車內/車外通訊系統攜手　Telematics智慧升級

智慧化車載資通訊(Telematics)系統需要車內外各式通訊技術共同合作，才能實現無縫存取、高安全性、高導航精確性的車載資通訊系統。目前車外無線通訊以車用環境無線存取(WAVE)/專用短距通訊(DSRC)最被看好；在導航精確度上，結合多個衛星系統的全球導航衛星系統(GNSS)，再加上陀螺儀(Gyroscope)的輔助，將可提供駕駛人最準確的導航資訊。另外，在車內有線通訊方面，汽車多媒體導向系統傳輸(MOST)由於可透過光纖整合駕駛艙資訊與多媒體娛樂功能，減少汽車內部所需的纜線，也逐漸獲得車廠重視。

WAVE/DSRC加持　智慧運輸系統安全上路

在眾多實現智慧型車載資通訊系統的無線技術中，尤以WAVE/DSRC技術最為關鍵。DSRC可用來實現車輛與車輛和車輛與路側裝置(Roadside Unit)間通訊的無線技術；WAVE亦即IEEE 802.11p/1609規範，是由IEEE 802.11a標準修訂而成的車用電子無線通訊協定。而WAVE/DSRC則指以IEEE 802.11p作為底層，以IEEE 1609作為上層所構成的DSRC技術，為眾多DSRC技術的一種，由於其具有極低的傳輸延遲特性，因此特別適合用於主動式車輛安全應用的實作。

圖1　工研院資通所車載通訊與控制系統組工程師徐仲賢表示，WAVE/DSRC具備極低延遲特性，可滿足車間通訊即時、快速的應用要求。

工研院資通所車載通訊與控制系統組工程師徐仲賢(圖1)表示，為達到快速有效的預防與警告，提高車輛行駛的安全性，車間通訊對於訊息傳遞延遲時間的要求須低於1秒，甚至0.02、0.01秒等級，因此，相較於蜂巢式通訊、無線區域網路(Wi-Fi)、藍牙(Bluetooth)等無線技術，使用5.9GHz頻段的WAVE/DSRC，由於具備0.002秒的超低延遲效果，因而被視為車間通訊的最佳無線傳輸技術。

徐仲賢進一步指出，車輛行駛過程中，環境變化相當快速，所以IEEE 802.11p在實體(PHY)層上做了一些修正，以符合車輛移動的特性，如省略IEEE 802.11a協定中繁雜的授權、認證等過程，以縮短傳輸延遲時間。至於IEEE 1609可達成車與車、車與路側裝置及車與手持裝置間的通訊，實現車輛安全、電子化自動收費、導航強化及車流管理等功能的重要規範。

為協助國內業者掌握全球車載資通訊系統的發展商機，工研院除自2008年起即積極參與WAVE/DSRC國際標準制定工作並與主要大廠建立良好關係外，更成功開發出符合國際規範的第二代車載資通訊系統雛型產品--IWCU(ITRI WAVE/DSRC Communications Unit)系統，從原本僅支援WAVE/DSRC單一通訊技術，升級成為整合WAVE/DSRC、3G/3.5G、Wi-Fi等多重通訊技術的車用閘道系統，並成為亞洲地區唯一入選美國交通部「Here I am」車間通訊行車安全計畫的全球八家供應商之一，為台灣資通訊產業進入美國智慧運輸系統(ITS)市場奠定紮實根基。未來工研院的IWCU 2.0設備經過美國交通部設備認證測試後，將納入美國交通部合格產品清單，並有資格加入「IntelliDrive Safety Pilot Model」發展計畫。

不僅如此，工研院的IWCU也已獲得美國一項名為CAMP(Crash Avoidance for Metrics Partnership)、耗資3,000萬美元的大規模車上實機實測計畫所採納的四套WAVE/DSRC解決方案之一，為台灣在車載資通訊領域發展的重要里程碑。

提高定位精準度　GNSS大勢所趨

更精準的導航為智慧化車載資通訊系統不可或缺的重要發展之一，為提升導航的精確度，美國全球衛星定位系統(GPS)、歐盟伽利略(Galileo)、前蘇聯GLONASS與中國北斗衛星系統皆持續發展中，並陸續發射更多衛星，以期可提升定位精準度。不過，除了GPS、GLONASS發展較為完整外，伽利略與北斗衛星仍發展中，再加上衛星發射並非易事，連結GPS與GLONASS衛星系統的GNSS，已逐漸受到重視。

圖2　意法半導體大中華區行銷經理鄧殷敦表示，MEMS加速度計與陀螺儀的誕生，並非取代GPS，而是擔任輔助的角色，可強化GPS精準度。

全球主要的衛星系統各有其優缺點，意法半導體(STMicroelectronics)大中華區行銷經理鄧殷敦(圖2)表示，GPS採用分碼多重存取(CDMA)；GLONASS為分頻多重存取(FDMA)技術，因此發展GPS系統的廠商須向高通(Qualcomm)取得CDMA技術授權。至於伽利略與北斗衛星系統，則仍於初步發展階段，目前伽利略僅擁有四顆衛星，原預計於2012年正式營運，但受到金融風暴影響，預計2014年才能正式營運。

各衛星系統發展不一，但駕駛對於導航的需求卻越來越高。為提供更多元的定位服務，相關業者開始思考結合各種衛星系統訊號作為互補，促使GNSS開始發展。而GPS與GLONASS系統也推出代表簽署合作備忘錄，確保GNSS能持續發展，不過GNSS也為晶片商帶來新的設計挑戰。鄧殷敦指出，多重衛星系統最大的優勢即為提供駕駛更準確的定位資訊，改善過去衛星導航引導駕駛進入荒山野嶺的問題。對晶片業者而言，要在單一晶片內同時支援多種衛星系統，將面臨星際資料更新時間需更快速，以及參考時間與座標不同的狀況下，演算法如何盡快計算為有效資訊的種種問題。此外，天線的設計也將更為複雜，系統整合廠商如何將天線微小化，以及收集更豐富的圖資，更是一大挑戰。

耕耘GPS市場已久的意法半導體，針對GNSS技術，已發布適用於可攜式導航裝置、汽車導航系統及車用資通訊系統的新一代單晶片獨立式定位接收器Teseo II。

智慧車輛趨勢成形　陀螺儀感測器角色吃重

除無線通訊技術外，感測技術亦是打造智慧型車輛與運輸系統不可獲缺的另一關鍵。藉由整合先進的電子元件、通訊、資訊和感測器等技術，可提供更即時、正確的環境資訊，進而提升運輸系統的安全、效率及舒適性，並減少事故發生的機率。

而在眾多車用感測器中，具備角速度量測能力的陀螺儀感測器，近來在汽車電子的應用已日顯重要，對提升車輛行駛的穩定性、安全性及導航的正確性尤有莫大助益。

圖3　愛普生產品行銷部總經理宮澤健指出，各國政府對汽車裝載電子穩定控制系統的規定將有助陀螺儀感測器市場大幅成長。

愛普生(Epson)產品行銷部總經理宮澤健(圖3)表示，陀螺儀感測器依據尺寸與效能可分成多種類型，如機械式陀螺儀、環形雷射陀螺儀(RLG)、光纖陀螺儀(Fiber-optic Gyro)及振動陀螺儀(Vibration Gyro)等。其中，振動陀螺儀近年在數位相機防手震、遊戲機動作感測，以及防止汽車打滑的電子穩定性控制系統(ESC)等應用領域的採用率更快速激增，後勢發展備受看好。

若再進一步細分，振動陀螺儀又分為壓電(Piezo Electric)式和矽諧振(Silicon Resonator)式兩類，前者可採用陶瓷或石英製成，後者則以矽為主要材料，但有塊體(Bulk)式和表面(Surface)式兩種不同加工方式。而愛普生的陀螺儀係以石英製造而成，具有物理和化學特性穩定、材料供應無虞、堅硬度適中與極低內部振動損失等效能特色。

宮澤健分析，智慧型手機、遊戲機、數位相機和汽車等四大應用領域是陀螺儀感測器市場成長主要動力來源。尤其隨著世界各國對於車輛安全日益重視，電子穩定性控制系統已逐漸成為汽車必備的功能，再加上防翻滾保護系統(Rollover Protection System)與主動式轉向頭燈系統(Adaptive Front-lighting System)的需求也不斷高漲，均使陀螺儀的行情隨之看俏。

據了解，包括歐洲和澳洲的相關主管機關均已決定自2011年11月起，所有新款汽車均須搭載電子穩定性控制系統；而美國、加拿大與韓國則計畫於2012年起，所有4噸半以下的車輛均須配備。

為因應此一發展趨勢，愛普生也已利用該公司專利的QMEMS技術開發出符合電子穩定性控制系統應用需求的陀螺儀感測器XV-9000系列，除具有-40～125℃的廣泛操作溫度範圍並符合AEC0-Q100的車用規範外，亦導入可偵測失效狀況的診斷電路，以提升感測器的可靠度，同時也藉由優化感測元件的結構設計，達到優異的振動阻力與耐撞性表現。此外，針對車內導航系統，愛普生也推出前傾式陀螺儀XV-8000系列方案，以實現航位推算(DR)，進而提升車輛導航的精準度。

車內娛樂應用起飛　MOST扮橋樑

車外通訊網路逐漸完備後，基本的車內通訊也須一併向前發展，才能打造真正的智慧化車載資通系統。車內網路的組成技術包括控制區域網路(CAN)、區域連接網路(LIN)、FlexRay、藍牙(Bluetooth)與MOST等，各種技術的傳輸速率不同、特性也不同，其中，負責駕駛艙資訊與娛樂連結的MOST，由於透過同步光纖網路傳遞，可整合車用娛樂與各種駕駛資訊，有效減少汽車駕駛艙的繞線，因此受到歐洲車廠的歡迎，並逐漸將市場觸角延伸至北美、中國大陸。

圖4　史恩希應用工程經理胡立堅表示，十二五規畫中也提到汽車電子關鍵零組件本土化的目標，更加深中國大陸政府制定MOST標準的可能性。

MOST創始會員史恩希(SMSC)應用工程經理胡立堅(圖4)表示，除減少纜線的使用外，MOST具備的優勢還包括低成本、節省汽車空間、高傳輸品質、即時與易於設計。自1998年第一版MOST25規格誕生之後，歐洲八大車系皆已陸續採用MOST作為駕駛艙的主要連結技術，第二代版本MOST50陸續獲得豐田(Toyota)、KIA與現代(Hyundai)等車廠的青睞，購併奧迪(Audi)等汽車大廠的福斯(Volkswagen)也開始與MOST會員討論，如何將MOST技術使用於非轎車的其他車種，甚至福特(Ford)與通用(GM)也提出報告宣稱將導入MOST。

胡立堅指出，MOST並非取代LIN、CAN等匯流排，不過，1394的確受到MOST的影響，而於汽車市場吃敗仗，原因在於，除車廠的支持外，MOST自底層到上層的架構定義清楚，廠商易於開發，為該技術於市場站穩一席之地的主要原因。目前全球已有超過一百款的汽車導入MOST，預期2011年將有更多車款使用MOST。