汽車行業(yè)這個概念經常被誤解——我們往往只是簡單地將其與小汽車及相關的應用聯(lián)系在一起。其實它的范圍要廣泛得多，包括諸如公共汽車、卡車、工業(yè)用車、移動機械（如采礦設備）、鏟車、自動清潔車及緊急和服務用車等在內的許多應用?，F(xiàn)在業(yè)內每個人都在談論日漸有名的工業(yè)4.0項目，這個項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”。在模塊化結構的智能工廠里，信息物理系統(tǒng)對流程進行監(jiān)控，創(chuàng)建物理世界的虛擬副本，并實現(xiàn)分散決策。物聯(lián)網上，信息物理系統(tǒng)可以實時相互溝通合作，也能與人類溝通合作，通過務聯(lián)網，內部和全部組織的服務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。對司機和乘客所提供的信息質量要求是非常高的。就像我們的其他個人設備一樣，我們都期望從我們的汽車里得到相同的用戶體驗、娛樂以及高速聯(lián)通性。對汽車制造商來說，這些提高的期望使互操作性和安全性更復雜化了，尤其是當考慮到未來的5G和智能車輛時。

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）實現(xiàn)的——它是集中式嵌入式計算機系統(tǒng)的一部分。半導體制造商提供各種各樣的PMIC，最新一代包含了先進的數(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，隨著大城市的開發(fā)和城市間交易需求的發(fā)展，現(xiàn)有的列車網絡往往不足以滿足乘客的需求，因此需要有互補的公共汽車來有效地滿足乘客的需求。

最近的一項研究報道說，2018年，全球對巴士的需求量預計年增長率將超過5%，達到664000臺，是2008-2013年增長率的兩倍。全球使用的巴士的數(shù)量在那年有望超過八百萬臺，其中有許多將會配備先進的信息娛樂和車輛監(jiān)控設備，因而需要穩(wěn)定、可靠的電源解決方案。

網聯(lián)巴士

與飛機和新一代高速列車一樣，娛樂設備通常安裝在乘客座位內，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)射以及無需強迫風冷的工作能力。此外，巴士制造商要求座椅制造商使座椅更簡單、更容易維護（和升級），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，這意味著給娛樂設備供電的電源必須安裝在座椅內，因而也就對電源制造商提出了高要求。

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在無氣流的情況下工作，因此必須將它們的設計優(yōu)化成采用傳導冷卻（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換器中的技術（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)在也在整個汽車行業(yè)得到應用。

圖1：Powerbox公司設計的新一代ENAR100/200 DC/DC直流轉換器，旨在以一個封裝實現(xiàn)“以不變應萬變”；該器件針對汽車應用集成了先進的熱管理和高效的拓撲結構。

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

圖2：這個iso7367-2脈沖測試的例子，通過激勵內燃機的起動機電路模擬電源電壓降低。ISO7367標準涵蓋各種電氣干擾試驗。

整體車隊管理

很少有人意識到現(xiàn)代客車配備了各種先進、強大的電子設備，并且它們需要穩(wěn)定和可持續(xù)的電源（圖3）。對于車隊管理的可靠性與優(yōu)化，新一代公共汽車配備了連接到導航系統(tǒng)的實時跟蹤功能、發(fā)動機調節(jié)以及諸如駕駛行為分析儀的安全設備。監(jiān)測系統(tǒng)對車輛狀態(tài)進行永久報告，因此也能管理預防性維護并向中心協(xié)調員匯報車隊的定位。

圖3：安裝到現(xiàn)代巴士中的應用，需要穩(wěn)定的電源和一些車載電池以實現(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，因為它們通常安裝在密閉環(huán)境中。因此，它們都需要有高效的針對熱管理傳導冷卻機械結構優(yōu)化的設計。設計減少因熱應力造成的潛在故障至關重要，同時這也能確保車輛在道路上行駛的可靠性。

設計者還必須考慮到電池充電優(yōu)化的具體要求，例如測量電池溫度，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計過程中進行全盤考慮，適當?shù)嘏c前幾代產品進行性能比較——主要是基于模擬控制、最新一代的集成微控制器以及實時充電優(yōu)化。有人會說，對于這種應用，在一個微型充電器中增加數(shù)字控制是一種矯枉過正的技術，而其他人則會反駁這一觀點，聲稱這種技術已被證實，其在可靠性和電池壽命方面具有優(yōu)勢。

但無論爭論如何，對于為公共汽車上安裝的信息娛樂系統(tǒng)及其他電子設備提供穩(wěn)定可靠電壓所需的電源個數(shù)，我們都需要做出適當考慮。巴士制造商在升級設備時，越來越多地要求電源制造商開發(fā)標準化的、易于安裝維護并能滿足更高供電需求的DC/DC轉換器、充電器以及降壓調節(jié)器?！耙圆蛔儜f變”的概念不再只是夢想，而是變?yōu)楝F(xiàn)實，這對產品的設計參數(shù)來說，降低了機械設計的挑戰(zhàn)性。

對于電源設計者，他們欲將先進的電源技術帶進公共汽車這樣一個曾經采用新技術很慢的市場來說，巴士車隊的現(xiàn)代化以及新一代帶有現(xiàn)代信息娛樂和各種先進電子設備的巴士汽車為其提供了機會——這個行業(yè)現(xiàn)在正大步向汽車4.0邁進。也許這就是那些早期采用者所說的第四次汽車革命吧！