飛思卡爾ISO26262 ASIL-D電子助力轉向演示系統方案

1. 概述
汽車電子助力轉向系統（EPS）可以降低能耗，提高駕控智能水平，且更容易與其它高級安全系統集成，因而近年來在汽車中得到了大力的推廣和發展。在這個領域，國內EPS供應商與國外供應商的主要差距體現在EPS控制技術和系統安全設計兩方面。

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

在2012年的飛思卡爾中國技術論壇上，飛思卡爾又推出了針對道路車輛-功能安全國際標準ISO26262 ASIL-D等級的EPS演示系統方案。該方案不僅演示了采用飛思卡爾功能安全品牌SafeAssureTM的軟硬件產品，如何方便快捷地實現ASIL-D級別的EPS系統，同時也提供了整個開發階段所涉及的安全設計文檔，包括：
? 項目定義
? 危險分析和風險評估
? 功能安全概念
? 系統開發
? 安全確認。

本文將根據圖1所示的ISO26262安全生命周期模型來闡述飛思卡爾如何根據ISO26262規范來開發ASIL-D等級的EPS演示系統。

2.功能安全概念設計
在概念階段設計項目（或產品）定義、危險分析和風險評估和功能安全概念。
2.1 項目定義
項目定義描述了EPS系統的主要功能，如下所述：
? 根據司機意圖，提供轉向支持
? 主動回正
? 向車內其它系統提供轉向角度（通過CAN網絡）

2.2 危險分析和風險評估
危險分析和風險評估需要考慮的要素有：安全功能、失效模式、駕駛場景、嚴重性、暴露的可能性、可控性以及安全目標、ASIL等級、安全時間和安全狀態。
根據分析，EPS系統有如下危險分析和風險評估結果:
? 安全目標1：防止電機產生自主扭矩
確保電機不能自主產生扭矩，這樣會使車輛轉向偏離司機意圖。尤其在高速時，這種扭矩會產生意外的轉向，給司機乘客和行人帶來危險。這種危險可能源于傳感器或電控單元ECU的故障。
ASIL等級：ASIL-D

? 安全目標2：防止電機產生死鎖扭矩
確保電機不能鎖死，以至司機不能正常轉向。電機死鎖可能由電氣失效或機械失效導致。尤其在高速時，這種意外的扭矩會給司機，乘客和行人帶來危險。這種危險可能源于電控單元ECU的故障，或電機及轉向系統的機械故障。
ASIL等級：ASIL-D

? 安全目標3：防止系統從“安全狀態”錯誤退出，電機產生突發扭矩
這種工況是指當EPS系統由于故障，如電機異常等原因，已經進入了所謂的“安全狀態”。但是由于電氣故障，EPS系統錯誤地從“安全狀態”退出，在沒有任何告警的情況下，電機重新對轉向系統施加意外的扭矩，從而使司機不能按意圖控制轉向。
ASIL等級：ASIL-A

? 安全目標4：防止電機不提供助力
確保系統運行正常，助力施加正確。助力缺失不會導致車輛失控，因為有機械轉向系統存在。一種合理的假設是：當這種故障被檢測到后，顯示告警信息；司機察覺后，啟用“跛行回家”的行車模式,，比如降低車速等。
ASIL等級：QM
經過危險分析和風險評估后，以上四個安全目標的最高ASIL等級是ASIL-D。所以EPS系統的最高ASIL 等級是ASIL-D。
2.3 功能安全概念
為了實現系統的安全目標，對系統架構中的各個要素（Element），如傳感器、控制單元和執行單元（電機），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、工作模式、安全時間、安全狀態、功能冗余即容錯性能和各要素的初步架構等。它不涉及具體的硬件和軟件實現細節。在EPS系統中，采用了如圖2的初步系統架構，可能的功能安全需求示例如下：
? 整個EPS系統要求達到ASIL-D的要求。（系統）
? 安全狀態的定義必須確保當系統出現致命故障時，電機的行為不會對轉向系統不利影響。（系統）
? 系統必須在安全時間內進入安全狀態。（控制單元）
? 控制單元必須包括電機控制通道和電機監控通道。（控制單元）