因应车辆自动化潮流 车载系统传感模块通讯架构更趋复杂
- DIGITIMES企划
-
汽车是一般人必备的交通工具，虽然快速便利，但操驾时可能出现的安全问题，却将造成重大的道路安全问题；加上汽车亦朝向油电混合动力或全电力驱动车方向发展，车用电子所需的微控制器、传感器应用数量激增，如何整合相关应用关键传感元件，利用更完善的通讯网络进行整合，成为未来汽车产业发展重点...
以卫生署统计数据显示，交通问题所造成的意外事故，一直列在国人十大死因之中，新的造车趋势是逐步整合更多元的传感元件与技术，运用新颖行车安全技术来强化驾驶用车安全。
另外一方面，汽车电子与电控技术，也随着全球石化能源短缺问题，开始出现各式替代能源，其中整合电力驱动辅助、或是全电力EV车型开发，也牵涉到大电力控制型态汽车电子技术进行整合，尤其是马达动力控制与动力驱动管理相关传感器，也成为汽车电子整合电控设计的开发重点。
车用传感模块增加 车载系统通讯界面设计复杂度高
目前与车用电子相关的传感技术相当多元，已经用于车载电控系统设计的传感技术有：红外线、温度传感器、电子罗盘(地磁传感)、陀螺仪、加速度计、超声波传感等，搭配车载电算系统，将可设计成为如车内安全检测、寻路导航系统、路况安全侦测等加值应用，藉以减少因驾驶专注度不足而产生的行车安全问题。
针对车载系统的整合便利性，同时需考量系统架构的模块连结、搭配，使用车用电子主流之I2C传输界面，来串连各功能模块，而多种功能模块搭配整合，亦可组合不同等级的车载智能功能。此外，车载智能系统也可透过I2C界面双向传输，确认各别模块的自我检测与功能状态回报，避免传感或功能模块因传输界面问题，造成功能损坏而不自知，以建构更稳固的车载智能平台、减低交通意外事故。
车载系统设备强度高于工业应用产品
车载系统开发平台，多半会以IPC工业电脑要求进行平台规划，现有IPC或强固型单板电脑，除本身运算能力大幅改善外，针对工业环境特有的高度环境耐受性，如因应高温、高湿、高震动或高落尘应用场合，所设计的强化型功能模块、外壳与系统架构设计，稍微修改与强化也可直接导入车载系统应用环境中使用。
对于车载系统在因应自动化、e化应用时，各传感模块必须具备MCU微处理器，在各个传感模块即可自行进行快速传感识别、处理，在模块端即排除如信号干扰、误动作造成干扰，利用MCU于端点即将传感数据转换成对应自动化或e化所需的控制信号。
车载系统车内通讯传输架构 需考量传输纠错设计
由于不同传感终端模块，或因为基本上的传感元件不同、或是采用不同架构的传感技术，其所传递的基本数据长度可能并不见得一致，但为了达到效能与整合便利性的设计平衡，同时又想满足随插即用的设计目标，系统开发时就必须为不同模块串接进行通讯模式的规划设计。例如，利用不同模块设置特定ID，在传输数据过程同时送出装置ID代码，区隔不同终端模块传回之数据，也可让车载系统掌握现有各终端模块功能运作现况。
发展车载系统传输通讯协定，也因为每个模块功能与数据撷取状态不同，因此各模块需传输数据长度亦不一致。较便捷设计方案则采取一致性的通讯机制整合，透过ID判断由车载系统平台进行所需传感数据撷取、处理与判断输出执行程序。
建构通讯协定也必须考量传输路径可能造成信号干扰、数据错误修正需求。例如，数据封包包含起始位元数据，必须同时进行数据保全之运算，在模块或车载系统发出信号前即在数据封包加入验证位元；接收数据的模块或是车载平台，也必须有能力进行传输封包错误检查、纠错，同时从数据封包中撷取出正确传输的内容数据，以建构一完整之智能汽车系统通讯架构。
传感模块需进行自我检测分析
由于车载系统较工业应用环境仍有相当大差异，车载系统为移动中的系统平台，所应付的震动运行环境明显较IPC工业环境更苛刻，同时高温、潮湿等运行环境，也较IPC设置环境更趋复杂，这代表着每一个传感单元取得的传感数据，可能存在较大误差范围，尤其是震动、高温或高度潮湿所造成的传感误差。
基本上传感误差造成的影响，必须尽可能即在模块的传感端点，利用MCU即在模块上进行传感结果验证、修正，尽可能地将取得外部传感信息的误差范围缩小；而传感模块本身也必须缺省自我验证的误差容许范围，当每次传感的环境数据已经超越可接受的误差范围时，该模块也必须透过通讯网络实时告知车载系统，该传感模块必须经检修或是更换，同时也必须搭配显眼之故障警示，让车主了解目前车载系统相关传感模块的况状。
摄影元件增加 视讯传输设计需重新考量
另一方面，车载系统除了各传感模块与车载系统平台的沟通信息传递外，另一个重要的信息传递，即目前在车辆上大量部署的路况影像数据实时撷取。例如，行车前方的Night Vision夜视车前影像撷取，或是车体周边全景影像撷取视讯，因为新款智能车辆所使用的摄影元件可能数量至少有3~6组之多，单组摄影最高分辨率也必须达到100万像素，才能满足高识别度或是智能加值应用的基本要求。
而车载系统内部传输影像需求，则必须与单纯传感数据通讯协定区隔，因为传感数据较无法接受大量的数据丢失，但影像数据若出现少许信息丢失其实影响并不大。同时，传感模块传递信息相对较少，但摄影内容所传递的信息却往往是传感数据数倍之多，在整合不同目的之车载系统通讯架构时，必须慎重规划处理。
