- 汽車安全概念——安全性預(yù)測
- SafeAssure 安全保障方案
就在您閱讀完本文不到十分鐘的時(shí)間內(nèi),全球大概有超過二十人已經(jīng)因?yàn)檐嚨滊x開這個(gè)世界,而其中大約有90%是來自像中國這樣的發(fā)展中國家(數(shù)據(jù)參考世界衛(wèi) 生組織統(tǒng)計(jì))。汽車造福人類的同時(shí),在全球科技空前發(fā)達(dá)的今天,因?yàn)榻煌ㄊ鹿蕩砣绱酥卮蟮墓舶踩{不啻為人類的一大悲劇。
從汽車誕生開始,人們就沒有停止過對汽車安全駕駛的追求。最早的安全帶以及后來的安全氣囊等被動(dòng)安全措施挽救了數(shù)千萬人的生命,后來發(fā)展起來的ABS(防 抱死制動(dòng)系統(tǒng))、ESP(電子穩(wěn)定程序)、EBD(電子制動(dòng)力分配系)等主動(dòng)安全功能讓汽車安全性再次大大提高。但盡管如此,交通事故依然是最大非自然死 傷原因之一。
“隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的提高,以及軟件和機(jī)電設(shè)備的大量應(yīng)用,因?yàn)橄到y(tǒng)失效和隨機(jī)硬件失效導(dǎo)致的交通事故風(fēng)險(xiǎn)也日益增加。因此,近年開始出現(xiàn)了新的汽車安全概 念——安全性預(yù)測。”在近日召開的“2012產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望媒體研討會(huì)”上,飛思卡爾亞太區(qū)汽車及工業(yè)解決方案事業(yè)部全球產(chǎn)品市場經(jīng)理郗蘊(yùn)俠 (Yolanda)博士指出,“安全性預(yù)測即汽車?yán)锏囊恍┫到y(tǒng)能實(shí)時(shí)檢測故障,在故障發(fā)生之前就能預(yù)警防止故障發(fā)生,這就是當(dāng)前大家倡導(dǎo)的汽車功能安全的 概念。”為此,飛思卡爾推出了命名為“SafeAssure”的安全保障方案,旨在幫助系統(tǒng)制造商更加輕松地滿足汽車和工業(yè)市場中的功能安全標(biāo)準(zhǔn)要求,并 大大降低開發(fā)難度、縮短開發(fā)周期。
從IEC61508到ISO 26262,看汽車功能安全演變
2011年11月推出ISO 26262之前,汽車行業(yè)遵照的功能安全標(biāo)準(zhǔn)是電子、電氣及可編程器件功能安全基本標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508。然而,作為一種通用基礎(chǔ)安全標(biāo)準(zhǔn),對于汽車行業(yè)的特殊性而言,該標(biāo)準(zhǔn)有很多的不足,特別是近年來汽車系統(tǒng)的復(fù)雜性日益增長的條件下。從IEC 61508派生出來的ISO 26262為當(dāng)前汽車行業(yè)量身定制,特別是ISO 26262對于硬件研發(fā)、軟件研發(fā)的要求適合于當(dāng)前先進(jìn)的汽車工業(yè)的實(shí)際現(xiàn)狀。
ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)程度對系統(tǒng)或系統(tǒng)某組成部分確定劃分由A到D的安全需求等級(汽車安全完整性等級——ASIL),其中ASIL D級為最高等級,具有最苛刻的安全要求。對系統(tǒng)供應(yīng)商而言,必須滿足這些因?yàn)榘踩燃壧岣叨岢龅母叩脑O(shè)計(jì)要求。
安全事件總是和通常的功能、質(zhì)量相關(guān)的研發(fā)活動(dòng)以及產(chǎn)品生產(chǎn)伴隨在一起。ISO26262強(qiáng)調(diào)了研發(fā)活動(dòng)和產(chǎn)品生產(chǎn)的安全相關(guān)各個(gè)方面,并為汽車安全提供 了一個(gè)生命周期理念,在這些生命周期階段中提供必要的支持。ISO26262涵蓋了功能安全方面的整體開發(fā)過程,包括規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、集成、驗(yàn)證、確認(rèn) 和配置。[page]
SafeAssure安全保障方案
在ISO26262推出前兩個(gè)月,飛思卡爾SafeAssure安全保障方案就在業(yè)內(nèi)率先推出。“SafeAssure是針對汽車和工業(yè)市場功能安全標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)的解決方案,幫助企業(yè)簡化達(dá)標(biāo)的流程,縮短開發(fā)時(shí)間和降低復(fù)雜性。”Yolanda指出,“基于SafeAssure功能安全保障方案,廠商可以輕松 實(shí)現(xiàn)從ASIL-A至D以及SIL-1至4等級的系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)。”
SafeAssure保障方案涵蓋飛思卡爾系列的技術(shù),包括微控制器、模擬和電源管理IC以及傳感器。SafeAssure安全保障方案對廠商提供了四個(gè)方面的支持,包括:
安全流程:挑選那些定義和設(shè)計(jì)之初就以符合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求為目標(biāo)的產(chǎn)品,使功能安全成為產(chǎn)品開發(fā)流程的一個(gè)完整組成部分。
安全硬件:故障控制通過在飛思卡爾微控制器、電源管理IC和傳感器中內(nèi)置的安全功能實(shí)現(xiàn),例如自測、監(jiān)控和基于硬件的冗余。飛思卡爾汽車模擬器件解決方案提供了額外的系統(tǒng)級安全功能,包括檢查微控制器時(shí)序、電壓和故障管理。
安全軟件:全面的汽車功能安全軟件產(chǎn)品,包括AUTOSAR OS、MCAL、驅(qū)動(dòng)和內(nèi)核自測功能,并與領(lǐng)先的第三方軟件提供商合作推出更多的安全軟件解決方案。
安全支持:飛思卡爾利用自身覆蓋廣泛的技術(shù)能力,提供功能安全架構(gòu)有關(guān)的客戶培訓(xùn)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)審核,以及廣泛的安全文檔和技術(shù)支持。
SafeAssure主要目標(biāo)是化繁為簡,為簡化失效故障分析,飛思卡爾還提供一個(gè)重要分析工具——失效模式、效果和診斷分析(FMEDA),這個(gè)工具分 析客戶整個(gè)數(shù)據(jù),最后算出的結(jié)果是不是達(dá)到功能安全所需要的要求。FMEDA工具可以幫助客戶根據(jù)其應(yīng)用來計(jì)算最后功能安全結(jié)果,從而使 SafeAssure方案有效簡化功能安全設(shè)計(jì)工作。
從MPC5643L單片機(jī)看功能安全機(jī)制
Yolanda指出:“硬件安全的理念主要通過檢測和消除隨機(jī)硬件故障,利用內(nèi)置的安全機(jī)制,包括自檢、監(jiān)測和基于硬件的冗余設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。”廠商可以充分 利用在飛思卡爾微控制器、電源管理IC和傳感器中內(nèi)置的功能安全機(jī)制實(shí)現(xiàn)有效的故障控制,從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)市場對功能安全設(shè)計(jì)的要求。
功能安全設(shè)計(jì)需要針對可能出現(xiàn)功能失效進(jìn)行預(yù)測,包括單點(diǎn)失效、潛在失效和共因失效。按照ISO 26262的最高等級ASIL D的要求,所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要能檢測出大于99%的單點(diǎn)失效率,潛在失效檢測要超過90%。例如,如果一個(gè)系統(tǒng)的每小時(shí)失效率低于10-8,則落到單片機(jī)的每 小時(shí)失效率必須低于10-9。“在我們的單片機(jī)設(shè)計(jì)過程中更嚴(yán)格,錯(cuò)誤概率更小。”Yolanda表示,“MPC5643L就是飛思卡爾針對功能安全推出 的一款單片機(jī)產(chǎn)品,這款產(chǎn)品的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了功能安全的設(shè)計(jì)理念。”
冗余設(shè)計(jì)是有效提高系統(tǒng)失效安全的有效措施之一,MPC5643L中充分利用了冗余設(shè)計(jì)確保嚴(yán)格的功能安全標(biāo)準(zhǔn)要求。MPC5643L采用了雙 e200Core內(nèi)核鎖步(lockstep)工作模式,一個(gè)內(nèi)核工作的同時(shí)另一個(gè)內(nèi)核進(jìn)行監(jiān)測。此外,MPC5643L還對主要的模塊如看門狗定時(shí)器、 內(nèi)存相關(guān)控制單元、總線及外設(shè)都進(jìn)行了冗余。而且,為了防止單點(diǎn)失效,MPC5643L內(nèi)置的閃存還具有自動(dòng)糾錯(cuò)功能。
通常,很多系統(tǒng)開始都能正常工作,但是過了幾年之后,因?yàn)橥獠恳恍┮蛩赜|發(fā)而可能產(chǎn)生一些失效故障,這就是潛在失效的概念,功能安全設(shè)計(jì)需考慮潛在失效。 “過去潛在失效的防范都是由軟件實(shí)現(xiàn),軟件每一次在單片機(jī)復(fù)位以后都會(huì)對所有的內(nèi)存或者是邏輯進(jìn)行一次校驗(yàn)。而在MPC5643L中,將校驗(yàn)功能由硬件實(shí) 現(xiàn),即內(nèi)置自測,這是功能安全對單片機(jī)非常重要的要求,這種自測功能可以把內(nèi)存或者是邏輯以及外設(shè)的一些錯(cuò)誤檢測覆蓋率達(dá)到90%以上。”Yolanda 指出。
除此之外還需要考慮共因失效。“共因失效是什么呢?比如說時(shí)鐘,它會(huì)提供給很多模塊,還有電壓也會(huì)提供給整個(gè)的單片機(jī)。此外,溫度也是重要考慮的問題,如 果一旦芯片溫度過高,也可能導(dǎo)致芯片失效。”Yolanda解釋了共因失效的定義,“這些共因失效都需要檢測,MPC5643L對時(shí)鐘、電壓以及溫度都有 檢測。”從成本考慮以及應(yīng)用環(huán)境的原因,通常的應(yīng)用中單片機(jī)并不具有溫度傳感器這些考慮共因失效的功能特性。[page]
除此之外,MPC5643L內(nèi)部還集成了一個(gè)獨(dú)立于CPU的錯(cuò)誤收集和應(yīng)對模塊(FCCU),該模塊在時(shí)鐘上也跟CPU獨(dú)立開,可以完全獨(dú)立操作,把這些錯(cuò)誤收集起來并做相應(yīng)的應(yīng)對措施。這個(gè)功能模塊也是傳統(tǒng)單片機(jī)所不具備的。
本文小結(jié)
據(jù)Yolanda指出,目前基于功能安全的安全性預(yù)測在歐美和日本等發(fā)達(dá)市場已經(jīng)發(fā)展得非常成熟,很多相關(guān)的產(chǎn)品即將推入市場,而在中國國內(nèi)才剛剛開始起 步。高級駕駛員輔助系統(tǒng)作為安全性預(yù)測的標(biāo)志性應(yīng)用,目前已經(jīng)進(jìn)入很多高端汽車的研發(fā)流程。以飛思卡爾公司為例,對高級駕駛員輔助系統(tǒng)提供了全部整套的解 決方案,包括后視的停車輔助、全景輔助、前景安全性預(yù)測(車道偏離預(yù)警、自動(dòng)巡航系統(tǒng),等等)。事實(shí)上,目前很多全球領(lǐng)先的汽車半導(dǎo)體解決方案提供商都將 目標(biāo)瞄準(zhǔn)高級駕駛員輔助系統(tǒng),基于功能安全的汽車安全性預(yù)測的廣泛應(yīng)用指日可待。