汽車行業(yè)4.0: 新的革命?

　　汽車行業(yè)這個概念經(jīng)常被誤解, 只是簡單的跟小汽車及相關(guān)的應(yīng)用聯(lián)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(yè)用車，移動機(jī)械如迷你設(shè)備，鏟車，自動清潔車，緊急和服務(wù)用車。現(xiàn)在每個人都在談?wù)撊諠u有名的工業(yè)4.0，經(jīng)常涉及到第四代工業(yè)革命。

　　工業(yè)4.0提供了所謂的“智能工廠?！痹谀K結(jié)構(gòu)化的智能工廠里，信息物理系統(tǒng)監(jiān)控流程，創(chuàng)建物質(zhì)世界的虛擬副本,分散決策。物聯(lián)網(wǎng)上，信息物理系統(tǒng)內(nèi)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(lián)網(wǎng)的服務(wù)，內(nèi)部和全部組織的服務(wù)都是由參與者提供和使用的。受工業(yè)4.0的影響,汽車工業(yè)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(tǒng)的一部分。對司機(jī)和乘客所提供的信息質(zhì)量要求是非常高的。我們都期望從我們的汽車?yán)锏玫较嗤挠脩趔w驗，就像我們從我們的其他個人設(shè)備上得到信息一樣，娛樂和高速聯(lián)通性。這些增加的預(yù)期使汽車制造商的互通性和安全性更復(fù)雜化了，尤其是當(dāng)考慮到未來的5G和智能車輛。

　　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(yùn)行。但總的來說，他們需要日益高效和強(qiáng)大的電源解決方案。在汽車工業(yè)中的電源管理通常是由一組電源管理集成電路實現(xiàn)(PMIC)，它是部分集中的嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)。半導(dǎo)體制造商提供一個大范圍的PMIC，與新一代數(shù)字控制和先進(jìn)的通信接口。

　　如果汽車工業(yè)代表汽車信息娛樂系統(tǒng)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(fā)展，現(xiàn)有的列車網(wǎng)絡(luò)往往不足以滿足乘客的需求，需要其他公共設(shè)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(yù)計將超過百分之五的年增長率達(dá)到664000臺，是2008-2013年的兩倍的增長率。全球使用的巴士的數(shù)量有望在那年超過八百萬臺，其中許多先進(jìn)的信息娛樂和車輛監(jiān)控設(shè)備需要穩(wěn)定、可靠的電源解決方案。

　　連接巴士

　　隨著飛機(jī)和新一代的高速列車發(fā)展，娛樂設(shè)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(fā)射并有不強(qiáng)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(hù)(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(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w，意味著給娛樂設(shè)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(shè)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(yōu)化設(shè)計采用傳導(dǎo)冷卻(例如基板連接到座椅電樞)。為了減少功率損耗和優(yōu)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(shù)應(yīng)用在高功率密度轉(zhuǎn)換器中，在電信行業(yè)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(yè)有所應(yīng)用。

　　圖一：Powerbox 的ENAR100 / 200是新一代的DC /DC直流轉(zhuǎn)換器，他的設(shè)計滿足“以一蓋全”，集成先進(jìn)的熱管理和高效的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用在汽車行業(yè)中

　　應(yīng)用在汽車上供電設(shè)備要求功率轉(zhuǎn)換器符合國際標(biāo)準(zhǔn)，如ISO7637，指定電氣干擾傳導(dǎo)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(yè)與設(shè)備制造商非常緊密的合作工作以確保最終產(chǎn)品可以在符合要求的環(huán)境中工作。

　　圖二：這個例子iso7367-2脈沖測試激勵的內(nèi)燃機(jī)的起動機(jī)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(xiàn)代客車配備了令人印象深刻的先進(jìn)的電子設(shè)備，因此需要穩(wěn)定和可持續(xù)的電源(圖三)。車隊管理的可靠性與優(yōu)化，新一代的公交車都配備了實時跟蹤功能連接到導(dǎo)航系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)調(diào)節(jié)和安全設(shè)備，如駕駛行為分析儀。監(jiān)測系統(tǒng)對車輛狀態(tài)進(jìn)行永久報告，做可能管理預(yù)防性維護(hù)并向中心協(xié)調(diào)員匯報車隊的定位。

　　圖三： 應(yīng)用安裝在現(xiàn)代巴士上，需要穩(wěn)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(xù)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(tǒng)電源，因為它們通常安裝在密閉環(huán)境中。因此，他們需要有一個高效率的設(shè)計優(yōu)化熱管理傳導(dǎo)冷卻的機(jī)械結(jié)構(gòu)。設(shè)計以減少潛在因熱應(yīng)力造成的故障，是至關(guān)重要的，并確保產(chǎn)品在道路上的高可靠性。

　　設(shè)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，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。這樣就需要考慮在整體設(shè)計過程中，適當(dāng)?shù)谋容^與前幾代產(chǎn)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(yōu)化。有人會說，在一個微型充電器增加數(shù)字控制是一種矯枉過正的技術(shù)，而其他人會反駁這一觀點聲稱技術(shù)已被證實，在可靠性和更長的電池壽命方面是有優(yōu)勢的。

　　但任何的爭論，都需要考慮到電源需要提供穩(wěn)定、可靠的電壓信息娛樂系統(tǒng)和其他電子設(shè)備在公共汽車上的應(yīng)用。巴士制造商在升級換代設(shè)備時越來越多地要求電源制造商開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的DC/DC轉(zhuǎn)換器，充電器，降壓調(diào)節(jié)器，易于安裝，維護(hù)和更高的供電需求?！耙砸簧w全”的概念不再是一個夢想，但已成為現(xiàn)實，并增加了機(jī)械的挑戰(zhàn)性，以及一些相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)上。

　　電源設(shè)計者促使了巴士和巴士的現(xiàn)代化，新一代的現(xiàn)代信息和先進(jìn)的電子設(shè)備令人印象深刻，提供了機(jī)會，帶來了先進(jìn)的電力技術(shù)，曾經(jīng)一段時間采用新技術(shù)很慢，現(xiàn)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!