汽车行业4.0: 新的革命?

　　汽车行业这个概念经常被误解, 只是简单的跟小汽车及相关的应用联系在一起。 其实它比这些广泛很多，所涵盖的范围大很多，比如公共汽车，卡车，工业用车，移动机械如迷你设备，铲车，自动清洁车，紧急和服务用车。现在每个人都在谈论日渐有名的工业4.0，经常涉及到第四代工业革命。

　　工业4.0提供了所谓的“智能工厂。”在模块结构化的智能工厂里，信息物理系统监控流程，创建物质世界的虚拟副本,分散决策。物联网上，信息物理系统内部都可以实时相互沟通合作，也与人类相互沟通合作， 通过互联网的服务，内部和全部组织的服务都是由参与者提供和使用的。受工业4.0的影响,汽车工业有汽车4.0的概念。

　　在2016年，60%以上的汽车都配备了彩色屏幕作为信息娱乐系统的一部分。对司机和乘客所提供的信息质量要求是非常高的。我们都期望从我们的汽车里得到相同的用户体验，就像我们从我们的其他个人设备上得到信息一样，娱乐和高速联通性。这些增加的预期使汽车制造商的互通性和安全性更复杂化了，尤其是当考虑到未来的5G和智能车辆。

　　虽然屏幕是“冰山”中的可见一角，其它未见的大量的计算，传感器，和其他组件使汽车更安全，更可靠运行。但总的来说，他们需要日益高效和强大的电源解决方案。在汽车工业中的电源管理通常是由一组电源管理集成电路实现(PMIC)，它是部分集中的嵌入式计算机系统。半导体制造商提供一个大范围的PMIC，与新一代数字控制和先进的通信接口。

　　如果汽车工业代表汽车信息娱乐系统的大众市场，随着日益增长的大城市和城市间的交流的需求的发展，现有的列车网络往往不足以满足乘客的需求，需要其他公共设施来更有效的满足乘客的需求。

　　最近的一项研究报道，2018年对巴士的全球需求预计将超过百分之五的年增长率达到664000台，是2008-2013年的两倍的增长率。全球使用的巴士的数量有望在那年超过八百万台，其中许多先进的信息娱乐和车辆监控设备需要稳定、可靠的电源解决方案。

　　连接巴士

　　随着飞机和新一代的高速列车发展，娱乐设备通常安装在乘客座位上，这就要求本地电源不受线路干扰，用低水平的无线电发射并有不强迫空气冷却的工作能力。此外，巴士制造商要求座椅制造商使座椅更简单，更容易维护(和升级)，更少的布线和互连。

　　满足这些要求的席位将取决于简化连接，仅限于一个电源线和一个用于数据传输的光纤，意味着给娱乐设备供电的电源必须安装在座椅上，这就需要很多电源。

　　几十年来，这种设备的电源被安置在座椅下面，利用自由空气对流冷却。但新一代的电源模块，必须工作时无气流影响，因此他们必须优化设计采用传导冷却(例如基板连接到座椅电枢)。为了减少功率损耗和优化冷却，功率变换器需要额定值效率非常高的耗散元件直接连接到基板(图1)。此项技术应用在高功率密度转换器中，在电信行业中，如平面变压器，热通，热排水管，在某些情况下，热泵也在汽车行业有所应用。

　　图一：Powerbox 的ENAR100 / 200是新一代的DC /DC直流转换器，他的设计满足“以一盖全”，集成先进的热管理和高效的拓扑结构，应用在汽车行业中

　　应用在汽车上供电设备要求功率转换器符合国际标准，如ISO7637，指定电气干扰传导和耦合试验条件的道路车辆使用12V或24V电池(图2)，要求供电企业与设备制造商非常紧密的合作工作以确保最终产品可以在符合要求的环境中工作。

　　图二：这个例子iso7367-2脉冲测试激励的内燃机的起动机电路模拟电源电压降低。ISO7367涵盖范围广泛的电气干扰试验

　　车队管理

　　很少有人意识到现代客车配备了令人印象深刻的先进的电子设备，因此需要稳定和可持续的电源(图三)。车队管理的可靠性与优化，新一代的公交车都配备了实时跟踪功能连接到导航系统，包括发动机调节和安全设备，如驾驶行为分析仪。监测系统对车辆状态进行永久报告，做可能管理预防性维护并向中心协调员汇报车队的定位。

　　图三： 应用安装在现代巴士上，需要稳定的电源和一些车载电池的安全操作

　　为安全起见，保证重要功能的连续性，在主电池断电后，需要做备份策略包括车载的电池需要微型充电器。这些微型充电器共享相似的信息娱乐系统电源，因为它们通常安装在密闭环境中。因此，他们需要有一个高效率的设计优化热管理传导冷却的机械结构。设计以减少潜在因热应力造成的故障，是至关重要的，并确保产品在道路上的高可靠性。

　　设计者还必须考虑到电池充电优化的具体要求，例如测量电池温度，在某些情况下，电池充电器和中央监控系统之间的通信。这样就需要考虑在整体设计过程中，适当的比较与前几代产品的性能，主要是基于模拟控制，最新一代的集成微控制器和实时充电优化。有人会说，在一个微型充电器增加数字控制是一种矫枉过正的技术，而其他人会反驳这一观点声称技术已被证实，在可靠性和更长的电池寿命方面是有优势的。

　　但任何的争论，都需要考虑到电源需要提供稳定、可靠的电压信息娱乐系统和其他电子设备在公共汽车上的应用。巴士制造商在升级换代设备时越来越多地要求电源制造商开发标准化的DC/DC转换器，充电器，降压调节器，易于安装，维护和更高的供电需求。“以一盖全”的概念不再是一个梦想，但已成为现实，并增加了机械的挑战性，以及一些相应的设计参数上。

　　电源设计者促使了巴士和巴士的现代化，新一代的现代信息和先进的电子设备令人印象深刻，提供了机会，带来了先进的电力技术，曾经一段时间采用新技术很慢，现在开始大步向汽车4.0。也许这就是那些早期的使用者称之为的第四次汽车革命!