按工作原理詳解汽車(chē)主要傳感器分類(lèi)

汽車(chē)電子控制系統(tǒng)普遍遵循感知→控制→執(zhí)行的工作流程。傳感器作為感知單元獲取系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制單元處理傳感器信號(hào)并計(jì)算輸出控制指令，最終由執(zhí)行單元完成相應(yīng)動(dòng)作。

以電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）為例， 車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中， 方向盤(pán)扭矩轉(zhuǎn)角傳感器監(jiān)測(cè)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角及扭矩信息，輪速傳感器監(jiān)測(cè)車(chē)輪轉(zhuǎn)速， 控制器（ECU）通過(guò) CAN 總線實(shí)時(shí)獲取傳感器信號(hào)， 并根據(jù)特定邏輯實(shí)時(shí)處理信號(hào)，計(jì)算得到一個(gè)理想的助力力矩， 最后通過(guò) MOSFET 控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)助力效果。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）工作原理

汽車(chē)動(dòng)力、底盤(pán)、車(chē)身、電氣四大系統(tǒng)中，絕大部分的電子控制具備類(lèi)似的工作原理，從感知、控制到執(zhí)行環(huán)節(jié)，半導(dǎo)體器件無(wú)處不在，包括感知系統(tǒng)的傳感器，控制環(huán)節(jié)的微控制器（MCU）、通信芯片（CAN/LIN 等）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D），執(zhí)行環(huán)節(jié)的功率器件（MOSFET、 IGBT、 DCDC）等。其中傳感器更是汽車(chē)的機(jī)會(huì)所在。

汽車(chē)傳感器可分為車(chē)輛感知、 環(huán)境感知兩大類(lèi)。動(dòng)力、底盤(pán)、車(chē)身及電子電氣系統(tǒng)中的傳感器屬于車(chē)輛感知范疇， ADAS 以及無(wú)人駕駛系統(tǒng)中引入的車(chē)載攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等屬于環(huán)境感知范疇。本文重點(diǎn)介紹車(chē)輛感知傳感器，環(huán)境感知傳感器將在后續(xù)專(zhuān)題中介紹。

按照工作原理，傳感器主要可分為 MEMS、磁、化學(xué)、溫度四大類(lèi)，我們統(tǒng)計(jì)傳統(tǒng)汽油車(chē)上 MEMS 傳感器超 50 個(gè)， 磁傳感器超過(guò) 30 個(gè)，合計(jì)占比約 90%。

汽車(chē)主要傳感器分類(lèi)（按工作原理）

每一類(lèi)傳感器的競(jìng)爭(zhēng)格局普遍集中度較高，主流企業(yè)一般在 5 家左右，比如 MEMS壓力傳感器供應(yīng)商主要為 Bosch、 Sensata、 Infineon、 NXP、 Denso，磁傳感器供應(yīng)商主要是 NXP、 Infineon、 Allegro、 TDK-Micronas、 Melexis，氣體傳感器供應(yīng)商主要是Bosch、 NTK。

傳感器企業(yè)中，既有 Bosch、 Infineon、 NXP 這些巨頭， 產(chǎn)品線齊全，產(chǎn)業(yè)鏈完整，從芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，到傳感器產(chǎn)品的研發(fā)、配套，均具備很強(qiáng)的能力；也有 Allegro、Melexis、 ST、 NTK 等專(zhuān)注在部分領(lǐng)域或產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，規(guī)模相對(duì)適中，同樣具備很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

不同原理傳感器主要供應(yīng)商情況

據(jù)我們統(tǒng)計(jì)，目前一臺(tái)中高配汽油車(chē)擁有超過(guò) 90 個(gè)傳感器，單車(chē)價(jià)值量超過(guò) 2000元。其中動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 45-60 個(gè)左右，單車(chē)價(jià)值 1000-1700 元；底盤(pán)安全系統(tǒng) 30-40 個(gè)，單車(chē)價(jià)值 500-1000 元；車(chē)身系統(tǒng)超過(guò) 20 個(gè)，單車(chē)價(jià)值至少 200-600 元。

傳統(tǒng)汽油車(chē)（中高配） 主要傳感器種類(lèi)及個(gè)數(shù)匯總

動(dòng)力系統(tǒng)：需要進(jìn)排氣壓力類(lèi)、冷卻液/燃油/機(jī)油溫度類(lèi)、空氣流量、曲軸/凸輪軸位臵及轉(zhuǎn)速、爆震、氧傳感器等多類(lèi)型傳感器同時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，我們估計(jì)所需傳感器數(shù)量為 30-40 個(gè)。從價(jià)值量來(lái)看， 轉(zhuǎn)速及位臵類(lèi)磁傳感器大多在 10-30 元范圍，低中壓 MEMS 15-30 元，熱敏元件普遍 5-10 元，氣體類(lèi)、高溫、高壓類(lèi)技術(shù)壁壘較高，比如尾氣壓差 GPF、排氣溫度傳感器大約 50-60 元， 氧傳感器大約 100-150 元。

傳動(dòng)系統(tǒng)：涉及到離合器和變速器等復(fù)雜機(jī)械工況，需要離合器/變速器齒輪、變速器檔位等位臵傳感器、輸入/輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器以及液壓油/冷卻液溫度傳感器等多種類(lèi)型的傳感器，我們估計(jì)大約 15-20 個(gè)。

底盤(pán)及車(chē)身安全系統(tǒng)：傳感器遍布制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車(chē)身穩(wěn)定系統(tǒng)及安全氣囊系統(tǒng)中，我們估計(jì)共有 30-40 個(gè)。比如，加速度/角速度傳感器廣泛應(yīng)用于安全氣囊系統(tǒng)、ESP 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、慣導(dǎo)模塊系統(tǒng)中。

車(chē)身舒適性系統(tǒng)：包括雨量傳感器、日照傳感器、雨刷電機(jī)/車(chē)窗升降電機(jī)轉(zhuǎn)子位臵傳感器、空調(diào)系統(tǒng)傳感器等，我們估計(jì)會(huì)超過(guò) 20 個(gè)，普遍單價(jià)較低。

傳感器在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

磁傳感器：新場(chǎng)景、新技術(shù)

目前磁傳感器有四代技術(shù)， 分別為霍爾效應(yīng)、 AMR（Anisotropic magnetoresistance effect）、 GMR（Giant magnetoresistance effect）、 TMR（Tunnel magnetoresistance effect），主要用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)量，具體產(chǎn)品形式為速度傳感器、 線性及角度位臵傳感器、電流傳感器等。

磁效應(yīng)傳感器技術(shù)更新?lián)Q代方向

磁傳感器應(yīng)用場(chǎng)合

縱觀整條產(chǎn)業(yè)鏈， 磁傳感器芯片競(jìng)爭(zhēng)格局十分集中，全球 5 家芯片供應(yīng)商 Allegro、TDK、 Melexis、 Infineon、 NXP 幾乎壟斷市場(chǎng)；相比較而言， 全球汽車(chē)磁傳感器供應(yīng)商相對(duì)分散， Bosch、 Delphi、 Conti、 Denso 等眾多 Tier1 均有相應(yīng)產(chǎn)品系列，與具體應(yīng)用的汽車(chē)電子系統(tǒng)為 OEM 統(tǒng)一配套。

汽車(chē)磁傳感器產(chǎn)業(yè)鏈主要廠商

對(duì)于磁傳感器來(lái)說(shuō)， 我們估計(jì)芯片的成本占比超過(guò) 60%（磁性元件通常與 ASIC 封裝在一起），傳感器供應(yīng)商在產(chǎn)品端二次開(kāi)發(fā)的空間被壓縮，導(dǎo)致產(chǎn)品趨于同質(zhì)化，因此與整車(chē)廠的配套關(guān)系尤為關(guān)鍵，其中產(chǎn)品品質(zhì)、價(jià)格、服務(wù)是制勝要素。

我們認(rèn)為芯片主導(dǎo)了磁傳感器的發(fā)展趨勢(shì)，集成度越來(lái)越高：1）磁性元件與 ASIC集成：從多芯片到單芯片的集成封裝；2）雙傳感器集成：EPS 等功能安全等級(jí)高的系統(tǒng)，對(duì)傳感器冗余要求高，通常配備兩個(gè)轉(zhuǎn)矩、踏板位臵傳感器，雙傳感器集成封裝有助于縮小尺寸、降低成本。

（一）霍爾傳感器：技術(shù)、市場(chǎng)成熟，關(guān)注 3D 霍爾和電流

目前汽車(chē)上應(yīng)用的磁傳感器大多基于霍爾效應(yīng)的原理，簡(jiǎn)稱(chēng)為霍爾傳感器。主要用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)量，如位臵、角度、速度、電流等， 分為霍爾開(kāi)關(guān)、位臵霍爾（線性/角度/3D）、轉(zhuǎn)速霍爾、電流霍爾及導(dǎo)航系統(tǒng)磁力計(jì)等類(lèi)型。

霍爾傳感器的技術(shù)以及產(chǎn)品應(yīng)用已十分成熟， 平均每輛汽油車(chē) 35-50 個(gè)，單車(chē)價(jià)值量 500-1200 元。

我們認(rèn)為需求增長(zhǎng)主要來(lái)自 3 個(gè)方面：

1、汽車(chē)電子配臵不斷提升，比如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EPS）、電子踏板、電動(dòng)座椅等；

2、 3D 霍爾的應(yīng)用，主要產(chǎn)品為旋鈕式換擋器、 電子節(jié)氣門(mén)閥位臵傳感器、 EGR 閥位臵傳感器等， 從高檔車(chē)向經(jīng)濟(jì)型車(chē)不斷滲透。

3、新能源汽車(chē)中的電流傳感器，隨全球市場(chǎng)，同步放量。

霍爾傳感器分類(lèi)

全球主流的汽車(chē)霍爾傳感器供應(yīng)商主要有 Bosch、 Denso、 Continental、 Valeo 等眾多 Tier1，普遍從 Melexis、 Infineon、 TDK-Micronas 等芯片廠商處采購(gòu)磁傳感器芯片，根據(jù)自身電控系統(tǒng)要求來(lái)設(shè)計(jì)傳感器產(chǎn)品，最終大多以系統(tǒng)的形式供應(yīng)給 OEM。而Sensata 則是一個(gè)特例，不以系統(tǒng)的形式配套，而是僅將單個(gè)傳感器產(chǎn)品出售給 OEM。

霍爾傳感器的測(cè)量原理?；魻栃?yīng)是指當(dāng)電流通過(guò)磁場(chǎng)中的霍爾元件時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)霍爾元件中的電子產(chǎn)生垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向的作用力，使得在垂直導(dǎo)體與磁感線方向正負(fù)電荷聚集，形成霍爾電壓?；魻杺鞲衅鞯臏y(cè)量原理是運(yùn)動(dòng)切割磁感線引起磁場(chǎng)以及感應(yīng)電流的變化，最終導(dǎo)致霍爾電壓的變化，依據(jù)該變化來(lái)探測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化。

霍爾效應(yīng)原理圖

（二）xMR 磁阻：性能出眾，開(kāi)始嶄露頭角

AMR、 GMR、 TMR 均基于磁阻原理，作為下一代磁傳感器技術(shù)，憑借性能優(yōu)勢(shì)，滲透率正日益提升，主要磁傳感器芯片廠商均有所布局。

霍爾、 AMR、 GMR 及 TMR 技術(shù)參數(shù)對(duì)比

各主流廠商技術(shù)路線匯總（紛紛布局 TMR）

目前 AMR/GMR 技術(shù)已經(jīng)在輪速、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角/扭矩、電子節(jié)氣門(mén)位臵、曲軸和凸輪軸轉(zhuǎn)速等傳感器領(lǐng)域得到規(guī)?；瘧?yīng)用， 我們估計(jì) TMR 有望于未來(lái) 2 年在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)中開(kāi)始切入。

傳感器廠商中， Conti 及 Denso 大力推廣 xMR 技術(shù)， Conti 采購(gòu) NXP 芯片，將 AMR技術(shù)引入大部分產(chǎn)品線，而 Denso 依靠其在霍爾傳感器領(lǐng)域豐富的產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)，自制 AMR芯片以開(kāi)發(fā)新一代傳感器。目前來(lái)看， AMR 傳感器配套的 OEM 以美系、日系為主。

從芯片廠商的技術(shù)路線來(lái)看， xMR 領(lǐng)域布局各有側(cè)重。NXP 在 AMR 領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)顯著，2015 年其 AMR 芯片市占率 70%， Allegro 及 Infineon 有小批量的 GMR 芯片出貨，而TDK 依靠傳統(tǒng)磁頭業(yè)務(wù) TMR 技術(shù)積淀深厚。

芯片巨頭傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)及全新布局

TMR 傳感器的性能提升十分顯著，利用磁性多層膜材料的隧道磁電阻效應(yīng)，與霍爾元件、 AMR、 GMR 相比， 優(yōu)勢(shì)突出：

第一， 溫度性能好，前端模塊電鍍了納米厚度的氧化層， 而不是半導(dǎo)體；

第二， 電流功耗小，從霍爾的 5-20mA 減少到 μA 級(jí)別；

第三， 敏感性很強(qiáng)，規(guī)模上量后成本更低， 霍爾元件需要用釹鐵硼等強(qiáng)力磁鐵。

TMR 傳感器將憑借突出的產(chǎn)品性能， 在高要求應(yīng)用場(chǎng)景替代霍爾傳感器：

1、 角度、轉(zhuǎn)速、位臵類(lèi)傳感器：包括 BLDC 轉(zhuǎn)子位臵、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角、輪速、節(jié)氣門(mén)位臵、曲軸/凸輪軸角度等功能安全等級(jí)要求非常高的應(yīng)用場(chǎng)合。

2、 液位傳感器：TMR 取代干簧管， 干簧管容易破裂、 一致性差、 成本較高， TMR靈敏度高、成本低、克服破碎問(wèn)題。

干簧管與 TMR 液位傳感器對(duì)比

MEMS：考究工藝，技術(shù)迭代

MEMS 傳感器（Micro-Electro-Mechanical System） 是一個(gè)將微型機(jī)械結(jié)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路以及接口、通信和電源模塊都集成于芯片上的微機(jī)電系統(tǒng)，在汽車(chē)上廣泛應(yīng)用于壓力類(lèi)以及運(yùn)動(dòng)類(lèi)傳感器。

MEMS 芯片模組的構(gòu)成

根據(jù) Bosch 估計(jì)， 目前一輛汽車(chē)上安裝有超過(guò) 50 個(gè) MEMS 傳感器， 我們估計(jì)單車(chē)價(jià)值量 500-1000 元。應(yīng)用較多的是壓力傳感器、 加速度計(jì)、陀螺儀及磁力計(jì)等慣導(dǎo)系統(tǒng)傳感器。這些產(chǎn)品雖都采用微機(jī)電系統(tǒng)封裝，但對(duì)應(yīng)原理各不相同。

汽車(chē)上有超過(guò) 50 個(gè) MEMS 傳感器（Bosch）

MEMS 傳感器的優(yōu)勢(shì)非常顯著，高集成、小尺寸、低成本，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制，適合大規(guī)模批量生產(chǎn)， 1995 年由博世量產(chǎn)，目前在汽車(chē)行業(yè)已經(jīng)獲得大規(guī)模應(yīng)用， 根據(jù) IHS 估計(jì)， 汽車(chē)行業(yè) MEMS 持續(xù)保持 3.3%的穩(wěn)定增長(zhǎng)水平。

汽車(chē)行業(yè) MEMS 傳感器銷(xiāo)售額保持穩(wěn)定

從行業(yè)格局來(lái)看， Bosch、 ST、 TI 在產(chǎn)品線布局、市場(chǎng)占有率方面都占據(jù)絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)地位；AKM 等磁傳感器廠商從電子羅盤(pán)切入；MEMSIC、 ADI 則一直專(zhuān)注包括汽車(chē)加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)在內(nèi)的慣性模塊 IMU；TDK 先后收購(gòu)壓力傳感器公司 EPCOS、慣性傳感器公司 Invensense、 Tronics 等，補(bǔ)充 MEMS 產(chǎn)品線。

我們估計(jì)的汽車(chē)行業(yè)不同 MEMS 平均單價(jià)對(duì)比（美元）

與數(shù)字 IC 不同， MEMS 芯片對(duì)電特性和機(jī)械特性要求都很高， 對(duì)于傳感器供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，芯片能力和封裝工藝都是核心技術(shù)。我們估計(jì) MEMS 芯片與 ASIC 的成本合計(jì)占比超過(guò) 60%。同時(shí)， 封裝需要考慮溫度、化學(xué)、應(yīng)力等因素，對(duì)傳感器性能也有比較大的影響。

MEMS 傳感器產(chǎn)業(yè)鏈

以 MEMS 壓力傳感器的制造過(guò)程為例，需要在硅片上通過(guò)氮化硅薄膜熱沉積、光刻、金屬離子注入等工藝制備出壓力敏感電阻與金屬的互連引線后，在硅片背面進(jìn)行各向異性濕法腐蝕，通過(guò)調(diào)整腐蝕速率和時(shí)間來(lái)控制壓力敏感膜的厚度，最后用玻璃進(jìn)行鍵合作為芯片的支撐架構(gòu)。我們估計(jì)需要 7-8 層襯底，需要一層一層去做沉積、光刻、注入、腐蝕等過(guò)程，對(duì)溫度控制精度、應(yīng)力的要求非常高。而且襯底不僅是硅，還有金屬、塑料、陶瓷、聚合物等。

我們估計(jì)的國(guó)產(chǎn)壓力 MEMS 成本結(jié)構(gòu)

縱觀整條產(chǎn)業(yè)鏈， 我們發(fā)現(xiàn) MEMS 以及 ASIC 芯片的競(jìng)爭(zhēng)格局相對(duì)集中，主要供應(yīng)商有 Bosch、 Sensata、 NXP（Freescale）、 Denso、 Infineon、 ADI 等；傳感器產(chǎn)品供應(yīng)商更為分散，主流企業(yè)包括 Bosch、 Sensata、 Denso、 Conti、 Delphi、 TE、 Amphenol等。其中 Bosch 具備全產(chǎn)業(yè)鏈能力， 采用 IDM 模式， 從晶圓廠到最終的汽車(chē)電子系統(tǒng)均自行生產(chǎn)；Sensata 具備芯片設(shè)計(jì)能力以及傳感器產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)制造能力，但采用Fabless 模式， 芯片全部由晶圓廠代工；其余的 NXP、 Infineon、 ADI、 ST 等芯片廠商則結(jié)合 IDM 及 Fabless 兩種模式，根據(jù)產(chǎn)品線的不同靈活布局.

MEMS 工藝基本流程圖

（一）壓力傳感器：技術(shù)成熟，中國(guó)市場(chǎng)快速增長(zhǎng)

壓力 MEMS：大多基于硅的壓阻效應(yīng)，壓力作用于硅薄膜引起 4 個(gè)電阻應(yīng)變片電阻的變化，惠斯頓電橋輸出與壓力成正比的電壓信號(hào)，適用于中低壓場(chǎng)景，如發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管、胎壓檢測(cè)系統(tǒng) TPMS、真空度、油箱壓力等。中、高壓場(chǎng)合多采用陶瓷電容的技術(shù)路線。

硅壓阻式壓力 MEMS 工作原理

汽車(chē) MEMS 壓力傳感器技術(shù)已十分成熟， 汽油車(chē)安裝數(shù)量普遍在 15-20 個(gè)左右，單車(chē)價(jià)值 300-500 元，主要集中在動(dòng)力傳動(dòng)及排放系統(tǒng)。

汽油車(chē) MEMS 壓力傳感器

從市場(chǎng)需求看，歐美日等發(fā)達(dá)市場(chǎng)趨于平穩(wěn)，相比較而言中國(guó)市場(chǎng)正快速增長(zhǎng)，主要有兩個(gè)原因：一是 2020 年 1 月 1 日起所有乘用車(chē)強(qiáng)制安裝 TMPS，需要增加 4 個(gè)胎壓傳感器，單車(chē)價(jià)值 100-120 元左右， 二是國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)于 2020 年在全國(guó)范圍內(nèi)推廣，需要增加 4 個(gè)左右壓力傳感器，單車(chē)價(jià)值 100-120 元左右。

國(guó)六新增傳感器（乘用車(chē)）

（二）運(yùn)動(dòng)類(lèi)傳感器：無(wú)人駕駛推動(dòng)精度、 集成度大幅提升

一輛乘用車(chē)普遍安裝運(yùn)動(dòng)類(lèi)傳感器 10-15 個(gè)，平均單價(jià) 20 元，對(duì)應(yīng)單車(chē)價(jià)值量200-300 元，主要用于監(jiān)測(cè)車(chē)身姿態(tài)，如車(chē)身的加速度、角速度，為安全氣囊、車(chē)身穩(wěn)定控制（ESP）等汽車(chē)電子系統(tǒng)提供信號(hào)輸入。

汽車(chē)運(yùn)動(dòng)類(lèi)傳感器的需求將小幅增加， 我們估計(jì)復(fù)合增速不超過(guò) 5%， 主要受益全球尤其發(fā)展中國(guó)家，汽車(chē)安全氣囊、 ESP 配臵比例提升以及功能不斷完善，如側(cè)面氣囊的引入將增加 4 個(gè)加速度計(jì)和 2 個(gè)壓力計(jì)，車(chē)外行人氣囊的引入將增加 1 個(gè)壓力計(jì)。

安全氣囊系統(tǒng)傳感器分布（紅色加速度類(lèi)，綠色壓力類(lèi)）

目前車(chē)輛上常用 ESP 系統(tǒng)的 MEMS 加速度計(jì)、陀螺儀來(lái)進(jìn)行慣性導(dǎo)航，精度較差，無(wú)法滿(mǎn)足無(wú)人駕駛的舒適性要求，精度亟待提升，同時(shí)為了降低成本，集成度也越來(lái)越高。

1、 加速度計(jì)、陀螺儀、地磁力計(jì)集成封裝，即從獨(dú)立的 3 軸傳感器到兩兩封裝形成 6 軸電子羅盤(pán) e-compass 或 6 軸 IMU 模塊，再到共同集成為 9 軸 IMU模塊，有些甚至還將壓力傳感器封裝進(jìn)來(lái)成為 10 軸 IMU；

2、 與全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) GNSS、激光雷達(dá)等共同融合用于無(wú)人駕駛系統(tǒng)中的車(chē)輛精確定位，精度要求高達(dá)厘米級(jí)別。根據(jù) iHS Markit， L4/L5 級(jí)別 IMU 中對(duì)陀螺儀的零偏不穩(wěn)定性要求范圍在1°/h-0.1°/h，而單軸價(jià)格在 10-100 美元的水平（三軸 30-300 美元），考慮集成加速度計(jì)、部分廠商集成磁力計(jì)，我們估計(jì) IMU 價(jià)格至少是百美元的量級(jí)。

我們認(rèn)為未來(lái)無(wú)人駕駛 IMU 行業(yè)將存在兩方力量：

一方面，博世、 MEMSIC（Aceinna）等傳統(tǒng) MEMS 廠商不斷提升 IMU 系統(tǒng)精度，博世在今年慕尼黑 Electronica 電子展上最新推出的 SMI230 六軸慣性傳感器，零偏不穩(wěn)定性甚至優(yōu)于 NovAtel 為百度 Apollo 提供的 IMU-IGM-A1。

另一方面，戰(zhàn)術(shù)級(jí) IMU 從軍事領(lǐng)域滲透至智能駕駛領(lǐng)域，但仍?xún)r(jià)格高昂，比如 ADI公司戰(zhàn)術(shù)級(jí) IMU 產(chǎn)品 ADIS16497 單價(jià)超過(guò) 1700 美元（>1000 只）， 我們判斷在規(guī)模化應(yīng)用之前仍存在巨大的降價(jià)訴求。

慣導(dǎo)系統(tǒng)：三軸→六軸→九軸

加速度 MEMS：基于牛頓第二定律，通過(guò)在加速過(guò)程中對(duì)質(zhì)量塊對(duì)應(yīng)慣性力的測(cè)量來(lái)獲得加速度值。采用電容式、壓阻式或熱對(duì)流原理，分為低 g（重力加速度）和高 g兩大類(lèi)，區(qū)別在于測(cè)量的加速度范圍不同， ±2g~±24g 等低/中 g 傳感器用于主動(dòng)懸架、ESP、側(cè)翻、導(dǎo)航等非安全類(lèi)系統(tǒng)， ±200g 等高 g 傳感器用于氣囊等安全系統(tǒng)。

電容式 MEMS 加速度計(jì)工作原理

角速度 MEMS/陀螺儀：基于 Coriolis 力原理：一個(gè)物體在坐標(biāo)軸中直線移動(dòng)時(shí)，假設(shè)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)，物體會(huì)受到一個(gè)垂直的力和垂直方向的加速度。MEMS 陀螺儀通常安裝兩個(gè)方向的可移動(dòng)電容板，徑向電容板加振蕩電壓迫使物體作徑向運(yùn)動(dòng)，而當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，橫向電容板能夠測(cè)量由于橫向 Coriolis 運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的電容變化，從而計(jì)算出角速度。最多可測(cè)量 x/y/z 三軸角速度，用于側(cè)翻、車(chē)身穩(wěn)定控制系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航 IMU 等。

MEMS 陀螺儀工作原理

磁力計(jì)：運(yùn)動(dòng)過(guò)程中地磁場(chǎng)改變磁力計(jì)主磁場(chǎng)方向，從而引起導(dǎo)電薄膜內(nèi)磁場(chǎng)方向與電流夾角值變化，而夾角的變化與電阻值呈線性關(guān)系，通過(guò)換算可以確定與地磁場(chǎng)的相對(duì)位臵來(lái)進(jìn)行定位。磁力計(jì)主要與加速度計(jì)、陀螺儀一起，應(yīng)用于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中（Dead Reckoning）， 用于在 GPS 信號(hào)缺失時(shí)，通過(guò)測(cè)量與地磁場(chǎng)的相對(duì)位臵來(lái)判斷汽車(chē)的航向角及姿態(tài)。磁力計(jì)基于磁效應(yīng)，采用 MEMS 工藝，由于霍爾效應(yīng)靈敏度難以達(dá)到要求，普遍應(yīng)用 AMR 來(lái)感應(yīng)地磁場(chǎng)。

MEMS AMR 磁力計(jì)工作原理

氣體傳感器前裝空白，

溫度傳感器國(guó)產(chǎn)見(jiàn)成效

汽車(chē)中一般設(shè)臵前氧和后氧兩個(gè)氧傳感器，單價(jià)在 150 元左右。汽車(chē)氧傳感器具備極高的技術(shù)壁壘，全球市場(chǎng)主要被博世、 NTK 等外資壟斷， 目前博世的市場(chǎng)份額超過(guò)85%，本土傳感器供應(yīng)商集中在國(guó)內(nèi)外的售后市場(chǎng)。

前氧傳感器檢測(cè)混合排氣中氧的含量， 并反饋給發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 修正噴油量，控制混合氣的空燃比在理論值附近，使三元催化達(dá)到效率最高。后氧傳感器檢測(cè)催化轉(zhuǎn)化后混合氣體中的氧含量，用來(lái)判定三元催化轉(zhuǎn)化器是否失效。

氧傳感器工作原理

從成本結(jié)構(gòu)看， 我們估計(jì)芯片采購(gòu)大約 25 元，封裝、組裝后成本大約 50 元，對(duì)應(yīng)傳感器的毛利率在 70%左右。芯片的成本占比并不高，是傳感器的核心壁壘。以 FAE的陶瓷芯片為例，需要 12 層的加工工藝，高溫?zé)乒に囈髽O高。

氧傳感器構(gòu)造

（一）氮氧化物傳感器：針對(duì)柴油機(jī)市場(chǎng)，價(jià)值量高

氮氧化物傳感器主要應(yīng)用在柴油車(chē)后處理 SCR 系統(tǒng)（Selective Catalytic Reduction System），用于檢測(cè)尾氣催化還原之后 NOx的含量是否滿(mǎn)足排放要求。

NOx 傳感器，與氧傳感器類(lèi)似，核心壁壘在陶瓷芯片，目前全球前裝市場(chǎng)被大陸、NTK、博世等外資壟斷，每個(gè)車(chē)上 1 只，單價(jià) 600 元左右，我們估計(jì)毛利率超過(guò) 50%。

氮氧傳感器長(zhǎng)期工作在高溫惡劣工況下， 每 6000 小時(shí)需要更換， 對(duì)應(yīng)商用車(chē)平均1-2 年，乘用車(chē)平均 8-10 年。

國(guó)內(nèi)傳感器供應(yīng)商集中在售后市場(chǎng)，其中溫州百岸引入德國(guó) KEKO 的高溫共燒陶瓷（High Temperature co-fired Ceramic， HTCC）生產(chǎn)設(shè)備，并與中國(guó)科學(xué)院和上海交通大學(xué)合作， 目前已成長(zhǎng)成為全球第一的 NOx 傳感器后市場(chǎng)供應(yīng)商。

SCR 系統(tǒng)工作原理

（二）溫度傳感器：?jiǎn)蝺r(jià)較低， 國(guó)產(chǎn)化程度較高

汽車(chē)上普遍用熱敏電阻來(lái)測(cè)量溫度，可分為 PTC 和 NTC 兩類(lèi)，汽油車(chē)單車(chē)用量 5-10個(gè)，純電動(dòng)汽車(chē)在 15-20 個(gè)， 主要企業(yè)包括 TDK（EPCOS）、 Amphenol、 TE 等，普遍具備熱敏電阻自制能力，國(guó)內(nèi)企業(yè)華工高理、匯北川同樣進(jìn)入前裝體系，并批量供貨，但熱敏電阻采購(gòu)?fù)赓Y為主，如 Murata、 Semitec。

NTC：電阻隨溫度升高而降低，主要用來(lái)測(cè)量氣體、液體、環(huán)境溫度，包括冷卻液、進(jìn)氣管、空調(diào)蒸發(fā)器出口、車(chē)內(nèi)外等溫度檢測(cè)， 基本在 200℃以下，平均單價(jià)在 5-10 元。

PTC：超過(guò)一定溫度時(shí)，電阻明顯增大， 主要用于過(guò)流保護(hù)、溫度限制、加熱等場(chǎng)景，如電機(jī)保護(hù)傳感器，單價(jià)與 NTC 相當(dāng)。

面對(duì)高溫場(chǎng)合，如發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管、三元催化器溫度高達(dá) 800℃以上， 傳統(tǒng)的熱敏電阻無(wú)法滿(mǎn)足要求，通常采用鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量，我們估計(jì)單價(jià)在 50 元左右，汽油、 柴油車(chē)單車(chē)用量分別為 1、 4 個(gè)， 全球市場(chǎng)基本被 Sensata、 NTK、 Denso 壟斷，國(guó)內(nèi)企業(yè)尚不具備前裝大批量供貨能力。

全球各汽車(chē)溫度傳感器廠商主要產(chǎn)品情況

純電動(dòng)汽車(chē)：

電氣化帶動(dòng)磁傳感器需求旺盛

與汽油車(chē)相比，純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，電氣化程度更高，傳感器的類(lèi)型和數(shù)量均有不小的變化。

總的來(lái)說(shuō)，我們估計(jì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的傳感器數(shù)量從 45-60 個(gè)減少至 20-35 個(gè)， 單車(chē)價(jià)值量從 1000-1700 元降至 300-800 元，大規(guī)模放量后，有可能降至 500 元以下，主要為電流和溫度兩大類(lèi)傳感器。

1）磁傳感器：發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器中 10-20 個(gè)位臵/轉(zhuǎn)速類(lèi)傳感器基本不再需要， BEV新增電流傳感器 10 個(gè)左右。

2） MEMS：發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器中 10 多個(gè)壓力 MEMS 不再需要， 底盤(pán)系統(tǒng)中真空助力泵壓力傳感器 BEV 也不需，而加速度、角速度等慣性傳感器不受影響。

3）化學(xué)類(lèi)：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中氧傳感器、爆震傳感器、 空氣/燃料流量傳感器等 5 個(gè)左右高價(jià)值量的化學(xué)類(lèi)傳感器不再需要， 總價(jià)值量超過(guò) 300 元。

4）溫度：發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器中有 5-10 個(gè) NTC， 而 BEV 中電池包 10-20 個(gè) NTC，電機(jī) 1-2 個(gè) NTC；而高溫鉑電阻傳感器不再需要。

插電混動(dòng)汽車(chē)中動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)傳感器的需求

（一）電流傳感器：受益電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)景氣度高

電動(dòng)汽車(chē)上電流傳感器用于測(cè)量電氣系統(tǒng)的電流大小，單車(chē)用量 10 個(gè)左右， 我們估計(jì)目前總價(jià)值 300-400 元（小批量單價(jià)高）。

電流傳感器可分為兩種類(lèi)型：一種是霍爾式電流傳感器，測(cè)量電池包、電機(jī)控制器的電流，單價(jià)較高，單車(chē)用量 5 個(gè)左右；另一種是電流互感器 CT，測(cè)量 OBC、 DCDC的電流，單價(jià)較低，單車(chē)用量 6 個(gè)左右。

從競(jìng)爭(zhēng)格局看， Lem、 Melexis、 Allegro、 Honeywell 是電動(dòng)汽車(chē)電流傳感器的主流競(jìng)爭(zhēng)者，國(guó)內(nèi)的電動(dòng)汽車(chē)上的霍爾式電流傳感器大部分采用萊姆 Lem，還有部分采用Allegro、霍尼韋爾 Honeywell 等國(guó)外廠商的產(chǎn)品。而 TMR 領(lǐng)域?qū)⒊蔀殡娏鱾鞲衅飨乱粋€(gè)競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域，各廠商都處于積極布局的階段。

霍爾式電流傳感器有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種：

開(kāi)環(huán)式由磁芯、霍爾元件和放大電路構(gòu)成，原邊導(dǎo)體流過(guò)電流時(shí)，磁芯將導(dǎo)體周?chē)艌?chǎng)聚集在開(kāi)口處，開(kāi)口處的霍爾元件產(chǎn)生同比例的電壓信號(hào)，放大后進(jìn)行測(cè)量；而閉環(huán)在開(kāi)環(huán)基礎(chǔ)上多了副邊的補(bǔ)償繞組，放大電流會(huì)將電流信號(hào)再給到副邊繞組，產(chǎn)生與原邊電流磁場(chǎng)大小相同、方向相反的磁場(chǎng)，通過(guò)這一負(fù)反饋使磁通量為零。

閉環(huán)與開(kāi)環(huán)相比，優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)時(shí)間更快、帶寬更寬，而且不受磁芯非線性和磁滯效應(yīng)影響，線性度和精度更優(yōu)越，精度可達(dá) 0.2%。缺點(diǎn)在于需要纏繞副邊繞組，成本高，且線圈纏繞對(duì)生產(chǎn)要求高。

霍爾電流傳感器與電流互感器 CT 相比優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在各個(gè)方面：1） CT 只能測(cè)量交流電，測(cè)量頻段比霍爾式窄；2）交流 CT 如果開(kāi)路會(huì)產(chǎn)生高電壓，有可能擊穿絕緣電路，因此二次側(cè)必須短接；而霍爾式不必短接；3） CT 易受電流畸變、多次諧波、非正弦波等影響，精度低于霍爾式；4）霍爾式線性度、動(dòng)態(tài)性能、響應(yīng)時(shí)間、體積上都有優(yōu)勢(shì)?；魻柺街鸩饺〈?CT 的份額是一大趨勢(shì)。

TMR 技術(shù)在磁傳感器領(lǐng)域興起變革已成定局，電流傳感器也不例外。TMR 基于磁阻效應(yīng)的原理測(cè)量電流， 不僅體積大大減小，而且?guī)捀?，響?yīng)時(shí)間快、溫度特性好。我們認(rèn)為電機(jī)控制器、車(chē)載充電機(jī)等功率模塊向 SiC 路線轉(zhuǎn)變是長(zhǎng)期趨勢(shì)。

傳統(tǒng)的Si 基 MOSFET 適宜于大多數(shù)頻率范圍的低功率控制場(chǎng)合，而 IGBT 由于開(kāi)關(guān)頻率只有10k，僅適用于低頻高壓范圍。而 SiC Mosfet 開(kāi)關(guān)頻率高達(dá) 100-200k， 適宜于較高頻段的全功率范圍，而且具備高功率密度、低功率損耗及良好的高溫穩(wěn)定性。由于 SiC 功率模塊的開(kāi)關(guān)頻率是傳統(tǒng) IGBT 10-20 倍，對(duì)電流傳感器的響應(yīng)速度要求很高，霍爾式無(wú)法滿(mǎn)足要求，所以 SiC 路線與 TMR 將成為相輔相成的長(zhǎng)期趨勢(shì)。

我們對(duì)中國(guó)汽車(chē)傳感器的未來(lái)保持樂(lè)觀態(tài)度，并判斷在所有汽車(chē)半導(dǎo)體細(xì)分行業(yè)中最先取得突破，主要五點(diǎn)原因：

1、 投資規(guī)模適中， 我們估計(jì) 1 種傳感器研發(fā)、生產(chǎn)等全產(chǎn)業(yè)鏈累計(jì)投資額約 10億元；

2、 市場(chǎng)技術(shù)演變緩慢， 國(guó)內(nèi)龍頭已研發(fā)儲(chǔ)備 5-8 年，臨近突破；

3、 國(guó)內(nèi)需求旺盛，貿(mào)易戰(zhàn)激發(fā)整車(chē)廠培育本土供應(yīng)商的強(qiáng)烈意愿；

4、 人才儲(chǔ)備充足，海外巨頭培育了一批從研發(fā)到銷(xiāo)售的本土人才；

5、 消費(fèi)級(jí)的供應(yīng)鏈已趨于完善，下一步提升至汽車(chē)級(jí)。

對(duì)于中國(guó)本土汽車(chē)傳感器供應(yīng)商，我們也看到非常清晰的成長(zhǎng)路徑。

目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)傳感器正處高速發(fā)展前期，尤其國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，為本土企業(yè)提供了巨大的機(jī)遇， 我們判斷本土傳感器廠商處于開(kāi)始進(jìn)入到 OEM 前裝配套體系的階段，并拿到量產(chǎn)項(xiàng)目，開(kāi)始搶占外資品牌的市場(chǎng)份額。

考慮國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀，我們認(rèn)為本土傳感器供應(yīng)商應(yīng)該從產(chǎn)品入手，類(lèi)似森薩塔的模式，依托既有的客戶(hù)關(guān)系，靠性?xún)r(jià)比，做大銷(xiāo)售規(guī)模（3-5 億元），初步掌握芯片設(shè)計(jì)能力，然后通過(guò)并購(gòu)擴(kuò)充產(chǎn)品線，類(lèi)似 TDK 的模式，形成技術(shù)協(xié)同、供應(yīng)鏈協(xié)同、客戶(hù)協(xié)同，完善芯片能力，最后評(píng)估建設(shè)芯片生產(chǎn)能力的必要性，相對(duì)來(lái)說(shuō) MEMS 的必要性更強(qiáng)，偏 IC 的芯片必要性較弱。

中國(guó)汽車(chē)傳感器產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)路徑

編輯：黃飛

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