車載資訊娛樂系統(IVI)以及汽車引擎蓋下的汽車電子應用,如先進駕駛輔助系統 (ADAS)和自動駕駛軟體等汽車軟體的成長,為汽車產業帶來了挑戰。例如,如何以最佳方式將新應用和新軟體傳送給路上行駛的汽車?

相較於四十年前,汽車的價值主張已發生了巨大的改變,當時材料清單(BOM)上的固定有形材料費用約佔汽車價值的90%。而在接下來的十年內,這部份的價值可望大幅降低50%,更多的汽車價值將由軟體和更好的使用者體驗所定義,因為新的應用能創造比實際資產更高許多倍的價值(圖1)。

20170314 WindRiver TA31P1 圖1:從硬體到軟體和新應用的汽車價值改變

推動新一代汽車發展的另一個重要趨勢是物聯網(IoT)的出現。透過使用軟體,為汽車系統內部及其與外在世界實現了外更好的連線性。軟體有助於創造差異化的駕乘體驗。軟體在車輛中的重要性與日俱增,而且軟體系統的互連能力也越來越強,這一事實帶來了諸多挑戰,意味著汽車原始設備製造商(OEM)必須深入瞭解整體軟體環境,以便成功打造連網性能良好的汽車。

開發和部署生命週期

軟體/韌體空中下載(SOTA/FOTA)升級被視為在系統的整個生命週期(從軟體和硬體的原始架構設計到汽車上路的行駛年限,約為十年或更長)中保持軟體處於最新版本的重要方法。OTA方興未艾,不過距離實際部署尚需時日。但是,不論是在汽車下線之前還是之後,潛在的益處都是很多的。

在汽車的開發週期中,軟體升級必須在車輛生產前進行一系列的管理,而且軟體通常是汽車發表前最後升級的項目。現在的汽車可能有100多種控制系統或電子控制單元(ECU),開發團隊將面對多個軟體版本週期,很可能造成版本混亂。此外,OEM遇到的汽車開發問題並非某一地域獨有,而是普遍發生在多個不同地區的開發中心。

因此,開發過程中的軟體管理和監控是今後必須面對的挑戰。以無線或OTA方式進行軟體升級,將有助於顯著簡化開發過程,避免耗時費力地逐一為車輛升級,從而帶來巨大的成本和時間效益。

此外,在汽車出廠後,透過OTA進行軟體升級或解決問題的能力具有極大的優勢。比起開車去找經銷商或維修廠升級軟體,這種方式更方便、更高效,成本也更低。穩健、可靠的OTA策略意味著OEM在汽車生命週期內幾乎可以即時更新軟體系統。而且,由於汽車的使用年限不斷延長,隨著經驗的不斷積累與進展,有機會更進一步增加部署OTA車輛的價值,從而開闢新的收入來源。

應用

對於IVI應用,讓我們以OTA導航為例來思考。行動裝置上的地圖可以持續更新,而車內導航系統的地圖就需要用戶每年都找經銷商升級,因而導致車內導航採用率不高,而且客戶滿意度也低。另外,汽車出廠時通常會預裝載一部份的地圖,如本國或本洲的地圖。OTA功能則使地圖能夠自動下載,而且能按需求減少記憶體佔用。

現在,讓我們來看看為汽車引擎蓋下電子系統進行OTA升級的巨大商機。汽車的很多功能,例如轉向、加速和煞車都曾經得由機械操作,而今這些功能都可由電子方式進行了。由於這些功能對於汽車操作極其關鍵,採用最新的軟體操作或進行必要的升級至關重要,畢竟這些操作可能對行車安全造成實際的影響。

例如,一個重要的使用案例是與軟體有關的召回,或是由於錯誤進行軟體升級。管理維修和召回的成本對於數以百萬計的汽車和許多區域市場產生了影響,並為OEM帶來數十億美元的潛在成本。採用傳統方式為每輛車進行軟體升級可能花費高達數百美元,這還未考慮執行升級所花費的時間。然而,OTA能大幅降低軟體升級所需的費用和時間,讓汽車製造商和用戶都能從中受益。

連線性

儘管OTA能為車中多種系統進行升級,實際部署OTA系統仍可能為汽車製造商帶來新的挑戰,例如安全性、穩健的連線能力與頻寬,以及必須針對全球不同市場的基礎設施進行設計。OTA特有的問題包括軟體升級驗證、對車內其他系統的潛在影響,以及防範未經授權存取汽車軟體。此外,OTA的可能應用或許會對當今汽車產業現有要素形成挑戰:例如,用戶可能減少造訪經銷商的次數,而這可能會嚴重影響經銷商的收入模式。

為了實現即時資料的利用,連線能力是OTA面臨的關鍵難題。因為升級需要以正確方式實施,如今的汽車製造商正針對特定系統,如IVI應用,進行OTA升級。此外,OTA升級要在有效控制的環境下進行,例如在經銷商處,就能為升級過程進行適當的監控和驗證。但是隨著時間的演進,對於資料網路和通訊基礎設施的投資增加,將進一步提升連線速度和頻寬。資料中心數量將會增加,其中有很多都將專用於汽車市場。此外,物聯網的逐步實現(從車內和周圍環境中採集和使用可採取行動的即時資料),將繼續為汽車業創造新的價值主張。

安全性

安全性顯然是OTA優先考慮的方面:就像遺失私密資訊一樣,軟體駭入可能破壞非IVI系統,並帶來重大的安全風險。確保車輛的安全是汽車產業最根本的挑戰,這個問題必須從硬體、軟體和雲端這幾個方面解決,尤其是在三者之間傳輸的應用程式。

在資料連接鏈路上,有很多地方必須確保其安全性,並遵循適當的協議:涉及範圍從嵌入式裝置開始,一直到可能由OEM主導的資料中心。分區是降低風險的一種特別重要技術。在基本層面上,分區意味著對關鍵功能進行分隔,這樣存取一項功能對相鄰功能帶來的風險較低,甚至沒有風險。但是功能分區帶來的好處還不止是這些。例如,Wind River就掌握了如何進行分區、資料傳送/接收以及資料驗證的專精技術。

標準的開發是實現安全性不可或缺的關鍵,而這需要政府機構、汽車業者以及技術/軟體供應商的參與。如美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)等交通部門目前正在制定安全相關標準。但是,這些努力不僅超越OTA,還會對連網車輛和自動駕駛等相關問題帶來影響。

Helix Chassis汽車架構

為了協助汽車製造商克服OTA和其他新一代汽車技術的挑戰,Wind River推出了Helix Chassis產品架構(圖2),包括Helix Cockpit連網汽車平台和Helix Drive,為車載資訊娛樂系統、遠端資訊處理系統和數位儀表板系統提供持續不斷的專業知識;安全型系統包括ADAS和自動駕駛;基於雲端運算的開發工具以及增強應用。

20170314 WindRiver TA31P2 圖2:Wind River的Helix Chassis汽車開發套件包括透過Helix Cockpit實現FOTA/SOTA管理

Helix Cockpit連網汽車平台用於滿足汽車和物聯網的互動需求。這是一款符合GENIVI規範並以Linux Yocto Project為基礎的軟體平台,可協助客戶開發IVI、遠端通訊系統以及汽車儀表板系統。Cockpit支援多種產業標準硬體和人機介面(HMI)工具,並具備靈活性、可擴展性和預整合能力,而且還相容Arynga、Movimento和Redbend等軟體空中SOTA解決方案。此外,Cockpit還讓用戶能夠使用Wind River Helix App Cloud——這是一套基於雲端運算的軟體開發環境,能夠跨多個開發中心打造物聯網應用。

另外,Helix Drive 是一款基於Wind River RTOS (VxWorks) 的軟體平台,能協助汽車製造商開發ISO26262認證的安全關鍵型應用軟體。

新一代的汽車將更充份地利用個人連網裝置中已有的軟體工具,而OTA則作為一種重要推動力,透過特定的汽車應用實現更豐富、更多用戶定義的駕乘體驗以及更即時的資訊存取。汽車製造商已經開始開發OTA的巨大潛力,目前主要專注於開發IVI功能。

由於許多新的IVI技術部署成本更高,這些技術很可能先整合於更高階車或豪華車款,然後再逐步配置到大量生產的汽車上。但是,由於OTA過程變得更加穩定且可驗證, OEM將隨時間進展逐步採用OTA為更多關鍵的車用電子系統功能進行軟體升級,並不斷覆蓋更廣泛的大眾市場汽車。