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用“软件定义汽车”背后 OTA升级的重要性

2019-08-08 15:27:22 来源:极客公园   

  不管大家对Musk的看法如何,特斯拉的整车OTA能力想必是很多车企十分羡慕和渴求的功能。

  因为特斯拉不只是简单地把软件升级包从云端下发至车内的T-Box(Telematics Box,负责汽车无线通讯),来升级地图等车机内嵌的App应用。它还能够直接把补丁直接发送至相关的、独立的ECU,实现对汽车主被动、网络安全甚至是关键控制功能的升级。

  很多人之前把未来的汽车畅想成「一台手机加四个轮子」,所以也理所当然地认为整车OTA应该和我们升级手中的iPhone一样简单。但其实从架构的角度来看,智能手机基本只配备了一台处理器来运行各种App,但汽车内部ECU的数量至少有上百个,它们连接在不同的车内通讯网络上,同时每条网络又有着不同的数据传输协议。

  毕竟这个世界上不存在「没有漏洞」的软件。整个汽车产业都在朝着「软件定义」的方向逐步进化,所以能够及时通过OTA升级修正错误的能力就显得十分必要了。特别对智能互联汽车而言,一旦被黑客入侵,轻者造成财产损失,重者会危及到乘客生命安全。这个时候,能够及时阻止伤害进一步发生最有效的方式就是通过OTA把软件漏洞堵上。

  这要比手机系统升级复杂得多。在受到特斯拉以及蔚来、小鹏等新造车势力围追截堵的压力下,传统车企希望能尽快让自己的产品和云端连接起来。最迫切的需求是能够实现OTA软件升级,主要功能的实时更新,车辆维修/异常探测以及防止网络黑客的入侵。

  但问题是,特斯拉的整车架构是从零开始打造的,传统车企基于燃油车平台规划的电动车型与之相比还是有很大区别的。所以假设要实现类似特斯拉的OTA功能,在独立规划的电动汽车产品量产前,几乎所有的车企都需要找到一个「合适」且足够安全的解决方案才行。这就让提供「汽车OTA升级」的供应市场变得异常火热。

  这也演化成了一个「智能汽车」的入口抢夺战。

  

 

  ▲汽车OTA升级的基本原理| HITACHI

  激增的新供应商

  不管是Tier 1还是Tier 2供应商,大家都感受到了主机厂客户对OTA升级方案的需求在持续增长。同时,来自移动产品终端的软件公司也开始盯上了汽车这块「肥肉」。在它们看来,汽车不过是「轮子上的智能手机」而已。

  最后的结果就是做OTA的软件公司陆续被传统供应商收入麾下,形成了各方势力割据的总体局面:

  2015年早些时候,哈曼国际收购了总部位于以色列的软件公司Red Bend。这是一家为互联汽车提供软件管理技术、OTA软件和固件升级服务的公司。但之后哈曼又被三星电子吃掉了。

  2016年,当时还是英特尔业务部门的风河(Wind River)并购了为汽车提供OTA升级解决方案的Arynga。

  两周之后,风河宣布福特将使用其OTA升级技术。风河方面表示「Wind River Edge Sync技术能够提供不同的升级方式,可最小化数据容量、传输时间以及内存占用」。

  2017年,从德尔福集团中分拆出来的安波福(Aptiv)收购了总部位于密歇根的初创公司Movimento,并将其OTA平台集成到了自家的解决方案中。安波福表示「希望帮助车企完成数据搜集、分析的工作,监测漏洞,提升召回效率,堵上网络安全漏洞并加速自动驾驶技术的研发进程。」

  HERE,作为一家图商,发布了OTA Connect的产品。HERE方面表示这款产品是开源的,能够高效地集成至车企的后端服务器。

  其他在OTA平台市场知名的供应商则有大陆集团、博世、Airbiquity和ATS Advanced Telematics System。

  谁在解决关键问题?

  上面这种频繁的合作和并购动态,其实也反应了整个汽车行业对OTA技术的旺盛需求。既渴望拥有却不具备特定领域的know-how,「花小钱办大事」是最直接的解决办法。但问题又来了,目前绝大多数OTA能够做到的还只是将软件升级包发送至车内的T-Box,而不能实现ECU层面的软件升级,譬如对气囊、动力总成、车身控制或安全等功能做出及时更改。

  之前也提到过了,互联汽车和智能手机有着截然不同的电子架构。要在汽车上实现真正的OTA(从云端到ECU),供应商首先要在计算硬件上有很深的知识储备,比如了解车内不同硬件单元的区别。因为如果要与ECU进行通讯直连,你得知道它是不是有两个内存库。这样在OTA的时候,其中一个内存库可以写入升级包,而另一个内存库则可以存放旧版本的程序。

  显然这种双内存的配置十分占用空间。尽管升级数据可以进行压缩,但OTA供应商仍需要考虑它要传输升级包的ECU是否有足够的片上内存(on-chip memory)。

  其次,OTA供应商还应该熟悉车内的通讯网络拓扑结构。因为不同的ECU连接着从CAN总线、FlexRay、LIN到MOST、以太网等不同的通讯网络,只有对每条线路的特点有清晰的认知才能高效地实现软件升级。

  对此,芯片供应商瑞萨认为要实现从OTA的第一阶段(对单一ECU的升级)进化到能够对整车功能更新,包括一些安全部件的更新。需要从两个方面入手:一是降低车内通讯网络的复杂性;二是简化车内API接口同时增加MCU对多个系统的集成化控制。

  这其实涉及到了从传统燃油平台向智能电动化迈进的过程中,整车电子电气架构随之发生的演化:从分布式逐步向集中式过渡。而全新车用计算平台的引入能够简化车内网络的结构,加速通讯协议的编译过程同时增强各个子版块的安全性。同时位于整个中枢系统的MCU应该足够智能,它需要把从以太网获得的数据提前进行压缩,然后再传输给CAN总线。

  

 

  ▲MCU会随着汽车电子电气架构的变化而逐步进化|瑞萨

  不过目前还没有哪个量产的MCU能够胜任这样的工作。瑞萨方面表示,R-CAR Gen 3是它们目前用于汽车OTA的主流产品。但随着汽车功能集成以及中心域控制的能力逐步增强,预计2023年会有适配全新电子电气架构的产品问世。

  当然,安全是OTA升级中最关键的问题所在。不像手机,升级不成功顶多是「变砖」,但汽车就不一样了,稍有不慎就可能车损人亡。所以显然不能很随便地做整车ECU升级,这就要求车企要制定相应的升级策略,特别是定义好「合适」二字,避免出现类似蔚来车主在长安街遭遇的窘迫事件。

  这里的「合适」既包括了对时间、地点、车辆状态等要求,同时还要对软件的功能性进行区分,比如关键系统一定要保持车辆静止且电量充足等,像音乐、视频类似的App则可以在行驶过程中升级,只要确保不影响行车安全即可。

  从这个角度出发考虑的话,在对汽车进行OTA升级时,其实要先让云端服务器与目标车辆进行通讯,锁定并同时对目标进行持续监测,确保其符合升级要求。而一旦进入升级状态,又会涉及一个新问题:中间发生错误怎么办?

  其实升级过程中出现bug很正常,但对汽车而言,需要制定更妥善的防错机制保证车辆功能安全不受影响。像「断点续传」就是目前已知的OTA防错机制中一种较常见的方案。此外还有回滚机制,因为升级后新系统如果不稳定就需要退回到之前的版本,这也是对车辆安全的一种保护方式。

  

 

  ▲Excelfore Esync解决方案中下发软件升级包的过程| Excelfore

  除了这两种主流的解决方案外,业界知名的公司Excelfore还提出了一个「安全内核」的概念,用来保障系统与云端的安全连接及对软件进行升级。而初创公司Aurora Labs的方案中包括了「Auto Detect」和「Auto Fix」两项核心技术。前者在ECU的后台运行,通过实时监测代码层级的错误来实现对宕机事件的预测。一旦错误被锁定,自动修复功能会将ECU软件实时滚回至上一个安全版本。理论上说,是不会出现「宕机」的情况。

  再谈OTA的重要性

  整车OTA应该成为汽车产业优先解决的问题。自动驾驶汽车可能确实对降低交通事故伤亡率有帮助,但假设没有靠谱的修补软件漏洞的方法,到时候一旦面临大规模召回,消费者的不满情绪对品牌而言是最大的灾难。

  我们细数下近些年发生的因软件问题而导致的汽车召回事件:

  1. 2016年,日产召回了320万因气囊系统问题无法识别乘客的车辆;

  2. 2016年,通用召回了360万气囊系统自动进入诊断模式的车辆;

  3. 2017年,道奇召回了125万辆安全气囊传感器故障的车型;

  更严重的是,很多消费者在知晓车企发布的召回通知后,继续放任软件故障存在。根据调研机构Stout Research发布的数据,购买5年内的车辆在召回通知发布后的九个月内,维修率只有40%。例如,2018年通用宣布因方向盘软件故障召回100万辆车型,到现在约有60万台未得到修复的车辆仍行驶在道路上。

  如果车企的整车OTA技术能够就位的话,对付这些bug就变得易如反掌。而且OTA升级不光能让产品的电子系统保持最新,一旦出现因软件故障导致的召回,可以节省大量的时间和金钱成本。

  「对很多车企而言,OTA技术上车的主要动力是出于成本节约的考虑。」行业咨询机构IHS Markit首席分析师Egil Juliussen告诉极客公园(id:geekpark)。「网络安全则是OTA必须成为互联汽车标配的另一个重要原因。」

  而OTA升级对主机厂真正具有吸引力的地方在于「它能够实现车辆重要功能的常用常新」。通过OTA,汽车制造商通过软件升级的方式可以在产品售出后通过增加功能的方式继续获得收入。这也是为什么Musk认为未来搭载了FSD的特斯拉车型会变成一件「持续升值的产品」。

  此外,在搭载了一套双向通信的OTA平台后,车辆能够将车端系统和零部件的诊断及运行信息及时传输至云服务器,这也有利于主机厂对某些潜在隐患进行预防性监测,做到「将风险提前扼杀在摇篮里」。

  目前特斯拉使用的是Red Bend(目前是哈曼国际旗下的公司)提供的OTA平台进行车辆和云端的通讯。但一旦涉及到整车软件升级的问题时,特斯拉依赖的则是其内部开发的API端口。

  

 

  ▲OTA升级有利于主机厂对某些潜在隐患进行预防性监测| HERE

  标准的API端口能够为OTA升级带来的优势,对平台供应商而言是显而易见的。目前很多OTA公司只有一到两个客户,每家都在对接一些特殊的需求,这样是不利于整个行业的良性增长的。所以,Excelfore牵头成立了eSync联盟,目的是解决目前汽车OTA普及过程中面临的一些问题。比如有效降低开发成本,缩短产品导入市场的周期等等。

  「甚至像福特、通用这样规模的企业都对标准化的API产生了兴趣,因为它能够带来更多成本上的竞争力。」Juliussen如是说。「对小公司而言,这无疑是天上掉馅饼,因为这会让消费者的选择变得更容易些。」

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