落實精準定位/無線互聯　V2X成真指日可待

然而，V2X最讓人振奮的是它具備了開啟認知式汽車(Cognitive Automobile)新世代的潛能，不僅能知道汽車自己本身的狀態，還能知道其他車輛、環境、天氣和路況、交通，以及其他許多可能會影響駕駛安全與旅遊效率的重要參數。

汽車認知功能，也就是在機器到機器(M2M)層級中執行感測、通訊和決策制訂作業，使汽車運輸能夠遠遠超越娛樂和傳統的IoT應用，進入到「關鍵物聯網(Internet of Things That Really Matter)」的範疇。此時，整個過程中的任何一個錯誤，從關鍵的感測或定位元件，到遠端分析，以及最終回應都有可能為駕駛，甚至OEM業者帶來災難。

這也是朝V2X發展的必經發展過程。唯有透過可靠、低延遲的通訊進行適當的量測，並採用經過驗證的設計技巧，以及可靠的元件或模組，汽車認知才能為安全、可靠及真正的無人自動駕駛奠定基礎。在此過程中，它將透過更緊密整合的防撞先進駕駛輔助系統(ADAS)來強化駕駛的人身安全，並同時改善諸如車隊管理等商務用途的獲利空間。

資訊娛樂系統為V2X發展起點

若單純地從技術的角度來看，讓汽車能夠上網，以便能提供資訊娛樂功能，其實是一種將應用需求從家庭移轉到汽車的自然演進。因為汽車製造商瞭解到，消費者希望能更緊密地把家庭、行動與汽車的娛樂體驗整合在一起。

根據Scotiabank/BI Intelligence最近發布的數據，到2020年，預估在九千兩百萬輛出廠的新車中，將有75%會配備聯網硬體，2015∼2020年的年複合成長率為45%(圖1)。

圖1 到2020年，預估全球出廠的9200萬輛汽車中會有75%配備聯網硬體。

聯網汽車應用將包括串流音樂與影片、網路搜尋，以及接收交通預警和天氣預報等。這使得聯網汽車的平均售價提高到5.5萬美元高級房車的價位，不過未來價格將會快速下滑。

對此，Gartner也預測，到2020年，全球將有超過2.5億輛的汽車會連結上網， 同時消費者的汽車上網支出將成長一倍。

有趣的是，BI預估到2020年，全球總共會有2.2億輛聯網汽車上路，但其中只有八千八百萬輛的車主會啟用上網服務。這意味著，BI認為汽車上網要獲得青睞，不僅須使消費者捨棄使用其原有的數據方案，還要讓製造商能取得汽車的效能資訊及無線傳輸的最新狀態，以減少召回的需求。這是系統的關鍵特性，複雜度遠比一般私人、公共或企業車隊的IoT應用為高。

2014年，Gartner發布一份研究報告指出，到2020年(表1)，全球安裝的IoT裝置總計會達到兩百五十億台，其中，汽車市場的成長率最高。

IoT在汽車與運輸產業的應用非常多元。ThingWorx是一家專注於為IoT裝置提供簡易好用、安全的雲端聯接技術，並部署及管理功能的業者，其指出IoT的應用包括緊急救援服務、遠端車輛診斷、汽車追蹤與尋回、安全駕駛與免文字(No-texting)服務，以及青少年駕駛管理等。該公司還表示，保險業者能夠利用汽車資通訊系統的資料來分析駕駛行為、鼓勵安全駕駛習慣及為無事故記錄的客戶提供較低廉保費的獎勵回饋。

儀表板上診斷(OBD-II)資料的收集與傳輸，以及與感測器、精密定位和駕駛監控的結合，對於須要追蹤卡車與駕駛狀態的車隊管理者來說也很重要，以確保卡車能在拋錨前先進廠保養。此外，它們還能用來確認駕駛是否保持警戒，並維持良好的駕駛習慣。

雖然監控作業會給人一種被「幕後黑手」監視的感覺，但對車隊管理者來說，這卻是攸關他們能否在競爭激烈的市場環境中繼續存活的重要關鍵。節省燃料、可節省時間的通行費自動繳款，以及更少的拋錨次數等，都有助於有效降低整體的營運成本。

監控作業還能為無人運輸系統奠定基礎，特別是在Google、奧迪、蘋果、BMW、Blackberry、福特和多家業者的推動下，無人運輸系統的實現已不再遙不可及。由於這些業者保持密切的合作關係，現在的汽車製造商與「消費性」軟體開發廠商的界線已經越來越模糊。未來，到底哪個陣營的業者能夠主掌駕駛體驗，它們之間的彼此較勁將是值得關注的議題。

BI Intelligence還指出，IoT也可用來實現自動停車等駕駛輔助服務。然而，這只是V2X龐大且令人振奮的商機的冰山一角而已。

在一份由Deloitte Consulting LLP團隊於2015年8月發布的研究報告中，專案負責人Simon Ninan說明了汽車聯網發展的不同階段，從GM早期推出的DAIR系統與OnStar開始，到福特的SYNC、起亞(KIA)的UVO和通用汽車(GM)的MyLink，一直到第三階段的V2X。接下來是第四階段：Tesla Autopilot與自駕車(圖2)。

圖2 在既有以娛樂功能為主的資訊娛樂系統基礎上，汽車產業已開始朝結合無所不在的感測器、精密定位，以及蜂巢式和短距離通訊的V2X世代邁進。

POS/CEL/SHO相結合 V2X願景逐步實現

V2X須要用到的多項技術大多已經就緒，或是正在積極的研發中，雖然就汽車設計週期來看，V2X要能真正上路可能還需要好幾年的時間。從概念到量產，汽車設計週期大概需要三到四年，這與消費性裝置通常不到18個月的快速替換是截然不同的。

汽車設計週期耗時較長，主要是由於考量設備故障時往往會造成嚴重的危險與損害責任。近來的駭客事件更是強化了安全的重要性。這表示，遵循ISO 26262這類標準能確保汽車設備的功能安全性，但是遵循標準是要耗費成本與時間的。同樣的情況也適用於對全球無線通訊連結規範的遵循。

儘管如此，隨著開發人員找到了結合感測器資料與精密定位(POS)、蜂巢式連結(CEL)與短距離無線(SHO)通訊的新方法，V2X技術的應用仍持續進展。其理想概念是要讓所有這些元件在汽車內都能彼此互聯(圖3)。

圖3 IoT聯網汽車將整合感測器、低成本處理、無線通訊、精密定位及雲端分析，以實現V2X願景。

隨著無人駕駛汽車的發展，抬頭顯示器可提供車道保持輔助或車道偏離警示功能(圖4)。

圖4 變換車道特別危險，所以需要輔助或完全自動的車道變換功能，此系統必須能掌握本身的定位與狀態，以及附近區域其他車輛的位置、狀態與意圖。

這些功能需要準確度為一公尺以內的精密定位，並能夠感知駕駛及其他車輛的意圖。除了準確的定位，還需要傳動速度，以及與附近車輛的相對位置與速度的低延遲通訊。只有當所有這些資訊都被分析過，儀表板系統才能指示是否可以變換車道。

下一步是高速公路的自動駕駛輔助、全自動化的高速公路導航，最終達到自動駕駛的目標。 要獲得準確的定位，須要能支援許多的全球導航衛星系統(GNSS)，雖然其中只有兩種被視為擁有真正的全球功能：美國的NAVSTAR全球定位系統(原來的「GPS」)，以及俄羅斯的全球導航衛星系統(GLONASS)。其他的系統還包括歐洲的伽利略、中國的北斗導航衛星系統(BDS)、日本的Quasi-Zenith，以及印度的IRNSS(表2)。

即使GNSS能夠沒有限制地開放給大眾使用，但是準確的定位還是須要運用到多重GNSS系統、多路徑抑制、卡爾曼濾波(Kalman Filtering)、多頻率處理，以及3D慣性導航等技術。規格表(Datasheet)中通常提供了靜態的準確度數據，但是真正的定位準確度應取決於真實世界的動態效能，以及它是否能與加速度計、陀螺儀及ABS速度感測器的資訊妥善地整合在一起。

一個良好的設計必須是能透過結合3D慣性導航與離線地圖比對技術，即使汽車在隧道裡也能知道它的位置。

幸運的是，POS系統通常只接收而不發送訊號，所以設計人員毋須擔心美國FCC、歐洲CE或是其他的無線發射規範，但是POS接收器對相對於其他來源的抗干擾性則是一個須要考量的重要因素。

由於歐洲和俄羅斯現在已經強制要求eCall服務的準確度到1公尺以內，美國也將會有類似的標準，因此選用正確的POS接收器或模組現在已成為所有汽車製造商的首要考量。

隨著模組產品的就緒，現在OEM面臨的最大問題是天線的放置。鯊魚鰭 (Sharkfin)設計是一種常見的方式。

利用Sharkfin設計，天線是安裝在車頂，讓同軸纜線往下走到主要的資通訊控制單元(TCU)。再從TCU利用乙太網路、無線或CAN匯流排介面分散至抬頭設備或後座螢幕。在某些情況下，為了節省昂貴的RF纜線，甚至會把整個電子系統移到車頂上。這時就需要電子元件能支援更大的溫度範圍(圖5)。

圖5 收音機和定位系統用的天線必須使用同軸纜線繞到主要的資訊娛樂控制單元，但是現在正計畫改採較低成本的數位纜線，並把所有的無線電整合在鯊魚鰭或鏡子中。

雖然傳統都是用同軸電纜，透過在 Sharkfin或兩側後視鏡(根據天線的多樣性)中整合所有的收發器元件，便能夠使用較低成本的數位纜線，但是TCU必須能夠忍受攝氏-40到105度的操作環境。

這些其他的收發器包括Wi-Fi和藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy)及CEL。雖然這些介面適用於數據交換，但V2V、V2I和V2X通訊所需的低延遲特性也強調一併採用802.11p無線電。

802.11p是802.11(Wi-Fi)標準的修訂版，讓資料能夠利用授權的ITS 5.9GHz頻段(5.85∼5.925GHz)支援高速行駛中的車輛，以及汽車與道路邊基礎設施間的彼此資料交換。它採用的實體層完全不同，所以需要自己的無線電設計。這意味著，實體硬體、軟體以及規範遵循都需要較高的成本，但若利用模組設計，便能夠顯著地降低成本。

從蜂巢式電信業者的角度來看，模組化方式也是可行的，因為美國的電信業者要求，裝置在網路上實際地運作之前，必須先完成完整的遵循性認證。主要原因是要先確保裝置無害，但在歐洲還沒有這樣的法律規範。

搶攻V2X商機 正確技術/夥伴成關鍵

隨著V2X和物聯網的重要性與日俱增，汽車和車隊管理將是「下一個重要的科技戰場」，對硬體、軟體和服務創新來說，都將會帶來許多的商機。如何以及何時能夠真正實現無人駕駛汽車的目標，將取決於這些關鍵的第一步如何邁出及成效如何。設計人員必須能夠盡可能降低快速創新的風險與錯誤，因為這些高風險所造成的錯誤會危及生命安全並導致對產品信心的流失。所以選擇正確的技術及合作夥伴將是重要關鍵。

(本文作者Thomas Nigg為u-blox定位產品資深策略總監、Costas Meimetis為短距離無線電產品策略總監)