汽車通訊Telematics裝置的開發(fā)整合

摘要： 汽車Telematics服務結(jié)合了通訊、信息、控制及機械技術，為用車人提供了適時化、位置化及個人化的應用服務。目前正受到信息及通訊產(chǎn)業(yè)的廣泛注目，并有業(yè)者逐漸投入資源進行產(chǎn)品及市場的開發(fā)。

關鍵詞： 汽車；Telematics；GPS

汽車Telematics服務結(jié)合了通訊、信息、控制及機械技術，為用車人提供了適時化、位置化及個人化的應用服務。這對汽車工業(yè)而言，是一項極為令人興奮的新發(fā)展；汽車工業(yè)將透過Telematics服務，跨出傳統(tǒng)的銷售及維修營運，與客戶作進一步的接觸，制造更多的營收。而對信息及通訊產(chǎn)業(yè)而言，辦公室、家庭以及個人的信息服務已經(jīng)被成功催生并逐漸發(fā)展，汽車上的信息服務市場卻仍為一個尚待開發(fā)的處女地。目前正受到信息及通訊產(chǎn)業(yè)的廣泛注目，并有業(yè)者逐漸投入資源進行產(chǎn)品及市場的開發(fā)。

圖1  Telematics服務的類型

Telematics服務相當多樣化，而Telematics裝置可以說是所有通訊服務在汽車上所依附的平臺。這些服務大概包括了下列幾個領域：
*導航；
*多媒體；
*車輛信息及診斷；
*無線通信及數(shù)字內(nèi)容；
*安全及保全服務。

為了讓我們對Telematics的裝置有個初步的認識，當作是閱讀這篇文章的背景，這里針對兩個有代表性的Telematics裝置做個簡單的介紹。

圖2 OnStar

OnStar是全球最大的Telematics服務，以客服中心為服務基礎，提供的服務以保全及安全為主軸。為了適應北美地區(qū)的消費者習慣，采用了非常精簡的三按鈕設計。OnStar的裝置還包括了GPS定位、車輛網(wǎng)絡、語音辨識以及免持聽筒行動電話。

圖3 OnStar裝置

G-BOOK是由日本Toyota汽車所推動的新型式Telematics服務。與OnStar這種以客服中心為基礎的Telamatcis服務來比較，G-BOOK以因特網(wǎng)為基礎，所提供的服務更為豐富，比較類似i-Mode行動數(shù)字內(nèi)容服務。

因此，在裝置上也更為多元。比如說，有生產(chǎn)線安裝、經(jīng)銷商安裝及售服市場等各種機型。在地圖存儲上，有SD導航、DVD導航及HDD導航等分別。在通信方式上，有內(nèi)建通信模塊，一般手機及藍芽手機等分別?？傊@樣的裝置是一種功能繁多，造型酷炫的日本風格產(chǎn)品。

Telematics裝置通常是一種嵌入式系統(tǒng)，開發(fā)嵌入式系統(tǒng)所必須面對的問題，Telematics裝置也必須面對。在這里不去看那些一般嵌入式系統(tǒng)常見的技術項目，而是針對車輛應用上的特別考慮，作個粗淺的分析。

硬件平臺的選擇

在PC產(chǎn)業(yè)里，運算平臺的選擇，也就是處理器及其相關參考設計的選擇，是相當有限的；大概也就不脫Intel或是AMD的那幾種。然而嵌入式系統(tǒng)的硬件卻需要面對各式各樣不同的需求。正確的選定能符合客戶及產(chǎn)品需求的運算平臺。是一件相當重要的事情?？梢允褂肣FD質(zhì)量機能展開，或是其它各種慣用的評價分析量表來分析下面幾個因素，視不同的項目來增減各因素，決定各因素的權重，最終得出想要的結(jié)果。

車輛規(guī)格

車輛規(guī)格的要求相當多，最關鍵的當然就是溫度。尤其是操作溫度。雖然視不同的客戶需求而有所改變，但一般常用的標準是攝氏零下四十度到八十五度。這對發(fā)熱量較高的中央處理器來說，是必須特別加以考慮的。

界面需求

毫無疑問的，界面需求也是一個很關鍵的因素。尤其可能會被要求某些稍微特別點的接口；例如：高速影像接口、CAN Bus接口甚至是MOST接口。運算平臺要怎么提供這些接口，是必須預先進行評估的。

操作系統(tǒng)支持

嵌入式系統(tǒng)的硬件開發(fā)跟軟件有密切關系，運算平臺是否能支持想要的操作系統(tǒng)，當然也是一個重要的考慮。跟臺灣業(yè)界慣用的Windows CE或Linux不同，Telematics裝置常用的操作系統(tǒng)反而是QNX或是Wind River等。因此想要什么樣的操作系統(tǒng)，就必須選擇能支持該操作系統(tǒng)的運算平臺，以提高資源投入的效率。

圖4  G-BOOK

圖5  G-BOOK裝置
資料來源：http://response.jp

長期零件供應

使用壽命長是汽車產(chǎn)品的特色之一。不像IT產(chǎn)業(yè)，新的產(chǎn)品推出，舊的產(chǎn)品很快就會淘汰。汽車產(chǎn)品要考慮兩到三年的產(chǎn)品保固，十年的產(chǎn)品維修；如果零件供貨商沒有辦法長期供應零件，那會為自己在未來制造不少麻煩。

成本

總結(jié)了這么多的考慮，可以計算一下開發(fā)以及量產(chǎn)階段的成本，看看是不是可以被接受。汽車產(chǎn)業(yè)之所以還能維持獲利，是因為非常早就開始進行嚴密的產(chǎn)品成本控管，最好在一開始就把成本估算的準確一點。

電源管理

電源管理是Telematics裝置里另一個重要的技術。汽車的電瓶容量比較大，也許不像行動電話或是PDA這么樣的錙銖必較，但汽車有可能會長期停車不使用，為了確保在長期停車后引擎仍然可以順利啟動，Telematics裝置還是必須在電源管理上作妥善的設計與規(guī)劃。(圖6)是QNX提供的一個范例，當然，這仍然必須搭配適當?shù)能浖韺崿F(xiàn)，也得看客戶的需求來作適當?shù)男拚?/P>

聲音及影像管理

車輛上的聲音及影像信號相當多，為了對使用者呈現(xiàn)一個易于使用的人機接口，有些Telematics裝置必須處理這些聲音源跟影像源，并設定機制對其開關時機進行控管。比如說，倒車時需切換到倒車攝影機影像，或是電話來電時將聲音及影像切換到免持聽筒模式等。在這里把幾個可能需要處理或是整合的影像及聲音源作個列表整理。

圖6  QNX電源管理范例
資料來源：www.qnx.com

聲音信號：
*CPU AC97/I2S；
*行動電話模塊PCM/模擬；
*行動電話麥克風音頻；
*光盤換片機模擬/數(shù)字；
*影音頭機或收音機模塊PCM/模擬；
*MPEG譯碼器數(shù)字音頻；
*5.1聲道譯碼器數(shù)字/模擬音頻。

影像信號：
*CPU影像輸出；
*MPEG譯碼芯片影像輸出；
*光盤換片機CVBC影像輸出；
*倒車攝影機影像輸出；
*影音頭機CVBS輸出；
*OSD影像。

系統(tǒng)運作架構設計

當運算平臺、電源管理、影像及聲音管理的機制定義完成之后，就需要作個整合，并同時把車體信號，如遙控器、倒車、手煞車或小燈等觸發(fā)機制一并考慮進來，完成完整的系統(tǒng)運作架構設計。

圖7  自立航法定位與GPS定位的整合示意圖
資料來源：www.panasonic.com.tw

定位裝置

定位裝置在車輛上是一個重要而且昂貴的次系統(tǒng)。一般的GPS定位或許可以滿足PDA導航機的需求，但卻無法滿足車用定位的需求。

圖8  日本Pionner的1DIN 導航機。內(nèi)建自動伸縮屏幕。
資料來源：http://www3.pioneer.co.jp

主要的原因有幾個，一是GPS定位信號是每秒鐘定位一次；再者是誤差大約在五到二十米之間；三為GPS在充滿高樓大廈的市區(qū)、隧道內(nèi)、山區(qū)或是建筑物內(nèi)都不易定位；最后是搜尋到衛(wèi)星信號并定位完成需時數(shù)十秒，視GPS定位裝置的性能而定。

但是車用定位往往要求更為流暢、精確。以導航功能為例，在GPS定位周期的一秒鐘內(nèi)，車輛移動可能有十到三十米的距離，加上本身五到二十米的誤差，這個時候如果車輛正好行經(jīng)一個彎角，導航畫面可能呈現(xiàn)給使用者一種先拉過頭再拉回正確位置的感覺。

同時，客戶在車輛導航的產(chǎn)品上，不見得能容忍在市區(qū)或在隧道里就無法定位，也不見得愿意接受GPS比較長的定位時間。

這時候就得依賴自立航法定位，或是稱為慣性定位的一種定位方法。這種定位方法則是運用系統(tǒng)內(nèi)建的陀螺儀偵測車頭的指向，加上取自車輛的車速信號，來進行推算自車位置、行進的方向及行進的里程。

圖9  裝置在Camry上的內(nèi)建式屏幕2DIN G-BOOK裝置
資料來源：www.toyota.co.jp

這種定位方法在實現(xiàn)的細節(jié)上也有很多種手段，在跟GPS信號的整合上也頗有一些獨到的技巧。這些方法跟慣用的GPS解答方案不同，往往必須要依賴硬件與軟件的高度整合才有辦法達成。

圖10  HONDA Internavi融合式的裝置
資料來源：www.honda.co.jp

機械構裝

Telematics裝置的機械構裝也相當有趣。把可攜式導航裝置排除在外，Telematics裝置的機械構裝大概可以分成下面幾種：

DIN尺寸
DIN尺寸主要分為1 DIN跟 2 DIN兩種，2 DIN機型比較容易做成一體機，也就是整個系統(tǒng)就構裝成是一個2 DIN大小的盒子，安裝比較容易，所以比較受現(xiàn)在車廠的歡迎。有少數(shù)的車廠會要求1.5或1.8 DIN。但相當少見。而不管是哪種的DIN尺寸機種，又各分為內(nèi)建式屏幕或外接式屏幕兩種。

融合式
為了配合車輛內(nèi)裝設計的獨特風格，雖然裝置本身的構裝多數(shù)仍為2DIN，但有些新型Telematics裝置的外觀會整合中控臺的設計。換言之，從事Telematics裝置的開發(fā)，或許不能只接觸裝置本身，也會有去作車輛其它零件開發(fā)的必要。

隱藏式
這樣的裝置可能會安裝在車輛的任何地方，確實的位置視車廠指定的配置而定。有時會放在后車廂里，有時會放在照后鏡里，有時會放在座椅下，有時會采用分布式的構裝來構成完整的系統(tǒng)。在一開始介紹過的OnStar就屬于這種形式的Telematics裝置。

總之，Telematics裝置的構裝千變?nèi)f化，每一種構裝都有其特別的技巧。例如，DIN形式或是融合式的構裝就要特別注意外觀塑料件長期受熱并接受日曬后的材料劣化。又例如，1 DIN由于體積小，通常必須要把一些零件或模塊移出主機之外；要怎么樣移出來才能避免安裝的不易及信號傳輸?shù)牧踊?。再例如，精巧的自動伸縮屏幕要如何兼顧成本、緊致以及耐久壽命。這些問題都會花費相當?shù)臅r間、金錢以及人力才能找出最適當?shù)慕獯稹?/P>

車輛環(huán)境對應
車輛的特殊環(huán)境可概分為五個范疇：
*電性；
*溫度；
*機械；
*化學；
*EMC(包括法規(guī)及客戶規(guī)范)。

這些特殊環(huán)境的測試條件亦視不同客戶，不同市場而有所變動，并沒有一個標準化的測試規(guī)范。一般來說，售服市場用的產(chǎn)品規(guī)范較低，而OEM車廠的規(guī)范就嚴格的多。

有幾個重要的國際組織標準可以當作參考，包括SAE、JASO、ISO、IEC、ECE、EEC 等等。但是這些標準僅供參考，最后的客戶驗收標準(Customer Acceptance Criteria)還是必須跟客戶作完整的協(xié)商，依照客戶的要求來定義。

這幾個條件中，最為關鍵的是溫度(包括加速老化驗證，HALT)及電性規(guī)范。其它部分的驗證雖不能說是不成問題，但只要設計時多加注意，通常不會發(fā)生會影響系統(tǒng)結(jié)構的重大關切。

軟件開發(fā)

Telematics裝置的軟件開發(fā)技術其實也跟嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)技術相接近；舉凡操作系統(tǒng)的建置、驅(qū)動程序的撰寫、應用程序的開發(fā)以及軟件質(zhì)量測試，均有高度的相通之處。比較特殊的地方是因為安全的考慮，人機接口的開發(fā)在Telematics裝置上必須特別講究。一個優(yōu)良的Telematics裝置人機接口必須降低使用時的分心程度；所以必須在必要的時候才讓使用者操作，又要能讓使用者很快的完成操作，并且讓使用者很容易的以眼、耳及手來取得操作回饋，又要讓使用者不需記憶使用方法。但同時又要兼顧人機接口在畫面呈現(xiàn)風格上的統(tǒng)一。

當然，受限于商品開發(fā)上的各種限制，這些條件卻不見得會符合客戶的要求。舉例來說，為求全車系的人機接口都能有類似的風格，也許客戶會犧牲個別產(chǎn)品上杰出的人機接口設計也不一定。

雖然Telematics裝置開發(fā)技術頗有一些獨到之處，但在進入技術領域之前，還是必須先把握幾個項目管理的重要關鍵原則，為技術及產(chǎn)品開發(fā)提出正確指導，才能讓整個開發(fā)項目進入商品化量產(chǎn)的階段。這些原則包括：

必須有足夠的產(chǎn)品規(guī)劃，發(fā)掘出市場的真正需求。
唯有仔細發(fā)掘客戶及市場的需求，根據(jù)需求制定出產(chǎn)品要求，并進而找出一個綜合考慮過的基礎系統(tǒng)架構，才能降低產(chǎn)品開發(fā)風險，創(chuàng)造客戶的長期價值。

慎選運算平臺與操作系統(tǒng)

否則，可能必須常常更換系統(tǒng)的基礎架構，讓工程團隊不易培養(yǎng)專精經(jīng)驗；在產(chǎn)品的后續(xù)擴充發(fā)展上也可能會發(fā)生問題。最糟的情況就是產(chǎn)品開發(fā)失敗。在汽車產(chǎn)業(yè)里，產(chǎn)品開發(fā)失敗代表的不只是不能幫公司帶來營收，甚至可能會因此延宕車廠的車型上市時間，破壞車廠完整的營銷及營收計劃，后果是相當嚴重的。

大規(guī)模的與伙伴進行技術合作

Telematics產(chǎn)業(yè)是一種跨領域，跨文化的產(chǎn)業(yè)。怎么整合這些語言不同，想法不同，文化不同的團隊一起工作，實在是個挑戰(zhàn)。

與車輛的結(jié)合絕對不容忽視

不能跟車輛的機械界面，電子接口及信息接口作良好結(jié)合的Telematics裝置，無法讓使用者享受到一種“這輛車真是聰明!”的愉快使用經(jīng)驗。

尊重汽車穩(wěn)定安全的質(zhì)量要求

汽車產(chǎn)業(yè)動作慢，作風保守。這是因為車輛開發(fā)成本極高，品牌形象又這么重要，加上與人身的安全息息相關，所以在質(zhì)量及安全上是必須非常小心的。IT產(chǎn)品相對上就積極冒險得多。這樣快步調(diào)的作法，在汽車產(chǎn)業(yè)上必須作個調(diào)整，達成一個大家都能接受的平衡點。

誠懇的為客戶帶來長期價值

汽車廠的沒有狠撈一筆然后再去挑戰(zhàn)新機會的這種案例。Telematics裝置亦然。畢竟一旦產(chǎn)品上市，面對的就是未來十年的產(chǎn)品使用壽命。對長期伙伴關系的重視，將是獲得收益的關鍵。

符合市場需求的成本

其實汽車早已進入微利時代。某些車廠或是汽車相關企業(yè)的高度獲利，其中一個原因就是對成本的精確控管。Telematics裝置不管設計多精巧，功能多強大，一個合適的成本，將會大幅增加產(chǎn)品成功的機會。

結(jié)語

車用通訊Telematics系統(tǒng)是未來汽車電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大重點，其市場潛力相當驚人，不過對于欲投入的廠商來說，所需要注意的重點也不少，從硬件平臺的選擇、電源管理、聲音及影像管理、系統(tǒng)運作架構設計、定位裝置、機械構裝、車輛環(huán)境對應、軟件開發(fā)等方面，都有許多技術障礙與市場門坎待突破，更重要的是汽車與高科技產(chǎn)業(yè)文化大不相同，必須有切實認知，透過不斷的溝通與合作，才能一一將障礙克服。(本文選自《零組件雜志》，作者任職于臺灣省工研院機械所)