汽車行業(yè)這個(gè)概念經(jīng)常被誤解——我們往往只是簡(jiǎn)單地將其與小汽車及相關(guān)的應(yīng)用聯(lián)系在一起。其實(shí)它的范圍要廣泛得多，包括諸如公共汽車、卡車、工業(yè)用車、移動(dòng)機(jī)械（如采礦設(shè)備）、鏟車、自動(dòng)清潔車及緊急和服務(wù)用車等在內(nèi)的許多應(yīng)用?，F(xiàn)在業(yè)內(nèi)每個(gè)人都在談?wù)撊諠u有名的工業(yè)4.0項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目通常被稱為第四次工業(yè)革命。

工業(yè)4.0提供了所謂的“智能工廠”。在模塊化結(jié)構(gòu)的智能工廠里，信息物理系統(tǒng)對(duì)流程進(jìn)行監(jiān)控，創(chuàng)建物理世界的虛擬副本，并實(shí)現(xiàn)分散決策。物聯(lián)網(wǎng)上，信息物理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)相互溝通合作，也能與人類溝通合作，通過務(wù)聯(lián)網(wǎng)，內(nèi)部和全部組織的服務(wù)都可以由參與者提供和使用。受工業(yè)4.0的影響，汽車行業(yè)可引申出汽車4.0的概念。

在2016年，60%以上的汽車都配備了彩色屏幕作為信息娛樂系統(tǒng)的一部分。對(duì)司機(jī)和乘客所提供的信息質(zhì)量要求是非常高的。就像我們的其他個(gè)人設(shè)備一樣，我們都期望從我們的汽車?yán)锏玫较嗤挠脩趔w驗(yàn)、娛樂以及高速聯(lián)通性。對(duì)汽車制造商來說，這些提高的期望使互操作性和安全性更復(fù)雜化了，尤其是當(dāng)考慮到未來的5G和智能車輛時(shí)。

雖然屏幕是“冰山”中的可見一角，汽車中還包含大量其他看不見的計(jì)算、傳感器和其他元器件而使其更加安全可靠。但總的來說，它們需要越來越高效和強(qiáng)健的電源解決方案。在汽車行業(yè)中，電源管理通常是由一組電源管理集成電路（PMIC）實(shí)現(xiàn)的——它是集中式嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一部分。半導(dǎo)體制造商提供各種各樣的PMIC，最新一代包含了先進(jìn)的數(shù)字控制通信接口。

如果汽車行業(yè)代表汽車信息娛樂系統(tǒng)的大眾市場(chǎng)，隨著大城市的開發(fā)和城市間交易需求的發(fā)展，現(xiàn)有的列車網(wǎng)絡(luò)往往不足以滿足乘客的需求，因此需要有互補(bǔ)的公共汽車來有效地滿足乘客的需求。

最近的一項(xiàng)研究報(bào)道說，2018年，全球?qū)Π褪康男枨罅款A(yù)計(jì)年增長(zhǎng)率將超過5%，達(dá)到664000臺(tái)，是2008-2013年增長(zhǎng)率的兩倍。全球使用的巴士的數(shù)量在那年有望超過八百萬臺(tái)，其中有許多將會(huì)配備先進(jìn)的信息娛樂和車輛監(jiān)控設(shè)備，因而需要穩(wěn)定、可靠的電源解決方案。

網(wǎng)聯(lián)巴士

與飛機(jī)和新一代高速列車一樣，娛樂設(shè)備通常安裝在乘客座位內(nèi)，這就要求本地電源不受線路干擾影響，并具有低水平的射頻發(fā)射以及無需強(qiáng)迫風(fēng)冷的工作能力。此外，巴士制造商要求座椅制造商使座椅更簡(jiǎn)單、更容易維護(hù)（和升級(jí)），并具有更少的布線和互連。

為了滿足這些要求，座位將取決于簡(jiǎn)化的連接，限制到只有一根電源線及一根用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w，這意味著給娛樂設(shè)備供電的電源必須安裝在座椅內(nèi)，因而也就對(duì)電源制造商提出了高要求。

幾十年來，這種設(shè)備的電源被安置在座椅下面，利用自由空氣對(duì)流冷卻。但新一代的電源模塊必須在無氣流的情況下工作，因此必須將它們的設(shè)計(jì)優(yōu)化成采用傳導(dǎo)冷卻（例如將基板連接到座椅電樞）。為了降低功耗并優(yōu)化冷卻，電源轉(zhuǎn)換器需要有非常高的額定效率，并且需要將耗散元件直接連接到基板（圖1）。電信行業(yè)中用在高功率密度轉(zhuǎn)換器中的技術(shù)（如平面變壓器、熱通孔、排熱管以及某些情況下使用的熱泵）現(xiàn)在也在整個(gè)汽車行業(yè)得到應(yīng)用。

圖1：Powerbox公司設(shè)計(jì)的新一代ENAR100/200 DC/DC直流轉(zhuǎn)換器，旨在以一個(gè)封裝實(shí)現(xiàn)“以不變應(yīng)萬變”；該器件針對(duì)汽車應(yīng)用集成了先進(jìn)的熱管理和高效的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

汽車應(yīng)用中為信息娛樂系統(tǒng)供電要求電源轉(zhuǎn)換器符合國際標(biāo)準(zhǔn)（如ISO7637），對(duì)使用12V或24V電池的道路車輛的傳導(dǎo)和耦合試驗(yàn)條件指定電氣干擾（圖2），因此要求電源公司與設(shè)備制造商非常緊密的合作，以確保最終產(chǎn)品可以在完全符合要求的環(huán)境中工作。

圖2：這個(gè)iso7367-2脈沖測(cè)試的例子，通過激勵(lì)內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)機(jī)電路模擬電源電壓降低。ISO7367標(biāo)準(zhǔn)涵蓋各種電氣干擾試驗(yàn)。

整體車隊(duì)管理

很少有人意識(shí)到現(xiàn)代客車配備了各種先進(jìn)、強(qiáng)大的電子設(shè)備，并且它們需要穩(wěn)定和可持續(xù)的電源（圖3）。對(duì)于車隊(duì)管理的可靠性與優(yōu)化，新一代公共汽車配備了連接到導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)時(shí)跟蹤功能、發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)以及諸如駕駛行為分析儀的安全設(shè)備。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)車輛狀態(tài)進(jìn)行永久報(bào)告，因此也能管理預(yù)防性維護(hù)并向中心協(xié)調(diào)員匯報(bào)車隊(duì)的定位。

圖3：安裝到現(xiàn)代巴士中的應(yīng)用，需要穩(wěn)定的電源和一些車載電池以實(shí)現(xiàn)安全操作。

為安全起見，在主電池失效的情況下必須保證重要功能的連續(xù)性，因此策略性的系統(tǒng)包含需要微型充電器的車載電池。這些微型充電器與信息娛樂系統(tǒng)電源類似，因?yàn)樗鼈兺ǔ０惭b在密閉環(huán)境中。因此，它們都需要有高效的針對(duì)熱管理傳導(dǎo)冷卻機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)減少因熱應(yīng)力造成的潛在故障至關(guān)重要，同時(shí)這也能確保車輛在道路上行駛的可靠性。

設(shè)計(jì)者還必須考慮到電池充電優(yōu)化的具體要求，例如測(cè)量電池溫度，以及在某些情況下，電池充電器和中央監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信。這樣就需要在整體設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行全盤考慮，適當(dāng)?shù)嘏c前幾代產(chǎn)品進(jìn)行性能比較——主要是基于模擬控制、最新一代的集成微控制器以及實(shí)時(shí)充電優(yōu)化。有人會(huì)說，對(duì)于這種應(yīng)用，在一個(gè)微型充電器中增加數(shù)字控制是一種矯枉過正的技術(shù)，而其他人則會(huì)反駁這一觀點(diǎn)，聲稱這種技術(shù)已被證實(shí)，其在可靠性和電池壽命方面具有優(yōu)勢(shì)。

但無論爭(zhēng)論如何，對(duì)于為公共汽車上安裝的信息娛樂系統(tǒng)及其他電子設(shè)備提供穩(wěn)定可靠電壓所需的電源個(gè)數(shù)，我們都需要做出適當(dāng)考慮。巴士制造商在升級(jí)設(shè)備時(shí)，越來越多地要求電源制造商開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的、易于安裝維護(hù)并能滿足更高供電需求的DC/DC轉(zhuǎn)換器、充電器以及降壓調(diào)節(jié)器。“以不變應(yīng)萬變”的概念不再只是夢(mèng)想，而是變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，這對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)來說，降低了機(jī)械設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)性。

對(duì)于電源設(shè)計(jì)者，他們欲將先進(jìn)的電源技術(shù)帶進(jìn)公共汽車這樣一個(gè)曾經(jīng)采用新技術(shù)很慢的市場(chǎng)來說，巴士車隊(duì)的現(xiàn)代化以及新一代帶有現(xiàn)代信息娛樂和各種先進(jìn)電子設(shè)備的巴士汽車為其提供了機(jī)會(huì)——這個(gè)行業(yè)現(xiàn)在正大步向汽車4.0邁進(jìn)。也許這就是那些早期采用者所說的第四次汽車革命吧！