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車両の電子制御システムに対する市場需要の急速な拡大 (図を参照) を背景に、車載センサー技術は進歩し続けています。将来の自動車用センサーの全体的な傾向は次のとおりです。
知能: オンボード処理機能と意思決定機能を備えたセンサー。
小型化: 小型のフォームファクターにより、統合が容易になり、コストが削減されます。
統合: 複数のセンシング機能または電子機器を 1 つのパッケージに組み合わせます。
多機能性: 複数の物理パラメータを測定する 1 つのデバイス。
新しい材料 & プロセス：先進の材料と製造技術によって実現された斬新なセンサー構造。
MEMS ベースのセンサーは、最新の自動車センシングの中核コンポーネントとなっています。
自動車センサーの分類
システムのコンテキストと機能に基づいて、車載センサーは次のようにグループ化できます。
パワートレイン制御システムMEMS
ボディエレクトロニクスシステムMEMS
安全エレクトロニクスシステムMEMS
ADAS（先進運転支援システム）MEMS
1. パワートレイン制御システムMEMS
エアマスフローメーター - 摂取制御
ノックセンサー - エンジン管理
ライドハイトセンサー - サスペンションコントロール
スマートバッテリーセンサー - バッテリー管理
酸素センサー - 排出排出監視と制御
ペダル位置センサー – スタートストップ/オートホールド機能
角度 & センサーの位置 – エンジン制御 / ステアリング制御
圧力センサー – エンジン、トランスミッション、ターボチャージャー、燃料噴射制御
2. ボディエレクトロニクスシステムMEMS
周囲光センサー - 自動ヘッドランプコントロール
ウィンドウリフト速度センサー - パワーウィンドウ用のピンチガード
雨センサー - 自動フロントガラスワイパー
圧力センサー - 中央ロックシステム
大気質センサー - HVAC空気摂取量
温度センサー - HVAC
湿度センサー - HVAC
3. セーフティエレクトロニクスシステムMEMS
高圧センサー – ESC (エレクトロニック・スタビリティ・コントロール)
ステアリングホイール角度センサー - ESC
加速度計 – エアバッグ / ABS
シート占有センサー - エアバッグ
ジャイロ (ヨーレート) センサー - エアバッグ
ホイール速度センサー - 腹筋
圧力センサー – TPMS (タイヤ空気圧監視システム)
温度センサー - TPMS
4.ADAS MEMS
CMOSイメージセンサー – レーンキープ / 360° サラウンドビュー
長距離ミリ波レーダー – アダプティブクルーズコントロール/衝突警告
リダー – 衝突警報 / 自動運転
短距離ミリ波レーダー - ブラインドスポットアシスト
超音波センサー - 駐車支援
赤外線センサー - ナイトビジョン
自動車MEMSのアプリケーション
自動車市場はセンサーの主要な応用分野です。 MEMS 車載センサーは、車両電子制御システムの重要な情報源として機能し、温度、圧力、位置、速度、加速度、振動などをリアルタイムで正確に測定します。現在、一般的な家庭用セダンには 100 個近くのセンサーが搭載されています。高級車は最大200台搭載可能です。
MEMS を超えて、自動車センサー市場には、走行距離計センサー、吸気/油圧センサー、冷却水温度センサー、エアフローメーター、TPMS センサー、化学センサー、慣性センサー、磁気センサー、超音波センサー、イメージセンサー、レーダー、LiDAR などの古典的なアクティブセンサーが含まれています。
キーセンサーの種類と機能
オドメーター (走行距離) センサー
原理：ホール効果または光電検出。
関数: ホイール/車軸の回転速度 (ω) と既知のタイヤ半径 (r) を使用して、車両の速度と距離を計算します。
距離＝r×ω×t。
デザイン：ドライブシャフトに2つのベアリングを備えたギアドライブスタイルで、トルクとフリクションを軽減します。コネクタはトランスミッションハウジング上にあります。
吸気マニホールド圧力センサー
関数：インテークマニホールド内の絶対圧力を測定し、電圧をECUに出力して基本燃料噴射量を決定します。
一般的なタイプ: 半導体ピエゾ抵抗センサー。
アプリケーション: アウディ 100 (V6 エンジン)、サンタナ 2000、ジープ チェロキー 2.5 L、トヨタ クラウン 3.0 L などの車両に使用されています。
油圧センサー
関数: エンジン油圧を監視し、油圧が安全レベルを下回った場合にドライバーに信号を送ります。
種類: シリコン ピエゾ抵抗およびシリコン容量性 MEMS センサー、統合センシング エレメント、信号調整、およびインターフェイス電子機器。
クーラント温度センサー
内部要素: 半導体サーミスタ - 温度が上昇すると抵抗が減少します。
位置：エンジンブロックまたはシリンダーヘッドのウォータージャケットに取り付けます。
役割: 燃料噴射と点火時期の補正のための冷却水温度データを ECU に提供します。
エアフローセンサー (MAF)
関数: 吸入空気の質量または体積流量を、ECU の燃料噴射計算のために電気信号に変換します。
種類:
ベーンタイプ（例：トヨタプレビア）、
渦放出 (例: レクサス LS400)、
ホットワイヤー (例: 日産サニー VG30E)、
ホットフィルム (体積および質量流量モデル)。
ABSホイールスピードセンサー
位置：ブレーキキャリパーのローター付近に取り付けます。
原理: 誘導コイルはホイールハブの歯付きトーンリングを感知します。車輪速度に比例した疑似正弦 AC 信号を生成し、ABS ECU に送信します。
エアバッグクラッシュ（衝撃）センサー
種類:
トリガーセンサー：衝突時の急減速を検知し、エアバッグの展開を開始します。
センサーのセーフ: 非衝突イベントでの誤った展開を防止します。
テクノロジー: 共振型および非共振型加速度計 (圧電または磁歪)。
排気ガス酸素センサー
目的：排気中のO₂濃度を測定し、空燃比を制御します。
バリアント:
ジルコニアセラミックセンサー (-40 °C ～ 900 °C、精度 ±1%)、
ジルコニア濃淡電池センサー（300℃～800℃）、
固体電解質酸素センサー（0℃～400℃、精度±0.5％）、
TiO₂ 半導体センサー（鉛汚染に強い）。
位置 & 速度センサー
関数：クランクシャフト/カムシャフト角度、スロットル位置、車速、加減速度を監視します。
種類: オルタネーター タイプ、磁気抵抗、ホール効果、リード スイッチ、光学、およびトランジスタ磁気センサー。
スロットルポジションセンサー: 機械的リンケージ (スイッチ、可変抵抗器、または統合設計) を介してスロットル プレートの角度を検出します。
クランクシャフト位置センサー：上死点、クランク角、速度信号を提供します。タイプには、誘導型、ホール効果型、光学型などがあります。
ノックセンサー: エンジンブロックに取り付けられ、磁歪または圧電振動によるノックを検出します。
車両速度 & モーター回転数センサー（EV）
モーターRPMセンサー: 安全性と精度を高めるための誘導、光学、またはホール効果の非接触測定。
車両速度センサー: 電磁、光学、可変磁気抵抗、またはホール効果を利用して走行速度を測定します。
市場の概要
自動車センサーセグメントは、MEMS デバイスの主要な応用分野となっています。圧力センサー、加速度センサー、ジャイロスコープ、流量センサーは合わせて自動車 MEMS アプリケーションの 99% を占めており、5 年間の成長率は 3 ～ 12% です。 MEMS 圧力センサーは最も広く使用されており、価格はそれぞれ 5 ～ 7 ドル程度です。 2018 年の車載用 MEMS 圧力センサーの収益は 18 億ドルに達し、MEMS センサー業界の総収益の 74% を占めました。主な成長原動力には、TPMS、ESC ブレーキ センサー、サイド エアバッグ システム、厳格化された排出ガス制御 (EGR 圧力)、および大気圧モニタリングが含まれます。
収益によるトップ5の自動車MEMSアプリケーション
エレクトロニックスタビリティコントロール (ESC)
エアバッグシステム
マニホールド絶対圧(MAP)
タイヤ空気圧モニタリング (TPMS)
ロールオーバー検出
注目すべきMEMSアプリケーション
大量生産、高精度、低コストの MEMS は車載 ECU に最適です。
MEMS 加速度計は、エアバッグや ABS システムの従来の電気機械式加速度計を置き換えています。
ハイエンド車両の MEMS ジャイロは、アクティブ サスペンションと横転保護をサポートします。
TPMS に組み込まれた MEMS 圧力センサーは、タイヤの空気圧、温度、車輪速度をワイヤレスで送信します。
マルチポイント MAP センサーは、EFI システムの燃費と排出ガスを改善します。
シリコン MEMS 圧力センサーは、EGR システムのセラミック容量性センサーに取って代わりつつあります。
中国は世界最大の自動車生産国および消費国として、自動車センサー用途の最大の市場となっています。 IMARC Group によると、世界の車載センサー市場は 2024 年に 292 億ドルに達し、2033 年までに 721 億ドルに成長すると予測されています (2025 ～ 2033 年の CAGR 10.04%)。 MEMS テクノロジーは、自動車センシングの主流として従来のセンサーに着実に取って代わりつつあります。
中国は世界最大の自動車生産国および消費国として、自動車センサー用途の最大の市場となっています。 IMARC Group によると、世界の車載センサー市場は 2024 年に 292 億ドルに達し、2033 年までに 721 億ドルに成長すると予測されています (2025 ～ 2033 年の CAGR 10.04%)。 MEMS テクノロジーは、自動車センシングの主流として従来のセンサーに着実に取って代わりつつあります。
結論
要約すると、自動車電子制御システムの急速な拡大により、センサー技術は継続的に進歩しています。将来の自動車用センサーは、インテリジェンスの向上、小型化、統合、多機能化、および新しい材料とプロセスの採用によって特徴づけられるでしょう。 MEMS ベースのセンサーは現在、パワートレイン制御、車体電子機器、安全システム、ADAS にわたる車両センシングのバックボーンとなっています。車両のコネクテッド化、自律化、電動化が進むにつれ、高性能、信頼性、コスト効率の高い MEMS センサーの需要は高まる一方です。 2030 年までに、世界および中国の自動車センサー市場は大幅な成長を遂げ、MEMS テクノロジーが次世代車両センシング アプリケーションの主要な選択肢として定着する見込みです。
上記の紹介は、圧力センサー技術のアプリケーションの表面をなぞっただけです。私たちは、さまざまな製品で使用されているさまざまなタイプのセンサー素子、それらがどのように機能するか、そしてそれらの長所と短所を引き続き調査していきます。ここで説明する内容についてさらに詳しく知りたい場合は、このガイドの後半にある関連コンテンツをご覧ください。時間がない場合は、ここをクリックしてこのガイドの詳細をダウンロードすることもできます。 空気圧センサー製品PDFデータ。
他のセンサー技術の詳細については、こちらをご覧ください。 センサーページにアクセスしてください。
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