بازار جهاني MEMS و حوزه هاي كاربردي آن ۳

۲-۲- MEMS در خودرو 

معمولا ۱۰۰ تا ۱۵۰ سنسور در يك خودرو پيشرفته به كار مي رود. كاربردهاي اصلي سنسورها در ماشين ها عبارتند از: شاسي، ايمني و انتقال قدرت. در يك خودرو امروزي از كل سنسور هاي موجود در آن (بيش از ۱۰۰ سنسور) در حدود ۳۰ عدد از آنها از نوع MEMS مي باشد. اين كاربردها در ‏شكل (۲-۱۲) نشان داده شده است.

sd

شكل (۲-۱۲) كاربردهاي مختلف MEMS در خودرو

اين محصولات در ۵ دسته مختلف قابل طبقه بندي هستند كه ۳ دسته آنها بيش از ۹۰ درصد بازار را در اختيار دارند. بازار سنسورهاي MEMS خودرو به تفكيك نوع آن در زير آمده است:

ds

شكل (۲-۱۳) بازار سنسورهاي MEMS خودرو به تفكيك نوع آن

همانطور كه در نمودار فوق نيز مشهود است سنسورهاي فشار يكي از مهمترين بازار هاي سنسورهاي MEMS در خودرو به شمار مي روند. اين سنسورها تقريبا يك سوم از بازار اين محصولات را به خود اختصاص داده اند. پس از سنسورهاي فشار سنسورهاي شتاب و ژيروسكوپ ها در اين بازار نقش بسيار مهمي را ايفا مي كنند. بازار اين محصولات بين سه نوع اصلي سنسورهاي خودرو به شدت در حال گسترش است.

مجموعه ي افت اقتصاد كلان و كاهش خريد و فروش وسايل نقليه در انتهاي سال ۲۰۰۸ و در سال ۲۰۰۹، تاثير مستقيمي بر سنسورهاي MEMS ، مانند كيسه هاي هوا، TPMS و سنسورهاي موتوري داشت. طي بحران فروش محصولات MEMS نسبت به سال قبل از آن ۱۹ درصد كاهش داشت.

ركود سنسورهاي MEMS در فصل دوم سال ۲۰۰۹ به بيشترين ميزان خود رسيد و پس از آن مجددا بازار اين محصولات با رشدي آرام و پايدار مواجه شد. در نتيجه بازار اين محصولات با رشدي ۷ درصدي خود را بازيابي كرد و تا انتهاي سال ۲۰۱۰ به رشد ۱۲ درصد رسيد. در مجموع اين بازار با نرخ رشد مركب سالانه ۷ درصد طي سالهاي ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۳ به بيش از ۲ ميليارد دلار خواهد رسيد.

در طي دوران ركود مجموعه محصول تحويل داده شده MEMS در سال ۲۰۰۸، ۶ درصد كاهش داشته است. مقدار كاهش در سال ۲۰۰۹ برابر ۱۷ درصد بود. اما در سال ۲۰۱۰ حجم توليد محصولات مجددا افزايش يافت و با رشد ۳۲٫۱ درصدي مواجه شد. ‏شكل (۲-۱۴) اين روند را نمايش مي دهد.

df

شكل (۲-۱۴) پيش­بيني روند تعداد مجموعه محصولات سنسور  MEMS

اين رشد پايدار به طور گسترده اي از افزايش فروش خودرو ها ناشي مي شود. (در برخي بخش ها بسته هاي محرك اقتصادي دولت ها به اين بازگشت كمك كرده است.) همچنين نقش قوانين مربوط به ايمني در اروپا در برخي محصولات مانند TPMS و ESC نيز قابل توجه مي باشد. فشارهاي محيطي به منظور بهبود اقتصاد سوخت و انتشار كمتر CO2 نيز به عنوان عاملي محرك در حوزه سنسورهاي خودرو (مانند سنسورهاي پشتيباني مديريت موتور) عمل مي­كند.

مهمترين بازارهاي محصولات MEMS خودرو در اروپا و آمريكاي شمالي قرار دارد. صنعت خودرو در كشورهاي اين حوزه به شدت در حال الكترونيكي شدن مي باشد و طبيعي است كه حجم بالايي از سنسورها در اين خودروها استفاده شود. دلايل متعددي را مي توان براي نفوذ بالاي محصولات الكترونيكي در خودروها در كشورهاي پيشرفته ذكر كرد اما مهمترين آنها به قوانين مرتبط با ايمني و جلوگيري از انتشار آلاينده ها برمي­گردد.

براي مثال آژانس حفاظت از محيط زيست آمريكا به صورت پيوسته استانداردهاي سخت تري را براي انتشار آلاينده ها در نظر مي­گيرد. اين آژانس محدوديتهايي را در انتشار آلاينده هاي زير اعمال كرده است:

CO ، NOx[31]، Particulate matter، Formaldehyde (HCHO)

Nonmethane organic gases (NMOG) or Non-methane hydrocarbons (NMHC)

براي مثال متوسط انتشار NOx براي ماشين هاي باري سبك معادل ۰٫۰۷ گرم بر مايل مي­باشد.

همچنين اتحاديه اروپا نيز به طور پيوسته در حال تشديد محدوديتها بوده است. ديگر كشورهاي دنيا نيز در پي اعمال محدوديتهاي بيشتري بر روي انتشار آلاينده ها هستند. براي مثال در چين در سال ۲۰۰۸ استاندارد يورو ۴ اعمال شده و تا سال ۲۰۱۰ اين استاندارد در سراسر كشور پياده سازي خواهد شد. هند نيز در سال ۲۰۰۰ استاندارد يورو ۱ را به اجرا در آورد. سپس در سال ۲۰۰۷ استاندارد يورو ۲ پيشنهاد شد و در سال ۲۰۰۸ براي ۷ شهر بزرگ اين كشور استاندارد يورو ۳ اعمال شد. بسياري ديگر از كشورهاي دنيا نيز استانداردهاي يورو ۱ و يورو ۲ را براي خود برگزيده اند.

در اشكال زير روند افزايش محدوديت ها در انتشار آلاينده ها در اروپا به صورت ترسيمي نشان داده شده است.

fg

شكل (۲-۱۵) روند افزايش محدوديت ها در انتشار Nox و PM[32] در خودروهاي ديزل

fh

شكل (۲-۱۶) روند افزايش محدوديت ها در انتشار Nox و PM در خودروهاي بنزيني

از ديگر دلايل مهم الكترونيكي شدن خودروها حداكثر كردن راحتي سرنشينان خودرو نيز مي باشد. امروزه يكي از نقاط مهم در كسب مزيت در رقابت بين شركت هاي خودرو سازي نوآوري ها و امكانات جديد الكترونيكي است كه به خودرو اضافه مي شود. در همين راستا استفاده از محصولات MEMS در خودرو ها نيز در حال افزايش مي باشد. حجم بازار اين محصولات به تفكيك استفاده در مناطق مختلف جهان در ‏شكل (۲-۱۷) نشان داده شده است:

gh

شكل (۲-۱۷) بازار سنسورهاي MEMS خودرو به تفكيك مناطق جغرافيايي

پس از بحران جهاني اقتصاد بازار براي سنسورهاي MEMS در خودرو ها در اواخر سال ۲۰۰۸ كاهش يافت. اين كاهش در سال ۲۰۰۹ بسيار بيشتر از انتظار بود. علت اصلي آن كاهش جهاني توليد خودرو – به خصوص در اقتصادهاي بزرگ همچون آمريكا، كشورهاي اتحاديه اروپا و ژاپن كه خودروهايي با سنسورهاي فراوان توليد مي كردند- بود. تنها كشوري كه طي بحران در صنعت خودروي خود رشد داشت، كشور چين بود.

۲-۲-۲- سنسورهاي مديريت موتور MEMS

سنسورهاي MEMS متعددي به منظور مديريت عملكرد موتور در خودروها استفاده مي شوند. از آن جمله مي توان به سنسورهاي MAP، BAP، MAF، Oil pressure و … اشاره كرد. در ادامه پس از ارائه توضيح مختصري از كاربرد اين سنسورها نگاهي به ميزان نفوذ اين سنسورها در خودروها خواهيم داشت.

  • سنسورهاي MAP:

MAP[33] يكي از سنسورهايي است كه در سيستم كنترل الكترونيكي موتورهاي احتراق داخلي خودروها استفاده مي شود. اين سنسور فشار لحظه اي منيفولد را براي ECU فراهم مي كند. با استفاده از اين داده مي توان چگالي هوا و در نتيجه نرخ فشار جرمي هوا را اندازه گيري نمود. با استفاده از اين داده جديد مي توان ميزان سوخت لازم براي داشتن احتراق بهينه را بدست آورد و موتور را در حالت بهينه تنظيم نمود.

اين سنسورها به طور فزاينده اي در خودروها استفاده مي شوند. ۷۷ درصد خودرو ها در سال ۲۰۰۸ به اين سنسورها مجهز شده اند و با نرخ رشد مركب سالانه ۴ درصد تا سال ۲۰۱۳، ۹۴ درصد خودرو ها به اين سنسورها مجهز خواهند شد.

مهمترين شركتهاي سازنده اين نوع سنسورها عبارتند از:

Motorola, Bosch, Denso, Sensata, Infineon, Delphi.

  • سنسورهاي MAF:

اين سنسورها نيز مانند سنسورهاي MAP با هدف تنظيم سوخت ورودي به موتور احتراق داخلي بر روي خودروها نصب مي شوند. اين سنسور جريان جرمي هوا را محاسبه مي نمايد و با استفاده از اين داده ميزان مناسب نسبت سوخت و هوا را تعيين مي نمايد. در خودروها معمولا از يكي از اين دو نوع سنسور استفاده مي­شود، اما در برخي از خودرو ها از هر دوي اين سنسورها استفاده مي شود.

۴۰ درصد خودروها در سال ۲۰۰۸ به سنسورهاي MAF[34] مجهز شده اند و و با نرخ رشد مركب سالانه ۴ درصد تا سال ۲۰۱۳، ۵۴ درصد خودروها به اين سنسورها مجهز خواهند شد.

مهمترين شركتهاي سازنده اين نوع سنسورها عبارتند از:

Bosch and Sensata, Hitachi, Denso.

سنسورهاي BAP:

يكي ديگر از پارامترهاي مهم براي تنظيم نسبت سوخت و هوا، فشار بارومتريك هوا مي باشد. براي محاسبه اين نوع فشار از سنسورهاي BAP[35] استفاده مي شود.

در سال ۲۰۰۸ تقريبا ۵۵ درصد خودروها از سنسورهاي BAP استفاده كرده اند. بكارگيري اين سنسورها در خودروها با نرخ رشد مركب سالانه ۳ درصد در حال رشد مي باشد و پيش بيني مي شود تا سال ۲۰۱۳، ۶۵ درصد خودروها به اين سنسورها مجهز شوند.

مهمترين شركتهاي سازنده اين نوع سنسورها عبارتند از:

Bosch, Infineon, Freescale, Denso, GE.

  • سنسورهاي Common Fuel Rail Injection:

اين وسيله به منظور افزايش فشار سوخت تزريقي به موتورها استفاده مي شود و فشار سوخت ورودي را تا ۱۰۰۰ بار يا بيشتر افزايش مي­دهد. افزايش فشار متناسب با سرعت خودرو به منظور بهينه شدن عمل احتراق صورت مي­گيرد. در اثر اين اعمال فشار سوخت به هنگام ورود به موتور به صورت ذرات بسيار ريزي در مي آيد كه منجر به بهبود عمل احتراق مي شود.

نرخ نفوذ اين سنسورها در خودروها در سال ۲۰۰۷، ۲۲ درصد بوده است و پيش­بيني مي­شود با نرخ رشد مركب سالانه معادل ۷ درصد تا سال ۲۰۱۳، نرخ نفوذ اين سنسورها به ۳۴ برسد. فناوري ساخت اين سنسورها عمدتا MEMS مي باشد، البته برخي نمونه ها نيز از خازنهاي سراميكي مي باشند.

قيمت اين نوع سنسورها ۳ دلار در مرحله اول بسته بندي­ست، اما عمدتا به قيمتي حدود ۱۰ دلار فروخته مي­شوند.

  • Diesel particle filter:

از اين فيلتر در خودروهاي ديزل استفاده مي شود. بر اساس ساختار موتورهاي ديزل معمولا در خروجي اين ماشين ها مقداري دوده وجود دارد. براي جلوگيري از ورود اين دوده ها به هوا با نصب اين فيلترها دوده ها جمع آوري شده و پس از اتمام فرايند سوختن از اگزوز خارج مي شوند.

۴۰ درصد خودروهاي ديزل در سال ۲۰۰۹ به اين سنسورها مجهز بوده اند. در سال ۲۰۱۴ كليه خودرو هاي ديزل از اين سيستم استفاده خواهند كرد.

  • Oil pressure:

پس از اختراع سيستم روغنكاري تحت فشار توسط فردريك لانچستر اين سيستم به سرعت مورد استفاده واقع شد و اكنون توسط تمامي خودروسازان استفاده مي شود. فشار روغن يكي از مسائل مهم براي افزايش طول عمر موتور مي باشد. از همين رو وجود سنسوري براي تحت نظرگيري دائم اين فشار در خودرو ها ضروريست. اين سنسورها با پايش دائمي فشار روغن در صورت بروز هرگونه مشكل در آن فورا آن را اعلام كرده و هشدار لازم را مي دهد.

۱۶ درصد خودروها در سال ۲۰۰۹ به اين سيستم مجهز بوده اند و پيش بيني مي شود در سال ۲۰۱۴، اين سيستم بر روي ۲۶ درصد خودروها نصب شود.

در نمودار زير تعداد محصول تحويل داده شده از انواع سنسورهاي MEMS به كار رفته در خودرو به منظور مديريت عملكرد مناسب موتور نشان داده شده است.

hj

شكل (۲-۱۸) تعداد انواع سنسورهاي به كار رفته در خودرو به منظور مديريت عملكرد مناسب موتور

۲-۲-۲-۲ سيستم مونيتورينگ فشار تاير ( TPMS[36])

يكي از بازارهاي بسيار پر رونق و سودآور در حوزه MEMS خودروها سيستم هاي مونيتورينگ فشار تايرها مي باشد. اين سيستم ها به صورت پيوسته فشار هواي درون تايرها را بررسي مي نمايد و در صورت كاهش فشار آن را به راننده اطلاع مي دهد. براي استفاده از اين سنسورها ۲ انگيزه مهم وجود داشته است:

۱- ايمني:

هنگامي كه فشار هواي تايرها كاهش مي يابد توانايي راننده در هدايت مناسب خودروها كاهش مي يابد و احتمال بروز تصادفات افزايش مي يابد.

۲- صرفه جويي سوخت:

در صورت تنظيم نبودن فشار تاير ماشين مصرف سوخت به مقدار قابل توجهي افزايش مي يابد و همچنين CO2 بيشتري در هوا منتشر مي شود.

علاوه بر دو دليل اصلي فوق تنظيم بودن فشار هواي تايرها باعث تاخير در فرسايش لاستيك ها نيز مي شود.

jk

شكل (۲-۱۹) نمونه اي از سيستم مونيتورينگ فشار تاير توليد شده توسط اينفينون

اين سيستم براي اولين بار در سال ۱۹۹۸ و در خودرو پورشه استفاده شد و اكنون به طور فزاينده اي توسط اكثر خودروسازان جهان در حال استفاده مي باشد. تنها در قسمت R&D اين سنسورها تا پايان سال ۲۰۰۶ بيش از ۱۰ شركت فعال بوده اند. در ‏شكل (۲-۲۰) زنجيره تامين جهاني اين محصول با دو فناوري مستقيم و غير مستقيم نشان داده شده است.

ll

شكل (۲-۲۰) زنجيره تامين سيستم هاي مونيتورينگ فشار تاير خودروها

سيستم هاي مونيتورينگ فشار تاير به ۲ نوع مستقيم و غير مستقيم تقسيم مي­شود. فناوري مورد استفاده در سيستم مستقيم MEMS بوده و كارايي بهتري را نسبت به سيستم غير مستقيم دارا مي باشد. اما سيستم غير مستقيم ارزانتر مي باشد. در اين سيستم از سنسورهاي سرعت چرخ به همراه ABS و يك الگوريتم استفاده مي­شود. در جدول زير اين دو نوع سيستم مونيتورينگ فشار تاير با يكديگر مقايسه شده اند.

ff

شكل (۲-۲۱) مقايسه دو نوع سيستم مستقيم و غير مستقيم مونيتورينگ فشار تاير با يكديگر

شاید این مطالب را هم دوست داشته باشید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *