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胎压监测:汽车第三大安全系统

根据在国家强制出台的《乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法》(GB26149-2017),对于绝大部分M1类乘用车要求从2019年1月1日起,国内市场所有新认证车必须安装TPMS;2020年1月1日起,所有在产乘用车开始实施强制安装要求。

这就意味着,今年中国TPMS渗透率将从2018年的40%快速提升至100%。受TPMS强制法规因素的驱动,国内TPMS市场将迎来爆发性增长。

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TPMS(轮胎压力监测系统)最早起源于上世纪90年代,根据美国汽车工程师学会的调查,美国每年有26万的交通事故来自于轮胎气压低或渗漏造成,并且每年75%的轮胎故障也是由于轮胎渗漏或充气不足引起的。美国从2002年研究TPMS标准,2007年强制执行FVSS138法案。

在我国,根据各地安全交通管理部门的统计,高速公路46%的交通事故是由于轮胎发生故障引起,其中爆胎一项就占事故总量的70%。

由于胎压对于行驶安全的重要影响,世界很多国家以政策法规形式强制胎压监测装置作为新车标准配置。

目前全球在实施的政策/汽车零配件公司遵守的标准主要包括美国的FMVSS138和SAEJ2657政策、国际组织ISO的ISO21750标准和欧盟的UN/WP29标准,中国在政策的制定上主要参考美国和欧盟,据产业链了解的情况,标准更接近欧盟,比北美更严格。


TPMS是指安装在汽车轮胎上用于实时监测轮胎气压的辅助系统,通过在每个车轮上安装包含高灵敏度的传感器芯片的发射器,在行车或静止状态下,实时监测轮胎的压力、温度等数据,并通过无线射频方式发射到控制器,当轮胎出现漏气或者低气压时进行报警,以确保行车安全。乘用车的TPMS系统包含4个发射器以及一个可选的胎压信息接收器。

TPMS与ABS、EBD、EPS等汽车安全系统产品对比,具有事前主动性,随着近年来业界对于汽车主被动安全的重视,TPMS的装配率呈现直线上升的趋势,成为了继防抱死制动系统ABS、安全气囊之后的第三大安全系统。

按照工作原理的不同,胎压监测系统可以分为两种:间接式TPMS与直接式TPMS,而在其中直接式TPMS又分为主动式与被动式两大产品形式。

间接式胎压监测系统,需要通过汽车ABS防抱死系统轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别,以达到监测胎压的目的。

当轮胎胎压处于较低状态时,车身重量会使汽车轮胎直径变小。在行驶过程中轮胎线速度不变的情况下,角速度加快,轮速传感器感知异常,从而触发报警系统。

直接式胎压监测系统是大势所趋,其采用无线传输技术,通过在轮胎里面加装四个胎压监测传感器,在汽车静止或者行驶过程中对轮胎气压和温度进行实时自动监测,对出现的高压、低压、高温情况进行及时报警,避免因轮胎故障引发交通事故。

两种监测方式中,间接式唯一的优势就是价格比较便宜,具有ABS功能的汽车容易升级,然而它的准确率不高,检测方式也存在着一定的局限,当四个轮胎同时发生胎压不足时无法监测到异常现象发生。

北美市场基本95%以上都是直接式的,欧洲市场只有少量经济型车是间接式。随着直接式的成本不断下降,法规不断趋严(间接式胎压监测系统无法满足NHTSA提出的偏离正常25%报警的要求),直接式就是趋势,并不会有间接式存在的空间。

直接系统可以随时测定每个轮胎内部的气压值,可直接反馈给驾驶员以有效的安全信息。随着各国相关法律法规、行业标准对于汽车安全性能要求的不断提升,直接式胎压监测系统必将成为将来汽车行业关于胎压监测的唯一标准。

TPMS的产业链可以分为上游芯片及封测环节、中游模组环节及下游整车厂终端环节。

上游芯片

从产业链角度来看,TPMS的核心是芯片,重要部件都集成在芯片上,同时电池也为重要部件,决定了TPMS产品的使用寿命。但芯片和电池环节主要由国外巨头垄断。

上游芯片设计环节包括MEMS供应商、ASIC芯片供应商、MCU/第三方系统解决方案商等。

从TPMS上游芯片厂来看,TPMS的ASIC芯片的设计厂商数量较多,包括恩智浦NXP(Freescale)、英飞凌(Infineon)、GE、东芝、爱特梅尔、Maxim、Omron、MelxiS、RFMonilithi、广东合微等IDM及Fabless芯片厂。

而在集成了MCU与MEMS传感器的SOC芯片环节,主要是恩智浦NXP(Freescale)、英飞凌(Infineon)等主流汽车电子厂在进行供应。在完整的解决方案(ASIC/MCU+MEMS+天线)供应商中,只有恩智浦、英飞凌和GE能供应完整解决方案。

而上游的封测环节则主要包括芯片封测厂商和芯片验证厂商等。

目前国际主要TPMS供应商为Sensata(森萨塔)、Continental(大陆集团)、太平洋工业(Pacific Industrial)、Huf、TRW,国内的企业有保隆科技、泰好科技、联创、铁将军等。

​在芯片供应端,Sensata、NXP、Infiniteon、Melexis为OEM和AM市场主要的供应商,而国内合微、杰发等芯片主要用于后市场产品。

中游模组环节

中游的模组厂商是竞争格局最为激烈的环节,包括模组设计、结构设计、系统集成测试及制造等模组厂。

TPMS制造商主要依据不同车款的要求经过芯片贴片、程序设计、程序烧录、测试等环节,生产出相应的产品。并且在制造端国内企业与海外公司的技术差距缩小,研发成本和渠道占优,为国内TPMS制造商带来机遇。

随着TPMS十几年来的发展基本已在全球范围内形成较稳定的行业格局,其中的主流厂商包括Sensata、Pacific、Continental、Huf Electronics、TRW、博格华纳、为升电装、保隆科技、万通智控等厂商。

下游整车终端环节

下游的整车厂则是指各大汽车主机厂,以及TPMS后装市场所对应的4S店、网上商城及各类实体销售店等。

全球TPMS的市场主要分为OEM前装市场以及AM后装市场两大块,由于各国政策出台时间不长,而TPMS设备使用寿命大多在5年以上,市场目前主要集中在OEM(前装)市场。

前装OEM市场需求来自己整车厂对新车安全系统的升级配置,而后装市场需求则来自于原有TPMS产品电池耗尽后的更换需求。

前装TPMS市场充分受益强制性安装,后装AM市场需求来自于TPMS发射器电池寿命到期以及损坏产生的更换需求。TPMS发射器一般只在汽车行驶时发射,通常的更换周期在5~7年之间。中国市场预期2020年的AM需求量达到1307万个,复合增长率达到46.87%。

而在全球前装TPMS市场中,行业的垄断度较高,主要集中在欧美制造商。TPMS行业推动力主要来自于政策原因,而欧美在相关法规方面起步较早,造成需求更为集中,目前TPMS国际市场基本被欧美厂商垄断。

而欧美TPMS OEM制造商主要包括Sensata、Pacific Industrial(太平洋工业)、Continental(大陆集团)、TRW(天合)、Huf、BorgWarner(博格华纳)等。

欧美的TPMS AM供应商主要包括Huf、为升电装、保隆科技、万通智控、道通科技等。从目前全球TPMS市场份额来看,TPMS OEM市场主要垄断在Sensata、Continental、TRW等大厂商中。

全球汽车市场规模庞大,最新汽车保有量预计在14-15亿辆左右,国内最新汽车保有量为2.5亿辆。随着TPMS强制标准的落地,2020年中国TPMS渗透率将快速提至100%,预示着行业的巨大市场以及其引人关注的成长性。

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