汽車通訊Telematics裝置的開發(fā)整合

摘要： 汽車Telematics服務(wù)結(jié)合了通訊、信息、控制及機械技術(shù)，為用車人提供了適時化、位置化及個人化的應(yīng)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)品及市場的開發(fā)。

關(guān)鍵詞： 汽車；Telematics；GPS

汽車Telematics服務(wù)結(jié)合了通訊、信息、控制及機械技術(shù)，為用車人提供了適時化、位置化及個人化的應(yīng)用服務(wù)。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(wù)，跨出傳統(tǒng)的銷售及維修營運，與客戶作進(jìn)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(wù)已經(jīng)被成功催生并逐漸發(fā)展，汽車上的信息服務(wù)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(jìn)行產(chǎn)品及市場的開發(fā)。

圖1  Telematics服務(wù)的類型

Telematics服務(wù)相當(dāng)多樣化，而Telematics裝置可以說是所有通訊服務(wù)在汽車上所依附的平臺。這些服務(wù)大概包括了下列幾個領(lǐng)域：
*導(dǎo)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(wù)。

為了讓我們對Telematics的裝置有個初步的認(rèn)識，當(dāng)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(wù)，以客服中心為服務(wù)基礎(chǔ)，提供的服務(wù)以保全及安全為主軸。為了適應(yīng)北美地區(qū)的消費者習(xí)慣，采用了非常精簡的三按鈕設(shè)計。OnStar的裝置還包括了GPS定位、車輛網(wǎng)絡(luò)、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(wù)。與OnStar這種以客服中心為基礎(chǔ)的Telamatcis服務(wù)來比較，G-BOOK以因特網(wǎng)為基礎(chǔ)，所提供的服務(wù)更為豐富，比較類似i-Mode行動數(shù)字內(nèi)容服務(wù)。

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(dǎo)航、DVD導(dǎo)航及HDD導(dǎo)航等分別。在通信方式上，有內(nèi)建通信模塊，一般手機及藍(lán)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(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(shù)項目，而是針對車輛應(yīng)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(guān)參考設(shè)計的選擇，是相當(dāng)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(dāng)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(quán)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(dāng)多，最關(guān)鍵的當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(yù)先進(jìn)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(guān)系，運算平臺是否能支持想要的操作系統(tǒng)，當(dāng)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(yīng)

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(yīng)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(jìn)行嚴(yán)密的產(chǎn)品成本控管，最好在一開始就把成本估算的準(zhǔn)確一點。

電源管理

電源管理是Telematics裝置里另一個重要的技術(shù)。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(shè)計與規(guī)劃。(圖6)是QNX提供的一個范例，當(dāng)然，這仍然必須搭配適當(dāng)?shù)能浖韺崿F(xiàn)，也得看客戶的需求來作適當(dāng)?shù)男拚?/P>

聲音及影像管理

車輛上的聲音及影像信號相當(dāng)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(shè)定機制對其開關(guān)時機進(jìn)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(fēng)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(gòu)設(shè)計

當(dāng)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(jìn)來，完成完整的系統(tǒng)運作架構(gòu)設(shè)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)行推算自車位置、行進(jìn)的方向及行進(jìn)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(xì)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(dá)成。

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

機械構(gòu)裝

Telematics裝置的機械構(gòu)裝也相當(dāng)有趣。把可攜式導(dǎo)航裝置排除在外，Telematics裝置的機械構(gòu)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(gòu)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(dāng)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(shè)計的獨特風(fēng)格，雖然裝置本身的構(gòu)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(shè)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(gòu)裝來構(gòu)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(gòu)裝千變?nèi)f化，每一種構(gòu)裝都有其特別的技巧。例如，DIN形式或是融合式的構(gòu)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(dāng)?shù)臅r間、金錢以及人力才能找出最適當(dāng)?shù)慕獯稹?/P>

車輛環(huán)境對應(yīng)
車輛的特殊環(huán)境可概分為五個范疇：
*電性；
*溫度；
*機械；
*化學(xué)；
*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(biāo)準(zhǔn)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(yán)格的多。

有幾個重要的國際組織標(biāo)準(zhǔn)可以當(dāng)作參考，包括SAE、JASO、ISO、IEC、ECE、EEC 等等。但是這些標(biāo)準(zhǔn)僅供參考，最后的客戶驗收標(biāo)準(zhǔn)(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(guān)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(shè)計時多加注意，通常不會發(fā)生會影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重大關(guān)切。

軟件開發(fā)

Telematics裝置的軟件開發(fā)技術(shù)其實也跟嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)相接近；舉凡操作系統(tǒng)的建置、驅(qū)動程序的撰寫、應(yīng)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(fēng)格上的統(tǒng)一。

當(dāng)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(fēng)格，也許客戶會犧牲個別產(chǎn)品上杰出的人機接口設(shè)計也不一定。

雖然Telematics裝置開發(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項目管理的重要關(guān)鍵原則，為技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)提出正確指導(dǎo)，才能讓整個開發(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(guī)劃，發(fā)掘出市場的真正需求。
唯有仔細(xì)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(jìn)而找出一個綜合考慮過的基礎(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)，才能降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)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(chǔ)架構(gòu)，讓工程團(tuán)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(dāng)嚴(yán)重的。

大規(guī)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)。怎么整合這些語言不同，想法不同，文化不同的團(tuán)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(fēng)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(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(diào)的作法，在汽車產(chǎn)業(yè)上必須作個調(diào)整，達(dá)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(guān)系的重視，將是獲得收益的關(guān)鍵。

符合市場需求的成本

其實汽車早已進(jìn)入微利時代。某些車廠或是汽車相關(guān)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(shè)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(dāng)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(gòu)設(shè)計、定位裝置、機械構(gòu)裝、車輛環(huán)境對應(yīng)、軟件開發(fā)等方面，都有許多技術(shù)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(rèn)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)