Wi-Fi
車両の無線アップデート（略してOTAアップデート）は、現代の自動車における重要な特徴の一つです。 ソフトウェア定義車両（SDV） への潮流は、OTAアップデートの利用拡大と機能の高度化を必要としています。本ブログ記事では、まずOTAの歴史を振り返り、現在採用されているアプローチとその多くの限界について考察します。次に将来を見据え、 現代のニーズ に対応するために必要な、OTAの拡張機能について考察します。
OTA（Over-The-Air Update）とは何ですか？
一般的に、OTA（Over-the-Air）アップデートとは、通常、各種サブシステム内部の不揮発性メモリや「フラッシュ」チップを再プログラムすることで、車両のソフトウェアを更新することを指します。かつては、サービス点検の際、ディーラーのみがソフトウェアの更新を行うことができました。ディーラーは有線接続や、多くの場合専用のハードウェアを使用して、ソフトウェアの状態を確認した上で更新を行い、破損したソフトウェアを復元したり、バグ修正を適用したり、場合によっては新しいソフトウェアバージョンをインストールしたりしていました。
時が経つにつれ、車両のコネクティビティが進むにつれて、ある種のソフトウェア更新を遠隔で、つまり「オーバー・ザ・エア（OTA）」でダウンロードできる機能を備えた車両がますます増えてきました。
これらのOTAアップデートは、ローカルのWi-Fiネットワーク経由、あるいは携帯電話ネットワーク経由で配信される可能性があります。後述のセクションでは、さまざまなワイヤレス配信手法における接続方法の選択に伴うトレードオフについて解説します。
自動車向けOTAの現状を振り返る
今日、そして過去においても、多くの車両に搭載されているOTA機能には、重要な点で制限がありました。このセクションでは、OTAがどのように進化してきたかを振り返り、現在もなおその状況に影響を与え続けている制約について解説します。
OTAアップデートの従来の仕組み
多くのドライバーは 気づいていないかもしれませんが、従来の自動車には車体全体にソフトウェアが組み込まれています。実際、現在の自動車は組み込みシステムであり、多くの場合、膨大な量のソフトウェアを含んでおり、最先端の車両には 1億行ものコードが含まれているのに対し、787ドリームライナー航空機にはわずか1,400万行しか含まれていない。
こうしたソフトウェアの多くは、めったに更新されない、あるいは場合によっては更新が不可能な電子制御ユニット（ECU）に深く組み込まれています。自動車のソフトウェア更新が極めて複雑である理由の一つは、一般的な車両において、これらのECUの多くが、ウィンドウ、ブレーキ、排出ガス制御など、単一の機能のみを実行したり、単一のサブシステムのみを管理したりしている点にあります。 さらに複雑さを増す要因として、1台の乗用車やトラックに含まれるこれらのECUは、通常、多くの異なる下請け業者（「ティア1」サプライヤー）によって開発されていることが挙げられます。つまり、今日、OTAアップデートを実現するには、多くの場合、他のメーカーの関与が必要となるのです。
多くの従来型車両では、通常、一部のシステムにおいてソフトウェア更新を行う限られた機能を備えています。今日の多くの車両において、OTA更新の対象となるのは主にIVI（車載インフォテインメント）システムやナビゲーションシステムであり、場合によってはADAS（先進運転支援システム）も含まれます。これにより、例えばナビゲーションマップの更新や、エンターテインメントシステムへの新機能の追加などが可能になります。一般的に、こうした更新の頻度は低く、おそらく年に1～2回程度であり、ドライバーにとって必須の更新ではない場合が多いのです。
一部の最先端のコネクテッドカー、特にテスラ、リビアン、メルセデス、および一部の中国メーカーの車両は、OTAによって追加機能を更新できるなど、より充実した更新機能を提供していますが、現時点では、これは走行中の車両のごく一部に過ぎません。
自動車向けのOTAは、モバイル端末のものとは大きく異なります
スマートフォンにソフトウェアアップデートを配信するOTA（オーバー・ザ・エア）アップデートの手順は、多くの人にとっておなじみのものです。スマートフォンアプリやデバイスのファームウェア、OSのアップデートに加え、セキュリティ上の脆弱性に対処するためのアップデートも、ますます頻繁に行われるようになっています。これらのアップデートのインストールは通常、非常に簡単で、デバイスがユーザーに新しいソフトウェアの準備ができたことを通知し、インターネット経由で迅速かつ簡単に処理が行われます。
しかし、スマートフォンとコネクテッドカーの間には大きな違いがあり、それによってソフトウェアの更新のダウンロード、配信、インストール方法が変わってきます。特に重要な違いの一つは、車両に求められる安全性と信頼性の要件です。 乗用車やトラックには安全認証が義務付けられており、アップデートを行う際には、既存の安全対策が損なわれないよう特に細心の注意を払う必要があります。さらに、ハードウェアとソフトウェアの高度な抽象化と最新のソフトウェア設計を備えたスマートフォンとは異なり、現在走行している車両の多くは、アップデートが可能となるよう設計されていませんでした。
また、ドライバーは、自分の車のOTAアップデートを受け入れることにあまり慣れていません。これは、他のデバイスに比べ、これまでコネクテッドカーの割合が比較的少なかったためです。幸いなことに、メーカーは、モバイルデバイスのアップデートに関する消費者の体験を活用して、OTAアップデートの仕組みをドライバーに理解してもらい、車でのアップデートも同様に頻繁に行うよう促すことができます。
最後に、自動車のアーキテクチャはモバイル機器のものよりもはるかに複雑であり、さまざまなメーカーの電子機器やソフトウェアが組み込まれているほか、サプライチェーンにおける調達柔軟性を確保するため、多くの場合、複数の供給元から部品が調達されています。
更新頻度が低い
現在、大多数の車両におけるアップデートは頻度が低く、ほとんどの車両で年に1～2回程度にとどまっています。これは、既存の旧型車両にとって可能な限り最速のアップデート頻度であると考えられます。というのも、多数の異なるサードパーティ製サブシステムベンダー間でソフトウェアの連携を図ることは極めて複雑であり、頻繁なアップデートを実現するのは困難だからです。しかし、ソフトウェア定義型車両へと移行するにつれ、このアプローチはもはや現実的な選択肢ではなくなるでしょう。
ワイヤレスネットワークの利用状況にばらつきがある
かつては、そして現在でも多くの車種において、OTAアップデートは提供されていません。その代わりに、新しいソフトウェアに更新するにはディーラーへ持ち込む必要があります。
リモートアップデートが可能な車両の場合、通常はWi-Fi経由でのみ提供されるため、ドライバーは年に1～2回、自宅や職場、その他のWi-Fiネットワークに接続してアップデートをダウンロードする必要があります。繰り返しになりますが、頻度が高くなく、必須ではない、かつ業務上不可欠ではないアップデートであれば、この制限は許容できる妥協点と言えるかもしれません。
ますます多くの車両に携帯電話回線、とりわけ4G/LTE接続機能が搭載されるようになっています。一部の車両では、ミッションクリティカルな更新など、特定の更新をLTE経由でダウンロードできますが、LTE対応車両であっても、通常、容量が大きく、重要度の低い更新をLTE経由でダウンロードすることはできません。例えば、車両への頻繁な更新提供で知られるテスラを例に挙げてみましょう。ほとんどの場合、テスラはWi-Fi経由でのみ更新のダウンロードを提供しています。
更新中のサブシステムは限られています
現在、車両のアップデートの大部分は、「ヘッドユニット」――車載インフォテインメント（IVI）システムとも呼ばれ、エンターテインメントシステムやナビゲーションシステムで構成される――を対象としたものです。このシステムは、ドライバーや乗客の体験にとって重要ではありますが、他の車両システムほど安全上重要なものではありません。
ADASなどの他のシステムに適用されるアップデートの割合は比較的少ない。ADASの機能が急速に進化していることを踏まえると、OEM各社は、安全性の向上、発見された不具合の解消、あるいはADASの性能向上を図るために、アップデートを提供する必要があるだろう。新しい先進運転支援システム（ADAS）機能が追加されるにつれ（その一部は一部の地域で法的に義務付けられている）、この種のアップデートの頻度はさらに高まると予想される。
また、それほど頻繁ではないものの、パワートレインやエンジンのチューニング、EVのバッテリー管理システム、その他の分野など、他の車両システムに対するアップデートというカテゴリーもあります。これらのサブシステムは車両に深く組み込まれているため、生産後のシステムアップデートは現在、ほとんど行われていません。
障害を回避する能力が限られている
アップデート中の不具合を回避することは、良好な顧客体験を確保する上で極めて重要です。近年、さまざまな自動車メーカーにおいて、アップデートの失敗により車両が動けなくなってしまった事例が数多く報告されています。アップデートに失敗し、ソフトウェアのリセットのためにディーラーへレッカー移動しなければならないような事態になれば、顧客のロイヤリティに深刻な打撃を与えることになります。残念ながら、ここ数ヶ月の間に、そのような事例が公に報じられたケースがいくつかありました。
更新の失敗によって車が動かなくなってしまうこと――俗に言う「ブリッキング」――を防ぐための耐障害性を確保する技術は存在しますが、すべての車両にこうした機能が備わっているわけではありません。
電気自動車（EV）と従来のガソリン車・ディーゼル車との違い
OTAアップデートを行うための要件の一つとして、車両の電源が入っている必要があります。これは当然のことのように思えるかもしれませんが、車種によってはこれによって特定の制約が生じます。特に、「電源が入っている」とは、具体的にどのような状態を指すのでしょうか。
従来のガソリン車やディーゼル車（内燃機関、ICE）では、通常、エンジンが実際に作動していない限り、電気系統は完全に機能しません。 実際、ほとんどの車両には「アクセサリーモード」が備わっており、駐車中でもラジオやウィンドウなど、一部のサブシステムを限定的に使用することができます。しかし、このモードでは、車両のサブシステムの大部分には依然として電力が供給されていません。これは、それらのサブシステムがエンジンからの電力供給を必要とするか、あるいは何らかの形でエンジンの稼働に関連しているためです。
EVはその性質上、完全に稼働させるためにエンジンを始動させる必要がありません。一般的に、EVには常に稼働し、バッテリーの充電状態など、さまざまなサブシステムを監視している複数のシステムが搭載されています。しかし、さらに重要なのは、EVはエンジンを始動させなくても、すべての車両システムを起動できるという点です。そのため、駐車中のEVはドライバーの操作なしに完全に稼働させることができ、ガレージやその他の閉鎖空間内でも安全に稼働させることができます。これは、ガソリン車や内燃機関（ICE）搭載車では不可能なことです。
つまり、どちらの車両もアップデートは可能ですが、電子制御システムや動力システムの実務的な詳細を考えると、内燃機関（ICE）搭載車へのOTAアップデートはより複雑であり、ドライバーによる積極的な関与がより多く必要となります。
未来を見据えて：SDV時代のOTA
ソフトウェア定義車両（SDV）の時代を迎えるにつれ、無線アップデート（OTA）の提供はかつてないほど重要になっています。SDVは、最新かつ抽象化されたハードウェア／ソフトウェアインターフェースを備え、専用ハードウェアよりもソフトウェアで実装される機能が増えているため、より高い性能を発揮します。アップデート可能なECUの増加、イノベーションサイクルの短縮、アップデートの頻度向上、ソフトウェアの種類増加といった要因が相まって、SDVにおけるOTAの重要性はかつてないほど高まっています。 成功するSDVには、簡単、効率的、費用対効果が高く、頻繁かつ信頼性の高いOTAアップデートを可能にするソリューションが不可欠です。ディーラーでの1回限りの販売にとどまらず、時間の経過とともに新たな機能を提供するケースも含め、SDVがもたらす新たな要件のいくつかを見ていきましょう。
頻繁な更新
近年、自動車メーカー各社は、自社のソフトウェア管理を社内に取り込むか、少なくともサブシステムメーカーに対して規格への準拠を求め、更新のためにソフトウェアを公開するよう求めてきた。 また、競争の激化もアップデート需要を後押ししている。テスラ、メルセデス、BMW、および一部の中国メーカーといった最先端の自動車メーカーは、ドライバーに対してより頻繁なアップデートを提供している。業界アナリストの報告によると、近年、アップデートの大部分は新機能の提供を目的としており、バグ修正が2番目に多く、その割合は増加傾向にある。そして、セキュリティおよびサイバーセキュリティ関連のアップデートが3番目に多い。
車載ソフトウェアの量が増えるにつれて、SDVの更新頻度は高まるでしょう。しかし、それ以上に重要なのは、自動車がOTA更新を念頭に置いて設計されるようになることです。また、OTAはクラウドネイティブ開発やCI/CDパイプラインと密接に連携させることができ、最新の開発手法をサポートすることが可能です。
さらに多くのECUを更新する
SDVでは、車両のより多くの部分が更新されるようになるでしょう。現在、無線アップデート（OTA）の対象として最も大きな割合を占めているのは、ナビゲーションやユーザーインターフェースを含む「ヘッドユニット」、すなわちIVIシステムです。ドライバー向けの大型スクリーンインターフェースが急速に変化していることは、おそらく理解できるでしょう。そして、このインターフェースを通じて、ドライバー体験の進化や新機能の実現が可能になるのです。
しかし、OTAの活用範囲は拡大しつつある。先進運転支援システム（ADAS）の知能化が進むにつれ、アルゴリズムやモデルの改良に伴い、OTAも進化・適応していく必要があるだろう。現在、ADAS用コンピューターは、アップデートが適用される頻度で2番目に多いデバイスとなっている。
しかし、SDVにはさらに多くの可能性があります。自動車用イーサネットなどの最新ネットワークを介してコンポーネントを接続できることで、製造時や販売当初には備わっていなかった機能を実現することも可能になります。 動的な無線プロビジョニングによるネットワークの再構成は、後からドライバーに新しいサービスを提供する一つの方法です。当初はインターネット向けに設計されたプロトコルを、新たなセキュリティ基準や車載のタイムセンシティブコンテンツに関連する詳細で拡張することで、車両が「車輪のついたデータセンター」のように機能する力を解き放つことができます。
この流れはSDVにおいても続いています。以前は、アップデートが一部のコンポーネントのファームウェア更新に限定されていましたが、現在では、車体やシャシーシステムから、パワートレイン、セキュリティ、さらにはEVのバッテリー管理システムに至るまで、アップデート可能なシステムがますます広がっています。
マルチモーダル
今日のように、OTAアップデートのほとんどが組み込みECUへのファームウェアアップデートであるのとは異なり、SDVにおけるソフトウェアアップデートはより多様化し、ファームウェアだけでなくさまざまな種類のソフトウェアが含まれることになるでしょう。これにより、SDVのOTAアップデートにおける依存関係の管理には、これまで以上に高い要求が課されることになります。
例えば、ADASシステムが進化するにつれて、 機械学習モデル を行い、認識精度、安全性、およびドライバー体験を向上させる更新が、より頻繁に行われるようになるでしょう。ネットワークが拡大するにつれて、 新機能が追加されるにつれて、プロビジョニングやパフォーマンスの最適化 が必要となり、その結果、 ネットワーク設定の更新 の更新頻度も高まっていくでしょう。現在、ファームウェアの一部として、あるいはシステムに深く組み込まれて提供されているソフトウェアは、ますます コンテナとして展開されるケースが増えています。
ネットワークの選択肢における柔軟性の向上
現在、更新データの容量が膨大であることからコストを抑えるため、その大半はWi-Fi経由で配信されていますが、この状況は今後変化していくでしょう。OTAによる更新の頻度が高まり、安全性の向上につながる更新が増加するにつれ、時間的制約のある更新や安全上極めて重要な更新はLTEや携帯電話ネットワーク経由で配信され、一方、容量の大きい更新や重要度の低い更新はWi-Fi経由でのみ提供されるようになるものと予想されます。この新たな配信形態の複雑さを管理するためには、より綿密な計画が必要となるでしょう。
膨大な更新データの処理／デルタ更新
OTAアップデートのサイズ自体は、ワイヤレスデータ転送コストが相当な額になり得るため、重要な要素となります。ソフトウェアのペイロード全体を無線で配信するという力業的な手法は、LTEでは現実的ではありませんが、一部のアップデートではそれが必要となる場合もあります。現在のバージョンからの変更点、いわゆる「デルタ」のみを送信するといった手法は、データトラフィックを削減する一つの手段となり得ます。しかし、こうした手法では、アップデートのベースラインを把握するために、現在のソフトウェアに関する詳細なモデルが必要となります。
また、データペイロードのサイズを縮小する上でも、圧縮は極めて重要となります。圧縮技術の進歩により、転送サイズをさらに削減できますが、同じアルゴリズムでは必ずしも均一に圧縮できないような、多種多様なデータプロファイルに対応できるよう、圧縮設定の調整が必要になる場合があります。
失敗への対処
障害への対応も極めて重要となる。この分野の主要企業はすでに、A/Bパーティションなどの手法を採用し、フェイルオーバー用のイメージを維持できるようにしたり、更新の失敗によって車両に不具合が生じないようにしたりしている。しかし、こうした手法には積極的な管理が必要であり、更新の複雑さをさらに増すことになる。