了,可是对于一个行外人来说,无论是什么问题现象,原因在哪里,我们只知道两个字:“坏了”。
 

          而对于大部分女司机而言,场景往往是这样的:

          老婆:喂,老公,我车子坏了!

          老公:老婆,不着急,你车子哪里坏啦?

          老婆:在路上坏了!

          老公:~@#¥%&……*,你等着,我来叫救援。
 


 

          资深修车师傅告诉我们,当车子“坏了”,很大可能是传感器出现了故障,但是不应该只考虑传感器本身,以为换一个传感器就OK了,而应考虑出现故障的整个电路,因此在查找故障的时候除了检查传感器之外,还要检查线束、接插件以及传感器与ECU之间的有关电路。
 

          车子传感器太多了,一般会采用模块化检测,先定位问题所在部位,然后分析模块电路,可能产生问题的原因,再一一排除确定问题。
 

          传感器出问题往往与使用环境和使用频次有关,比如环境潮湿、温度过高、温度过低、进水、使用年限久远导致老化、强震动、系统短路、系统断路等隐私有关。
 

          下面我们来讲一下容易出现的几类汽车传感器问题与表现形式:
 

          1)  氧传感器

          氧传感器位置在排气管上,氧传感器故障,使 ECU 无法得知所喷射的汽油量是否正确,而造成混合器浓度不是过浓就是过稀,燃烧不充分,降低发动机功率,增加排放污染,发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。
 

          2)  轮速传感器

          一般安装在每个车轮的轮毂上,一旦发生故障,ABS则会失效。
 

          3)  空气流量计

          一般安装在空气滤清器与节气门体,一旦发生故障发动机转速升不起来。
 

          4)  水温传感器

          一般安在节温器旁边,一旦发生故障,发动机则会在冷起动时启动困难、怠速运转不稳定,且加速时动力不足。
 

          5)  曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器

          一般分别安装在曲轴皮带轮的后方或者是大飞轮附近和凸轮轴的前方或者是后方,二者相辅相成,同时工作才能为发动机正常运转提供良好保证。一方故障,发动机则会无法起动。
 

          6)  油门踏板位置传感器

          一般和油门踏板一体,一旦发生故障,发动机则只能处于怠速状态运转。
 

          7)  里程表传感器

          一般装在变速箱上,一旦发生故障,里程表就不走字了。
 

          8)  机油压力传感器

          一般安装在发动机的侧面缸体上,一旦发生故障,机油压力不够的时候仪表盘上的机油灯也不会亮。没有了机油报警,如果真的车辆机油缺少了,我们也很难知晓而不会去加机油,极可能会造成发动机损坏。
 

          9)  ABS 传感器

          一般安装在每一个车轮子上面的轴承旁,一旦发生故障,紧急情况ABS不会起作用,紧急制动时车轮会抱死,如果遇到湿滑路面,容易发生甩尾,影响行车安全。
 

          10)  安全气囊传感器

          一般安装在在车内前方(正副驾驶位),侧方(车内前排和后排)和车顶三个方向,一但损坏,不用说,遇到紧急情况安全气囊不会弹出来。一般传感器故障,相关故障灯都会亮起,查找原因,传感器故障时,一定要引起重视,这和行车安全息息相关,毕竟安全第一。
 

          11)  进气压力传感器

          一般安装在节气门旁边,一旦发生故障会引起点火困难、怠速不稳、加速无力 等一系列问题。
 

          12)  节气门位置传感器

          一般安装在节气门体上,一旦发生故障会导致发动机怠速运转不正常、发动机抖动及加速反应迟滞。
 

          13)  进气温度传感器

          一般安装在节气门后方,一旦发生故障发动机混合气过浓或过稀,直接导致冷启动困难,且启动后怠速不稳。
 

          14)  爆震传感器

          一般安装在发动机气缸壁上,一旦发生故障,发动机故障灯会亮,发动机会出现"自我保护现象",影响正常驾驶。

          一般安装在发动机气缸壁上,一旦发生故障,发动机故障灯会亮,发动机会出现"自我保护现象",影响正常驾驶。
 

          汽车传感器市场行情
 

          随着经济的快速发展,车辆的保有量在不断增加,传统新车的发行、二手车传感器老旧更新换代是需求的一个方面,另外这几年无人驾驶、自动驾驶、智能驾驶等高科技领域崛起,也驱动了前所未有的汽车传感器市场,下面以 MEMS 传感器和 ADAS 传感器为例,分析一下当前汽车传感器市场行情。
 

          MEMS 传感器
 

          MEMS 传感器广泛应用于电子车身稳定程序(ESP)、防抱死(ABS)、电控悬挂(ECS)、胎压监控(TPMS) 等系统。其中,压力传感器、加速计、陀螺仪与流量传感器是汽车中使用最多的 MEMS 传感器,占汽车 MEMS 系统的 99%。
 

          《2019 年中国 MEMS 传感器潜力市场暨细分领域本土优秀企业》白皮书中介绍称 2018 年中国 MEMS 整体规模达到 152.1 亿美元,预计到 2021 年将达到 223 亿美元。
 

 

          半导体行业著名产业研究机构 Yole 分析称全球 MEMS 和传感器市场的价值将翻一番,从 2018 年的 480 亿美元增至 2024 年的 930 亿美元。
 

 

          美国市场调研公司 IC Insight 分析称从 2013 年到 2023 年,基于 MEMS 的传感器需求量会不断攀升。
 

 

          ADAS 传感器
 

          ADAS 是智能汽车的落脚点,汽车 ADAS 采用的传感器主要有摄像头、雷达、激光和超声波等,以摄像头为例,根据 Tractica 的一份最新报告,计算机视觉技术以其低成本和多功能性正在进入广泛的应用市场,包括汽车、消费者和移动、和工业以及无人机等。Tractica 的分析表明,3D 成像传感器和硬件子系统的全球市场将从 2017 年的 82 亿美元增长到 2025 年的 579 亿美元。市场情报公司估计,移动和汽车应用市场是 2017 年最大的两个细分市场,预计将在 2025 年继续成为领先的应用市场。
 

 

          汽车传感器厂商分析
 

          国外国传感器行业发展早,市场占有率高,掌握了核心技术的同时拥有大量的资金投入新的研发中去,形成了一个良性循环。
 

          据亿欧调研显示:截至 2017 年,中国汽车传感器 95% 以上的市场份额都掌握在外资企业手里。这些巨头企业主要有:AKM、雅马哈、博世、意法半导体、ALPS、西门子、霍尼韦尔、瑞士莱姆、Velodyne、TDK 等。
 

          国内传感器厂商以汽车领域作为突破口,面对欧美、日韩的垄断地位,不甘落后,奋起直追,但是现实依然残酷。《2019 年中国 MEMS 传感器潜力市场暨细分领域本土优秀企业》白皮书中指出:2018 年我国 MEMS 传感器制造企业大约有 200 家,大多属于初创类中小型企业。但目前这些企业基本还是靠模仿国外为主,企业规模也小,产品进入不了主流市场,60% 至 70% 的设计产品集中在加速度计、压力传感器等传统领域,和国外传感器产业相比,中国汽车传感器尚未形成独立的产业。
 

          中国内燃机工业协会副秘书长魏安力认为目前国内传感器产业的“空心化”非常明显,主要体现在两个方面:一是传感器的内部芯片技术都掌握在外资手里,二是这一核心部件在我国汽车产业链条中整体薄弱甚至可以说是缺失。
 

          德沃思的总经理李松林说:“国内传感器市场的需求量上千万亿,每年进口额都不低于 1700 亿人民币。这么大的体量却绝大部分被西门子、博世、霍尼韦尔等国际零部件巨头占据,国内企业多数只能做一些水温和压力传感器等低端产品。而比如国五、国六排放阶段在尾气处理上必须要用到的氮氧化物传感器等一些高技术含量产品,国内目前还是完全依赖进口,想模仿都模仿不明白。”他还表示缺少资金投入是限制其创新产出的一座大山。

 

          无锡隆盛的高级战略顾问薛祖兴说:“大部分国产传感器在品质上和国外产品有一定差距,很难进入主流市场,通常是出口到国外要求不高的维修市场,作临时替换之用。”
 

          国瓷副总经理宋锡滨表示即使千辛万苦研发出了产品,可国内企业在实际应用层面的经验也极度欠缺。同时国内缺少传感器与发动机和整机校调的条件,使得传感器的稳定性、匹配性和可靠性得不到保障。
 

          不同这几年通过从欧洲引进了自动化的流水线,实现了产品的无人、规避了人为失效状态,产品的一致性和可靠性得到极大提升。同时中国的传感器企业正在抓住科技创新带来的机遇,不断寻求新的突破。中国的政府也在加大对这领域的重视和扶持力度,选取业内领先的企业,持续投入、重点扶持他们的基础研究水平,然后以点带面,形成规模效应。
 

          据前瞻产业研究院的数据分析显示:在 2018 年汽车传感器市场中,中国占全球汽车传感器市场份额达到 14.20%,仅次于欧洲,超过了美国和日本(但基本处于传感器低端市场)。
 


 

          下面针对研发、生产和测试分别介绍一下目前汽车传感器厂商的分布情况:
 


 

          总结语
 

          随着 5G 通信、AIoT、智能驾驶、智慧城市等行业的兴起,传感器行业将更加红火,需求量不断攀升,各大厂商的竞争也会相应进入白热化状态,作为市场后来者的中国,需要用科学管理、科技创新来改善落后的现状,突破技术壁垒,才能进入核心竞争区,而不是单纯的低端市场跑量。
 

          未来的世界是多技术融合的世界,闯过单个传感器关卡还不够,还需要将多传感器、多种技术,通过算法融合,才能让车子传感器组在恶劣的环境中仍能帮助车子“辨清方向”,提高车辆的安全性、可靠性和舒适性。

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