汽車行業4.0: 新的革命?

　　汽車行業這個概念經常被誤解, 只是簡單的跟小汽車及相關的應用聯系在一起。 其實它比這些廣泛很多，所涵蓋的范圍大很多，比如公共汽車，卡車，工業用車，移動機械如迷你設備，鏟車，自動清潔車，緊急和服務用車。現在每個人都在談論日漸有名的工業4.0，經常涉及到第四代工業革命。

　　工業4.0提供了所謂的“智能工廠。”在模塊結構化的智能工廠里，信息物理系統監控流程，創建物質世界的虛擬副本,分散決策。物聯網上，信息物理系統內部都可以實時相互溝通合作，也與人類相互溝通合作， 通過互聯網的服務，內部和全部組織的服務都是由參與者提供和使用的。受工業4.0的影響,汽車工業有汽車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的一部分。對司機和乘客所提供的信息質量要求是非常高的。我們都期望從我們的汽車里得到相同的用戶體驗，就像我們從我們的其他個人設備上得到信息一樣，娛樂和高速聯通性。這些增加的預期使汽車制造商的互通性和安全性更復雜化了，尤其是當考慮到未來的5G和智能車輛。

　　雖然屏幕是“冰山”中的可見一角，其它未見的大量的計算，傳感器，和其他組件使汽車更安全，更可靠運行。但總的來說，他們需要日益高效和強大的電源解決方案。在汽車工業中的電源管理通常是由一組電源管理集成電路實現(PMIC)，它是部分集中的嵌入式計算機系統。半導體制造商提供一個大范圍的PMIC，與新一代數字控制和先進的通信接口。

　　如果汽車工業代表汽車信息娛樂系統的大眾市場，隨著日益增長的大城市和城市間的交流的需求的發展，現有的列車網絡往往不足以滿足乘客的需求，需要其他公共設施來更有效的滿足乘客的需求。

　　最近的一項研究報道，2018年對巴士的全球需求預計將超過百分之五的年增長率達到664000臺，是2008-2013年的兩倍的增長率。全球使用的巴士的數量有望在那年超過八百萬臺，其中許多先進的信息娛樂和車輛監控設備需要穩定、可靠的電源解決方案。

　　連接巴士

　　隨著飛機和新一代的高速列車發展，娛樂設備通常安裝在乘客座位上，這就要求本地電源不受線路干擾，用低水平的無線電發射并有不強迫空氣冷卻的工作能力。此外，巴士制造商要求座椅制造商使座椅更簡單，更容易維護(和升級)，更少的布線和互連。

　　滿足這些要求的席位將取決于簡化連接，僅限于一個電源線和一個用于數據傳輸的光纖，意味著給娛樂設備供電的電源必須安裝在座椅上，這就需要很多電源。

　　幾十年來，這種設備的電源被安置在座椅下面，利用自由空氣對流冷卻。但新一代的電源模塊，必須工作時無氣流影響，因此他們必須優化設計采用傳導冷卻(例如基板連接到座椅電樞)。為了減少功率損耗和優化冷卻，功率變換器需要額定值效率非常高的耗散元件直接連接到基板(圖1)。此項技術應用在高功率密度轉換器中，在電信行業中，如平面變壓器，熱通，熱排水管，在某些情況下，熱泵也在汽車行業有所應用。

　　圖一：Powerbox 的ENAR100 / 200是新一代的DC /DC直流轉換器，他的設計滿足“以一蓋全”，集成先進的熱管理和高效的拓撲結構，應用在汽車行業中

　　應用在汽車上供電設備要求功率轉換器符合國際標準，如ISO7637，指定電氣干擾傳導和耦合試驗條件的道路車輛使用12V或24V電池(圖2)，要求供電企業與設備制造商非常緊密的合作工作以確保最終產品可以在符合要求的環境中工作。

　　圖二：這個例子iso7367-2脈沖測試激勵的內燃機的起動機電路模擬電源電壓降低。ISO7367涵蓋范圍廣泛的電氣干擾試驗

　　車隊管理

　　很少有人意識到現代客車配備了令人印象深刻的先進的電子設備，因此需要穩定和可持續的電源(圖三)。車隊管理的可靠性與優化，新一代的公交車都配備了實時跟蹤功能連接到導航系統，包括發動機調節和安全設備，如駕駛行為分析儀。監測系統對車輛狀態進行永久報告，做可能管理預防性維護并向中心協調員匯報車隊的定位。

　　圖三： 應用安裝在現代巴士上，需要穩定的電源和一些車載電池的安全操作

　　為安全起見，保證重要功能的連續性，在主電池斷電后，需要做備份策略包括車載的電池需要微型充電器。這些微型充電器共享相似的信息娛樂系統電源，因為它們通常安裝在密閉環境中。因此，他們需要有一個高效率的設計優化熱管理傳導冷卻的機械結構。設計以減少潛在因熱應力造成的故障，是至關重要的，并確保產品在道路上的高可靠性。

　　設計者還必須考慮到電池充電優化的具體要求，例如測量電池溫度，在某些情況下，電池充電器和中央監控系統之間的通信。這樣就需要考慮在整體設計過程中，適當的比較與前幾代產品的性能，主要是基于模擬控制，最新一代的集成微控制器和實時充電優化。有人會說，在一個微型充電器增加數字控制是一種矯枉過正的技術，而其他人會反駁這一觀點聲稱技術已被證實，在可靠性和更長的電池壽命方面是有優勢的。

　　但任何的爭論，都需要考慮到電源需要提供穩定、可靠的電壓信息娛樂系統和其他電子設備在公共汽車上的應用。巴士制造商在升級換代設備時越來越多地要求電源制造商開發標準化的DC/DC轉換器，充電器，降壓調節器，易于安裝，維護和更高的供電需求。“以一蓋全”的概念不再是一個夢想，但已成為現實，并增加了機械的挑戰性，以及一些相應的設計參數上。

　　電源設計者促使了巴士和巴士的現代化，新一代的現代信息和先進的電子設備令人印象深刻，提供了機會，帶來了先進的電力技術，曾經一段時間采用新技術很慢，現在開始大步向汽車4.0。也許這就是那些早期的使用者稱之為的第四次汽車革命!