汽車(chē)通訊Telematics裝置的開(kāi)發(fā)整合

摘要： 汽車(chē)Telematics服務(wù)結合了通訊、信息、控制及機械技術(shù)，為用車(chē)人提供了適時(shí)化、位置化及個(gè)人化的應用服務(wù)。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(jìn)行產(chǎn)品及市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞： 汽車(chē)；Telematics；GPS

汽車(chē)Telematics服務(wù)結合了通訊、信息、控制及機械技術(shù)，為用車(chē)人提供了適時(shí)化、位置化及個(gè)人化的應用服務(wù)。這對汽車(chē)工業(yè)而言，是一項極為令人興奮的新發(fā)展；汽車(chē)工業(yè)將透過(guò)Telematics服務(wù)，跨出傳統的銷(xiāo)售及維修營(yíng)運，與客戶(hù)作進(jìn)一步的接觸，制造更多的營(yíng)收。而對信息及通訊產(chǎn)業(yè)而言，辦公室、家庭以及個(gè)人的信息服務(wù)已經(jīng)被成功催生并逐漸發(fā)展，汽車(chē)上的信息服務(wù)市場(chǎng)卻仍為一個(gè)尚待開(kāi)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(jìn)行產(chǎn)品及市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)。

圖1  Telematics服務(wù)的類(lèi)型

Telematics服務(wù)相當多樣化，而Telematics裝置可以說(shuō)是所有通訊服務(wù)在汽車(chē)上所依附的平臺。這些服務(wù)大概包括了下列幾個(gè)領(lǐng)域：
*導航；
*多媒體；
*車(chē)輛信息及診斷；
*無(wú)線(xiàn)通信及數字內容；
*安全及保全服務(wù)。

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

圖2 OnStar

OnStar是全球最大的Telematics服務(wù)，以客服中心為服務(wù)基礎，提供的服務(wù)以保全及安全為主軸。為了適應北美地區的消費者習慣，采用了非常精簡(jiǎn)的三按鈕設計。OnStar的裝置還包括了GPS定位、車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )、語(yǔ)音辨識以及免持聽(tīng)筒行動(dòng)電話(huà)。

圖3 OnStar裝置

G-BOOK是由日本Toyota汽車(chē)所推動(dòng)的新型式Telematics服務(wù)。與OnStar這種以客服中心為基礎的Telamatcis服務(wù)來(lái)比較，G-BOOK以因特網(wǎng)為基礎，所提供的服務(wù)更為豐富，比較類(lèi)似i-Mode行動(dòng)數字內容服務(wù)。

因此，在裝置上也更為多元。比如說(shuō)，有生產(chǎn)線(xiàn)安裝、經(jīng)銷(xiāo)商安裝及售服市場(chǎng)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，有內建通信模塊，一般手機及藍芽手機等分別?？傊?，這樣的裝置是一種功能繁多，造型酷炫的日本風(fēng)格產(chǎn)品。

Telematics裝置通常是一種嵌入式系統，開(kāi)發(fā)嵌入式系統所必須面對的問(wèn)題，Telematics裝置也必須面對。在這里不去看那些一般嵌入式系統常見(jiàn)的技術(shù)項目，而是針對車(chē)輛應用上的特別考慮，作個(gè)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(guān)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(hù)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(kāi)，或是其它各種慣用的評價(jià)分析量表來(lái)分析下面幾個(gè)因素，視不同的項目來(lái)增減各因素，決定各因素的權重，最終得出想要的結果。

車(chē)輛規格

車(chē)輛規格的要求相當多，最關(guān)鍵的當然就是溫度。尤其是操作溫度。雖然視不同的客戶(hù)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(lái)說(shuō)，是必須特別加以考慮的。

界面需求

毫無(wú)疑問(wèn)的，界面需求也是一個(gè)很關(guān)鍵的因素。尤其可能會(huì )被要求某些稍微特別點(diǎn)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(jìn)行評估的。

操作系統支持

嵌入式系統的硬件開(kāi)發(fā)跟軟件有密切關(guān)系，運算平臺是否能支持想要的操作系統，當然也是一個(gè)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反而是QNX或是Wind River等。因此想要什么樣的操作系統，就必須選擇能支持該操作系統的運算平臺，以提高資源投入的效率。

圖4  G-BOOK

圖5  G-BOOK裝置
資料來(lái)源：http://response.jp

長(cháng)期零件供應

使用壽命長(cháng)是汽車(chē)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(huì )淘汰。汽車(chē)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(méi)有辦法長(cháng)期供應零件，那會(huì )為自己在未來(lái)制造不少麻煩。

成本

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

電源管理

電源管理是Telematics裝置里另一個(gè)重要的技術(shù)。汽車(chē)的電瓶容量比較大，也許不像行動(dòng)電話(huà)或是PDA這么樣的錙銖必較，但汽車(chē)有可能會(huì )長(cháng)期停車(chē)不使用，為了確保在長(cháng)期停車(chē)后引擎仍然可以順利啟動(dòng)，Telematics裝置還是必須在電源管理上作妥善的設計與規劃。(圖6)是QNX提供的一個(gè)范例，當然，這仍然必須搭配適當的軟件來(lái)實(shí)現，也得看客戶(hù)的需求來(lái)作適當的修正。

聲音及影像管理

車(chē)輛上的聲音及影像信號相當多，為了對使用者呈現一個(gè)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(kāi)關(guān)時(shí)機進(jìn)行控管。比如說(shuō)，倒車(chē)時(shí)需切換到倒車(chē)攝影機影像，或是電話(huà)來(lái)電時(shí)將聲音及影像切換到免持聽(tīng)筒模式等。在這里把幾個(gè)可能需要處理或是整合的影像及聲音源作個(gè)列表整理。

圖6  QNX電源管理范例
資料來(lái)源：www.qnx.com

聲音信號：
*CPU AC97/I2S；
*行動(dòng)電話(huà)模塊PCM/模擬；
*行動(dòng)電話(huà)麥克風(fēng)音頻；
*光盤(pán)換片機模擬/數字；
*影音頭機或收音機模塊PCM/模擬；
*MPEG譯碼器數字音頻；
*5.1聲道譯碼器數字/模擬音頻。

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

系統運作架構設計

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(gè)整合，并同時(shí)把車(chē)體信號，如遙控器、倒車(chē)、手煞車(chē)或小燈等觸發(fā)機制一并考慮進(jìn)來(lái)，完成完整的系統運作架構設計。

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

定位裝置

定位裝置在車(chē)輛上是一個(gè)重要而且昂貴的次系統。一般的GPS定位或許可以滿(mǎn)足PDA導航機的需求，但卻無(wú)法滿(mǎn)足車(chē)用定位的需求。

圖8  日本Pionner的1DIN 導航機。內建自動(dòng)伸縮屏幕。
資料來(lái)源：http://www3.pioneer.co.jp

主要的原因有幾個(gè)，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(mǎn)高樓大廈的市區、隧道內、山區或是建筑物內都不易定位；最后是搜尋到衛星信號并定位完成需時(shí)數十秒，視GPS定位裝置的性能而定。

但是車(chē)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，車(chē)輛移動(dòng)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(gè)時(shí)候如果車(chē)輛正好行經(jīng)一個(gè)彎角，導航畫(huà)面可能呈現給使用者一種先拉過(guò)頭再拉回正確位置的感覺(jué)。

同時(shí)，客戶(hù)在車(chē)輛導航的產(chǎn)品上，不見(jiàn)得能容忍在市區或在隧道里就無(wú)法定位，也不見(jiàn)得愿意接受GPS比較長(cháng)的定位時(shí)間。

這時(shí)候就得依賴(lài)自立航法定位，或是稱(chēng)為慣性定位的一種定位方法。這種定位方法則是運用系統內建的陀螺儀偵測車(chē)頭的指向，加上取自車(chē)輛的車(chē)速信號，來(lái)進(jìn)行推算自車(chē)位置、行進(jìn)的方向及行進(jìn)的里程。

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

這種定位方法在實(shí)現的細節上也有很多種手段，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(lài)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(lái)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(gè)系統就構裝成是一個(gè)2 DIN大小的盒子，安裝比較容易，所以比較受現在車(chē)廠(chǎng)的歡迎。有少數的車(chē)廠(chǎng)會(huì )要求1.5或1.8 DIN。但相當少見(jiàn)。而不管是哪種的DIN尺寸機種，又各分為內建式屏幕或外接式屏幕兩種。

融合式
為了配合車(chē)輛內裝設計的獨特風(fēng)格，雖然裝置本身的構裝多數仍為2DIN，但有些新型Telematics裝置的外觀(guān)會(huì )整合中控臺的設計。換言之，從事Telematics裝置的開(kāi)發(fā)，或許不能只接觸裝置本身，也會(huì )有去作車(chē)輛其它零件開(kāi)發(fā)的必要。

隱藏式
這樣的裝置可能會(huì )安裝在車(chē)輛的任何地方，確實(shí)的位置視車(chē)廠(chǎng)指定的配置而定。有時(shí)會(huì )放在后車(chē)廂里，有時(shí)會(huì )放在照后鏡里，有時(shí)會(huì )放在座椅下，有時(shí)會(huì )采用分布式的構裝來(lái)構成完整的系統。在一開(kāi)始介紹過(guò)的OnStar就屬于這種形式的Telematics裝置。

總之，Telematics裝置的構裝千變萬(wàn)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(guān)塑料件長(cháng)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(lái)才能避免安裝的不易及信號傳輸的劣化。再例如，精巧的自動(dòng)伸縮屏幕要如何兼顧成本、緊致以及耐久壽命。這些問(wèn)題都會(huì )花費相當的時(shí)間、金錢(qián)以及人力才能找出最適當的解答。

車(chē)輛環(huán)境對應
車(chē)輛的特殊環(huán)境可概分為五個(gè)范疇：
*電性；
*溫度；
*機械；
*化學(xué)；
*EMC(包括法規及客戶(hù)規范)。

這些特殊環(huán)境的測試條件亦視不同客戶(hù)，不同市場(chǎng)而有所變動(dòng)，并沒(méi)有一個(gè)標準化的測試規范。一般來(lái)說(shuō)，售服市場(chǎng)用的產(chǎn)品規范較低，而OEM車(chē)廠(chǎng)的規范就嚴格的多。

有幾個(gè)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(hù)驗收標準(Customer Acceptance Criteria)還是必須跟客戶(hù)作完整的協(xié)商，依照客戶(hù)的要求來(lái)定義。

這幾個(gè)條件中，最為關(guān)鍵的是溫度(包括加速老化驗證，HALT)及電性規范。其它部分的驗證雖不能說(shuō)是不成問(wèn)題，但只要設計時(shí)多加注意，通常不會(huì )發(fā)生會(huì )影響系統結構的重大關(guān)切。

軟件開(kāi)發(fā)

Telematics裝置的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)其實(shí)也跟嵌入式系統的開(kāi)發(fā)技術(shù)相接近；舉凡操作系統的建置、驅動(dòng)程序的撰寫(xiě)、應用程序的開(kāi)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(kāi)發(fā)在Telematics裝置上必須特別講究。一個(gè)優(yōu)良的Telematics裝置人機接口必須降低使用時(shí)的分心程度；所以必須在必要的時(shí)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(lái)取得操作回饋，又要讓使用者不需記憶使用方法。但同時(shí)又要兼顧人機接口在畫(huà)面呈現風(fēng)格上的統一。

當然，受限于商品開(kāi)發(fā)上的各種限制，這些條件卻不見(jiàn)得會(huì )符合客戶(hù)的要求。舉例來(lái)說(shuō)，為求全車(chē)系的人機接口都能有類(lèi)似的風(fēng)格，也許客戶(hù)會(huì )犧牲個(gè)別產(chǎn)品上杰出的人機接口設計也不一定。

雖然Telematics裝置開(kāi)發(fā)技術(shù)頗有一些獨到之處，但在進(jìn)入技術(shù)領(lǐng)域之前，還是必須先把握幾個(gè)項目管理的重要關(guān)鍵原則，為技術(shù)及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提出正確指導，才能讓整個(gè)開(kāi)發(fā)項目進(jìn)入商品化量產(chǎn)的階段。這些原則包括：

必須有足夠的產(chǎn)品規劃，發(fā)掘出市場(chǎng)的真正需求。
唯有仔細發(fā)掘客戶(hù)及市場(chǎng)的需求，根據需求制定出產(chǎn)品要求，并進(jìn)而找出一個(gè)綜合考慮過(guò)的基礎系統架構，才能降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)風(fēng)險，創(chuàng )造客戶(hù)的長(cháng)期價(jià)值。

慎選運算平臺與操作系統

否則，可能必須常常更換系統的基礎架構，讓工程團隊不易培養專(zhuān)精經(jīng)驗；在產(chǎn)品的后續擴充發(fā)展上也可能會(huì )發(fā)生問(wèn)題。最糟的情況就是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)失敗。在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)里，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)失敗代表的不只是不能幫公司帶來(lái)營(yíng)收，甚至可能會(huì )因此延宕車(chē)廠(chǎng)的車(chē)型上市時(shí)間，破壞車(chē)廠(chǎng)完整的營(yíng)銷(xiāo)及營(yíng)收計劃，后果是相當嚴重的。

大規模的與伙伴進(jìn)行技術(shù)合作

Telematics產(chǎn)業(yè)是一種跨領(lǐng)域，跨文化的產(chǎn)業(yè)。怎么整合這些語(yǔ)言不同，想法不同，文化不同的團隊一起工作，實(shí)在是個(gè)挑戰。

與車(chē)輛的結合絕對不容忽視

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

尊重汽車(chē)穩定安全的質(zhì)量要求

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)動(dòng)作慢，作風(fēng)保守。這是因為車(chē)輛開(kāi)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(guān)，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。這樣快步調的作法，在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)上必須作個(gè)調整，達成一個(gè)大家都能接受的平衡點(diǎn)。

誠懇的為客戶(hù)帶來(lái)長(cháng)期價(jià)值

汽車(chē)廠(chǎng)的沒(méi)有狠撈一筆然后再去挑戰新機會(huì )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(lái)十年的產(chǎn)品使用壽命。對長(cháng)期伙伴關(guān)系的重視，將是獲得收益的關(guān)鍵。

符合市場(chǎng)需求的成本

其實(shí)汽車(chē)早已進(jìn)入微利時(shí)代。某些車(chē)廠(chǎng)或是汽車(chē)相關(guān)企業(yè)的高度獲利，其中一個(gè)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(gè)合適的成本，將會(huì )大幅增加產(chǎn)品成功的機會(huì )。

結語(yǔ)

車(chē)用通訊Telematics系統是未來(lái)汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大重點(diǎn)，其市場(chǎng)潛力相當驚人，不過(guò)對于欲投入的廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，所需要注意的重點(diǎn)也不少，從硬件平臺的選擇、電源管理、聲音及影像管理、系統運作架構設計、定位裝置、機械構裝、車(chē)輛環(huán)境對應、軟件開(kāi)發(fā)等方面，都有許多技術(shù)障礙與市場(chǎng)門(mén)坎待突破，更重要的是汽車(chē)與高科技產(chǎn)業(yè)文化大不相同，必須有切實(shí)認知，透過(guò)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)