低價位新車打入印度汽車市場，印度的汽車總數將於2012年超過四千萬輛。空氣品質已成為印度政府關注的首要課題，而針對省油引擎管理系統的重要性，環保單位、管制機構、原始設備製造商(OEM)及第一階供應商(tier-1 supplier)展開激烈討論。這對汽車設計而言無疑是項挑戰，需要結合有效能源管理、電子啟動式引擎管理、混合能源，並必須仰賴強大的半導體解決方案，例如以高性能微控制器為基礎的引擎管理系統(EMS)、絕緣閘雙極電晶體(IGBT)、以微控制器為基礎的混合動力系統。
目前的挑戰
石油提鍊自原油，未來數十年將仍是主要能源。然而石化燃料成本日益上升，對環保也造成影響，世界各國正努力降低對石油的依賴。除了維護石油資源，另一方面亦須尋找最終的替代資源。目前的挑戰不僅止於能源供應，還必須降低排放一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氫化合物(HC)、粒子狀物質 (PM)、二氧化碳(CO2)，以控制全球暖化問題。印度中央污染防治局(CPCB)及車輛研究協會(ARAI)等管理機構正朝此方向努力，推動各項全面性工作，包括改善引擎效率，以將大部分可用能源轉變為推進車輛的動力；改良換檔速度，使車輛操控時能更有效率；使用混合能源，漸少對石化燃料的依賴；於煞車時恢復能源；引進高性能電池管理，以增加電瓶壽命。最終目標將是要達到「氫能經濟」(hydrogen economy)。 這項汽車動力系統革命需要大量創新電子科技。
根據引擎效能基本原理，內燃機無法將所有化學能轉換為機械功，部份能量也會損失；也就是說，引擎效能實際上低於100%。
技術上引擎所產生的能源僅有13%用來驅動車輛，其餘10%為摩擦損失，10% 為排吸損失(pumping losses)，7%為不當的風油比(亦即Lambda值)，15% 為汽缸內不完全燃燒以及排氣的熱損失，45%則為引擎空轉時的熱力損失。
引擎的改良
柴油與汽油引擎未來所面臨的挑戰，一是改變燃燒原理，另一項是使用可能將於2015年完成的同步進氣壓縮點火(Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI)系統。汽車電子科技界目前正傾全力研發引擎的感測、控制及起動功能。噴油嘴與汽門等重要組件也必須小心控制，以達最高效率。燃燒室內的壓力必須即時量測與處理，以獲得較佳的壓力控制。預期汽油引擎將可降低油耗30%，柴油引擎則可降低油耗10%。
引擎附件電氣化
燃油泵、機油泵、水泵、發電馬達、啟動器、冷卻風扇等零附件已由舊時的皮帶驅動、低電子零件系統，轉變為目前的電控、需求式起動系統。有效驅動附件可直接節省用油，整體效能可改善達5%至7%。
傳動系統的改良
有效節省燃油，使更省油的傳動科技更為廣泛採用。半導體製造商能將各項功能整合成為更小尺寸，以便在更加惡劣的環境下操作，並合乎成本效益，使得自動變速系統可大量使用變力螺線管(VFS)。控制這些傳動系統的精密電子元件由高階微控制器所組成，如三核心(TriCore)處理器、智慧功率元件 (intelligent power devices)、以Hall Technology與巨磁電阻感測器(iGMR)等感測器為主的速率感測器等。
混合動力
電池科技與電力電子學已有長足發展，混合動力(hybridization)明顯成為汽車能源未來的發展方向。混合動力可區分為數個等級使用，包括微型油電混合(micro-hybrid)、輕油電混合(mild hybrid)、全油電混合(full hybrid)等。微型油電混合技術目前在印度前景看好，
這項科技將啟動器與發電馬達合而為一，使引擎在車輛靜止時停止運轉，並可藉由動態整流及激磁控制改善發電機效能。此裝置可輸出2kW功率，可作為再生煞車系統(regenerative braking system)，共可節約10%燃油：5%來自避免空轉損失，2%來自發電機效能改善，3%來自再生煞車能源。改良後的電池科技同樣需要具有智慧型電池感測器的先進系統，以便測定電池的充電與健康狀態，並管理車內的電力分配。
輕型與全油電混合系統使20kW至80kW發電機高電力模組加速發展，這項技術使用第三代IGBT trench，電壓可達600V，以無芯變壓器驅動器控制變流器。這些電力模組設計以達到油電混合車電力消耗與溫度循環的需求。而鋰電池的功率密度及充放電循環次數合乎混合動力系統的需求，因此使用鋰電池。
能源管理
由於越來越多汽車電氣化，管理汽車產生與消耗的能源，對燃油經濟及車輛的多寡具有重大影響。目前的汽車能源管理策略，將應付未來省油型車輛的需求。如汽車大燈要待引擎已發動完畢並開始運轉後才能打開。但因未來的引擎起停系統在單次駕駛途中引擎將起停多次，故無法以同樣方式控制大燈。引擎需重新啟動時，必須監控電池系統的充電狀態，因此能源管理系統必須依優先順序處理所有電力需求，以最有效率的方法利用可用能源。
對電動車與油電混合車而言，能源管理的關鍵是電池充放電效能，例如再生煞車系統運作時可產生額外電能，此時電池充放電系統應能立即利用或儲存這些能源，以免造成浪費。
其他可改善能源效率的因素包括：使用智慧型多工網路系統(smart multiplexing networking systems)，透過電子科技減少線束 (wiring harness)重量與連接器，以減低車重；導航與油電混合系統共同運作的駕駛輔助(Driver Assistance)系統，根據道路拓墣(road topology)產生最佳電池充電策略。
對微控制器的影響
現今微控制器的中央處理器(CPU)頻率可達200 MHz，並且可增至330MHz。然而這代表現有的汽車嵌入式控制技術(90nm製程之嵌入式快閃記憶體)的限制將難以超越。增加CPU頻率時需供應電子元件更高的電流，但如此卻會產生高溫，必須予以散熱。封裝層級(packaging level)現有的技術解決方案，如額外附加的底層、厚銅片、散熱片與均熱片以及加強型球柵陣列(BGA)封裝等，可用來處理過熱的情形。然而目前這些新科技因成本因素無法在近期實現；這包括使用60nm較小型晶圓科技時，在後期回收成本效益前預期需先投入大量的資本。目前已有用來加速供應鏈內的學習曲線的雙核心(Dual core)解決方案可供使用。
對功率元件的影響
能源效率、整合更多控制功能、安全特性、診斷以及整合更多驅動更大負載的功率，是功率區域(power domain)的驅動因素。功率需求的增加可導致 12至14V較低的導通電阻(RdsOn)或電壓位準增加。汽車需要能源管理以及隨時可用的能源，由於機械組件逐漸採用電力驅動裝置，直流對直流整流器 (DC/DC converter)將取代具有線性穩壓器的電源供應器。並以脈波寬度調變 (PWM) 控制器驅動負載，以依據需求控制功率。目前已研發出各式多工整合式功率技術(Multiple integrated power technologies)，包括強調邏輯集成(logic integration)低導通電阻(RdsOn)的SPT7技術、強調高邏輯集成功率技術的SPT9技術等。
結論
針對提升汽車燃油效率，世界各地於政治、經濟與環保方面已引起不少關注，並將促使汽車製造業在未來數十年產生極大變革。汽車無法靠單一創新技術而節省燃油，未來必然會有許多的創新技術，而每一項技術都能個別增加效能，以共同達成我們設定的目標。
電子科技在提升燃油效率方面將至關重要，目前各項功能改良的設計或構想幾乎皆使用電子科技。如何利用創新技術，以合乎成本效益的方式解決問題，將是半導體與電子產品製造商目前面臨的重要挑戰。藉此契機，我們將可開創出各式創新技術，影響全球汽車製造產業，同時帶來經濟及環保利益，迎接更環保的未來。
目前的挑戰
石油提鍊自原油，未來數十年將仍是主要能源。然而石化燃料成本日益上升，對環保也造成影響，世界各國正努力降低對石油的依賴。除了維護石油資源，另一方面亦須尋找最終的替代資源。目前的挑戰不僅止於能源供應，還必須降低排放一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氫化合物(HC)、粒子狀物質 (PM)、二氧化碳(CO2)，以控制全球暖化問題。印度中央污染防治局(CPCB)及車輛研究協會(ARAI)等管理機構正朝此方向努力，推動各項全面性工作，包括改善引擎效率，以將大部分可用能源轉變為推進車輛的動力；改良換檔速度，使車輛操控時能更有效率；使用混合能源，漸少對石化燃料的依賴；於煞車時恢復能源；引進高性能電池管理，以增加電瓶壽命。最終目標將是要達到「氫能經濟」(hydrogen economy)。 這項汽車動力系統革命需要大量創新電子科技。
根據引擎效能基本原理，內燃機無法將所有化學能轉換為機械功，部份能量也會損失；也就是說，引擎效能實際上低於100%。
技術上引擎所產生的能源僅有13%用來驅動車輛，其餘10%為摩擦損失，10% 為排吸損失(pumping losses)，7%為不當的風油比(亦即Lambda值)，15% 為汽缸內不完全燃燒以及排氣的熱損失，45%則為引擎空轉時的熱力損失。
引擎的改良
柴油與汽油引擎未來所面臨的挑戰，一是改變燃燒原理，另一項是使用可能將於2015年完成的同步進氣壓縮點火(Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI)系統。汽車電子科技界目前正傾全力研發引擎的感測、控制及起動功能。噴油嘴與汽門等重要組件也必須小心控制，以達最高效率。燃燒室內的壓力必須即時量測與處理，以獲得較佳的壓力控制。預期汽油引擎將可降低油耗30%，柴油引擎則可降低油耗10%。
引擎附件電氣化
燃油泵、機油泵、水泵、發電馬達、啟動器、冷卻風扇等零附件已由舊時的皮帶驅動、低電子零件系統，轉變為目前的電控、需求式起動系統。有效驅動附件可直接節省用油，整體效能可改善達5%至7%。
傳動系統的改良
有效節省燃油，使更省油的傳動科技更為廣泛採用。半導體製造商能將各項功能整合成為更小尺寸，以便在更加惡劣的環境下操作，並合乎成本效益，使得自動變速系統可大量使用變力螺線管(VFS)。控制這些傳動系統的精密電子元件由高階微控制器所組成，如三核心(TriCore)處理器、智慧功率元件 (intelligent power devices)、以Hall Technology與巨磁電阻感測器(iGMR)等感測器為主的速率感測器等。
混合動力
電池科技與電力電子學已有長足發展，混合動力(hybridization)明顯成為汽車能源未來的發展方向。混合動力可區分為數個等級使用，包括微型油電混合(micro-hybrid)、輕油電混合(mild hybrid)、全油電混合(full hybrid)等。微型油電混合技術目前在印度前景看好，
這項科技將啟動器與發電馬達合而為一，使引擎在車輛靜止時停止運轉，並可藉由動態整流及激磁控制改善發電機效能。此裝置可輸出2kW功率，可作為再生煞車系統(regenerative braking system)，共可節約10%燃油：5%來自避免空轉損失，2%來自發電機效能改善，3%來自再生煞車能源。改良後的電池科技同樣需要具有智慧型電池感測器的先進系統，以便測定電池的充電與健康狀態，並管理車內的電力分配。
輕型與全油電混合系統使20kW至80kW發電機高電力模組加速發展，這項技術使用第三代IGBT trench，電壓可達600V，以無芯變壓器驅動器控制變流器。這些電力模組設計以達到油電混合車電力消耗與溫度循環的需求。而鋰電池的功率密度及充放電循環次數合乎混合動力系統的需求，因此使用鋰電池。
能源管理
由於越來越多汽車電氣化，管理汽車產生與消耗的能源，對燃油經濟及車輛的多寡具有重大影響。目前的汽車能源管理策略，將應付未來省油型車輛的需求。如汽車大燈要待引擎已發動完畢並開始運轉後才能打開。但因未來的引擎起停系統在單次駕駛途中引擎將起停多次，故無法以同樣方式控制大燈。引擎需重新啟動時，必須監控電池系統的充電狀態，因此能源管理系統必須依優先順序處理所有電力需求，以最有效率的方法利用可用能源。
對電動車與油電混合車而言，能源管理的關鍵是電池充放電效能，例如再生煞車系統運作時可產生額外電能，此時電池充放電系統應能立即利用或儲存這些能源，以免造成浪費。
其他可改善能源效率的因素包括：使用智慧型多工網路系統(smart multiplexing networking systems)，透過電子科技減少線束 (wiring harness)重量與連接器，以減低車重；導航與油電混合系統共同運作的駕駛輔助(Driver Assistance)系統，根據道路拓墣(road topology)產生最佳電池充電策略。
對微控制器的影響
現今微控制器的中央處理器(CPU)頻率可達200 MHz，並且可增至330MHz。然而這代表現有的汽車嵌入式控制技術(90nm製程之嵌入式快閃記憶體)的限制將難以超越。增加CPU頻率時需供應電子元件更高的電流，但如此卻會產生高溫，必須予以散熱。封裝層級(packaging level)現有的技術解決方案，如額外附加的底層、厚銅片、散熱片與均熱片以及加強型球柵陣列(BGA)封裝等，可用來處理過熱的情形。然而目前這些新科技因成本因素無法在近期實現；這包括使用60nm較小型晶圓科技時，在後期回收成本效益前預期需先投入大量的資本。目前已有用來加速供應鏈內的學習曲線的雙核心(Dual core)解決方案可供使用。
對功率元件的影響
能源效率、整合更多控制功能、安全特性、診斷以及整合更多驅動更大負載的功率，是功率區域(power domain)的驅動因素。功率需求的增加可導致 12至14V較低的導通電阻(RdsOn)或電壓位準增加。汽車需要能源管理以及隨時可用的能源，由於機械組件逐漸採用電力驅動裝置，直流對直流整流器 (DC/DC converter)將取代具有線性穩壓器的電源供應器。並以脈波寬度調變 (PWM) 控制器驅動負載，以依據需求控制功率。目前已研發出各式多工整合式功率技術(Multiple integrated power technologies)，包括強調邏輯集成(logic integration)低導通電阻(RdsOn)的SPT7技術、強調高邏輯集成功率技術的SPT9技術等。
結論
針對提升汽車燃油效率，世界各地於政治、經濟與環保方面已引起不少關注，並將促使汽車製造業在未來數十年產生極大變革。汽車無法靠單一創新技術而節省燃油，未來必然會有許多的創新技術，而每一項技術都能個別增加效能，以共同達成我們設定的目標。
電子科技在提升燃油效率方面將至關重要，目前各項功能改良的設計或構想幾乎皆使用電子科技。如何利用創新技術，以合乎成本效益的方式解決問題，將是半導體與電子產品製造商目前面臨的重要挑戰。藉此契機，我們將可開創出各式創新技術，影響全球汽車製造產業，同時帶來經濟及環保利益，迎接更環保的未來。
