純電動(dòng)汽車整車控制器遠(yuǎn)程升級(jí)方法研究

陸婉利 鐘日敏 黃祖朋

摘要：汽車的智能網(wǎng)聯(lián)化帶來(lái)了“軟件定義汽車”的變革，使得嵌入式軟件深度參與到汽車的定義、開發(fā)、驗(yàn)證、銷售和服務(wù)等過(guò)程中。整車控制器，作為汽車的大腦，其軟件的質(zhì)量直接影響著整車的性能。當(dāng)量產(chǎn)車的整車控制器軟件出現(xiàn)故障或需要進(jìn)行功能升級(jí)時(shí)，如果采用線下的方式處理，執(zhí)行過(guò)程會(huì)非常繁瑣復(fù)雜，并可能引起用戶抱怨。為此，F(xiàn)OTA作為一種客戶和汽車廠商雙贏的遠(yuǎn)程升級(jí)技術(shù)已經(jīng)逐漸被認(rèn)可并走向普及的未來(lái)。

Abstract： The intelligent network of automobile has brought about the transformation of "software-defined vehicle"， which makes embedded software deeply involved in the process of automobile definition， development， verification， sales and service.The software quality of the vehicle controller， as the brain of the vehicle， directly affects the performance of the vehicle.When the vehicle controller software of equivalent production vehicle fails or needs to be upgraded， the execution process will be very cumbersome and complex if it is handled offline， and may cause complaints from users.For this reason， FOTA， as a remote upgrade technology for both customers and automobile manufacturers， has been gradually recognized and will become popular in the future.

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車;整車控制器;軟件定義汽車;FOTA

Key words： pure electric vehicle;vehicle control unit;software defined vehicles;FOTA

中圖分類號(hào)：U472.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）18-0013-02

0? 引言

汽車的電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化已經(jīng)成為了汽車工業(yè)發(fā)展不可扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，給汽車的電子電氣架構(gòu)帶來(lái)了一次大的變革。整車控制器（Vehicle control unit，簡(jiǎn)稱VCU）是新能源汽車的核心控制單元，既直接控制著汽車動(dòng)力系統(tǒng)的輸出，又掌控著電機(jī)、電池和電動(dòng)附件的狀態(tài)，所以整車控制器的性能優(yōu)劣直接影響著整車的性能。在整車控制器的整個(gè)生命周期中，經(jīng)常會(huì)遇到改善潛在問(wèn)題和導(dǎo)入全新功能的需求，傳統(tǒng)的線下刷寫升級(jí)方法已經(jīng)不能滿足控制器開發(fā)和售后服務(wù)的需要，因此，對(duì)消費(fèi)者和汽車廠雙方都受益的固件空中遠(yuǎn)程升級(jí)（firmware over-the-air，簡(jiǎn)稱FOTA）解決方案已經(jīng)成為整車控制器軟件升級(jí)方法的主流方向。

1? FOTA概述

FOTA即固件空中下載技術(shù)，就是云端通過(guò)車載終端對(duì)整車電控系統(tǒng)中的控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程程序更新的過(guò)程[1]。2014年特斯拉首次面向中國(guó)推出V5.9版車載系統(tǒng)，使用FOTA可進(jìn)行多功能更新;2016年，豐田汽車宣布采用FOTA技術(shù)更新ECU;2017年，大眾公司宣布使用FOTA進(jìn)行軟件升級(jí);2020年12月起至2021年2月，上汽通用汽車對(duì)別克、雪佛蘭和凱迪拉克旗下17個(gè)車系進(jìn)行FOTA遠(yuǎn)程升級(jí)[2-4]。FOTA這種遠(yuǎn)程升級(jí)技術(shù)已經(jīng)逐漸被行業(yè)認(rèn)可并被普遍采用。

2? FOTA系統(tǒng)組成

整車控制器FOTA系統(tǒng)包括云端服務(wù)器、車載通信終端、整車控制器。

2.1 云端服務(wù)器

云端服務(wù)器是FOTA的起點(diǎn)，完成升級(jí)文件的升級(jí)和下發(fā)任務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)升級(jí)車輛管理、軟件管理、升級(jí)日志目錄管理升級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)告、升級(jí)軟件包升級(jí)等。云端系統(tǒng)由各個(gè)主機(jī)廠直接負(fù)責(zé)，存儲(chǔ)控制器升級(jí)的相關(guān)數(shù)據(jù)，有很高的保密性要求。

2.2 車載通信終端

車載通信終端是車輛客戶端FOTA主節(jié)點(diǎn)。車載通訊終端連接新能源汽車內(nèi)所有的總線，是車輛內(nèi)封閉網(wǎng)絡(luò)和車輛外開放網(wǎng)絡(luò)通訊的唯一通道，也是車輛內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信的樞紐，同時(shí)具有報(bào)文路由功能、防火墻功能和診斷功能，適合作為遠(yuǎn)程升級(jí)的主要節(jié)點(diǎn)。

2.3 整車控制器

整車控制器的功能實(shí)現(xiàn)由硬件和軟件完成，硬件部分完成信號(hào)的采集、處理、診斷并根據(jù)需要發(fā)出控制信號(hào)，軟件部分完成各種功能及控制策略的實(shí)現(xiàn)。（圖1）

3? 整車控制器FOTA流程（圖2）

整車控制器的升級(jí)軟件需要工程師先進(jìn)性線下測(cè)試，修改成規(guī)定的格式和名稱，確認(rèn)無(wú)誤后上傳至云端FOTA系統(tǒng)。FOTA服務(wù)器會(huì)生成軟件差分包或全量包并進(jìn)行簽名、加密，如圖3，添加升級(jí)策略、升級(jí)標(biāo)識(shí)等信息，這樣可以確保FOTA升級(jí)文件從云服務(wù)器端下載到車載通訊終端過(guò)程的安全性。服務(wù)器管理人員在服務(wù)器端選擇升級(jí)車輛范圍、升級(jí)時(shí)間，完成升級(jí)軟件在云端的部署和升級(jí)任務(wù)的建立。

在升級(jí)任務(wù)時(shí)間段內(nèi)，車載通訊終端通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與云端建立連接，云端服務(wù)器對(duì)整車控制器軟件版本進(jìn)行收集，與云端任務(wù)軟件版本進(jìn)行比較，若存在新版本，云端會(huì)將升級(jí)軟件下發(fā)到車端。

升級(jí)文件下載到本地后，車載通信終端會(huì)對(duì)升級(jí)程序的版本、完整性進(jìn)行校驗(yàn)，并判斷車輛條件是否滿足FOTA升級(jí)條件，如果車輛狀態(tài)不滿足會(huì)終止升級(jí)流程。并且在升級(jí)過(guò)程中，也需要網(wǎng)關(guān)維持車輛狀態(tài)直至整車控制器刷寫完成。（表1）

若均滿足條件且得到授權(quán)，便通過(guò)CAN總線向整車控制器發(fā)送升級(jí)請(qǐng)求。車載通訊終端會(huì)將待升級(jí)的軟件存儲(chǔ)到預(yù)先設(shè)置的內(nèi)存里，并定時(shí)發(fā)送升級(jí)請(qǐng)求報(bào)文。如果整車控制器響應(yīng)了升級(jí)請(qǐng)求，會(huì)先判斷當(dāng)前是否滿足升級(jí)條件，判斷滿足條件后整車控制器會(huì)重啟并響應(yīng)FOTA升級(jí)。整車控制器會(huì)將過(guò)渡區(qū)FLASH擦除，然后接受車載通訊終端的升級(jí)數(shù)據(jù)，校驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)誤后將升級(jí)數(shù)據(jù)寫入過(guò)渡區(qū)FLASH。整車控制器再對(duì)接收到的程序進(jìn)行校核，升級(jí)程序校核通過(guò)后，就會(huì)擦除存放實(shí)際程序地址的FLASH，將過(guò)渡區(qū)FLASH寫入到現(xiàn)有應(yīng)用程序地址的FLASH。最后整車控制器再次重啟，完成軟件版本的更新。待整車控制器升級(jí)完成后，車載通訊終端會(huì)收集升級(jí)日志信息，并將其上傳至云端服務(wù)器端。

4? 結(jié)語(yǔ)

目前中國(guó)已經(jīng)成全球最大的新能源汽車市場(chǎng)，整車控制器在不斷縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的同時(shí)，市場(chǎng)需求量卻在急速上升。整車控制器遠(yuǎn)程升級(jí)可以讓汽車企業(yè)遠(yuǎn)程管理車輛控制器上的嵌入式軟件，不僅能在車輛上市后通過(guò)軟件更新來(lái)優(yōu)化和新增整車控制器的功能，解決軟件漏洞、延長(zhǎng)整車控制器產(chǎn)品生命周期，還能讓用戶在不用去維修店、不更新硬件的情況下，優(yōu)化車輛性能，提高客戶粘度。相信隨著汽車智能網(wǎng)聯(lián)化趨勢(shì)的發(fā)展，整車控制器遠(yuǎn)程升級(jí)的方法必將發(fā)揮更大的功能，迎來(lái)更廣闊的市場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]袁九宇，馬江濤，程琳.車輛OTA系統(tǒng)的虛擬仿真測(cè)試平臺(tái)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2020（6）：90-92.

[4]邱洪濤.交互更便捷功能更豐富——上汽通用汽車首次啟動(dòng)大規(guī)模車載互聯(lián)系統(tǒng)OTA升級(jí)[J].世界汽車，2020（12）：116-117.