汽车OTA的前世今生

行业观察 2020-02-22

摘要:从汽车到智能汽车,背后是机械向电子的变革。在这场变革中,OTA(Over the Air 在线升级)技术尤为关键。

从汽车到智能汽车,背后是机械向电子的变革。在这场变革中,OTA(Over the Air 在线升级)技术尤为关键。

OTA 是指通过服务器、移动通信网络和终端等的网络连接,最终实现终端内存储数据的更新,进而改善终端的功能和服务的技术。

这项技术最早应用在 PC 机上,后来广泛应用在移动手机行业,近几年才开始在汽车行业里广泛应用。

与 PC、移动手机在短短二三十年广泛应用 OTA 技术不同,汽车行业由于 ECU(电子控制单元)复杂以及安全考量的原因,并没有很快接受这项新技术。

有着近百年历史的车企们,大多按照机械思维制造车辆,然后再以大宗消费品的定位销售给世界各个角落的人们。

这个过程中,一旦汽车出现机械故障或质量问题,厂商主要通过召回、授权 4S 店维修、换代等方式来进行改进。

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直到特斯拉出现,它可以通过 OTA 的方式实现改善车辆的底盘、信息娱乐、电池续航、ADAS 乃至自动驾驶等多项功能的效果,让车的功能迭代更加灵活和便捷,最终变成了一台可以不断进化的智能终端。

如此一来,车的大宗消费品性质没变,但人们会发现一台车的功能开始丰富起来。

后来,OTA 技术开始被丰田、福特、大众、沃尔沃所尝试,期间,国内的蔚来、上汽、比亚迪等也陆续推出了可以实现部分功能或整车 OTA 的车型。

部分车企开始认为,只有车辆具备了 OTA 能力才称得上智能汽车,而智能汽车会像苹果掀起的智能手机风暴干掉了传统功能机一样,最终替代传统车辆。

从车机向整车 OTA 演变

早在 2000 年左右,一些日本的车企如本田等开始对 T-Box(Telematics Box, 负责汽车无线通讯)进行 OTA 升级。

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T-Box 拥有一张 SIM 卡,可以为车主用户提供一些的网络服务,如道路救援、车厂客服、110 紧急通话、远程车况查询、远程控制车门、车窗和空调开关等。

此后,一些车企还开始针对 IVI(车载信息娱乐系统)进行 OTA,如导航地图、音乐等。

这些算是汽车 OTA 的前身,因为从升级的功能范围看,它们仍然主要局限在车机系统和一些简单的部件控制。

汽车 OTA,是指通过移动通信的空中接口对数据及应用进行远程更新和修补的技术。汽车 OTA 又分为 SOTA 和 FOTA 两种升级方式:

  • SOTA(Software OTA) 又称软件升级,是指那些离用户更近的应用程序(App)、车载地图、人机交互界面等功能。
  • FOTA( Firmware OTA)又称固件更新,用户可以通过特定的刷新程序进行 FOTA 升级,影响的是动力系统、电池管理系统等。

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从早期的 T-box 到后来的 IVI,是车企现在经常提到的 OTA,主要针对车机系统,这指的便是 SOTA。

FOTA 支持硬件在线升级,可以支持整车 OTA 功能,深层次改变汽车控制系统、管理系统及性能表现,甚至还能通过预留的硬件,通过后期的 OTA 开放一些新功能。

什么是整车 OTA 呢?

以特斯拉为例,它不仅可以通过 OTA 将软件升级发送到车辆内的车载通讯 (telematics)单元,更新车载信息娱乐系统内的地图和应用程序以及其他软件,还可以直接将软件增补程序传送至有关的电子控制单元 (ECU),以实现安全、可靠的功能升级。

《财富》杂志曾撰文评价特斯拉: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。

在最初的几年时间里,传统车企做不到这一点。

因为,发动机、制动器和悬架的功能已经嵌入汽车网络总线,而在传统车企最初的架构设计中,ECU 的 RAM 内存容量有限。

而且,传统车企主要采用的是分布式电子电气架构,车企集成不同供应商的系统,也同时带来了 ECU 数量庞大、统一更新效率低等难题,最多时能达到近百个 ECU。

这也是特斯拉的整车 OTA 被屡屡拿来吊打传统车企的原因。

整车 OTA 鼻祖特斯拉整车 OTA 鼻祖特斯拉

业界公认,特斯拉是第一家做到整车 OTA 的车企。

之所以能做到高频的升级,是因为它遵循了「软件定义汽车」的模式,从系统架构设计之初便考虑周全。

通过采用集中式的电子电气架构,2015 款的 Model S 大约有 15 个 ECU,此后发布的 Model 3 则直接通过 Hardware3.0 和三个车身控制器执行来控制行驶、转向和停止等功能。

2012 年 6 月,特斯拉的 Model S 下线。

三个月后,这款车进行了第一次 OTA 推送,此后以每一个月到三个月不等的节奏持续保持更新,走上了从仪表优化、增加电池容量提升、提高百公里加速和增加自动驾驶辅助功能的自我进化之路。

其中,特斯拉曾经至少因三次 OTA 事件广受关注。

第一次是在 2015 年 10 月,特斯拉通过 OTA 的方式为 Model S 推送了 Autopilot 7.0 版本,这个版本新增了自动转向、自动紧急转向&侧面碰撞预警、自动变道和自动泊车等四项自动驾驶功能。这在自动驾驶概念刚刚流行的当时显得相当超前。

另一次是在 2018 年 9 月,飓风山竹来临时,特斯拉对中国华南地区注册的装配 60kwh 电池组的所有特斯拉车型进行升级,通过 OTA 暂时使用户获得更多的电池容量。

还有一次是在 2019 年 10 月,有媒体对比测试了特斯拉 Model S Performance 和保时捷 Taycan Turbo S,发现 Taycan Turbo S 的百公里加速成绩更好。

随后,Musk 表示已经找到优化电机控制的方法,将通过 OTA 方式让特斯拉 Model S 的最大功率提升 50 匹马力,以此反败为胜。

除了 Model S,特斯拉的另一款销量很高的车型 Model 3,同样是将 OTA 应用到极致的车型。

2018 年 6 月,美国《消费者报告》在测试 Model 3 后认为,60mph 到 0 的刹车成绩是 46 米,不配「豪华轿车」称号,所以给出了「不推荐」等级。

Musk 很生气,在 Twitter 上抗议了一通后,很快通过 OTA 改善了刹车距离。

随后,《消费者报告》再次测试时发现,Model 3 的刹车距离缩短了 20 英尺(约合 6 米),这辆车的汽车测试总监 Jake Fisher 也算是开了眼,称自己 19 年评测生涯测过上千种车型,但此前从未见过一款车可以通过 OTA 提升赛道表现,然后将 Model 3 的等级调整为「推荐」。

伴随着不同功能的 OTA,特斯拉的整车 OTA 能力受到车主热捧,许多车主体验后再也回不到传统汽车时代。

汽车 OTA 供应商出现

特斯拉狂奔的时候,汽车制造商仍只是 OTA 的旁观者,只有一些移动设备 OTA 供应商开始关注这片蓝海。

最早做出反应的是以色列软件公司 Red Bend

这家公司于 1999 年成立,它提供的移动客户端管理软件被 LG、摩托罗拉、NEC、夏普等手机制造商广泛采用。

具体来讲,Red Bend 的移动管理软件产品主要有 FOTA、应用管理和设备服务等。发展势头最旺时,Red Bend 在全球手机 FOTA 市场份额占比 71%,排名全球第一。

2013 年 11 月,Red Bend 正式召开车载软件管理战略发布会,并展示了电子设备新产品「vRapid Mobile Fuse」,可以对汽车电子控制单元和 M2M 模块等微型实现 OTA,同时计划联合 Borqs 公司研发可以持续更新的智能车机 IVI 系统软件管理方案,算是吹响了进军汽车 OTA 市场的号角。

手机与汽车进行 OTA 的不同之处在于,手机通过一个 CPU 驱动,而汽车则通过 ECU 驱动,早期的车辆只有一个发动机 ECU。

发展到后来,一台车上通常有几十上百个 ECU,这为 OTA 带来挑战。

为了解决这些问题,Red Bend 与 NXP 联合开发了「软件更新网关」,可以为整车的所有 ECU 提供安全的 OTA 操作,而不必在意 CPU、内存和网络资源大小。

这套 OTA 解决方案可以将处理器安装在车辆的网络网关内,从而消除了对互联网连接的远程信息处理单元的需求,以及 flash 更新所需的车辆停机时间。

通俗地理解就是,可以进行整车 OTA 且不会耽误车主太长时间。

当时的 Red Bend 相当于一家 Tier 2,要想进军汽车行业,还需要一个谙熟汽车产业规律且手握 OEM 资源的供应商,以及大量的资金。

一直是宝马、路虎、奔驰等品牌音响供应商的哈曼此时也看到了汽车 OTA 的广阔前景,同时正需要在汽车软件系统管理和在线升级上进行补齐短板,二者走到了一起。

2015 年 1 月,哈曼以 1.7 亿美元的交易额收购了 Red Bend。

哈曼公司毫不避讳地在收购声明中称,收购 Red Bend 公司的目的在于其 OTA 技术,这种技术可以「满足车联网的需求」。

并入哈曼旗下后,Red Bend 很快有了第一个合作伙伴——特斯拉。

关于特斯拉和 Red Bend 为何走到一起的原因,双方并没有详细地公开解释。

从 Red Bend 的汽车 OTA 业务发力时间和移动设备固件更新经验看,或许特斯拉看中的还是对方的技术实力。

总之,为了更安全地在 2015 年推出 Autopilot 7.0,特斯拉与 Red Bend 开始合作。

Red Bend 之后,更多的汽车 OTA 供应商开始出现,比如 Arynga、Movimento 等。

再后来,Tier 1/Tier 2 们如博世、大陆、德尔福、Airbiquity 和 HERE 等,开始通过收购或自研的方式涉足 OTA 技术,并最终被福特、沃尔沃、丰田等车企采用,一场汽车 OTA 大戏才算迎来了真正的主角。

车企广泛布局

特斯拉之后,车企开始广泛布局 OTA 技术。

2016 年 11 月,丰田在一项名为「Connected 战略说明会」的活动上宣布,将采用以无线通信方式更新 ECU 的 OTA 软件服务,第一时间修正车辆控制单元存在的漏洞,同时还可以通过 OTA 服务提供新功能。

2019 年 3 月,电装与丰田汽车、丰田通商共同对 Airbiquity 进行投资 1500 万美元,进一步加强 OTA 系统的研发。

2017 年 1 月,大众宣布将使用 OTA 技术创造「功能化需求」,通过订阅或者试用等方式向消费者提供试用商品,比如基于软件升级的导航和其他连接服务,以让消费者决定是否要针为车辆的新功能投入更多金钱。

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2017 年 5 月,福特宣布将采用 OTA 技术进行软件升级,为搭载 Sync 3 的 2016 款车辆新增 Android Auto 及 Apple CarPlay 系统。

这个决定看起来执行得不错,到 2019 年 11 月时,福特再次宣布一项计划,准备在 2020 年的大部分新车上增加 OTA 的更新能力,升级范围「将是从前保险杠到后保险杠的更新」,可以和汽车计算机模块一起工作,控制汽车上的大部分内容。

沃尔沃同样是 OTA 技术的支持者。

2017 年 7 月,地图服务商 HERE 与沃尔沃签订长期合作协议,为部分被选定的沃尔沃车主提供通过 OTA 实现的车载地图升级服务。

这项服务涵盖的车型包括沃尔沃 XC90 、S90、V90 Cross Country 及新款 XC60。

「如果一辆车没有账号系统、云服务、数据读取、存储和数据训练,想要做自动驾驶简直是空谈。但今天我看到,传统汽车厂商没有整车 OTA,没有数据存储和数据收集。这是我能看到一个很严重的问题。」

这是两年前理想汽车创始人李想的观察,这说明当时车企已经开始意识到 OTA 对实现包括自动驾驶在内的功能迭代的重要性。

如今,蔚来、小鹏、理想等造车新势力正在踊跃发展 OTA,上汽、比亚迪的部分车型如荣威 RX5、全新一代唐也在积极布局。

车企几乎每场发布会必谈 OTA,否则给人的感觉就是车不够智能。

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2017 年 12 月,上汽集团启动了号称史上全球最大规模的 OTA 升级,包括荣威 RX5、RX3、i6 和 MG 旗下多款车型共 40 万辆汽车陆续完成升级,将搭载的包括导航、AI 语音控制、出行娱乐等功能在内的「斑马智行」解决方案升级至 2.0 版本。

汽车 OTA 的核心基石

据不完全统计,截至目前,除了即将上市的大众 ID. 3、福特北美部分车型,能够实现整车 OTA 的车大约有 10 款,分别为特斯拉 Model S/X/3、蔚来 ES8/ES6、比亚迪秦 Pro、小鹏 G3、理想 ONE、全新一代宝马 X5 和凯迪拉克 CT5。

这些车型的背后,几乎都有一个全新的电子电气架构在支持。

电子电气架构又名 Electrical / Electronic Architecture,最早由德尔福提出,目的是通过划分不同功能域的方式来集中控制不同 ECU。

后来博世提出了六个发展阶段,细化了电子电气架构将从分布式向车辆集中式演变的过程。

在供应商提出理论和设想之前,特斯拉等一些车企已经大干起来。

特斯拉的三款车的电子电气架构在不断变化,从 Model S 的分布式到 Model 3 的集中式架构,ECU 控制模块越来越少,为便捷的实现整车 OTA 奠定了基础。

现在,这三款车已经可以针对续航、仪表优化、自动驾驶辅助等功能进行全面的 OTA 升级。

由蔚来北美产品及信息安全团队和蔚来中国团队打造的电子电气架构拥有超过 60 个 ECU,同时采用了千兆以太网作为内部传输总线。

蔚来 ES8 和 ES6 基于这一架构,可以实现对车载信息娱乐系统、空调天窗、动力电池预热功能和充电逻辑等的 OTA 升级。

传统车企的尝试也陆续启动。

2018 年 10 月,大众宣布将 MEB 平台,该平台采用名为「E3」的电子电气架构,将车辆大部分的 ECU 集中到核心的中央计算平台,控制程序只需涉及一种汇编语言进行编程。

首款基于 MEB 平台的车型大众 ID.3,将减少模块数量,通过以太网而非传统的 CAN 总线连接各种组件并进行 OTA 升级。

2019 年 5 月,通用汽车发布了新一代电子电气架构 Global B,品牌旗下车型凯迪拉克 CT5 成为通用首款搭载这一电子电气架构的车型。

凯迪拉克 CT5 可以针对车载娱乐系统、智能互联系统等软件模块,以及传动系统、底盘系统、电气化控制系统在内的固件电子模块,整车共计超过 30 个控制模块进行 OTA 升级。

可以说,电子电气架构已经成为整车 OTA 的核心基石。在没有研发出电气电气架构之前,传统车企要实现整车 OTA 几乎是不可能的事。

在这条路上,特斯拉从 2012 年便开始推出了 Model S,而传统车企宝马、凯迪拉克近两年才发布了首款具备整车 OTA 能力的车型。

今天,整车 OTA 已经成为部分车企手里的王牌,未来也将有更多车企对此进行布局。

虽然没人能确切地说智能汽车一定会替代传统车辆,但有一个手机行业的前车之鉴放在那里,所有汽车人都应该小心翼翼,不至于在未来某天被新事物打到在地。

作者:姚旭阳,来源:汽车之心


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