飛思卡爾ISO26262 ASIL-D電子助力轉(zhuǎn)向演示系統(tǒng)方案

1. 概述
汽車電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）可以降低能耗，提高駕控智能水平，且更容易與其它高級(jí)安全系統(tǒng)集成，因而近年來在汽車中得到了大力的推廣和發(fā)展。在這個(gè)領(lǐng)域，國內(nèi)EPS供應(yīng)商與國外供應(yīng)商的主要差距體現(xiàn)在EPS控制技術(shù)和系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)兩方面。

飛思卡爾半導(dǎo)體公司在2011年推出了“采用永磁同步電機(jī)的汽車電子助力轉(zhuǎn)向電控單元解決方案”，旨在幫助國內(nèi)EPS供應(yīng)商掌握永磁同步電機(jī)的控制技術(shù)。這一方案獲得了《世界電子元器件》期刊 “2012年全國優(yōu)秀IC和電子產(chǎn)品解決方案”最佳方案獎(jiǎng)。

在2012年的飛思卡爾中國技術(shù)論壇上，飛思卡爾又推出了針對道路車輛-功能安全國際標(biāo)準(zhǔn)ISO26262 ASIL-D等級(jí)的EPS演示系統(tǒng)方案。該方案不僅演示了采用飛思卡爾功能安全品牌SafeAssureTM的軟硬件產(chǎn)品，如何方便快捷地實(shí)現(xiàn)ASIL-D級(jí)別的EPS系統(tǒng)，同時(shí)也提供了整個(gè)開發(fā)階段所涉及的安全設(shè)計(jì)文檔，包括：
? 項(xiàng)目定義
? 危險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評估
? 功能安全概念
? 系統(tǒng)開發(fā)
? 安全確認(rèn)。

本文將根據(jù)圖1所示的ISO26262安全生命周期模型來闡述飛思卡爾如何根據(jù)ISO26262規(guī)范來開發(fā)ASIL-D等級(jí)的EPS演示系統(tǒng)。

2.功能安全概念設(shè)計(jì)
在概念階段設(shè)計(jì)項(xiàng)目（或產(chǎn)品）定義、危險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評估和功能安全概念。
2.1 項(xiàng)目定義
項(xiàng)目定義描述了EPS系統(tǒng)的主要功能，如下所述：
? 根據(jù)司機(jī)意圖，提供轉(zhuǎn)向支持
? 主動(dòng)回正
? 向車內(nèi)其它系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向角度（通過CAN網(wǎng)絡(luò)）

2.2 危險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評估
危險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評估需要考慮的要素有：安全功能、失效模式、駕駛場景、嚴(yán)重性、暴露的可能性、可控性以及安全目標(biāo)、ASIL等級(jí)、安全時(shí)間和安全狀態(tài)。
根據(jù)分析，EPS系統(tǒng)有如下危險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果:
? 安全目標(biāo)1：防止電機(jī)產(chǎn)生自主扭矩
確保電機(jī)不能自主產(chǎn)生扭矩，這樣會(huì)使車輛轉(zhuǎn)向偏離司機(jī)意圖。尤其在高速時(shí)，這種扭矩會(huì)產(chǎn)生意外的轉(zhuǎn)向，給司機(jī)乘客和行人帶來危險(xiǎn)。這種危險(xiǎn)可能源于傳感器或電控單元ECU的故障。
ASIL等級(jí)：ASIL-D

? 安全目標(biāo)2：防止電機(jī)產(chǎn)生死鎖扭矩
確保電機(jī)不能鎖死，以至司機(jī)不能正常轉(zhuǎn)向。電機(jī)死鎖可能由電氣失效或機(jī)械失效導(dǎo)致。尤其在高速時(shí)，這種意外的扭矩會(huì)給司機(jī)，乘客和行人帶來危險(xiǎn)。這種危險(xiǎn)可能源于電控單元ECU的故障，或電機(jī)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)械故障。
ASIL等級(jí)：ASIL-D

? 安全目標(biāo)3：防止系統(tǒng)從“安全狀態(tài)”錯(cuò)誤退出，電機(jī)產(chǎn)生突發(fā)扭矩
這種工況是指當(dāng)EPS系統(tǒng)由于故障，如電機(jī)異常等原因，已經(jīng)進(jìn)入了所謂的“安全狀態(tài)”。但是由于電氣故障，EPS系統(tǒng)錯(cuò)誤地從“安全狀態(tài)”退出，在沒有任何告警的情況下，電機(jī)重新對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加意外的扭矩，從而使司機(jī)不能按意圖控制轉(zhuǎn)向。
ASIL等級(jí)：ASIL-A

? 安全目標(biāo)4：防止電機(jī)不提供助力
確保系統(tǒng)運(yùn)行正常，助力施加正確。助力缺失不會(huì)導(dǎo)致車輛失控，因?yàn)橛袡C(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在。一種合理的假設(shè)是：當(dāng)這種故障被檢測到后，顯示告警信息；司機(jī)察覺后，啟用“跛行回家”的行車模式,，比如降低車速等。
ASIL等級(jí)：QM
經(jīng)過危險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評估后，以上四個(gè)安全目標(biāo)的最高ASIL等級(jí)是ASIL-D。所以EPS系統(tǒng)的最高ASIL 等級(jí)是ASIL-D。
2.3 功能安全概念
為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全目標(biāo)，對系統(tǒng)架構(gòu)中的各個(gè)要素（Element），如傳感器、控制單元和執(zhí)行單元（電機(jī)），都有功能安全需求。功能安全需求主要考慮各要素的ASIL等級(jí)、工作模式、安全時(shí)間、安全狀態(tài)、功能冗余即容錯(cuò)性能和各要素的初步架構(gòu)等。它不涉及具體的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。在EPS系統(tǒng)中，采用了如圖2的初步系統(tǒng)架構(gòu)，可能的功能安全需求示例如下：
? 整個(gè)EPS系統(tǒng)要求達(dá)到ASIL-D的要求。（系統(tǒng)）
? 安全狀態(tài)的定義必須確保當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)致命故障時(shí)，電機(jī)的行為不會(huì)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不利影響。（系統(tǒng)）
? 系統(tǒng)必須在安全時(shí)間內(nèi)進(jìn)入安全狀態(tài)。（控制單元）
? 控制單元必須包括電機(jī)控制通道和電機(jī)監(jiān)控通道。（控制單元）