面向車載控制器分布式遠程升級的研究與實現(xiàn)

【摘" 要】隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車以及軟件定義汽車時代的來臨，為實現(xiàn)功能迭代，加劇了車載控制器軟件升級的頻率，同時信息娛樂控制器提供的功能也越來越豐富，隨之，軟件升級包也越來越大，遠程升級花費的時間也越來越長，且在升級時用戶無法使用車輛，即在遠程升級時存在用戶等待升級時間長、汽車蓄電池電能消耗大、汽車虧電拋錨、續(xù)航里程減少等新挑戰(zhàn)。為此，文章提出一種分布式遠程升級的解決方案，經(jīng)過臺架和實車測試驗證，基于車載控制器分布式遠程升級可實現(xiàn)大文件的軟件升級，從而縮短軟件遠程升級時間，同時減少汽車蓄電池電量消耗，有利于提高汽車蓄電池的壽命。

【關(guān)鍵詞】車聯(lián)網(wǎng)；遠程升級；空中下載；分布式；功能迭代

中圖分類號：U463.6" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）02-0023-03

Research and Implementation of Distributed Remote Upgrade for a Vehicle Controller

SHANG Junhui1，2，GAN Zhihua2

（1.Geely Automobile Research Institute（Ningbo）Co.，Ltd.，Ningbo 315336；

2. Polytechnic Institute，Zhejiang University，Hangzhou 310015，China）

【Abstract】With the advent of the era of intelligent connected vehicles and software-defined vehicles，in order to achieve function iteration，the frequency of vehicle controller software upgrade is intensified. At the same time，the functions provided by infotainment controllers are becoming more and more abundant，and the software upgrade package is getting larger and larger，and the remote upgrade takes longer and longer，and users cannot use the vehicle during the upgrade. That is，in the remote upgrade，there are new challenges such as long waiting time for the user to upgrade，large consumption of car battery power，car power failure，and reduced driving range. Therefore，this paper presents a distributed remote upgrade solution. Through bench and real vehicle tests，the distributed remote upgrade of vehicle controller realizes the software upgrade of large files，thereby shortening the software remote upgrade time，reducing the battery power consumption，and improving the battery life.

【Key words】telematics；remote upgrade；over the air download；distributed；function upgrade

隨著中國經(jīng)濟的快速崛起，國家綜合實力得到快速發(fā)展，在通信、交通、工業(yè)、教育、文化、人工智能、電子控制等各個領(lǐng)域都有質(zhì)的飛躍，人們對美好生活的向往越來越迫切，傳統(tǒng)汽車已無法滿足用戶的需求，所以需要利用新技術(shù)、新科技、新汽車架構(gòu)平臺開發(fā)網(wǎng)聯(lián)化汽車^[1]。互網(wǎng)聯(lián)技術(shù)像雨后春筍般涉及各個行業(yè)，出現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+政務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療、互聯(lián)網(wǎng)+社交等新模式，用戶在手機上能實現(xiàn)的需求，在汽車上也要得以實現(xiàn)，所以汽車也需要不斷地進行功能迭代，從而滿足用戶的新需求，讓用戶有更好的用車體驗，更享受駕駛過程^[2]。智能網(wǎng)聯(lián)汽車可為用戶提供持續(xù)增值服務(wù)，增加用戶滿意度，為用戶節(jié)約時間和經(jīng)濟成本，更可為企業(yè)節(jié)約差旅等經(jīng)濟成本及人員時間成本，從真正意義上實現(xiàn)軟件定義汽車的藍圖^[3]。

企業(yè)效率和新用戶對新事物的需求，軟件定義汽車SDV（Software Defined Vehicles）是當前行業(yè)中討論比較熱門的話題。在2020年汽車峰會再次提到軟件定義汽車，即使車輛已售賣，開發(fā)新功能不斷更新，持續(xù)為用戶提供服務(wù)，并利用大數(shù)據(jù)技術(shù)讓汽車變得更聰明^[4]，已成為不可抵擋之勢。所以迫切需要一套基于車聯(lián)網(wǎng)的智能移動終端控制器并具備遠程升級OTA（Over The Air）功能，以便實現(xiàn)動態(tài)功能迭代^[5]。

信息娛樂控制器集成了如火山視頻、在線音樂、抖音、游戲、車載微信等生態(tài)功能，這些控制器軟件升級文件高達幾個G，在對信息娛樂控制器軟件遠程升級時，整體需要約2.5h，下載約60min，安裝約90min。由于在對控制器進行刷寫時整車進入編程會話模式，升級期間用戶無法使用車輛，同時升級時間長對汽車蓄電池電量消耗大，增加用戶里程焦慮，因此用戶抱怨非常大，亟待優(yōu)化。

1" 分布式遠程升級系統(tǒng)

1.1" 分布式遠程升級系統(tǒng)架構(gòu)方案

分布式控制器遠程升級指將存放軟件包的云端OTA服務(wù)器地址通過以太網(wǎng)傳輸給信息娛樂控制器，通過車內(nèi)智能移動終端和網(wǎng)關(guān)控制器路由，從而直接訪問云端OTA服務(wù)器，將信息比對業(yè)務(wù)放在云端OTA服務(wù)器完成，直接下載信息娛樂控制器軟件包文件，并存儲至信息娛樂控制器自身大容量閃存內(nèi)，信息娛樂控制器對軟件包進行軟件校驗和解壓；最后信息娛樂控制器進行大文件自刷寫完成軟件升級^[5]?？刂破鬟h程升級系統(tǒng)方案流程如圖1所示。

1）OTA服務(wù)器：主要用于操作創(chuàng)建OTA任務(wù)，同時對OTA過程進行監(jiān)控、軟件版本管理及存儲的功能，與車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供者TSP（Telematics Service Provider）通過Https協(xié)議通信。

2）TSP服務(wù)平臺：主要用于存儲汽車工廠下線的所有車輛識別碼VIN（Vehicle Identification Number）、智能移動終端控制器里面SIM卡號的國際移動用戶識別碼等車輛信息和賬號信息。

3）智能移動終端：內(nèi)部集成了4G/5G通信模塊的汽車控制器，是汽車與外部通信的橋梁。

4）網(wǎng)關(guān)：汽車網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)樞紐，用來接收智能移動終端的控制指令傳給信息娛樂控制器，同時把信息娛樂控制器執(zhí)行的結(jié)果反饋給智能移動終端。

5）信息娛樂控制器：用于人機交互系統(tǒng)，功能強大，包含視頻音頻信號、多個顯示屏視頻信號、360全景影像、行車記錄儀、人機交互圖片、抖音及微信等第三方手機應(yīng)用，所以整個軟件升級包很大，接近4G大小，其它控制單元軟件包僅100M左右，同時還提醒用戶進行確認OTA軟件升級、升級進度及結(jié)果。

1.2" 分布式遠程升級系統(tǒng)業(yè)務(wù)步驟

遠程軟件升級是通過遠程無線通信實現(xiàn)用戶在不使用外接診斷設(shè)備的情況下，修復整車電器模塊中的軟件缺陷或增加新功能。遠程軟件升級包括4大步驟，其業(yè)務(wù)步驟示意如圖2所示。

1.3" 控制器遠程軟件升級流程設(shè)計

智能移動終端控制器遠程軟件升級流程邏輯示意如圖3所示。首先從接收到軟件升級的指令開始，智能移動終端控制器遠程直接從OTA服務(wù)器云端獲取升級包信息，并進行軟件升級包下載動作，軟件下載時會保存到UFS指定分區(qū)中，此時對軟件包的完整性進行檢測判斷，如果因網(wǎng)絡(luò)信號等原因造成軟件包下載不全，會再次重新下載完整的軟件包文件；如果軟件包下載完整后，并對軟件的合法性和安全性進行判斷；如果出現(xiàn)存儲和報告網(wǎng)絡(luò)安全事件，立即結(jié)束；如果軟件升級包是合法且滿足升級條件，用戶也點擊了授權(quán)安裝就開始解壓文件進行軟件包升級。

2" 分布式遠程升級系統(tǒng)測試驗證

2.1" 分布式遠程升級系統(tǒng)臺架驗證

臺架級測試系統(tǒng)以信息娛樂控制器為核心，同時利用整車中央網(wǎng)關(guān)控制器、智能移動終端控制器、顯示屏、臺架、線束、上位機、帶以太網(wǎng)CANoe設(shè)備、穩(wěn)壓可編程電源、OTA服務(wù)器、車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器等進行遠程升級功能測試。

通過搭建臺架進行遠程升級測試，模擬進行信息娛樂控制器大文件下載安裝升級。針對信息娛樂系統(tǒng)進行模擬升級，整個升級安裝過程花費了12min，提高了升級安裝效率。

2.2" 分布式遠程升級系統(tǒng)實車驗證

信息娛樂控制器通過OTA服務(wù)器URL（Uniform Resource Location，統(tǒng)一資源定位符）地址，直接訪問OTA服務(wù)器，信息娛樂控制器軟件包直接下載到信息娛樂控制器存儲器內(nèi)存儲解壓和自安裝，從而實現(xiàn)優(yōu)化升級時間。經(jīng)過以上測試準備后進行正式實車級遠程升級測試，在服務(wù)器網(wǎng)頁版操作界面上根據(jù)車輛識別碼選擇測試車輛。

在發(fā)動機運轉(zhuǎn)或上高壓工況下完成整個OTA軟件下載，屬于靜默下載，軟件下載是在車輛行駛時進行，所以不單獨消耗電池電量，對用戶開車沒有影響，對于用戶屬于無感知。

在軟件下載完成后，在車輛停止運行后，即發(fā)動機停止運轉(zhuǎn)或下高壓后汽車中控顯示屏上會有彈框出現(xiàn)，在用戶點擊立即安裝軟件按鍵后，等待用戶鎖車后進行安裝的前置條件判定。當滿足安裝條件進行軟件安裝階段，汽車中控顯示屏上會有安裝界面，顯示安裝進度，在安裝完成后控制器軟件進行自動重啟，即整車OTA下載部分完成，所有執(zhí)行都在OTA服務(wù)器上有記錄過程，包括車輛信息和升級所花費的時間。

經(jīng)過以上實際測試驗證，確定本文設(shè)計的智能網(wǎng)聯(lián)終端控制器大文件遠程升級功能測試通過，與前期設(shè)計的要求相符合，達到預(yù)期目標，即智能移動終端控制器遠程升級的安裝時間壓縮到16.5min完成，大幅縮短升級的時間，可以減少用戶無法使用車輛的時間，提高用戶的滿意度，更主要的是減少蓄電池電量消耗，增加續(xù)航里程。

3" 遠程升級對蓄電池電量消耗情況

通過以上測試確認軟件升級的時間大幅縮短，因此借助測試車輛對其蓄電池的電量消耗情況進行測試。將筆記本電腦連接OTA服務(wù)器，同時把CANoe一端連到上位機上，另一端連到蓄電池正極和蓄電池電量檢測傳感器接插件上。具體遠程升級對汽車蓄電池電量消耗實車測試連接如圖4所示。

可通過上位機看到CANoe采集實際數(shù)據(jù)，在升級前蓄電池SOC為100%，蓄電池電量狀態(tài)良好，具體遠程升級前CANoe采集蓄電池SOC狀態(tài)如圖5所示。

使用優(yōu)化后的方案在對信息娛樂控制器進行遠程升級完成后，蓄電池SOC下降到99.4%，整個大文件軟件安裝過程電量SOC消耗0.6%，具體遠程升級后CANoe采集蓄電池SOC狀態(tài)，如圖6所示。

經(jīng)以上實際測試，確定遠程升級方案對蓄電池電量優(yōu)化效率明顯。

本文提出的分布式遠程升級系統(tǒng)已在某車型上得到了2年的實踐，升級效率大幅提升，得到市場用戶的認可，有效解決了用戶的痛點問題。

4" 結(jié)論

經(jīng)過以上實際測試驗證，確定本設(shè)計方案大文件遠程升級功能測試通過，即信息娛樂控制器遠程升級的安裝時間壓縮到16.5min完成，大幅提高安裝效率。同時進行了遠程升級對蓄電池電量消耗測試，由于升級效率大幅提高，蓄電池電量消耗也瞬間下降，確定遠程升級方案對蓄電池電量優(yōu)化效率明顯，從而可以減少用戶在遠程軟件升級時無法使用車輛的時間，提高了用戶的滿意度。

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（編輯" 凌" 波）

收稿日期：2023-10-12

作者簡介

尚軍輝，碩士，高級工程師，主要研究方向為汽車電子電器。