凯捷对汽车数字化的思考

标题凯捷（中国）对汽车行业数字化转型的探索

凯捷中国数字化研发团队有超过1200名专业顾问致力于数字化相关项目，分布在北京、天津、沈阳、呼和浩特、上海、昆山、杭州、广州、深圳等地，运用Rightshore交付模式和通过专业顾问为客户提供专业服务，主要专注于汽车、消费品零售、商业地产、金融、生命科学和高科技行业。团队终端能力涵盖：数字创新与规划、数字化转型咨询与实施、微服务架构设计与实现、质量保证与测试工厂、基于敏捷和DevOps 方法的应用等。
/ 1 /
智能产业是数字化转型的新时代
虽然数字化转型不再是一个新概念，但多种因素——如电子商务的增长，全球半导体短缺，大规模个性化产品生产，客户偏好变更，以及对可持续发展关注的提高，正迫使企业加快转型。我们的研究表明：68%的企业计划加大转型进程投资，并以技术主导举措为核心。Börje Ekholm（爱立信的总裁兼首席执行官）见证了组织层面的根本性变革，从“传统运营效率”，到使用新兴技术，再到 “转变业务运营模式”，涉及客户互动、运营、制造和供应链的全方位变革。
在凯捷，我们将这个新时代的转型称为“智能产业”: 智能产业促进了数字世界和工程世界间的协同效应，帮助企业大规模构建智能产品、智能运营和智能服务。智能产业将工程、信息技术和数字化技术结合，实现了物理世界和虚拟世界的融合。
/ 2 /
软件是通往下一个重大机遇的关键
产品不单单只是独立运行的硬件，通常情况下，它们还包含了一组复杂的软件层。现在，产品的很大一部分价值在于其内置的嵌入服务以及与产品相关的服务，这些服务通常汇集了来自不同行业的洞见。在未来10年里，基于软件软件功能与服务的整车厂(OEMs)收入预计要增长至原来的3倍——即从8%增长至22%。
软件如何拉动汽车行业转型？
软件将如何改变汽车制造业未来十年的面貌

在重新定义驾驶和乘客体验的同时，软件正为汽车设想、设计，以及制造带来海量变化。本调研考察了软件在三大领域：整车、流程（内部和外部，如供应链）以及汽车整车厂（OEM）组织结构上的影响。

/ 3 /
未来10年，汽车整车厂基于软件的收入将增加三倍以上
十年后，预计这个6400亿美元规模的市场上，超过五分之一的汽车整车厂收入将基于软件功能和服务。

基于软件功能和服务的收入份额预计在未来10年将增长3倍

/ 4 /
软件收入将由车联网和先进自动驾驶驱动
软件驱动收入增长将由具有车联网和先进自动驾驶功能的汽车实现。我们的调查显示，所有新生产的汽车都支持“空中升级”(OTA，即基于软件的服务)；未来五年内，其更新增加三倍以上，达到36%。此外，具有先进自动驾驶功能(3/4级)的新车在未来五年内的销量将增长近五倍，达到9%。
为了在其车辆中实现车联网和OTA更新，并享受相关的规模经济，汽车整车厂将需要在其车辆系列中使用通用软件平台。我们的研究结果表明：未来五到十年，基于通用软件平台的新车比例将会上升。预计到2031年，超过三分之一的车辆（35%）将会从现有的7%进行单独平台管理。
车联网信息安全+OTA形成新的商业模式
车联网的普及化，也让原本相对封闭的汽车暴露在了网络环境中，让行驶在互联网高速公路的智能网联汽车遭受信息安全的威胁，暴露在公开场所中的信号和信息容易被干扰以及篡改等，从而直接影响车联网安全。因而，在车联网环境中确保信息的安全性和隐私性，免受到病毒攻击和恶意破坏，防止个人信息、业务信息和财产丢失或被他人盗用，是车联网发展过程中需要突破的重大难题。
随着智能网联汽车的技术发展和在消费群体中的普及，操作系统（Operating System）成为了汽车的标配。作为车联网技术厂商的核心软件产品，操作系统从功能上可以分为两种类型：
娱乐车机系统，即IVI（In-Vehicle Infotainment ），不直接参与汽车行驶的控制决策，不会对车辆行驶性能和安 全产生影响，又被称为车载娱乐信息系统，这类操作系统集成了各类娱乐影 音、地图导航，以及基于场景化服务的APP和小程序等。车载信息娱乐是采用车载专用中央处理器，基于车身总线系统和互联网服务，形成的车载综合信息处理系统。IVI能够实现包括三维导航、实时路况、IPTV、辅助驾驶、故障检测、车辆信息、车身控制、移动办公、无线通讯、基于在线的娱乐功能及TSP服务等一系列应用。
IVI的音源管理逻辑
IVI的硬件系统以ECU为中心，通过ECU的接口与各个部件实现连接和信号交互。下面着重介绍下ECU。
控制器（ECU）：即电子控制单元，主要作用：提供信号的输入/输出接口，接收信号、处理信号、输出信号。
一般一个主要功能，背后有一个ECU来支持，比如四轮驱动系统、车门控制、中控大屏、仪表等。
ECU数量越多，线束、逻辑也就越复杂，于是便有了【域】的架构，进而“域控制器”成了座舱高频词汇，当然现在也有高性能ECU（中央计算平台）的出现，以减少ECU的复杂度。
【控制器——域控制器——高性能控制器】代表着控制器的昨天、今天、明天，这里按下不表。

ECU

硬件框图

ECU与以下各关联硬件共同构成了IVI的硬件系统

汽车电子控制装置，直接向执行机构发送指令以控制车辆关键部件，如发动机，变速箱，动力电池等的协同工作，这类系统可以统称为电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU），包括EMS发动机电控系统、ABS制动防抱死控制、变速箱牵引力控制TCU、电子稳定控制EPS、电子动力转向EPS、新能源汽车整车控制VCU，以及电池管理系统BMS等。目前主流的电控操作系统基本都兼容OSEK/VDX和AUTOSAR这两类汽车电子软件标准。
“软件定义汽车”时代下，OTA升级加快智能网联汽车迭代速度
OTA（Over the Air Technology）即空中下载技术，主要通过网络自动下载升级包、自动升级。OTA技术最早应用于消费电子领域，如智能手机端。当前，随着智能网联汽车应用服务日益丰富，通过OTA更多是对多媒体系统，如导航、娱乐、舒适性配置等进行升级，也有像特斯拉等车企通过OTA技术对驾驶辅助、动力单元控制等进行升级。
随着汽车“电动化,网联化,智能化,共享化”新四化的推进，其电子化程序也越来越高。“软件定义汽车”已成为汽车的发展趋势，汽车软件的复杂度也随之大增，软件故障的修复以及个性化定制需求的更新，仅通过4S升级难以给予用户最佳的体验。那OTA又可以带来哪些好处呢？
1、 OTA远程为用户修复软件故障，大幅度缩短中间步骤的时间，使软件快速到达用户，减少汽车制造产商和用户的成本，包括汽车制造产商的召回成本，用户的时间成本；
2、 OTA可以为车辆增加新功能，增加用户的新鲜感；
3、 OTA拓宽了“服务”和“运营”的范畴，增加车辆的附加价值。
OTA设计要求
OTA要求主要从安全、时间、版本管控、异常处理方面考虑，具体为：1、软件升级时间最短，就是确保车辆无法行驶的时间最短，车载ECU通常是通过CAN或Ethernet刷写，在带宽允许的情况下，尽可能采取并行刷写模式，选取刷写时间最长的节点优先处理等设计原则。
2、版本管控版本管控对于OTA来说很重要，因为车辆上ECU众多，不同ECU有不同版本的软件，另外产商的车型众多，不同车型ECU的需求有不同，版本也存在差异。
3、异常处理方案。在OTA传输过程中，外界干扰或者其他因素导致刷写异常或者中断，车载ECU必须支持软件回滚、断点续传、丢失重传等处理机制。
4、安全是OTA优先考虑的内容，保证车辆信息安全是当前OTA的一项挑战，必须从硬件、软件、云端几个方面，尤其是三者之间的传输应用来解决。
当前状态 异常描述 异常处理操作

1.  传输过程中	接收文件失败	提示用户，接受文件失败，返回正常模式
   

2.  正在刷写	异常到时ECU重启	进入升级模式，重新刷写
   

3.  正在刷写	刷写失败	提示用户刷写失败，回滚至备份软件
   

4.  刷鞋完成	软件无法启动	切换至备份软件启动
   

OTA架构
OTA整体架构包含OTA云端、OTA终端、OTA设计对象三部分，如下图2所示，OTA云端为OEM专属的云端服务器平台，OTA终端采用Tbox，网络架构按功能域划分，分为动力系统域、车身系统域、影音系统域、ADAS主动安全域，分为四个不同的功能安全等级。

OTA架构

OTA云端
OTA云端也称为OTA云服务平台，包含OEM支持OTA升级的ECU全部的完整的升级包。OTA云端的设计要求是独立的平台，支持多车型、多型号规格、多种类型ECU软件的升级。OTA云端的框架结构主要包括五部分：OTA管理平台、OTA升级服务、任务调度、文件服务、任务管理。

OTA云端架构

OTA终端
OTA终端主要包含OTA引擎和OTA适配器，其中OTA引擎是一个连接OTA终端与OTA云端的桥梁，实现云端同终端的安全通信，包括升级包下载、升级包解密、差分包重构等功能。OTA适配器是为兼容不同的软件或设备的不同更新逻辑或流程，根据统一的接口要求封装的不同实现。升级适配器由需要OTA升级的各个ECU软件实现提供。
OTA对象
汽车OTA对象主要包括影音系统，ADAS软件，以及车内嵌入式ECU。嵌入式ECU通常采用软件备份功能，如下表所示，即ECU内部用于两片区域，一部分用于存储当前运行的程序，一部分用于存储备份程序。除第一次安装或者设备下线时，ECU内部只有一份软件外，之后安装的软件都会与上一份共存。当前运行的是最新的软件，如果升级过程中发生错误或者刷写的程序不能运行，ECU内部自动回滚至上一版程序，防止车辆趴窝。
/ 5 /
软件驱动转型将产生明显好处
我们的调研结果显示：未来五年，预计获得的好处比实际获得的好处要多。

软件驱动转型的好处将在未来五年内上升

/ 6 /
软件将为汽车整车厂提供差异点和竞争优势
在未来的5-10年里，有一半(51%)的汽车整车厂希望被知晓自己提供先进的驾驶助手系统(ADAS，帮助监控驾车者驾驶、停车等)、自动驾驶、车联网等软件功能的同时，也能凭借卓越的工程技术而闻名。领先的汽车整车厂还希望通过实施独特的基于软件的功能和服务，使自己脱颖而出，从而获得比9%的市场更大的市场份额。

结语
数字化转型已经是目前汽车行业必须面对的变革，是一场由消费者、监管机构、商业利润和运营成本驱动的变革。未来，车企的数字化转型还将加快速度，但对于企业而言，数字化转型并不是一蹴而就，而是一个长期的过程，并且企业从数字化转型中获利也将会在长期发展中凸显出来。