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汽車電子功能安全設(shè)計與測試方法的研究

文檔作者：王鐵文檔來源：中國汽車技術(shù)研究中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月12日
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責(zé)任編輯：王瑩
www.eepw.com.cn 2014.7 43
引言
電子技術(shù)集成化的快速發(fā)展及其
在汽車上的大量應(yīng)用極大推動了汽車
產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車對電子技術(shù)的依賴
程度越來越高的同時，汽車電子電氣
產(chǎn)品所帶來的安全問題越發(fā)重要，例
如，因各種汽車電控系統(tǒng)軟硬件故障
而不斷出現(xiàn)的汽車召回事件。國家政
府部門、汽車整車及零部件企業(yè)和用
戶越來越關(guān)注產(chǎn)品的功能安全，在這
樣的背景下，迫切需要對汽車電子電
氣產(chǎn)品在設(shè)計、研發(fā)、檢測試驗和生
產(chǎn)管理等諸多方面提出全新的功能安
全要求，ISO26262道路車輛功能安全
標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運而生。
目前，道路車輛功能安全國家標(biāo)
準(zhǔn)也正在轉(zhuǎn)化過程中?；跇?biāo)準(zhǔn)本身
的要求，本文對汽車電子領(lǐng)域涉及到
電控系統(tǒng)開發(fā)過程中的功能安全設(shè)
計、測試、安全等級評估等內(nèi)容和方
法要求進行研究，為汽車電子功能安
全技術(shù)的應(yīng)用提供一些借鑒。
1 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化介紹
1. 1 ISO26262標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展簡介
ISO26262是從電子、電氣及可編
程器件功能安全基本標(biāo)準(zhǔn)IEC61508派
生出來的，主要定位在汽車行業(yè)中特
定的電氣器件、電子設(shè)備、可編程電
子器件等專門用于汽車領(lǐng)域的部件。
ISO26262從2005年11月起正式
開始制定，經(jīng)歷了大約6年左右的時
間，已于2011年11月正式頒布，成為
國際標(biāo)準(zhǔn)。
1. 2 道路車輛國標(biāo)發(fā)展簡介
道路車輛功能安全標(biāo)準(zhǔn)分為10個
部分：術(shù)語、功能安全管理、概念階
段、產(chǎn)品開發(fā)-系統(tǒng)層、產(chǎn)品開發(fā)-硬
件層、產(chǎn)品開發(fā)-軟件層、生產(chǎn)和操
作、支持過程、汽車安全完整性等級
導(dǎo)向和安全導(dǎo)向分析、指南，具體架
構(gòu)如圖1所示：
國標(biāo)委2012年8月正式下達了推
薦性國家標(biāo)準(zhǔn)《道路車輛 功能安全》
制定計劃，全國汽標(biāo)委已經(jīng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)
開展該系列標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定工作。
目前，國標(biāo)正在轉(zhuǎn)化過程中。
道路車輛功能安全標(biāo)準(zhǔn)涉及到汽
車電子的安全性，適用的汽車企業(yè)包
括整車開發(fā)商(所有3.5噸以下客車)、
安全相關(guān)的車輛電機與電子系統(tǒng)開發(fā)
商、安全相關(guān)的車輛電子零部件開發(fā)
商、安全相關(guān)的車輛電子組件開發(fā)
商；適用的人員包括車輛功能安全相
關(guān)的不同項目人員、公司管理層、項
目管理者、相關(guān)研發(fā)人員、相關(guān)業(yè)務(wù)
人員。
2 汽車電控系統(tǒng)功能安全設(shè)計要求
道路車輛功能安全標(biāo)準(zhǔn)從開發(fā)
流程、管理方法、技術(shù)措施三個大方
面提出了對汽車電控系統(tǒng)安全等級的
要求。在產(chǎn)品開發(fā)階段，ISO26262按
汽車工業(yè)中常用的V型開發(fā)流程定義
相關(guān)安全活動：V型的左側(cè)是技術(shù)安
全需求（功能安全概念的技術(shù)實現(xiàn)途
汽車電子功能安全設(shè)計與測試方法的研究*
Research for automotive electronic functional safety design and testing method
王鐵 中國汽車技術(shù)研究中心（天津 300300）
*天津市自然科學(xué)基金項目資助，合同編號13JC2DJC34200
王鐵，男，主要研究方向：汽車功能安全評估、測試、咨詢，汽車行業(yè)規(guī)劃與
咨詢。
摘要：對汽車功能安全標(biāo)準(zhǔn)體系進行了研究，闡述了電控系統(tǒng)在功能安全
等級概念分析、系統(tǒng)設(shè)計測試、軟硬件設(shè)計測試各方面要求內(nèi)容。結(jié)合
功能安全標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)了符合汽車功能安全等級的評估方法，可以覆蓋標(biāo)準(zhǔn)
的各部分要求。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http://www.eepw.com.cn/article/248891.
htm
關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)體系；電控系統(tǒng)；汽車功能安全等級；評估
DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.6.006
23508
責(zé)任編輯：王瑩
44 2014.7 www.eepw.com.cn
徑）的制定、系統(tǒng)/軟件/硬件設(shè)計；
V型的右側(cè)是軟硬件測試、系統(tǒng)集成
測試。
2.1 功能安全危害分析與風(fēng)險評估
提出了確定功能安全等級(ASIL)
的方法，安全等級范圍是A、B、C、
D，其中ASIL A安全等級最低，ASIL
D安全等級最高。在整車和系統(tǒng)電子
設(shè)計時，需要確定所設(shè)計項目的范
圍。基于項目定義，確定項目的安全
目標(biāo)，避免不合理的風(fēng)險。ASIL使用
3個參數(shù)進行評估，分別是：危險對
駕駛員或其他交通參與人員造成傷害
的嚴重程度S，危險所在工況的發(fā)生
概率E，危險涉及的駕駛員和其他交
通參與人員及時采取控制行動避免特
定傷害的能力C。S分為0～3級，如
表1所示，S0代表無傷害，S3代表危
及生命的重傷或致命傷；E分為0～4
級，如表2所示，E0代表工況不可能
發(fā)生，E4代表工況是常見的；C分為
0～3級，如表3所示，C0代表完全可
控，C3代表非常難于控制。對于每一
個識別到的危險，按表4評估風(fēng)險等
級（即汽車安全完整性等級），其中
QM表示與安全無關(guān)。
2. 2 功能安全系統(tǒng)設(shè)計
系統(tǒng)級產(chǎn)品功能安全設(shè)計要求
包括產(chǎn)品開發(fā)的啟動、技術(shù)安全要求
中的規(guī)范、系統(tǒng)設(shè)計、項目集成和測
試、安全驗證、功能安全評估、生產(chǎn)
發(fā)布。如圖2所示。
在啟動產(chǎn)品開發(fā)和定義技術(shù)安
全要求后，進行系統(tǒng)設(shè)計。在系統(tǒng)設(shè)
計過程中建立系統(tǒng)架構(gòu)，將技術(shù)安全
要求分配給硬件和軟件，并且，如果
適用，也可應(yīng)用其它技術(shù)。同時，細
化技術(shù)安全要求，并添加來自系統(tǒng)架
構(gòu)的要求，包括軟硬件接口的要求。
根據(jù)架構(gòu)的復(fù)雜性，可以逐步得出子
系統(tǒng)的需求。開發(fā)后，集成硬件和軟
件要素并測試以形成一個相關(guān)項，然
后，將該相關(guān)項集成在整車上。一旦
在整車層面完成了系統(tǒng)集成，進行安
全確認以提供與安全目標(biāo)相關(guān)的功能
安全證據(jù)。
2 3 功能安全軟硬件設(shè)計
如圖2所示，在系統(tǒng)功能安全設(shè)
表1 嚴重性S分級
表2 場景發(fā)生概率E分級
表3 可靠性C分級
級別S0 S1 S2 S3
描述無傷害輕微的傷害
嚴重和危及生命的傷害
（存活概率高）
危及生命傷害（存活概率不確
定），致命的傷害
級別E0 E1 E2 E3
描述不可靠非常低的概率低概率中等概率
級別C0 C1 C2 C3
描述總體可控簡單可控一般可控難控制或不可控
圖1 道路車輛功能安全標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)
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責(zé)任編輯：王瑩
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計時，需要制定軟硬件接口HIS要
求，根據(jù)表4分析確定的不同功能安
全等級，在進行具體軟件和硬件設(shè)計
時也要有具體要求?？傮w來說，硬件
功能安全設(shè)計體現(xiàn)了不同安全等級
的定量要求，如表5和表6所示。硬件
功能安全要求包括硬件產(chǎn)品開發(fā)的啟
動、硬件安全規(guī)格的要求、硬件設(shè)
計、硬件架構(gòu)指標(biāo)、對由于硬件隨機
失效引起的違反安全目標(biāo)進行評估、
硬件集成和測試。
軟件功能安全等級的定性要求，
如圖3所示。軟件功能安全要求包括
軟件級產(chǎn)品開發(fā)的啟動、軟件安全要
求的規(guī)格、軟件架構(gòu)設(shè)計、軟件單元
設(shè)計與執(zhí)行、軟件單元測試、軟件集
成和測試、軟件安全要求的驗證。
3 汽車電控系統(tǒng)安全等級驗證評
估要求
汽車電控系統(tǒng)功能安全等級的驗
證評估主要從測試驗證和文檔評審來
確定。
3. 1 功能安全測試要求
功能安全測試分為軟硬件測試、
系統(tǒng)集成測試、整車集成測試。
軟硬件測試主要針對軟件和硬件
設(shè)計的具體單元、功能模塊進行確認
實施，其中硬件測試主要是失效率的
驗證、功能的確認、EMC等性能測
試，軟件測試主要是單元模塊測試、
不同測試方法的覆蓋。
系統(tǒng)集成測試主要是對不同安
全等級對應(yīng)的安全場景、故障反應(yīng)時
間、故障處理措施、安全狀態(tài)的確
認。
整車集成實施主要是在實車環(huán)境
中依據(jù)危害分析和風(fēng)險評估的結(jié)果進
行各種故障注入測試，確認實車環(huán)境
下各電控系統(tǒng)能夠滿足不同功能安全
等級的要求。
3. 2 功能安全文檔要求
根據(jù)功能安全標(biāo)準(zhǔn)的要求，在
功能安全管理、概念階段、產(chǎn)品系統(tǒng)
設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、生產(chǎn)發(fā)
布、支持過程等環(huán)節(jié)，對應(yīng)有諸多的
功能安全工作成果。對于不同電控系
統(tǒng)的設(shè)計需求，可以對
圖3 軟件功能安全設(shè)計要求
圖2 系統(tǒng)設(shè)計功能安全要求
下轉(zhuǎn)34
3508
責(zé)任編輯：王瑩 Industry Control
www.eepw.com.cn 2014.7 49
FTP連接，驗證用戶名密碼后連接
創(chuàng)建成功，同時利用GetResponse方
法獲取服務(wù)器的反饋信息。當(dāng)需要
上傳、下載和刪除文件時，還是利
用FtpWebRequest，只是將其Method
屬性設(shè)置為WebRequestMethods.Ftp.
UploadFile，WebRequestMethods.Ftp.
DownloadFile和WebRequestMethods.
Ftp.DeleteFile，然后向服務(wù)器發(fā)起請
求，服務(wù)器便會響應(yīng)相應(yīng)的請求。服
務(wù)器每次響應(yīng)請求之后，都返回當(dāng)前
的目錄下的文件列表，供PC客戶端顯
示。
“返回上級目錄”功能比較特
殊，當(dāng)用戶雙擊“返回上級目錄”
后，將保存當(dāng)前路徑的變量中當(dāng)前路
徑的最后一級刪除，生成新的當(dāng)前路
徑，然后用新的當(dāng)前路徑向服務(wù)器發(fā)
送顯示文件列表請求，達到顯示上一
級目錄的目的。
經(jīng)測試，使用PC客戶端能夠順
利選擇文件夾和文件，并下載、上傳
和刪除文件，具備一個實用的FTP系
統(tǒng)的基本功能，能夠滿足該系統(tǒng)的需
求。FTP下載文件界面如圖10所示。
4 總結(jié)
利用本文中的裝置，可以以很小
的代價為普通的鋼筋混凝土檢測儀添
加遠程視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)回傳功能，能
夠?qū)z測儀在橋下的運行狀態(tài)進行監(jiān)
控，并實時獲取檢測儀的檢測數(shù)據(jù)，
能夠大大地拓展普通鋼筋混凝土檢測
儀的使用環(huán)境。而且可以根據(jù)需要，
進行功能的添加和刪除，二次開發(fā)簡
單方便?？傮w說來，該系統(tǒng)簡單可
靠，成本低廉，使用方便，具有一定
的實用價值，值得推廣。
參考文獻：
[1]王海軍.嵌入式Linux設(shè)計與應(yīng)用教程[M].上海:上海交通大學(xué)出版
社,2012
[2]蔡安妮.多媒體通信技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012
[3] 梁斌玉.叩響C#之門[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009
[4]鄧博文,鐘志.基于MJPG-streamer的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)
[R/OL].[2013-03-07] http://www.paper.edu.cn/releasepaper/
content/201303-239
[5]黃孝建.多媒體技術(shù)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2010
這些工作成果即文檔進
行功能安全裁剪。按照
標(biāo)準(zhǔn)要求，對這些文檔進行審核確認。
3. 3 功能安全等級評估
功能安全等級評估可以分為五個
ASIL A ASIL B ASIL C ASIL D
＜ 10-6 h-1 ＜ 10-7 h-1 ＜ 10-7 h-1 ＜ 10-8 h-1
表5 硬件架構(gòu)指標(biāo)目標(biāo)值
嚴重性概率可靠性
S E C1 C2 C3
S1 E1 QM QM QM
E2 QM QM QM
E3 QM QM ASIL A
E4 QM ASIL A ASIL B
S2 E1 QM QM QM
E2 QM QM ASIL A
E3 QM ASIL A ASIL B
E4 ASIL A ASIL B ASIL C
S3 E1 QM QM ASIL A
E2 QM ASIL A ASIL B
E3 ASIL A ASIL B ASIL C
E4 ASIL B ASIL C ASIL D
表4 ASIL安全等級確認
ASIL B ASIL C ASIL D
單點故障指標(biāo)＞ 90% ＞ 97% ＞ 99%
潛伏故障指標(biāo)＞ 60% ＞ 80% ＞ 90%
表6 隨機硬件失效率目標(biāo)值
階段完成：安全理念認可、功能/基
本安全試驗、硬件安全完整性分析與
測試、軟件安全性分析與測試、功能
安全等級認定。
其中，安全理念認可包括安全管
理計劃審核、驗證與確認計劃審核、
功能/安全需求規(guī)格說明書審核、安
全相關(guān)的文檔體系評估、產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)
量管理文檔評估、已采用的故障避免
措施評估。功能/基本安全試驗包括
安全相關(guān)的EMC試驗、環(huán)境試驗、化
學(xué)試驗、故障注入測試、FMEDA分
析、安全相關(guān)的功能測試等；硬件安
全完整性分析與測試包括危險與風(fēng)險
分析、故障注入測試、系統(tǒng)建模與安
全參數(shù)計算等。軟件安全性分析與測
試包括軟件代碼安全性分析、軟件架
構(gòu)安全分析、軟件測試工作完善性分
析、HIL咨詢測試、項目開發(fā)工具安
全適用性分析。依據(jù)上述的評審，最
終進行功能安全等級的確認。
4 小結(jié)
汽車上電子的元素越多，涉及到
的安全隱患就會越大，道路車輛功能
安全標(biāo)準(zhǔn)作為國際上各大整車企業(yè)和
零部件企業(yè)共同推出的汽車電子安全
設(shè)計開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，需要國內(nèi)企業(yè)更好地
去執(zhí)行。
本文基于標(biāo)準(zhǔn)的理解，對汽車電
控系統(tǒng)在功能安全等級概念分析、系
統(tǒng)設(shè)計測試、軟硬件設(shè)計測試各環(huán)節(jié)
進行了技術(shù)應(yīng)用方面的研究，并結(jié)合
功能安全文檔和測試要求，分析整理
了符合功能安全等級的評估方法，為
汽車電控系統(tǒng)功能安全設(shè)計開發(fā)提供
了的一種技術(shù)應(yīng)用途徑。
參考文獻：
[1]ISO 26262,Road Vehicles Functional Safety—part1：
vocabulary, 2011.International Organizations for Standards
[2]ISO 26262,Road Vehicles Functional Safety—part3：
concept phase,2011.International Organizations for
Standards
[3]ISO 26262,Road Vehicles Functional Safety—part4：
product development at the system level,2011.International
Organizations for Standards
[4]楊國,青厲蔣.基于ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)的汽車電子系統(tǒng)測試
方法(上).電子產(chǎn)品世界.2013(4)
[5]楊國,青厲蔣.基于ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)的汽車電子系統(tǒng)測試
方法(中).電子產(chǎn)品世界.2013(5)
[6]楊國,青厲蔣.基于ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)的汽車電子系統(tǒng)測試
方法(下).電子產(chǎn)品世界.2013(6)
上接30
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