汽車電子控制系統(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， 車輛運(yùn)行過程中， 方向盤扭矩轉(zhuǎn)角傳感器監(jiān)測方向盤轉(zhuǎn)角及扭矩信息，輪速傳感器監(jiān)測車輪轉(zhuǎn)速， 控制器（ECU）通過 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 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

汽車動(dòng)力、底盤、車身、電氣四大系統(tǒng)中，絕大部分的電子控制具備類似的工作原理，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的機(jī)會(huì)所在。

汽車傳感器可分為車輛感知、 環(huán)境感知兩大類。動(dòng)力、底盤、車身及電子電氣系統(tǒng)中的傳感器屬于車輛感知范疇， ADAS 以及無人駕駛系統(tǒng)中引入的車載攝像頭、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)介紹車輛感知傳感器，環(huán)境感知傳感器將在后續(xù)專題中介紹。

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

每一類傳感器的競爭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)的市場競爭力。

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)中高配汽油車擁有超過 90 個(gè)傳感器，單車價(jià)值量超過 2000元。其中動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 45-60 個(gè)左右，單車價(jià)值 1000-1700 元；底盤安全系統(tǒng) 30-40 個(gè)，單車價(jià)值 500-1000 元；車身系統(tǒng)超過 20 個(gè)，單車價(jià)值至少 200-600 元。

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

動(dòng)力系統(tǒng)：需要進(jìn)排氣壓力類、冷卻液/燃油/機(jī)油溫度類、空氣流量、曲軸/凸輪軸位臵及轉(zhuǎn)速、爆震、氧傳感器等多類型傳感器同時(shí)監(jiān)測發(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)值量來看， 轉(zhuǎn)速及位臵類磁傳感器大多在 10-30 元范圍，低中壓 MEMS 15-30 元，熱敏元件普遍 5-10 元，氣體類、高溫、高壓類技術(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型的傳感器，我們估計(jì)大約 15-20 個(gè)。

底盤及車身安全系統(tǒng)：傳感器遍布制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車身穩(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 20 個(gè)，普遍單價(jià)較低。

磁傳感器：新場景、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)用場合

縱觀整條產(chǎn)業(yè)鏈， 磁傳感器芯片競爭格局十分集中，全球 5 家芯片供應(yīng)商 Allegro、TDK、 Melexis、 Infineon、 NXP 幾乎壟斷市場；相比較而言， 全球汽車磁傳感器供應(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)用的汽車電子系統(tǒng)為 OEM 統(tǒng)一配套。

汽車磁傳感器產(chǎn)業(yè)鏈主要廠商

對(duì)于磁傳感器來說， 我們估計(jì)芯片的成本占比超過 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)、市場成熟，關(guān)注 3D 霍爾和電流

目前汽車上應(yīng)用的磁傳感器大多基于霍爾效應(yīng)的原理，簡稱為霍爾傳感器。主要用來測量運(yùn)動(dòng)量，如位臵、角度、速度、電流等， 分為霍爾開關(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 35-50 個(gè)，單車價(jià)值量 500-1200 元。

我們認(rèn)為需求增長主要來自 3 個(gè)方面：

1、汽車電子配臵不斷提升，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)氣門閥位臵傳感器、 EGR 閥位臵傳感器等， 從高檔車向經(jīng)濟(jì)型車不斷滲透。

3、新能源汽車中的電流傳感器，隨全球市場，同步放量。

全球主流的汽車霍爾傳感器供應(yīng)商主要有 Bosch、 Denso、 Continental、 Valeo 等眾多 Tier1，普遍從 Melexis、 Infineon、 TDK-Micronas 等芯片廠商處采購磁傳感器芯片，根據(jù)自身電控系統(tǒng)要求來設(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。

霍爾傳感器的測量原理。霍爾效應(yīng)是指當(dāng)電流通過磁場中的霍爾元件時(shí)，磁場會(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。霍爾傳感器的測量原理是運(yùn)動(dòng)切割磁感線引起磁場以及感應(yīng)電流的變化，最終導(dǎo)致霍爾電壓的變化，依據(jù)該變化來探測目標(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、方向盤轉(zhuǎn)角/扭矩、電子節(jié)氣門位臵、曲軸和凸輪軸轉(zhuǎn)速等傳感器領(lǐng)域得到規(guī)模化應(yīng)用， 我們估計(jì) TMR 有望于未來 2 年在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)中開始切入。

傳感器廠商中， Conti 及 Denso 大力推廣 xMR 技術(shù)， Conti 采購 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芯片以開發(fā)新一代傳感器。目前來看， 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。

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)用場景替代霍爾傳感器：

1、 角度、轉(zhuǎn)速、位臵類傳感器：包括 BLDC 轉(zhuǎn)子位臵、方向盤轉(zhuǎn)角、輪速、節(jié)氣門位臵、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)，在汽車上廣泛應(yīng)用于壓力類以及運(yùn)動(dòng)類傳感器。

MEMS 芯片模組的構(gòu)成

根據(jù) Bosch 估計(jì)， 目前一輛汽車上安裝有超過 50 個(gè) MEMS 傳感器， 我們估計(jì)單車價(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。

汽車上有超過 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)，目前在汽車行業(yè)已經(jīng)獲得大規(guī)模應(yīng)用， 根據(jù) IHS 估計(jì)， 汽車行業(yè) MEMS 持續(xù)保持 3.3%的穩(wěn)定增長水平。

汽車行業(yè) MEMS 傳感器銷售額保持穩(wěn)定

從行業(yè)格局來看， Bosch、 ST、 TI 在產(chǎn)品線布局、市場占有率方面都占據(jù)絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)地位；AKM 等磁傳感器廠商從電子羅盤切入；MEMSIC、 ADI 則一直專注包括汽車加速度計(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)商來說，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 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程為例，需要在硅片上通過氮化硅薄膜熱沉積、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，通過調(diào)整腐蝕速率和時(shí)間來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。

縱觀整條產(chǎn)業(yè)鏈， 我們發(fā)現(xiàn) MEMS 以及 ASIC 芯片的競爭格局相對(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，中國市場快速增長

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)，適用于中低壓場景，如發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管、胎壓檢測系統(tǒng) TPMS、真空度、油箱壓力等。中、高壓場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 MEMS 壓力傳感器技術(shù)已十分成熟， 汽油車安裝數(shù)量普遍在 15-20 個(gè)左右，單車價(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 MEMS 壓力傳感器

從市場需求看，歐美日等發(fā)達(dá)市場趨于平穩(wěn)，相比較而言中國市場正快速增長，主要有兩個(gè)原因：一是 2020 年 1 月 1 日起所有乘用車強(qiáng)制安裝 TMPS，需要增加 4 個(gè)胎壓傳感器，單車價(jià)值 100-120 元左右， 二是國六排放標(biāo)準(zhǔn)于 2020 年在全國范圍內(nèi)推廣，需要增加 4 個(gè)左右壓力傳感器，單車價(jià)值 100-120 元左右。

國六新增傳感器（乘用車）

（二）運(yùn)動(dòng)類傳感器：無人駕駛推動(dòng)精度、 集成度大幅提升

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

汽車運(yùn)動(dòng)類傳感器的需求將小幅增加， 我們估計(jì)復(fù)合增速不超過 5%， 主要受益全球尤其發(fā)展中國家，汽車安全氣囊、 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，綠色壓力類）

目前車輛上常用 ESP 系統(tǒng)的 MEMS 加速度計(jì)、陀螺儀來進(jìn)行慣性導(dǎo)航，精度較差，無法滿足無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 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)等共同融合用于無人駕駛系統(tǒng)中的車輛精確定位，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)為未來無人駕駛 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，但仍價(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 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。

加速度 MEMS：基于牛頓第二定律，通過在加速過程中對(duì)質(zhì)量塊對(duì)應(yīng)慣性力的測量來獲得加速度值。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，區(qū)別在于測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)，橫向電容板能夠測量由于橫向 Coriolis 運(yùn)動(dòng)帶來的電容變化，從而計(jì)算出角速度。最多可測量 x/y/z 三軸角速度，用于側(cè)翻、車身穩(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)過程中地磁場改變磁力計(jì)主磁場方向，從而引起導(dǎo)電薄膜內(nèi)磁場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，通過換算可以確定與地磁場的相對(duì)位臵來進(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)，通過測量與地磁場的相對(duì)位臵來判斷汽車的航向角及姿態(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 來感應(yīng)地磁場。

MEMS AMR 磁力計(jì)工作原理

氣體傳感器前裝空白，

溫度傳感器國產(chǎn)見成效

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

前氧傳感器檢測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。后氧傳感器檢測催化轉(zhuǎn)化后混合氣體中的氧含量，用來判定三元催化轉(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，價(jià)值量高

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

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

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

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

SCR 系統(tǒng)工作原理

（二）溫度傳感器：單價(jià)較低， 國產(chǎn)化程度較高

汽車上普遍用熱敏電阻來測量溫度，可分為 PTC 和 NTC 兩類，汽油車單車用量 5-10個(gè)，純電動(dòng)汽車在 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?fù)赓Y為主，如 Murata、 Semitec。

NTC：電阻隨溫度升高而降低，主要用來測量氣體、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、車內(nèi)外等溫度檢測， 基本在 200℃以下，平均單價(jià)在 5-10 元。

PTC：超過一定溫度時(shí)，電阻明顯增大， 主要用于過流保護(hù)、溫度限制、加熱等場景，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)的熱敏電阻無法滿足要求，通常采用鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行測量，我們估計(jì)單價(jià)在 50 元左右，汽油、 柴油車單車用量分別為 1、 4 個(gè)， 全球市場基本被 Sensata、 NTK、 Denso 壟斷，國內(nèi)企業(yè)尚不具備前裝大批量供貨能力。

純電動(dòng)汽車：

電氣化帶動(dòng)磁傳感器需求旺盛

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

總的來說，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：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)類傳感器不再需要， 總價(jià)值量超過 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)車市場景氣度高

電動(dòng)汽車上電流傳感器用于測量電氣系統(tǒng)的電流大小，單車用量 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型：一種是霍爾式電流傳感器，測量電池包、電機(jī)控制器的電流，單價(jià)較高，單車用量 5 個(gè)左右；另一種是電流互感器 CT，測量 OBC、 DCDC的電流，單價(jià)較低，單車用量 6 個(gè)左右。

從競爭格局看， Lem、 Melexis、 Allegro、 Honeywell 是電動(dòng)汽車電流傳感器的主流競爭者，國內(nèi)的電動(dòng)汽車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)競爭領(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環(huán)和閉環(huán)兩種：

開環(huán)式由磁芯、霍爾元件和放大電路構(gòu)成，原邊導(dǎo)體流過電流時(shí)，磁芯將導(dǎo)體周圍磁場聚集在開口處，開口處的霍爾元件產(chǎn)生同比例的電壓信號(hào)，放大后進(jìn)行測量；而閉環(huán)在開環(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)生與原邊電流磁場大小相同、方向相反的磁場，通過這一負(fù)反饋使磁通量為零。

閉環(huán)與開環(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 只能測量交流電，測量頻段比霍爾式窄；

2）交流 CT 如果開路會(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)。霍爾式逐步取代 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)的原理測量電流， 不僅體積大大減小，而且?guī)捀撸憫?yīng)時(shí)間快、溫度特性好。我們認(rèn)為電機(jī)控制器、車載充電機(jī)等功率模塊向 SiC 路線轉(zhuǎn)變是長期趨勢(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合，而 IGBT 由于開關(guān)頻率只有10k，僅適用于低頻高壓范圍。而 SiC Mosfet 開關(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，霍爾式無法滿足要求，所以 SiC 路線與 TMR 將成為相輔相成的長期趨勢(shì)。

我們對(duì)中國汽車傳感器的未來保持樂觀態(tài)度，并判斷在所有汽車半導(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、 市場技術(shù)演變緩慢， 國內(nèi)龍頭已研發(fā)儲(chǔ)備 5-8 年，臨近突破；

3、 國內(nèi)需求旺盛，貿(mào)易戰(zhàn)激發(fā)整車廠培育本土供應(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，下一步提升至汽車級(jí)。

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

目前國內(nèi)汽車傳感器正處高速發(fā)展前期，尤其國六排放標(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，開始搶占外資品牌的市場份額。

考慮國內(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，類似森薩塔的模式，依托既有的客戶關(guān)系，靠性價(jià)比，做大銷售規(guī)模（3-5 億元），初步掌握芯片設(shè)計(jì)能力，然后通過并購擴(kuò)充產(chǎn)品線，類似 TDK 的模式，形成技術(shù)協(xié)同、供應(yīng)鏈協(xié)同、客戶協(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)來說 MEMS 的必要性更強(qiáng)，偏 IC 的芯片必要性較弱。

編輯：jq