純電動汽車整車控制器遠程升級方法研究

陸婉利 鐘日敏 黃祖朋

摘要：汽車的智能網聯化帶來了“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、驗證、銷售和服務等過程中。整車控制器，作為汽車的大腦，其軟件的質量直接影響著整車的性能。當量產車的整車控制器軟件出現故障或需要進行功能升級時，如果采用線下的方式處理，執行過程會非常繁瑣復雜，并可能引起用戶抱怨。為此，FOTA作為一種客戶和汽車廠商雙贏的遠程升級技術已經逐漸被認可并走向普及的未來。

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.

關鍵詞：純電動汽車;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：U472.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0013-02

0? 引言

汽車的電動化、智能化、網聯化已經成為了汽車工業發展不可扭轉的趨勢，給汽車的電子電氣架構帶來了一次大的變革。整車控制器（Vehicle control unit，簡稱VCU）是新能源汽車的核心控制單元，既直接控制著汽車動力系統的輸出，又掌控著電機、電池和電動附件的狀態，所以整車控制器的性能優劣直接影響著整車的性能。在整車控制器的整個生命周期中，經常會遇到改善潛在問題和導入全新功能的需求，傳統的線下刷寫升級方法已經不能滿足控制器開發和售后服務的需要，因此，對消費者和汽車廠雙方都受益的固件空中遠程升級（firmware over-the-air，簡稱FOTA）解決方案已經成為整車控制器軟件升級方法的主流方向。

1? FOTA概述

FOTA即固件空中下載技術，就是云端通過車載終端對整車電控系統中的控制器進行遠程程序更新的過程[1]。2014年特斯拉首次面向中國推出V5.9版車載系統，使用FOTA可進行多功能更新;2016年，豐田汽車宣布采用FOTA技術更新ECU;2017年，大眾公司宣布使用FOTA進行軟件升級;2020年12月起至2021年2月，上汽通用汽車對別克、雪佛蘭和凱迪拉克旗下17個車系進行FOTA遠程升級[2-4]。FOTA這種遠程升級技術已經逐漸被行業認可并被普遍采用。

2? FOTA系統組成

整車控制器FOTA系統包括云端服務器、車載通信終端、整車控制器。

2.1 云端服務器

云端服務器是FOTA的起點，完成升級文件的升級和下發任務，可以實現升級車輛管理、軟件管理、升級日志目錄管理升級實時監控和報告、升級軟件包升級等。云端系統由各個主機廠直接負責，存儲控制器升級的相關數據，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主節點。車載通訊終端連接新能源汽車內所有的總線，是車輛內封閉網絡和車輛外開放網絡通訊的唯一通道，也是車輛內網絡通信的樞紐，同時具有報文路由功能、防火墻功能和診斷功能，適合作為遠程升級的主要節點。

2.3 整車控制器

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

3? 整車控制器FOTA流程（圖2）

整車控制器的升級軟件需要工程師先進性線下測試，修改成規定的格式和名稱，確認無誤后上傳至云端FOTA系統。FOTA服務器會生成軟件差分包或全量包并進行簽名、加密，如圖3，添加升級策略、升級標識等信息，這樣可以確保FOTA升級文件從云服務器端下載到車載通訊終端過程的安全性。服務器管理人員在服務器端選擇升級車輛范圍、升級時間，完成升級軟件在云端的部署和升級任務的建立。

在升級任務時間段內，車載通訊終端通過無線網絡與云端建立連接，云端服務器對整車控制器軟件版本進行收集，與云端任務軟件版本進行比較，若存在新版本，云端會將升級軟件下發到車端。

升級文件下載到本地后，車載通信終端會對升級程序的版本、完整性進行校驗，并判斷車輛條件是否滿足FOTA升級條件，如果車輛狀態不滿足會終止升級流程。并且在升級過程中，也需要網關維持車輛狀態直至整車控制器刷寫完成。（表1）

若均滿足條件且得到授權，便通過CAN總線向整車控制器發送升級請求。車載通訊終端會將待升級的軟件存儲到預先設置的內存里，并定時發送升級請求報文。如果整車控制器響應了升級請求，會先判斷當前是否滿足升級條件，判斷滿足條件后整車控制器會重啟并響應FOTA升級。整車控制器會將過渡區FLASH擦除，然后接受車載通訊終端的升級數據，校驗數據無誤后將升級數據寫入過渡區FLASH。整車控制器再對接收到的程序進行校核，升級程序校核通過后，就會擦除存放實際程序地址的FLASH，將過渡區FLASH寫入到現有應用程序地址的FLASH。最后整車控制器再次重啟，完成軟件版本的更新。待整車控制器升級完成后，車載通訊終端會收集升級日志信息，并將其上傳至云端服務器端。

4? 結語

目前中國已經成全球最大的新能源汽車市場，整車控制器在不斷縮短產品開發周期的同時，市場需求量卻在急速上升。整車控制器遠程升級可以讓汽車企業遠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軟件更新來優化和新增整車控制器的功能，解決軟件漏洞、延長整車控制器產品生命周期，還能讓用戶在不用去維修店、不更新硬件的情況下，優化車輛性能，提高客戶粘度。相信隨著汽車智能網聯化趨勢的發展，整車控制器遠程升級的方法必將發揮更大的功能，迎來更廣闊的市場。

參考文獻：

[1]杜貴鋒，李銳，陳姿霖，等.商用車FOTA實踐與應用[J].汽車電器，2019（7）：10-11.

[2]王棟梁，湯利順，陳博，等.智能網聯汽車整車OTA功能設計研究[J].汽車技術，2018（10）：29-33.

[3]袁九宇，馬江濤，程琳.車輛OTA系統的虛擬仿真測試平臺[J].汽車實用技術，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大規模車載互聯系統OTA升級[J].世界汽車，2020（12）：116-117.