汽车远程升级（OTA)定义与技术体系

1.汽车OTA定义

1.1. OTA概述

OTA（Over-the-air technology）是一种通过无线方式而不是使用电缆或其他本地连接进行数据传输的远程升级。能够实现对现有性能/功能的优化、新功能推送等。OTA技术最早应用于PC，而后在手机上普及，终结了手机软件升级需要连接电脑的时代。

随着汽车新四化的推进，OTA技术渗透到汽车行业，成为汽车高度智能化引导的重要趋势，改变了传统汽车的运营模式，开启了汽车不断成长的“生命通道”。

汽车用空中下载技术（OTA），是汽车使用的一种远程无线升级技术，通过互联网对车辆系统和功能进行升级，是汽车软件更新的核心技术之一。

如表1所示，汽车OTA技术发展历程，

表1 汽车OTA技术发展历程

2000年

日本车企对T-BOX进行OTA升级

2012年

OTA出现在特斯拉的Model S车型上，其更新范围涉及自动驾驶、人机交互、动力、电池系统等领域，通过OTA的方式特斯拉完成钥匙卡漏洞、续航里程提升、提高最高速度、提升乘坐舒适度等功能或者漏洞的修复。

2016年

丰田宣布将采用OTA技术更新车辆ECU软件，并讨论了上市车辆通过OTA新增功能的可能性。

2017年

福特首次通过OTA技术为搭载Sync 3车载系统的车型新增功能

2019年

国内蔚来、理想和小鹏等整车企业开始布局OTA，并将整车OTA作为自身产品智能化的体现。

2021年

众多车企纷纷布局OTA，新能源汽车OTA经历了从零部件OTA到整车升级FOTA阶段

1.2 OTA定义与范畴

目前汽车OTA行业处于快速发展期。据互联网数据统计，2020年中国乘用车OTA前装装配量为444.86万辆，同比增长15.4%，装配率为22.1%；2021年OTA装配量达到764.63万辆，同比大增71.9%，装配率大幅提升至37.5%。2022年仅在第一季度，OTA装配量达到了212.89万辆，同比增长36.1%，装配率高达44.7%（见下图）。

图2 中国乘用车OTA前装数量和比率情况

汽车OTA可分为两类：一是SOTA（Software-over-the-air，软件在线升级），二是FOTA（Firmware-over-the-air即固件在线升级）。

1.2.1 SOTA定义

SOTA是在操作系统的基础上对应用程序进行升级。SOTA通过给车辆控制器安装“增量包”，来实现控制器功能的一个“增量”更新，一般应用于娱乐系统和智驾系统，例如更换多媒体系统操作界面、优化仪表盘显示风格、更新娱乐主机里的地图程序，用到的都是SOTA升级方式。

SOTA涉及控制器应用层一个小范围的功能局部更新，对整车性能影响较小，升级前置条件要求较低。SOTA的增量更新策略，可以大幅减小升级包文件大小、从而节约网络流量和存储空间。目前，整车功能的SOTA有以下几种技术路径：

一种是针对车机、仪表APP类应用的基于Android平台的SOTA架构。Android技术在手机领域已经相当成熟和普遍，用户点击应用商店中APP更新即可实现。当前不少车机、仪表的系统是基于Android实现，其中的APP应用、主题、皮肤等升级实现路径类似于手机的应用商城，云端建立版本仓库，用户在车机软件商店点击安装，车端从TSP下载安装包(apk)，由车机或仪表执行安装或卸载。

二是针对基于Autosar AP的控制器，通过UCM服务实现新功能的上线。应用可以通过ARA(Autosar Run-time for Adaptive)进行通讯，可支持或扩展对SOME/IP、TSN、DDS等SOA通讯技术的应用。在AP平台的服务中，UCM负责安全地更新，安装，删除和保留软件记录。

三是云边协同模式。通过微服务、容器化、持续交付等新技术，实现了开发运维一体化，让服务生于云、长于云，这是当前OTA的研究热点。

1.2.2 FOTA定义

FOTA是在不改变车辆原有配件的前提下，通过写入新的固件程序进行设备进行升级，比如通过FOTA新增自动驾驶功能等。FOTA又称全车升级，指包括这辆车的核心系统在内的所有系统都可以升级，包括但不限于发动机、电动机、变速箱、底盘悬架等核心零部件的控制系统。FOTA的本质是固件升级，包括驱动、系统、功能、应用等的升级，与硬件的更换没有关系。

汽车FOTA和SOTA区别简单来说就是升级的对象不同，FOTA是指对车辆三电系统控制程序的升级，它可以改变车辆的充放电、动能回收、加速性能、辅助驾驶系统逻辑等等与深度驾控有关的体验；而SOTA指除了汽车核心系统外的其他系统可以升级。

表X：OTA功能分类

分类

SOTA

FOTA

部件级

整车级

…

…[JY2] 

FOTA和OS的关系较为密切。不同的OS版本，需要开发不同的FOTA适配版本；同时通过FOTA模块下载的系统升级包，也要和OS进行密切的匹配；不但要进行硬件驱动的调试，还要进行版本的兼容测试。

在智能时代，FOTA升级将逐步成为智能汽车的标准配置，是判断智能汽车的一大重要指标。拥有FOTA能力的车辆将能够：一是对车辆电子控制单元（ECU）、车机系统固件等升级；二是用户无需前往线下服务中心或连接外部设备；三是通过云端即可获取升级包并进行升级更新，实现功能的快速迭代，以及车辆使用体验、驾驶体验的不断优化。例如特斯拉通过升级，将动能回收的选项取消了，属于典型的FOTA升级。

1.2.3 OTA流程[JY3] 

如下图X所示，汽车OTA技术流程一般可分为三步：首先将更新软件上传到OTA中心，然后OTA中心无线传输更新软件到车辆端，最后车辆端自动更新软件。

图X OTA升级过程

汽车OTA在线升级的原理与IT设备在线升级类似。升级程序更新到指定ECU的过程中，首先通过移动网络（3G/4G/5G）建立车辆与服务器之间的安全连接，确保全新的待更新的固件安全地传输到车辆的TelematicsUnit，然后再传输给OTAManager。

OTAManager管理车辆所有ECU的更新过程。它控制着将固件更新分发到ECU，并告知ECU何时执行更新，这在多个ECUs需要同时更新的情况下尤为重要。更新过程完成后，OTAManager将向服务器发送确认。

OTAManager内部有一个表格，包含各个车辆ECU的相关信息，譬如SN号以及当前的固件版本。这样便于OTAManager核实接收到的固件升级包并确保是通过授权的。

如果是正在更新的ECU不具备加密能力，那么OTAManager同样需要负责更新过程的解码及验签。现阶段OTA实现加密、解码、校验等是其基本的安全功能。[JY4] 

1.2.4 OTA作用概述

随着汽车行业进入软件定义汽车的时代，汽车会安装大量的软件程序，从而变得越来越智能，当出现一个程序问题或者更新时，传统模式将是一项繁重的任务，而OTA技术恰好解决了程序升级的难题。汽车OTA的作用主要有：

一是降低汽车召回的成本。通过OTA修复部分软件BUG，可以大大节省汽车厂家、4S店和车主的费用及时间成本。

以往传统汽车在车辆电控系统出现问题后,车主一般是必须去到售后中心进行系统升级。而自从OTA技术升级后,车辆就能通过互联网自行升级来修复问题、甚至提前解决隐患问题,为车主大大节省了时间和精力,有效提升了用车便捷性。例如导航地图很早就进入了汽车的车机，在早期时候，由于更新导航地图需要到店更新，有的甚至还要付费服务，所以大多数预装导航的汽车到几年时间后由于地图的陈旧基本都不方便使用。在OTA技术的加持下，直接在汽车上通过厂商推送的更新升级包即可，不仅升级操作类似手机系统一样简单，而且还省去了浪费的时间和金钱。

二是增加汽车新功能和体验。具备OTA功能的车辆在使用期间，可以增加新人机交互方式或功能、优化设备系统性能。

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