功能安全與新能源汽車正在前行

全球交通事故的頻發(fā)促使汽車安全系統(tǒng)不斷演變。電子電氣部件日漸復雜，集成度提升，導致出現(xiàn)故障的可能性增大，汽車安全系統(tǒng)從最初的被動安全、主動安全發(fā)展到安全性預測，功能安全的概念開始出現(xiàn)。飛思卡爾半導體(Freescale)微控制器產品市場經理郗蘊俠指出，汽車功能安全的定義是系統(tǒng)不存在由于電子電氣的功能故障而導致的不合理的風險。

她解釋道，主動安全是指在事故發(fā)生前進行預處理，使故障的影響減低到最小，諸如ABS、ESC等穩(wěn)定系統(tǒng)都屬于該范疇。近幾年出現(xiàn)的安全性預測更進一步，通過系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測故障是否發(fā)生，在故障發(fā)生前給出預警。除了底盤與安全，功能安全現(xiàn)在還涉及動力總成以及車身系統(tǒng)。

早在10年前，國際電工委員會就頒布了適用于所有行業(yè)的功能安全標準IEC 61508。但由于對汽車的安全越來越重視，因此衍生出了針對汽車行業(yè)量身定制的ISO 26262標準，該標準與IEC 61508功能安全標準匹配，適用于汽車電子電氣系統(tǒng)。ISO 26262標準已于2011年11月正式頒布。

基于上述安全要求，飛思卡爾提出了功能安全整體解決方案——SafeAssure項目，旨在實現(xiàn)功能安全，化繁為簡。具體而言包括簡化流程；縮短研發(fā)的開發(fā)時間和降低復雜性；支持功能安全標準提出的安全完整性等級(SIL)最嚴格的要求；實現(xiàn)零實效。該項目構建在四個領域基礎上：安全流程、安全硬件、安全軟件和安全支持。

郗蘊俠介紹說，在SafeAssure項目中已有多款符合功能安全的產品，包括單片機、模擬器件和電源管理IC、傳感器。除了汽車領域，在工業(yè)領域同樣也推出了符合功能安全的產品。

“除了提供安全產品，我們主要的目標是化繁為簡。針對功能安全的關鍵結果失效分析(FMEDA)，飛思卡爾提供了FMEDA工具，可以幫助客戶根據(jù)他們的應用項目來計算功能安全結果，從而簡化了客戶的功能安全工作。此外，飛思卡爾還推出了專門為功能安全設計的單片機MPC5643L。功能安全要求單片機設計更嚴格、錯誤概率更小，可以更好地防止單點失效和潛在失效等。這款產品中采用了冗余的方式，即通過兩個CPU實現(xiàn)鎖步模式來應對單點失效。潛在失效則利用硬件實現(xiàn)自檢功能來應對。該產品已通過IEC 61508 SIL3的安全認證。

針對安全性預測需求，飛思卡爾推出了基于攝像頭的高級駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)解決方案，該方案包括后視攝像頭停車輔助，全景泊車輔助以及前景攝像頭支持的前大燈控制，車道偏離預警等。近期飛思卡爾還與寶馬、博通組成了OPEN聯(lián)盟，推動以太網在汽車中的應用，目標是利用低成本非屏蔽雙絞線來取代昂貴的LVDS電纜。郗蘊俠透露，第一款基于以太網的汽車將有望在2013年推出。

圖：基于攝像頭的高級駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)解決方案。

另一方面，國際油價日益上漲，環(huán)境壓力不斷增大，使得節(jié)能減排的目標非常艱巨，在汽車行業(yè)更是如此。因而國家和地方都加大了對新能源汽車的補貼，這無疑將給純電動汽車(EV)和插電式混合動力汽車(PHEV)帶來巨大的發(fā)展契機。插電式混合動力汽車直接由電網充電，電動機為主要動力輸出，發(fā)動機為輔，采用大容量電池，可以靠電力行駛較遠的距離；當電池耗盡時，則可以采用發(fā)動機繼續(xù)行駛，從而解決充電站覆蓋不足的現(xiàn)實問題。許多中國本土汽車廠商，如比亞迪、中國一汽、吉利汽車、長城汽車、長安汽車、江淮汽車都正在積極開發(fā)插電式混合動力汽車。

新能源汽車對于電機控制系統(tǒng)的要求更加嚴苛。富士通半導體(Fujitsu)市場部產品經理丁潔早指出，作為新能源汽車的核心部件，電機控制不僅關系著整車性能，還與行車安全息息相關。高性能電機控制系統(tǒng)對處理器的處理能力和安全特性都提出了很高要求，而富士通通過提供一站式的系統(tǒng)控制方案，幫助改善電機運行，降低能源消耗，降低系統(tǒng)成本。

汽車電機控制MB91580 MCU是全球專門面向新能源汽車電機控制的高性能MCU，該產品集成了多種關鍵外設功能，能夠縮短電機控制時間，簡化系統(tǒng)設計。其高性能CPU和內設Rx 1/F可縮短電機控制時間達40%。現(xiàn)有的系統(tǒng)大多采用雙芯片方案：MCU+外部RDC，CPU需要從外部RDC讀取角度值，然后查表，搜索sin和cos值。而MB91580在通過在MCU內集成RDC，CPU可以任何時候直接從寄存器中讀出絕對角度值、sin和cos值。MB91580 MCU可以通過電機控制抑制CPU負載率，因此它可以同時進行BMS電池管理控制和DC-DC控制，這有利于通過系統(tǒng)集成消減整體成本。

從富士通半導體針對EV和PHEV的電機控制MCU產品規(guī)劃了解到，未來將開發(fā)的第二代產品采用200MHz CPU，集成雙RDC。該公司同時還推出了多款通用汽車MCU新產品，包括16位MCU 16FXS系列：與16FX采用相同的內核，適合用于BMS設計；32位MCU FR18系列：高性能，低BOM成本，適合整車控制單元采用。