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如何用『空中打击』技术升级汽车,我们带来了一篇OTA科普

来源:Alpha 发布时间:2017-8-24 16:34:04

OTA只是车联网的一个切面,在这项火热技术牵动的,是整个车联网平台建设乃至商业模式的变革。

智能网联汽车的一个趋势是“软件定义”汽车。和硬件相比,软件成了车里迭代最快、最容易个性化的部分。随着汽车电子化程度越来越高,无论是车辆遭遇软件故障还是软件更新,目前的线下店召回模式已经不是满足用户体验的最佳选择了。为了减少成本、提升用户体验,OTA(Over-the-Air Technology)空中下载技术成了智能汽车时代的必备技能。

咨询机构ABI Research在一份报告里预测,到2022年将有2.03亿辆部汽车能通过OTA方式更新软件,其中至少2200万辆汽车还能通过OTA更新固件。汽车制造商快速普及OTA更新的原因包括:召回成本,自主驾驶和基于软件复杂性的安全风险的增加。

OTA甚至带来了一种全新的商业模式。车企迫于产品投放压力,会推出软件功能尚未完备的产品,之后再把最新的软件更新到车里。有了OTA,车厂就能在车辆单次出售之后,获得再次收益的机会。而消费者获得“新车”的门槛,就是点几下屏幕而已。

对手机等消费电子领域而言,OTA已经不是什么新话题了。在大多数人能在车上享受到这项便利之前,我们先来了解一下这项不算新的新技术吧。

瞄准,发射!

汽车OTA架构和流程

OTA分为两类,一种是FOTA(Firmware-over-the-air,固件在线升级),指的是给一个设备、ECU闪存下载完整的固件镜像,或者修补现有固件、更新闪存。而固件之外的软件更新,就是SOTA(Software-over-the-air,软件在线升级)。那些看上去离使用者更近的应用程序和地图OTA,都属于SOTA的范畴。FOTA相比SOTA更具挑战性,这点会到后面再谈。

在此之前,我们先了解一下汽车OTA的架构和流程。无论是FOTA还是SOTA,都可以被分成三个阶段,和“把大象放进冰箱”一样简单易懂:第一步,生成更新包;第二步,传输更新包;第三步,安装更新。

OTA流程

 

第一步——生成更新包

更新包里不仅仅有要修复的缺陷或者要加入的新功能,分发包的更新顺序、更新前和更新后需要做哪些验证检查等等,都会被打包到这个文件里。

第二步——传输更新包

生成之后,更新包会被发到一个OTA云服务器平台。在汽车行业,这个平台一般由OEM管理,平台上整齐码放着各种各样、不同版本的更新包。在收到更新请求后,更新包通过网络被下载到合适的车载模块和特定的ECU。一辆车可能有多个设备需要更新,车端会安装3G/4G/WIFI通讯模块,也会由一个网关统一下载接收更新包再做具体分发。

第三步——安装更新

下载好的更新包会正式更新,用新的镜像文件替换掉旧版本。整个过程会有更新软件随时监督:正确的更新包是不是被安装了,更新任务是不是已经顺利执行完毕……OTA的过程可以不是连续的,并且能支持任意点对点的软件版本更新。

当然,整个大流程在哪里执行,还是有很多考虑的。

比如,因为FOTA需要直接对TCU和ECU直接刷新改写,车企对直接执行FOTA还存有安全顾虑。在过渡阶段,可以考虑由车主把车开到经销商,在那里完成在线更新。主机厂会给客户发送召回邮件,得到确认后把含有更新文件用邮寄硬件或电子发送方式给到经销商,客人到店更新并现场检查后再把车取走。

但是未来,随着汽车电子化程度越来越高,每家经销商的服务能力也会有上限,每一次更新车主都返回经销商就会成为一种体验差评。当技术足够成熟,消费者直接FOTA的方案当然会更受欢迎。在流程上,更新文件不必发到经销商。但经销商依然要和车主取得联系,告诉他们确保更新的时候,车子要处于停驶状态。后台收到某辆车需要FOTA的请求后,主服务器和车辆相互验证后,就可以在通讯正常的情况下开始更新。车主在更新完成后自检,主机厂可以用电话和车主逐一确认更新效果并保证安全。这样算起来,成本就会大幅削减。

汽车OTA难点和关键技术 

对于汽车这样特殊体质的电子产品,OTA要考虑的东西自然更多一些。具体到实操层面,主要是保证安全、效率、用户体验这些细节。 

安全是要放在首位来强调的问题。英泰斯特OTA总监李立告诉车云菌,安全是一个系统工程。OTA安全要考虑三段:第一段是云端的服务器端的安全,第二段是车辆端的安全,另外就是车辆和云之间的通讯。

更新内容在这三段不仅使用认证,还要使用加密。对这两点,李立做了一个形象的说明:“加密,是不让别人看见我传输的是什么内容。认证,就是确保车辆端、云端是我期望的、认可的对象。”

比如车机进行软件升级时,要发出认证请求到服务器;服务器收到车端请求信息后,发回反馈,要求发送数字证书自证身份。车端发送数字证书到服务器端;服务器对数字证书进行校验是否存在问题;验证无误后终端管理系统向终端发送验证结果,这时才可以开始进行相应的软件升级。更新包会被加密后传输到车端,在T-box解密后再分发到车机。另外一个比较重要的车端部分是网关,可以避免ECU与联网的远程信息处理单元直接接触,提高了OTA更新的安全性。

刚刚提到,FOTA相对SOTA要更具挑战一些,原因之一在于集成固件更新安装程序的闪存都比较小,FOTA更新包和更新软件要能在车辆嵌入式设备的小内存中完成安装。因此更新包会尽可能地压缩大小,一般会被压缩到原始大小的5%。 

为了保证效率,在技术上我们会用到差分更新的方式,也就是比较新旧版本之间的差异,生成差异文件。当新旧文件差异不是特别大,就可以只传输差异文件。

差分更新的核心技术是各家供应商掌握的字节差分算法。 比如为特斯拉提供OTA技术的Redbend(一家以色列软件供应商,2015年被哈曼收购),其中一项技术是将更新包碎片化分成多个小的数据流文件,在有限带宽的网络中分发,设备获取多个短小文件的同时进行更新,主要解决的就是汽车内微型ECU、M2M模块等微型电子设备性能存在局限性的问题。

关于用户体验的部分,是由很多小细节构成的。

比如汽车更新一定不能影响车辆的安全行驶。车的环境可能会发生很多变化,例如进入到隧道、地下车库这些没有信号的地方,出现异常的时候,需要车辆端的电子零部件能够应对不同的外界环境,做好保护,并且在升级失败的时候完成自恢复。

当然还有很多人提到,OTA的挑战不完全是技术挑战,而是经销商的压力。

在OEM依赖的传统销售模式下,经销商会担心OTA减少他们与车主接触,少了很多二次销售的机会。并且汽车维修是经销商的盈利大头,OTA在解决越来越多的问题,经销商反倒会面临越来越多的经营危机。也有人认为,OTA也会带来整个CRM体系的变革,经销商仍然扮演着重要的角色,消费者关系维护需要经销商,只不过他们的职责会随之改变。

汽车OTA现状 

在OTA方面,特斯拉是真正玩转OTA的首家车企。从2013年至今,特斯拉已经使用OTA进行了应用程序、地图、灯光、语音、空气悬架升高等在内的多处更新,并且实现了Autopilote在内的驾驶辅助功能的升级。

Fortune杂志撰文评论特斯拉:“Loading cars with hardware that might not be used for years—and requires a software download to unlock the features—is unprecedented in the industry(在汽车上预先搭载可能多年都不会使用的硬件,并且需要通过更新软件来解锁新功能,这在汽车行业是前所未有的).”

不过在过去的1年里,这种前所未有的创新开始逐渐成为一种风潮。传统车企也开始陆续公布要用上这项更加便利的更新技术,我们迎来了OTA的新闻的一个小高峰。 

2016年11月,丰田汽车宣布,将采用OTA技术更新电子控制单元(ECU),由此可尽早修正ECU的漏洞,并且讨论了车辆上市后通过OTA追加新功能。

2017年1月,大众公司将使用OTA技术提供一些功能,车主通过订阅或试用等方式可以获得软件方面的升级,例如导航等。

2017年5月,福特宣布将采用OTA技术实现软件升级,为搭载Sync 3的2016款车新增Android Auto及Apple CarPlay系统。这是福特首次将OTA应用于车载软件升级。

2017年7月,沃尔沃与HERE签订了长期合作协议,选择部分沃尔沃车主使用OTA服务升级车载地图。

2017年7月,通用宣布在2020年以前推出能进行空中升级(OTA)的信息娱乐系统。

从这些新闻可以看出,目前车企开始把OTA技术用于地图、应用程序、信息娱乐系统等方面的更新。只有丰田提到了电子控制单元OTA,但是这家日企也没有详细说明具体是哪些ECU。 

咨询机构IHS的预测也显示了相同的趋势,他们认为汽车制造商从OTA软件更新中节省的成本将从2015年的27亿美元增长到2022年的350亿美元。大部分的开支节省来自OTA对信息娱乐系统和远程信息处理系统的更新。控制发动机,制动器和转向器的ECU在OTA方面仍然还有上面提到的诸多难题要攻克。

值得注意的是,在新能源汽车领域,尤其是国内,OTA服务提供商会迎来比较大的机会。

一方面是政策推动。《电动汽车远程服务与管理系统技术规范》规定从2017年1月1日起,新生产的全部新能源汽车安装车载终端,通过企业监测平台对整车及动力电池等关键系统运行安全状态进行监测和管理。

按照国家标准公共服务领域车辆相关安全状态信息要上传至地方监测平台。在信息上行监管的同时,电池(主要指BMS)、电机、T-box都会产生OTA需求,车端增加自检、远程查询、远程参数设置和远程升级功能也会成为一种新趋势。

另一方面在于核心技术的掌握。和传统技术不同,整车厂在新能源汽车领域更有机会掌握一些核心技术。在新能源领域实现OTA,对整车厂来说也更为可控。