MEMS傳感器在車輛動態系統控制中的應用

首先，您認為MEMS傳感器未來的三大應用包括哪些？

汽車傳感器三大類：安全、引擎管理和舒適應用

如果您的答案中沒有“汽車”市場，那證明您沒有在浮躁的市場“回聲室”中人云亦云（回聲室效應，形象地體現了如今社交媒體上的一種普遍現象：由于相同的觀點被人們不斷地重復、夸大，因此很難聽到質疑的聲音），當然，也有可能您沒有仔細看標題。每個人都知道，由于汽車正在從傳統的機械向電氣化“線控驅動”轉型，為電子市場帶來了巨大的市場機遇。

這意味著越來越多的傳感器將會在汽車中得到應用，因此，MEMS廠商正在為即將到來的市場熱潮而做好準備。

但是，蛋糕可能沒那么快上桌。邏輯似乎沒問題，但事實上，正如去年秋季在“MEMS和傳感器高峰會議”上，著名市場研究機構IHS Markit首席分析師兼MEMS和傳感器高級總監Jeremie Bouchaud提供的一些實際調研。確實，在汽車市場的這輪變革中，需要應用很多傳感器，但其中有多少會是MEMS傳感器（甚至基于半導體的傳感器）？

MEMS無處不在？

據麥姆斯咨詢介紹，MEMS器件在汽車領域的表現一直很好。安全氣囊和胎壓監測是MEMS傳感器在汽車領域的首批大規模應用，將MEMS傳感器從乏力的高摩擦業務推向主流市場。但據IHS Markit稱，汽車領域的MEMS傳感器增長預計將低于其他傳感器。2014～2024年期間，IHS Markit認為MEMS傳感器的復合年增長率（CAGR）為3％，而排在MEMS傳感器前面的下一個類別傳感器（傳統的負溫度系數（NTC）熱傳感器）的復合年增長率預計為7％，其它一些傳感器的復合年增長率更高，例如，雷達可達18％。

汽車MEMS和傳感器市場總覽

Jeremie Bouchaud按應用對傳感器的市場機遇進行了細分解讀，如果您認為所有傳感器都將最終從傳統技術轉換到MEMS技術，那么他的分析可以給您帶來一些清醒的認識。

在認識到實際上并非所有傳感器都是MEMS以后，已將原本的“MEMS產業”分類更名為“MEMS和傳感器產業”。但研究的重點仍是領先的微尺度半導體傳感器。例如，嚴格來說，霍爾效應傳感器這樣的器件可能不屬于MEMS，但它們仍然是微尺度的，并且也是用硅制造的。其它不在晶圓上制造和組裝的尺寸更大、相對更笨重的宏觀機電單元，也不乏光明的未來。

目前，汽車根據顯著差異的傳感器需求可以分為兩類。其中，最顯眼的一類是大家都在談論的自動駕駛汽車；另一類（在某種程度上與自動駕駛重疊或有交集）是電動或混合動力汽車。

自動駕駛內燃汽車中的傳感器

在傳統汽車向自動駕駛發展的過程中，多種傳感器正在爆發增長。在Level 2級自動駕駛，外部攝像頭和雷達占主導地位，微測輻射熱計作為可選傳感器應用日益增長；在Level 3級自動駕駛，將需要車廂內部攝像頭和激光雷達（LiDAR）；在Level 4級和5級自動駕駛，在操作端將會看到慣性測量單元（IMU，即加速度計、陀螺儀和磁力計的組合），乘員娛樂系統會用到更多可能的傳感器和執行器。

自動駕駛汽車傳感器市場預測

攝像頭和雷達屬于傳統傳感器，每輛車可以在不同方向上應用多顆。此外，在眾多激光雷達競爭者中，大部分也都采用了傳統技術。事實上，最知名的使用旋轉鏡反射激光束的方案，也是在宏觀尺度上運行的。這些傳感器會被MEMS技術替代嗎？有可能，但IHS Markit的預測并不確定，認為只有部分激光雷達會采用MEMS方案。

然后，是應用日益增長的微測輻射熱計。那什么是微測輻射熱計呢？這是一種電阻型熱傳感器，工作原理是吸收目標物體發出的紅外輻射，在引起熱敏材料發生溫度變化時，熱敏材料的電阻也將發生變化，在外加偏置的作用下產生相應的電學信號輸出，然后還原成圖像信息。

那么，這與汽車應用有什么關系？通過探測熱成像，微測輻射熱計可以用于汽車夜視，提高夜間或視線受阻時行車的安全性。但是，微測輻射熱計相對成本較高，因此，仍然只是部分車型的選裝功能。

IHS Markit還列出了另外一種用于電池充電的新型傳感器：磁通門傳感器。其工作原理是基于鐵芯材料的非線性磁化特性，其敏感元件為高磁導率、易飽和材料制成的鐵芯，有兩個繞組圍繞該鐵芯：一個是激勵線圈，另一個是信號線圈。在交變激勵信號的磁化作用下，鐵芯的導磁特性發生周期性飽和與非飽和的變化，從而使圍繞在鐵芯上的感應線圈感應出反應外界磁場的信號。

所有這些傳感器都在汽車領域獲得了市場機遇，但它們不是MEMS，而且，至少在IHS Markit看來，它們似乎并沒有轉向MEMS的趨勢。而且，還有很多宏觀傳感器在今天仍大有可為。

電動和混合動力汽車中的傳感器

與此同時，在通往電動化的大道上，還有一些完全不同的傳感器。IHS Markit將他們分為四大類：

■ 電流傳感器

－ 分流器（傳統）

－ 霍爾（半導體）

－ 磁阻（半導體）

■ 溫度傳感器

－ 主要是NTC

■ 位置傳感器

－ 旋轉變壓器（傳統）

■ 換向開關（執行器，而不是傳感器）

－ 主要是霍爾（半導體）

MEMS的機會在哪里？

那么，未來MEMS（和半導體）傳感器的可能應用有哪些？目前汽車領域對于MEMS而言似乎沒那么光明？

或許是的，但目前還有一些有前景的領域以及一些尚未解決的需求，有待MEMS或半導體技術去發力。

旋轉變壓器可以讓位于磁阻（MR）傳感器，后者更小、更便宜。開環霍爾傳感器也可以讓位于MR，同樣可以改善尺寸和成本。通過增加CO2傳感器，則能改善車廂內的舒適度控制。

現在，我們已經有相應的傳感器來檢測運動中的碰撞，它們還可以用來探測慢速（如泊車時）或停止時的碰撞，其中一個目標應用是，在電池絕緣受損的情況下斷開電池。

此外，對于電動和混合動力汽車，尤其需要能夠監控電池的完整性。改進電池技術或許會消除這些需求，但是，可以利用壓力傳感器或應變計、氣體傳感器和光纖傳感器來進一步確保電池不會撂挑子。

因此，對于汽車領域的MEMS技術（一種正在改變一切的技術），需要有清醒的認識，MEMS未來會改變我們從A點到B點的方式，MEMS在很多領域擁有高增長的市場機遇，但是，至少在IHS Markit的預測中，目前的汽車市場還算不上MEMS的金礦。