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汽车通讯Telematics装置的开发整合

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作者:刘文哲时间:2006-12-10来源:电子产品世界

摘要: 汽车服务结合了通讯、信息、控制及机械技术,为用车人提供了适时化、位置化及个人化的应用服务。目前正受到信息及通讯产业的广泛注目,并有业者逐渐投入资源进行产品及市场的开发。

关键词: 汽车;

汽车服务结合了通讯、信息、控制及机械技术,为用车人提供了适时化、位置化及个人化的应用服务。这对汽车工业而言,是一项极为令人兴奋的新发展;汽车工业将透过Telematics服务,跨出传统的销售及维修营运,与客户作进一步的接触,制造更多的营收。而对信息及通讯产业而言,办公室、家庭以及个人的信息服务已经被成功催生并逐渐发展,汽车上的信息服务市场却仍为一个尚待开发的处女地。目前正受到信息及通讯产业的广泛注目,并有业者逐渐投入资源进行产品及市场的开发。

图1  Telematics服务的类型

Telematics服务相当多样化,而Telematics装置可以说是所有通讯服务在汽车上所依附的平台。这些服务大概包括了下列几个领域:
*导航;
*多媒体;
*车辆信息及诊断;
*无线通信及数字内容;
*安全及保全服务。

为了让我们对Telematics的装置有个初步的认识,当作是阅读这篇文章的背景,这里针对两个有代表性的Telematics装置做个简单的介绍。

图2 OnStar

OnStar是全球最大的Telematics服务,以客服中心为服务基础,提供的服务以保全及安全为主轴。为了适应北美地区的消费者习惯,采用了非常精简的三按钮设计。OnStar的装置还包括了定位、车辆网络、语音辨识以及免持听筒行动电话。

图3 OnStar装置

G-BOOK是由日本Toyota汽车所推动的新型式Telematics服务。与OnStar这种以客服中心为基础的Telamatcis服务来比较,G-BOOK以因特网为基础,所提供的服务更为丰富,比较类似i-Mode行动数字内容服务。

因此,在装置上也更为多元。比如说,有生产线安装、经销商安装及售服市场等各种机型。在地图存储上,有SD导航、DVD导航及HDD导航等分别。在通信方式上,有内建通信模块,一般手机及蓝芽手机等分别。总之,这样的装置是一种功能繁多,造型酷炫的日本风格产品。

Telematics装置通常是一种嵌入式系统,开发嵌入式系统所必须面对的问题,Telematics装置也必须面对。在这里不去看那些一般嵌入式系统常见的技术项目,而是针对车辆应用上的特别考虑,作个粗浅的分析。

硬件平台的选择

在PC产业里,运算平台的选择,也就是处理器及其相关参考设计的选择,是相当有限的;大概也就不脱Intel或是AMD的那几种。然而嵌入式系统的硬件却需要面对各式各样不同的需求。正确的选定能符合客户及产品需求的运算平台。是一件相当重要的事情。可以使用QFD质量机能展开,或是其它各种惯用的评价分析量表来分析下面几个因素,视不同的项目来增减各因素,决定各因素的权重,最终得出想要的结果。

车辆规格

车辆规格的要求相当多,最关键的当然就是温度。尤其是操作温度。虽然视不同的客户需求而有所改变,但一般常用的标准是摄氏零下四十度到八十五度。这对发热量较高的中央处理器来说,是必须特别加以考虑的。

界面需求

毫无疑问的,界面需求也是一个很关键的因素。尤其可能会被要求某些稍微特别点的接口;例如:高速影像接口、CAN Bus接口甚至是MOST接口。运算平台要怎么提供这些接口,是必须预先进行评估的。

操作系统支持

嵌入式系统的硬件开发跟软件有密切关系,运算平台是否能支持想要的操作系统,当然也是一个重要的考虑。跟台湾业界惯用的Windows CE或Linux不同,Telematics装置常用的操作系统反而是QNX或是Wind River等。因此想要什么样的操作系统,就必须选择能支持该操作系统的运算平台,以提高资源投入的效率。

图4  G-BOOK

图5  G-BOOK装置
资料来源:http://response.jp

长期零件供应

使用寿命长是汽车产品的特色之一。不像IT产业,新的产品推出,旧的产品很快就会淘汰。汽车产品要考虑两到三年的产品保固,十年的产品维修;如果零件供货商没有办法长期供应零件,那会为自己在未来制造不少麻烦。

成本

总结了这么多的考虑,可以计算一下开发以及量产阶段的成本,看看是不是可以被接受。汽车产业之所以还能维持获利,是因为非常早就开始进行严密的产品成本控管,最好在一开始就把成本估算的准确一点。

电源管理

电源管理是Telematics装置里另一个重要的技术。汽车的电瓶容量比较大,也许不像行动电话或是PDA这么样的锱铢必较,但汽车有可能会长期停车不使用,为了确保在长期停车后引擎仍然可以顺利启动,Telematics装置还是必须在电源管理上作妥善的设计与规划。(图6)是QNX提供的一个范例,当然,这仍然必须搭配适当的软件来实现,也得看客户的需求来作适当的修正。

声音及影像管理

车辆上的声音及影像信号相当多,为了对使用者呈现一个易于使用的人机接口,有些Telematics装置必须处理这些声音源跟影像源,并设定机制对其开关时机进行控管。比如说,倒车时需切换到倒车摄影机影像,或是电话来电时将声音及影像切换到免持听筒模式等。在这里把几个可能需要处理或是整合的影像及声音源作个列表整理。

图6  QNX电源管理范例
资料来源:www.qnx.com

声音信号:
*CPU AC97/I2S;
*行动电话模块PCM/模拟;
*行动电话麦克风音频;
*光盘换片机模拟/数字;
*影音头机或收音机模块PCM/模拟;
*MPEG译码器数字音频;
*5.1声道译码器数字/模拟音频。

影像信号:
*CPU影像输出;
*MPEG译码芯片影像输出;
*光盘换片机CVBC影像输出;
*倒车摄影机影像输出;
*影音头机CVBS输出;
*OSD影像。

系统运作架构设计

当运算平台、电源管理、影像及声音管理的机制定义完成之后,就需要作个整合,并同时把车体信号,如遥控器、倒车、手煞车或小灯等触发机制一并考虑进来,完成完整的系统运作架构设计。

图7  自立航法定位与定位的整合示意图
资料来源:www.panasonic.com.tw

定位装置

定位装置在车辆上是一个重要而且昂贵的次系统。一般的GPS定位或许可以满足PDA导航机的需求,但却无法满足车用定位的需求。

图8  日本Pionner的1DIN 导航机。内建自动伸缩屏幕。
资料来源:http://www3.pioneer.co.jp

主要的原因有几个,一是GPS定位信号是每秒钟定位一次;再者是误差大约在五到二十米之间;三为GPS在充满高楼大厦的市区、隧道内、山区或是建筑物内都不易定位;最后是搜寻到卫星信号并定位完成需时数十秒,视GPS定位装置的性能而定。

但是车用定位往往要求更为流畅、精确。以导航功能为例,在GPS定位周期的一秒钟内,车辆移动可能有十到三十米的距离,加上本身五到二十米的误差,这个时候如果车辆正好行经一个弯角,导航画面可能呈现给使用者一种先拉过头再拉回正确位置的感觉。

同时,客户在车辆导航的产品上,不见得能容忍在市区或在隧道里就无法定位,也不见得愿意接受GPS比较长的定位时间。

这时候就得依赖自立航法定位,或是称为惯性定位的一种定位方法。这种定位方法则是运用系统内建的陀螺仪侦测车头的指向,加上取自车辆的车速信号,来进行推算自车位置、行进的方向及行进的里程。

图9  装置在Camry上的内建式屏幕2DIN G-BOOK装置
资料来源:www.toyota.co.jp

这种定位方法在实现的细节上也有很多种手段,在跟GPS信号的整合上也颇有一些独到的技巧。这些方法跟惯用的GPS解答方案不同,往往必须要依赖硬件与软件的高度整合才有办法达成。

图10  HONDA Internavi融合式的装置
资料来源:www.honda.co.jp

机械构装

Telematics装置的机械构装也相当有趣。把可携式导航装置排除在外,Telematics装置的机械构装大概可以分成下面几种:

DIN尺寸
DIN尺寸主要分为1 DIN跟 2 DIN两种,2 DIN机型比较容易做成一体机,也就是整个系统就构装成是一个2 DIN大小的盒子,安装比较容易,所以比较受现在车厂的欢迎。有少数的车厂会要求1.5或1.8 DIN。但相当少见。而不管是哪种的DIN尺寸机种,又各分为内建式屏幕或外接式屏幕两种。

融合式
为了配合车辆内装设计的独特风格,虽然装置本身的构装多数仍为2DIN,但有些新型Telematics装置的外观会整合中控台的设计。换言之,从事Telematics装置的开发,或许不能只接触装置本身,也会有去作车辆其它零件开发的必要。

隐藏式
这样的装置可能会安装在车辆的任何地方,确实的位置视车厂指定的配置而定。有时会放在后车厢里,有时会放在照后镜里,有时会放在座椅下,有时会采用分布式的构装来构成完整的系统。在一开始介绍过的OnStar就属于这种形式的Telematics装置。

总之,Telematics装置的构装千变万化,每一种构装都有其特别的技巧。例如,DIN形式或是融合式的构装就要特别注意外观塑料件长期受热并接受日晒后的材料劣化。又例如,1 DIN由于体积小,通常必须要把一些零件或模块移出主机之外;要怎么样移出来才能避免安装的不易及信号传输的劣化。再例如,精巧的自动伸缩屏幕要如何兼顾成本、紧致以及耐久寿命。这些问题都会花费相当的时间、金钱以及人力才能找出最适当的解答。

车辆环境对应
车辆的特殊环境可概分为五个范畴:
*电性;
*温度;
*机械;
*化学;
*EMC(包括法规及客户规范)。

这些特殊环境的测试条件亦视不同客户,不同市场而有所变动,并没有一个标准化的测试规范。一般来说,售服市场用的产品规范较低,而OEM车厂的规范就严格的多。

有几个重要的国际组织标准可以当作参考,包括SAE、JASO、ISO、IEC、ECE、EEC 等等。但是这些标准仅供参考,最后的客户验收标准(Customer Acceptance Criteria)还是必须跟客户作完整的协商,依照客户的要求来定义。

这几个条件中,最为关键的是温度(包括加速老化验证,HALT)及电性规范。其它部分的验证虽不能说是不成问题,但只要设计时多加注意,通常不会发生会影响系统结构的重大关切。

软件开发

Telematics装置的软件开发技术其实也跟嵌入式系统的开发技术相接近;举凡操作系统的建置、驱动程序的撰写、应用程序的开发以及软件质量测试,均有高度的相通之处。比较特殊的地方是因为安全的考虑,人机接口的开发在Telematics装置上必须特别讲究。一个优良的Telematics装置人机接口必须降低使用时的分心程度;所以必须在必要的时候才让使用者操作,又要能让使用者很快的完成操作,并且让使用者很容易的以眼、耳及手来取得操作回馈,又要让使用者不需记忆使用方法。但同时又要兼顾人机接口在画面呈现风格上的统一。

当然,受限于商品开发上的各种限制,这些条件却不见得会符合客户的要求。举例来说,为求全车系的人机接口都能有类似的风格,也许客户会牺牲个别产品上杰出的人机接口设计也不一定。

虽然Telematics装置开发技术颇有一些独到之处,但在进入技术领域之前,还是必须先把握几个项目管理的重要关键原则,为技术及产品开发提出正确指导,才能让整个开发项目进入商品化量产的阶段。这些原则包括:

必须有足够的产品规划,发掘出市场的真正需求。
唯有仔细发掘客户及市场的需求,根据需求制定出产品要求,并进而找出一个综合考虑过的基础系统架构,才能降低产品开发风险,创造客户的长期价值。

慎选运算平台与操作系统

否则,可能必须常常更换系统的基础架构,让工程团队不易培养专精经验;在产品的后续扩充发展上也可能会发生问题。最糟的情况就是产品开发失败。在汽车产业里,产品开发失败代表的不只是不能帮公司带来营收,甚至可能会因此延宕车厂的车型上市时间,破坏车厂完整的营销及营收计划,后果是相当严重的。

大规模的与伙伴进行技术合作

Telematics产业是一种跨领域,跨文化的产业。怎么整合这些语言不同,想法不同,文化不同的团队一起工作,实在是个挑战。

与车辆的结合绝对不容忽视

不能跟车辆的机械界面,电子接口及信息接口作良好结合的Telematics装置,无法让使用者享受到一种“这辆车真是聪明!”的愉快使用经验。

尊重汽车稳定安全的质量要求

汽车产业动作慢,作风保守。这是因为车辆开发成本极高,品牌形象又这么重要,加上与人身的安全息息相关,所以在质量及安全上是必须非常小心的。IT产品相对上就积极冒险得多。这样快步调的作法,在汽车产业上必须作个调整,达成一个大家都能接受的平衡点。

诚恳的为客户带来长期价值

汽车厂的没有狠捞一笔然后再去挑战新机会的这种案例。Telematics装置亦然。毕竟一旦产品上市,面对的就是未来十年的产品使用寿命。对长期伙伴关系的重视,将是获得收益的关键。

符合市场需求的成本

其实汽车早已进入微利时代。某些车厂或是汽车相关企业的高度获利,其中一个原因就是对成本的精确控管。Telematics装置不管设计多精巧,功能多强大,一个合适的成本,将会大幅增加产品成功的机会。

结语

车用通讯Telematics系统是未来产业发展的一大重点,其市场潜力相当惊人,不过对于欲投入的厂商来说,所需要注意的重点也不少,从硬件平台的选择、电源管理、声音及影像管理、系统运作架构设计、定位装置、机械构装、车辆环境对应、软件开发等方面,都有许多技术障碍与市场门坎待突破,更重要的是汽车与高科技产业文化大不相同,必须有切实认知,透过不断的沟通与合作,才能一一将障碍克服。(本文选自《零组件杂志》,作者任职于台湾省工研院机械所)



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