交通与电网的融合：车网互动技术的进展 [编者按]

《Chinese Journal of Electrical Engineering》：The Convergence of Transportation and Grid: Advances in Vehicle-to-Grid Technology [From the Editor]

　　IEEE交通电气化委员会于2024年1月1日正式成立。不过，其起源可追溯到电气工程诞生之初，因为交通运输在某种程度上一直依赖电力。设立专门负责这一领域的委员会的动机，反映了过去20年中交通运输领域的变革——它从以机械工程为主的领域逐渐转变为高度依赖电力的领域。因此，IEEE需要为一个越来越多选择将交通运输作为职业的电气工程师提供平台。在本文中，我们将回顾IEEE及其前身组织中与交通运输相关的各种传统，以及技术发展与IEEE活动的交汇点，还会探讨21世纪，尤其是2010年之后带来的变革，这些变革最终促成了该委员会的成立。最后，我们将总结该委员会未来的规划。

引言
IEEE在交通运输领域的参与程度与电气工程师在该领域的活跃度密切相关，这并不令人意外。在19世纪和20世纪的大部分时间里，交通工具的驱动方式主要是机械式的（如蒸汽机、内燃机等），但也存在一些例外。有些例外现象存在时间较短，比如1900年左右的汽车[1]、[2]、[3]，而有些则长期存在，如火车和城市轨道交通[4]、[5]、[6]、[7]、[8]，以及船舶[9]、[10]、[11]、[12]。除了驱动系统之外，电气工程师还为各种辅助系统做出了贡献，最初是为火车提供车载照明，后来又包括为船舶设计的信号系统，以及为飞机设计的雷达和通信系统、用于娱乐的无线电设备，还有为灯光、起动电机、火花塞以及车载机械等配件供电的系统，等等。关于汽车[13]、火车[14]、[15]以及海洋应用[16]、[17]、[18]、[19]、[20]的早期相关资料早已存在。实际上，早在1907年，IEEE的两个前身组织——美国电气工程师协会（AIEE）和无线电工程师协会（IRE）——就已经设有多个致力于交通运输领域的委员会。（“术语表”列出了本文中使用的缩写含义，“早期的交通运输技术委员会”则列举了已知的与交通运输相关的AIEE和IRE委员会。）这些委员会在某些情况下比TEC早诞生100多年。它们在20世纪40年代开始发展，尤其是在1963年IEEE成立之后，逐步演变为专业团体和技术协会。

IEEE的多个协会都设有一个或多个专注于交通运输不同方面的技术委员会。除了TEC之外，目前还有三个IEEE协会致力于交通运输相关领域：IEEE车辆技术协会（VTS）起源于移动无线电技术，后来又扩展到包括驱动系统在内的车载电子设备；IEEE航空航天与电子系统协会（AESS）主要关注导航、航空电子系统以及其他类似的电子系统；IEEE智能交通系统协会（ITSS）则着眼于交通运输与自动化技术。在本文中，我们将梳理这些历史发展，区分驱动系统与辅助或信号系统两大类。我们会探讨电气工程在交通运输领域的早期发展，时间可追溯到1900年之前并涵盖整个20世纪，然后再看看21世纪电气技术在交通运输领域的诸多应用。事实上，在过去的25年里，IEEE内部出现了许多反映交通运输电气化浪潮的举措（我们将在文中加以介绍），这些举措最终促成了该委员会的成立。最后一部分将探讨该领域的未来前景，这部分内容将由阅读本文的年轻读者来共同思考。

术语表
IEEE协会与委员会
AESS：航空航天与电子系统协会
CS：计算机协会
CSS：控制系统协会
CTS：消费技术协会（CES，即消费电子协会，2020年前名称）
DEIS：绝缘材料与电气绝缘协会
EMC：电磁兼容性协会
EPSE：电子封装协会
IES：工业电子协会
IAS：工业应用协会
IMS：仪器与测量协会
ITSS：智能交通系统协会
MTTSM：微波理论与技术协会
OES：海洋工程协会
PELSP：电力电子协会
PES：能源与电力协会
RS：可靠性协会
SSC：固态电路协会
TEC：交通电气化委员会（2015–2023年）/交通电气化理事会（2024年起）
VTS：车辆技术协会

其他机构
AIAA：美国航空航天学会
AIEE：美国电气工程师协会
EATSE：电动飞行器技术研讨会
IRE：无线电工程师协会
ITEC：IEEE交通电气化会议
SAE：汽车工程师协会
VPPC：车辆动力与推进会议

早期的交通运输技术委员会
IEEE成立于1963年，由AIEE和IRE合并而成。在合并之前，AIEE依靠技术委员会（而非协会）开展工作，其中一些委员会专注于交通运输领域；而IRE则从20世纪40年代开始组建“专业团体”，这类团体的层级高于技术委员会，但同时也保留了一些技术委员会。在合并过程中，IEEE将所有技术委员会及现有团体整合为“专业团体”；20世纪70年代，这些“专业团体”又被改称为“协会”。如今，IEEE不再设有独立的技术委员会，所有技术委员会的工作都在某个协会或理事会的框架下开展。以下是合并前的与交通运输相关的技术委员会列表：

**AIEE**
铁路委员会（1907–1912；1914–1915）
电动车辆委员会（1913）
电力在海洋工程中的应用委员会（1913–1917）
牵引与运输委员会（1916–1923）
海洋委员会（1918–1923）
标准委员会下的电气铁路小组委员会（1920年至少持续到1921年；标准小组委员会的名单仅刊载于1920–1921年）
海洋工程应用委员会（1924–1939）
运输委员会（1926–1939）
陆地运输委员会（1940–1962）
海上运输委员会（1940–1962）
航空运输委员会（1940–1958）
工业电子专业团体（1951–1962）
航空航天运输委员会（1959–1961）
航空航天能量转换委员会（1962）
航空航天支持系统委员会（1962）
飞行器系统集成委员会（1962）

**IRE**
铁路与车辆通信委员会（1945–1949），1949年更名为车辆与铁路无线电通信专业团体
导航辅助装置委员会（1946–1951；1954–1962）
移动通信委员会（1950–1951）
移动通信系统委员会（1952–1962）
射频干扰委员会下的移动通信设备小组委员会（1955–1962）

IEEE与交通运输：早期的贡献

早期的电动汽车
众所周知，在汽车诞生初期，电动驱动技术与内燃机和蒸汽机竞争，甚至更受青睐。例如，[1]（1897年）就对马力或牛力驱动、汽油驱动、蒸汽驱动以及电力驱动各自的优缺点进行了有趣的分析，对于现代读者而言尤其具有参考价值。图1和图2分别展示了1900年生产的Lohner汽车及其轮内电动机[21]，这是费迪南德·保时捷为Lohner设计的几款电动及混合动力汽车之一。由于几项关键技术的发展，电动汽车在1920年左右基本消失了：汽油发动机效率大幅提升，道路条件的改善使得汽车能够行驶更长的距离，而这超出了电动汽车有限的续航里程（如图1所示，约为50公里）；此外，1911年发明的电动起动电机也解决了汽油发动机使用中的一大难题。

图1. Lohner Chaise电动汽车的广告，该车配备前置轮内电机。发动机功率：3–8马力；电池重量：350公斤；车速：5、13、22、32公里/小时；在平坦路面上每次充电的续航里程为50公里。（来源：保时捷集团档案，经许可使用。）
图2. 1900年的Lohner Chaise轮内（同步）电动机。（来源：保时捷集团档案，经许可使用。）

早期的非汽车驱动应用
在19世纪末，无论是电动汽车还是汽油车都还处于起步阶段。实际上，电动驱动技术早在1837年就首次应用于火车，并自此成为铁路运输中常见的驱动方式。这一技术也应用于城市轨道交通和有轨电车，相比马车驱动的有轨电车，电力驱动的优势十分明显[4]，相关论述见于1886年。对于这些城市应用而言，蒸汽驱动因会产生烟雾而受到诟病，而电力则相对容易供应。城市地下交通系统或矿业领域也为电动驱动提供了应用空间。总体而言，对于火车来说，电动驱动还有其他优势[7]，比如加速度更快，而且电机可以直接与车轮轴相连，无需额外的机车或动力车（见图3中的电动火车[7]）。

图3. 通用电气用于与蒸汽驱动进行对比的电动火车[7]。

AIEE参与了众多此类技术发展，其中包括在1929年制定AIEE标准11“铁路电机标准”[22]。该标准经过定期修订，后来成为了IEEE标准11，目前由IEEE能源与电力协会负责管理。

对于潜艇而言，电动驱动具有明显优势：电池可为潜艇提供水下推进动力，而且这类系统还能轻松与核动力船舶结合使用。总体来说，20世纪初人们就已经认识到电动驱动在海洋船舶领域的诸多优势。当时，美国海军通过建造三艘船进行了对比实验，这三艘船分别配备了发动机驱动、齿轮涡轮驱动以及涡轮-电动驱动系统[11]、[12]。结果证明，涡轮-电动驱动系统更为优越，因为涡轮可以高速运转，而螺旋桨则以较低速度旋转，这样就能轻松实现方向切换（见图4）。这类系统后来被广泛应用于大型客轮，比如“诺曼底号”和“玛丽皇后号”（20世纪30年代，[23]）。

图4. 拟议中的涡轮-电动驱动系统[10]。这篇1921年的文章比较了多种电机驱动方式（绕线式感应电机、鼠笼式感应电机以及同步电机）。

照明与辅助设备
交通运输领域的电气化变革不仅体现在驱动系统上。最早将电力用于这一领域的是照明，尤其是在火车上[14]、[15]。随着时间的推移，又出现了许多新的应用。19世纪晚期，火车和有轨电车上开始采用电动制动系统[24]。在船舶上，电动机用于驱动绞盘、泵类、供水和制冷系统[19]，甚至还包括转向系统[16]、[19]，这使得船舶上的电力系统变得越来越复杂[20]。鉴于这一进展，AIEE成立了海洋委员会[18]。如今，这一传统在IEEE能源与电力协会下通过“电动船舶与海洋平台小组委员会”得以延续。

对于汽车而言，需要记住的是，电力是汽油往复式发动机正常运转的关键要素，因为点火需要电火花。1913年的一篇论文[13]描述了当时汽车的电气组件，包括起动系统、点火系统、照明系统以及发电机（见图5）。

图5. 1913年汽车的电气系统[13]，附有说明文字。

信号系统无疑是电气技术应用最广泛的领域，这类系统在第一次世界大战前就开始研发，最初是为了提升交通运输效率，而在两次战争期间，则被用于实现船舶之间[17]以及飞机之间[25]、[26]的通信（见图6）。第二次世界大战期间，相关的雷达技术及其他技术取得了重大进展。有关始于1897年的海上无线通信历史，以及1912年“泰坦尼克号”灾难如何推动国际法规的完善，比如“SOS”求救信号的普及，可参阅[27]。

图6. 早期的飞机通信天线（1929年）[25]。

移动通信及更多应用：VTS[28]
陆地车辆的移动通信技术可追溯到20世纪30年代，当时对可靠的双向通信需求日益增加，尤其是执法部门的需求，推动了该领域的技术发展。随着技术及其应用的不断拓展，1949年IRE成立了车辆通信专业团体（PGVC），为从事当时所称的陆地移动无线电服务领域的专业人士提供服务。该专业团体于1950年在底特律举办了首届会议，主题就是移动无线电技术。1963年IEEE成立后，PGVC最终演变成了VTS。

20世纪60年代中期，随着汽车工业和电子工业开始在车辆中应用各种创新电子系统，这些系统的功能远远超出了简单的无线电通信范畴，于是出现了显著的发展。1966年，VTS正式将其研究范围扩大，涵盖了从驱动系统、发动机控制组件到各类辅助系统和便利设施在内的全方位车辆电子技术。例如，图7展示了一个早期的电子“地图与卫星”系统（也就是如今随处可见的GPS）[29]。

图7. 克莱斯勒公司开发的GPS前身系统[29]。（经许可使用。）

20世纪80年代，随着蜂窝电话的出现，移动通信领域发生了颠覆性的变革，彻底改变了这一领域的格局。公共无线电话服务的普及为移动技术打开了巨大的市场，吸引了企业和消费者的极大兴趣，包括车载设备领域。因此，1G和2G蜂窝技术的发展与应用使得VTS的会员数量在1986年至1994年间几乎翻了一番。

进入21世纪后，VTS又经历了又一次重大变革，它更加重视机动车领域，并关注电动和混合动力车辆技术的发展。为应对这一新形势，VTS成立了车辆动力推进技术委员会，与该协会的机动车委员会共同开展工作。如“一场革命即将来临：21世纪”一节所述，该委员会在推动相关主题的专题会议举办方面发挥了核心作用。与之为辅的是2017年启动的机动车挑战计划，旨在探索电动汽车的有效能源管理策略。随着新千年的到来，研究重点逐渐转向更广泛的系统。在美国，联邦通信委员会做出一项具有里程碑意义的决定，划拨频谱用于交通领域，为专用短距离通信系统的发展铺平了道路。随后，车对一切通信成为重要的发展领域，其中包括车对车、车对基础设施以及车对网络通信。近期，VTS将目光投向了先进的5G和6G蜂窝网络的整合，这些技术有望大幅提升下一代互联及自动驾驶汽车的通信速度与可靠性。这促使电信与交通领域的各方建立了跨行业合作机制，比如5G汽车协会。例如，除了VTS、AESS和ITSS之外，IAS还成立了交通系统委员会，PELS设立了TC 4：电气化交通系统，IEEE CSS设有汽车与航空航天控制委员会，IEEE微波理论和技术协会（MTT-S）则有无线能量传输与能量转换以及互联与自主系统相关委员会，IEEE海洋工程协会（OES）包含自主海事系统委员会，而IEEE EMCS则有航空航天与空间EMC委员会。各类专注于交通领域的技术委员会、会议和期刊大量涌现，使得IEEE在应对这一日益重要的以电力为基础的行业时采取了较为分散的处理方式，而该行业正在吸纳越来越多的电气工程师。

交通电气化社区与委员会的建立
鉴于交通在电气工程领域的重要性日益凸显，IEEE在其未来发展方向委员会的支持下，启动了交通电气化计划（TEI，2011–2014年），由Lee Stogner担任主席。2015年，该计划发展为更为正式的交通电气化社区（首任主席为Philip Krein教授），旨在促进IEEE各协会间的合作。该社区最初由消费电子协会[现为消费技术协会（CTSoc）]、IAS、IES、ITSS、PELS、PES以及标准协会组成，AESS、RS、IEEE技术社会影响协会和系统委员会则作为关联成员参与其中。图9（来自2014年6月）展示了推动这一转变的关键人物和协会。

图9. 交通电气化社区的正式成立，2014年6月。从左至右：Lee Stogner（TEI主席）、Pat Ryan（PES）、Tomy Sebastian（IAS）、Matt Barth（ITSS）、Dong Tan（PELS）、Fabrice Labeau（VTS）、Tom Coughlin（CTSoc）以及John Hung（IES）。显示全部

该社区提供了跨IEEE层面的项目，如网络研讨会以及对各类会议的支援，其中包括其自己举办的国际电动汽车会议，分别于2012年、2013年和2014年举行。此外，该社区还与美国航空航天学会（AIAA）合作，共同举办了AIAA/IEEE电动飞机技术研讨会（EATS）。

在2021年的一次交通电气化社区战略会议上，人们意识到该领域的发展已超出现有社区结构的承载能力，需要在一个与各协会及理事会地位相当的层级上在IEEE内部设立相应机构。于是，以TEC为缩写的相关理事会组建工作便开始了。最终有许多协会要么作为创始成员，要么在之后不久就加入了该理事会，这一事实进一步凸显了设立理事会的必要性，这些协会包括：AESS、IEEE计算机协会、CSS、DEIS、EMCS、IEEE电子封装协会、IES、IAS、IEEE仪器与测量协会、ITSS、MTT-S、OES、PELS、PES、RS、IEEE固态电路协会以及VTS。该理事会的成立于2022年11月获得IEEE批准（见图10），并于2024年1月1日正式启动，Dong Tan博士担任首任主席。图11展示了首届理事会董事会的参会人员。TEC的成员协会数量几乎占了IEEE所有协会的一半，这体现了交通领域涉及的技术范围之广。如今，包括无人机在内的自动驾驶技术的兴起，将推进系统、控制系统、计算机、信号处理、图像识别、互联网以及安全协议等要素结合在了一起——简而言之，这涉及到了IEEE的众多分支领域。

图10. IEEE在2022年11月通过决议批准成立该理事会。左侧站立的是当时TEC主席Bruno Lequesne。显示全部

图11. 首届理事会董事会会议现场（2024年6月）。显示全部

自成立以来，该理事会便成为ITEC系列会议、电动船舶技术研讨会以及《IEEE交通电气化汇刊》的财务联合赞助方。其目的是将这些机构的关注范围从最初的能源、驱动装置和推进系统拓展到更广泛的领域。例如，该理事会通过至少每三年将自身的EATS会议与ITEC北美会议同期举办，为ITEC带来了大量的航空航天技术内容。

国际层面的贡献
本文主要聚焦北美的发展情况。从历史来看，包括IEEE的前身组织在内的各类工程组织，在相对较近之前大多仍以国家为单位运作。因此，在20世纪初，英国、法国和德国等国的工程协会也在同步发展。亚洲的工程师也为这一领域做出了重要贡献，比如在汽车领域，丰田普锐斯便是其中的典范。未来，中国汽车制造商有望取得领先地位，据报道他们正在生产价格更低、性能更佳的汽车（至少在续航里程方面）。IEEE和TEC积极顺应这一全球化趋势，毫无疑问，未来若再撰写相关文章，将会呈现出自IEEE内外更均衡的国际贡献格局。

理事会：未来
在作为理事会的两年时间里，TEC在参与者数量以及在其成员协会的帮助和支持下所能提供的资源与机会方面都取得了显著发展。目前，支持该理事会的成员协会共有17家，TEC的个体参与者数量超过19,000人。截至2025年11月，TEC已在亚洲、欧洲、非洲和北美洲建立了21个专业分会和学生分会，其中一些是由TEC的成员协会共同资助设立的。

从2025年开始，TEC成为《IEEE电气化杂志》的主要赞助方，Yaobin Chen教授担任该杂志的主编，其目标是让该杂志更加聚焦于交通行业[48]。目前正讨论的一项计划是，向所有成员协会的会员免费提供该杂志的数字版，这样一来，该杂志就能覆盖超过140,000名IEEE会员，从而成为该行业的重要平台。会员现在就可以通过将订阅服务加入自己的IEEE及所属协会会员资格来享受这一福利。

TEC还开发了一套完善的每月专家演讲网络研讨会计划，这些研讨会的内容会被存档在IEEE TEC资源中心，供日后使用。TEC的教育部门也在致力于开发和管理多种针对专业人员及学生的培训项目，其中包括博士论文展示奖以及学生设计项目竞赛等（此外还有优秀论文奖和设计项目奖）。TEC的标准事务副总裁Lou Gullo及其团队（由各TEC成员协会的委员组成）已经启动了标准制定工作以及相关技术计划，其中包括TEC标准与技术路线图的制定。TEC的前两位技术活动副总裁Burak Ozpineci博士和Zedong Zheng教授已成立了五个技术委员会，涵盖从铁路电气化到电动飞机的多个领域，还有更多此类委员会正在筹备中，通常都是围绕某一具体应用或行业而设立。除与成员协会合作的现有会议活动外，TEC还全额资助电动飞机技术研讨会。在过去的两年里，TEC还成功完成了许多其他项目和任务，所有最新进展都会发布在TEC的月度电子通讯中[49]。

在初期取得的成功基础上，TEC开始考虑推出一本新的出版物，其内容范围将涵盖所有成员协会的兴趣点，重点聚焦于交通领域，为协会成员提供另一个发表学术成果、介绍行业创新成果以及传播专业知识的平台。目前还有许多其他项目和计划正在研究之中。例如，从2026年开始，TEC将与各成员协会合作，扩大其杰出讲师计划，以支持日益发展的分会活动。还将设立更多的技术委员会。TEC计划在2026年开展一次战略规划工作，广泛征求会员和参与者的意见。一旦规划确定，其结果将会分享给所有成员协会和TEC的参与者。

结论
长期以来，电气工程一直是交通领域不可或缺的关键要素，从导航系统、车载设备到铁路和船舶的推进系统皆离不开它。如今，电力电子产品的微型化、处理器与控制系统的广泛应用，尤其是锂离子电池的发明，为电动推进系统成为主流标准奠定了基础。尽管混合动力系统至今仍是长途出行的常见选择，但向全面电气化发展的趋势已十分明显。IEEE及其前身组织在整个发展历程中发挥了至关重要的作用。2024年TEC的成立是这一发展的自然延伸，而其在全球范围内的会员数量和项目规模的快速增长，则体现了该领域的强劲活力。该理事会的首要使命是激励并支持下一代电气工程师，让他们能够为全球交通领域的未来发展做出贡献。

致谢
以下几位人士为本文提供了信息、审阅了草稿并回答了相关问题，作者对此深表感谢：Emmanuel Agamloh、Nathan Brewer、Ali Emadi和Rudi Schubert。