在汽車的資訊娛樂系統中，過去基本的配備即是類比AM／FM音訊廣播及音樂CD的播放設備，為駕駛及乘客提供娛樂及交通狀況。隨著技術的演進，除了音訊廣播邁向數位化外，開始加入車載GPS導航及數位電視／DVD／VCD的播放功能，以及行動電話（GSM／GPRS）的語音通話及資訊連接功能，進而發展出新興的Telematics應用與服務。

這套整合系統能提供即時路況導航、指引最佳的行車路線（避開擁塞路段）、提供汽車狀況診斷、失車尋回、預約停車位、電子收費（Electronics Toll Collection；ETC）及進行緊急狀況呼叫等多樣性的加值服務。以下將介紹Telematics的應用模式與系統設計要領

Telematics新興應用模式

對於行車駕駛來說，Telematics概念的出現可說是汽車發展史上的一大突破，它打破原先只是個孤島的汽車個體限制，讓具備Telematics功能的汽車能夠隨時透過GPS獲知所處的位置，並將位置資訊傳送給相關的服務供應商，進而能提供道路救援、失車找回等服務。目前包括裕隆的TOBE汽車行動祕書、北美GM的OnStar，以及Toyota、Honda、Nissan等日本車系都有類似的服務。

除了個別車廠的Telematics服務外，包括歐、美、日等許多國家更積極將與Telematics相關的行車緊急救難提升為全國性、甚至是跨國性的應變系統。在歐盟底下由eSafety Forum所推動的eCall計畫中，預定在2009年9月以後，全部的新車都要具有eCall的配備，此配備將結合碰撞偵測、GPS和行動通訊三大功能，在第一時間自動向泛歐統一的緊急電話號碼112進行通報，除了車輛地理位置之外，eCall還設定可傳送數據資料，以語音和資訊雙重管道讓112接線人員來判定合適的救援方式。

車況感測與診斷

除了道路救援、失車找回及緊急救難外，Telematics系統還能結合車上的各種感測系統，為車主提供車輛性能與車況之自動偵測，例如胎壓偵測（TPMS），也能提供駕駛輔助及警示功能，如預碰撞警示或前方路況監視；透過Telematics系統，汽車內的機械及電子元件運作狀況就能遠距傳回給車廠，進而得到遠端診斷（Remote Diagnosis）服務；保險公司還可以依據對駕駛行為的即時或離線監控紀錄（如飛機的汽車黑盒子）來判斷出事時該支付何種等級的保險費用。當然，車主也能從遠端獲得輔助的行車資訊，如交通狀況資訊或車廠進行遠端診斷後的車況報告等。

電子收費與車間通訊

Telematics的另一項重要應用，即是電子收費系統（Electronic Toll Collection；ETC）由於ETC有助於舒緩收費站交通堵塞的問題，也能省下人事管理費用及減少收費站建設費用，因此在許多國家已積極開始積極佈建。ETC系統的實現，必須利用自動車輛辨識（Automatic Vehicle Indentification；AVI）技術，AVI 還可分為特定短距通訊技術（Dedicated Short Range Communication；DSRC）與自主式車輛定位系統（Vehicle Position System；VPS）兩種辨識技術。所謂的 DSRC 技術，乃是利用裝置於路旁的定點通訊感應設備，與車上單元互動進行通訊辨識，來做收費扣款的動作；VPS 系統則是使用整合有車輛定位功能的車上單元，當車輛行駛收費道路時，向後端帳務中心回報扣款。

除了電子收費的應用，DSRC還可用於另一個新穎的概念，也就是車間通訊。當車輛與車輛靠近一定距離時，兩車會自動連通，並交換鄰近的交通狀況，如塞車、事故、危險路段等資訊。此應用的立意極佳，而且不需經由特定的服務業者來主導，發展重點在於要有相當數量的車子具有此種通訊功能，而且不同的車種、廠牌之間要能互相通訊，才能發揮效用。

@RDS-TMC

在Telematics系統中，除了應用行動通訊網路（GSM、GPRS或3G）來從服務供應商處得到交通、旅館、娛樂、氣象、訂票等資訊外，也可以透過一般的收音廣播方式來得到此類服務。目前最有名的是歐洲TMC（Traffic Message Channel）聯盟所推動的數位路況廣播系統（Radio Navigation System）。在此系統架構中，汽車駕駛能夠自行設定接收RDS（Radio Data System）副載波的頻率，再透過TMC-enabled的導航系統提供駕駛動態路經指引。此外，TMC也能與數位廣播（DAB）或行動網路結合，因此極具發展性。目前歐洲已有包括德國、法國、英國、匈牙利、西班牙、奧地利與荷蘭等國家提供此服務，未來將增加至20個國家以上。

系統架構剖析

Telematics是結合GPS、通訊、資訊、車內匯流排協定（CAN／LIN／MOST）、車載視聽娛樂裝置的一套系統，而且還必須倚賴行動通訊網路、客服中心、資訊服務提供者 （Telematics Service Providers ； TSP） 、應用軟體及其他相關元件的協力運作，才能進行兩大資訊 （ 汽車資訊與車外資訊 ） 之單向或雙向接收與傳送。其系統架構中必須包括以下單元：

中央控制器

Telematics車載機的主控制器／處理器為運算及控制的核心，整個控制器具有強化外殼且符合車用規範 （-40℃～+85℃或105℃、防震、防摔、高穩定性 ） 。隨著工作負載的不斷增加，此類主控制器／處理器的需求規格不斷提升，從16位元MCU逐步提升到32位元MCU，甚至採用高整合度的SoC應用處理器；在處理器核心方面，大致上又可分為採用ARM7及ARM9兩種等級，下一代的高階產品將會搭配更強大的ARM11核心，並採用先進的65奈米製程。

通訊模組

Telematics車載機的主控制器／處理器必須透過UART等介面來連結各種無線技術模組，除了藍牙、2G／2.5G／3G、DSRC等無線雙向的通訊技術外，還包括GPS、Radio RDS、Satellite Radio、DVB-T／DVB-H／T-DMB等單向接收的無線技術。這些技術都具有天線、射頻和基頻三大基本組成單元。

平面顯示與人機介面

平面顯示可分為前座與後座系統之平面液晶顯示器，前者可顯示中央控制台提供的汽車內外資訊，後者則可為共乘者提供各式娛樂影視畫面。在操作上需提供簡易、友善之人機介面軟硬體技術，如面板控制、紅外線遙控、語音啟動、觸碰式螢幕。

車內溝通

利用 Telematics System 與整個汽車系統（Vehicle Systems）溝通，並藉由多媒體系統傳達使用者各種警示及提醒的車內訊息。例如緊急呼叫裝置（SOS Button）即是內建於中央控制器或是室內車頂燈的緊急呼叫按鈕與服務呼叫按鈕。

《圖一　Telematics系統架構示意圖》

@資料來源：ST

GPS系統設計要領

在Telematics系統中，GPS接收器已是不可或缺的一個核心。評斷GPS效能的指標主要有四項，分別是：第一次定位時間（Time to first fix；TTFF）、準確性（Position accuracy）、靈敏度（Sensitivity）及通道數量（channel number）。其中最被重視的指標為TTFF，在毫無衛星資料的冷啟動狀況下，目前市場上多數GPS接收器的首次定位時間至少需要35～38秒，若遇到收訊不良的環境，更動輒需要一分鐘以上的時間。

GPS接收器包括射頻（RF）及數位基頻兩大部分，更仔細地來看，它是由RF前端、GPS引擎、處理器（通常為ARM7）、記憶體（ROM／RAM）和即時時脈（RTC）IC等單元所組成；其外部還有被動或主動天線，以及搭配溫度補償型振盪器（TCXO）；如果有特殊的應用需求，還得使用到外部的Flash EPROM或Serial EEPROM等記憶體。

這些單元可以採離散式（discrete）的作法來提高設計上的彈性，也能採整合式的策略，即將多個單元整合為一顆系統單晶片（SoC）、單封裝（SiP）或模組，以降低設計的難度及成本。以ST的Cartesio系統單晶片為例，它將基頻與射頻功能整合於小型的QFN-68封裝之中。它在基頻部分採用ARM7TDMI為核心，時脈可高達66MHz；在射頻部分為主動天線系統，含有易與被動天線連接的介面；此外，它還內建ROM及SRAM記憶體。由於只需要用到少數的外部元件，因此能降低總體物料（BOM）成本；其小尺寸能讓產品設計更為輕薄短小，而且具有低功耗的優勢；不僅如此，此類整合性產品也讓工程師省下調校射頻與基頻整合的研究心力，能加速產品上市時間。

《圖二　整合GPS功能的汽車用應用處理器架構圖》

@資料來源：ST

此外，在系統設計上還有一些需注意的要領，包括功耗的降低和雜訊、干擾的抑制。以GPS接收器來說，相關器的運作是產生功耗的主要來源，因此最好能分別控制每個相關器通道，也就是當不需要啟動所有通道的時候，系統能自動調整為僅啟動所需的相關器通道，以降低功耗。此外，透過備用電池的使用，能將電源電壓降低，這也有助於節省功耗。

從高頻轉低頻的過程，是雜訊產生的主要環節，在此過程中必須妥善抑制雜訊的產生，例如將SAMP CLK的訊號諧波降到最小，以免混雜在中頻（IF）鏈路當中，這可透過在射頻前端與相關器之間配置適當的電阻器來達成抑制的目標。此外，各單元在電路上的佈局和佈線，也會影響干擾的狀況，因此需要進行妥善的規劃。

其他設計議題

多媒體系統

在車載多媒體系統的設計上，需要採用更為先進的處理架構來滿足複雜的影音應用功能。除了主處理器核心外，特殊的硬體設計是有必要的，例如透過視訊加速器、音訊加速器、2D／3D繪圖加速器、Java加速器、加速功能硬體（Acceleration hardware）等專屬硬體來分散處理資源，並加速完成工作。

汽車的多媒體系統還是以音訊為主體，而今日的汽車音訊次系統必須支援多種音訊標準，如MP3、AAC、AAC+、WMA、Midi合成，以及高階多通道音訊，如MP3Pro、MWA、DTS-ES、AAC、Dolby Digital-EX等，還得提供雜訊抑制、迴聲消除、立體聲強化與環繞音效等功能。此外，強化的3D繪圖加速器，可用於地圖繪製和人機介面的顯示功能。

在車用音訊廣播方面，目前全球存在多種類比與數位的規格，類比方面包括既有的AM及FM頻道，以及美國的天氣頻道（weather band）。類比音訊廣播仍是今日車載廣播的主流應用，核心架構包括AM／FM接收器及播放機制、驅動多個喇叭的音訊功率放大器，其中接收器又包括RF的解調器（tuner）及訊號處理的音訊處理器。

數位音訊廣播又可分為地面廣播，包括DAB／DMB、Digital Radio Mondiale（DRM）、HD Radio，以及衛星廣播，包括XM Radio、Sirius和WorldSpace。其中數位音訊廣播讓基地台能更有效的利用頻譜、接收性能也能提升，也更容易使用，而且除了聲音的傳送外，它也能同時傳送影像與數據服務，因此已是汽車娛樂的重要應用趨勢。

在技術上，數位音訊廣播將高頻類比訊號轉為中頻後，再轉為數位訊號，透過數位訊號處理（DSP）技術，包括聲調（tone）、音量、漸大漸小和平衡，以及聲音的參數性等化等音訊效果都能進行數位化的處理，可有效改善接收穩定性及音訊品質。

《圖三　數位音訊廣播硬體架構》

@資料來源：ST

CAN匯流排協定支援

車機Telematics系統與PND等獨立型設備的最大的差異之一，就是Telematics系統往往必須支援車內通訊協定。目前常見或發展中的車內通訊協定包括CAN、LIN、MOST、FlexRay、byteflight、In vehicle等等，對Telematics來說，CAN協定最為重要。CAN具有極佳的容錯能力，能夠長時間在惡劣的溫度、壓力及粉塵環境下以高安全等級來支援分散式、關鍵性的即時控制，而且具備低成本和易建置的特色，因此廣泛被車輛製造業所採用。

《圖四　不同匯流排技術的速度及應用定位》

CAN在汽車電子系統中的應用很廣，其高速CAN協定常被用於汽車動力或傳動機構控制單元，例如汽車發動機控制單元、自動變速器控制單元、ABS控制單元、安全氣囊控制單元等；低速CAN則使用於車身系統，例如車門上的集控鎖、車窗、行李箱鎖、後視鏡及車內頂燈。在具備遙控功能的情況下，CAN控制器還能對遙控信號進行接收處理，或控制其他防盜系統。

當Telematics系統透過CAN匯流排獲得關於車身、汽車動力／傳動等性能資訊，就能發展出許多加值性的新興應用，如駕駛輔助／警示資訊、遠端診斷、緊急救援等。不過，由於各車廠掌握有自己的一套協定規範作法，因此這類的應用開發必須和車廠密切配合才能做得出來。

汽車等級標準

一台汽車是由許許多的零組件所組成，這些零組件雖然有大有小，但由汽車的行駛與生命安全息息相關，每個零組件都被要求能達到最高的品質與可靠性。因此汽車電子設備開發的另一重要特色，就是需要滿足嚴苛的汽車等級（Automotive Grade）認證，甚至需做到零缺陷（Zero Defect）的理想境界。對於汽車零組件而言，產品的最大推動力往往不是「先進技術」，而是「品質水準」。Telematics系統雖然與行車安全並沒有直接的關聯性，但目前仍受到汽車等級認證的嚴格要求，這是消費性電子廠商很難跨越的瓶頸。

目前汽車產業中已發展出幾個重要的品質管理系統與相關規範，包括由汽車電子設備委員會（Automotive Electronics Council；AEC）所提出的各項規範，以及QS-9000和TS 16949等。此外，元件供應商也會基於這些規範提出自己的一套管控作法，如ST的汽車等級認證（Automotive Grade Qualification），除了滿足AEC及品質管理系統規範外，ST還發展出一些嚴格管控的作法，例如在製程中採用特殊的篩選（screening）和測試方法，以及專屬的高可靠性認證流程（High Reliability Certified Flow； HRCF）測試程式。

《圖五　汽車產業驗證標準的演進》

結語

對於汽車市場來說，Telematics雖然已討論多時，但真正快速成長還需要一些時間。這一方面和汽車電子的設計時程較長有關，另一方面則是Telematics需要一整套的基礎架構來配合才行得通。不過，Telematics起飛的時間點已經近了，隨著相關產品技術的成熟與成本下降，車機Telematics的安裝門檻已大幅下降。而且車主對於LBS、防盜、緊急救援等需求非常明顯，加上各國政府已明確訂定與緊急救援相關的時間表，預估2009年至2010年間，將可看到Telematics的大量採用。

就生產商機來說，Telematics系統必須整合GPS定位與影音多媒體技術。目前台灣可說是GPS相關設備（尤其是PND）的設計製造重鎮，但要打進汽車內裝市場，仍欠缺汽車等級認證、CAN協定建置與車載收音廣播等條件。此外，台灣設備廠商習慣以消費性市場的模式來思考，這和生命週期極長的汽車市場是有很大差異的。因此，透過與長期投入汽車零組件設計的元件廠商合作，能夠更快地打進這個市場。

...作者為意法半導體汽車通訊部門行銷經理…