樓志江

（比亞迪汽車工業(yè)有限公司，廣東 深圳 518118）

引言

所謂功能安全，即是通過分析和設(shè)計，將系統(tǒng)電子元器件失效引起的安全風(fēng)險降低到社會接受的水平。關(guān)于汽車功能安全的研究由來已久，早在上世紀(jì)80 年代，歐洲已經(jīng)針對發(fā)動機(jī)系統(tǒng)電子元器件失效的問題提出了EGAS 三層架構(gòu)[1]。之后，工程師們將功能安全的開發(fā)思想和流程逐漸整理完善，并于2011 年11 月，發(fā)布了第一版汽車電子電氣系統(tǒng)功能安全的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262[2]，之后第二版也于2018 年正式發(fā)布[3]。

ASIL，全稱汽車安全完整性等級（Automotive Safety Integrity Level），用于描述失效風(fēng)險水平以及系統(tǒng)功能可靠性的大小，是貫穿整個功能安全開發(fā)過程的一個重要概念。因此，ASIL 評估的正確與否，對功能安全的開發(fā)起著至關(guān)重要的作用。

然而，在實(shí)際開發(fā)過程中，由于ISO 26262 對于ASIL的定義過于抽象，很多工程師難以理解ASIL 的物理意義，加上ISO 26262 中關(guān)于ASIL 的評估準(zhǔn)則主觀性太強(qiáng)，導(dǎo)致很多工程師難以得出客觀有效的ASIL 評估結(jié)果。為此，美國機(jī)動車工程師學(xué)會先后發(fā)布了SAE J2980 的第一版和第二版用于指導(dǎo)ASIL 定級[4]，但是該標(biāo)準(zhǔn)在很多問題上還是過于主觀，在實(shí)際應(yīng)用中還存在很多問題。

因此，本文通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)介紹了ASIL 的物理意義，同時結(jié)合實(shí)際的工程應(yīng)用問題，提出了九點(diǎn)建議準(zhǔn)則，作為為ASIL 評估的參考意見。

1 ASIL 物理意義及評估參考準(zhǔn)則

所謂功能安全，就是功能失效引起的后果降低到社會能夠接受的水平。換就話說，就是希望導(dǎo)致事故嚴(yán)重度（S）越高的失效，引起事故發(fā)生的概率（f）越低，即：

其中λ 為一個定值，代表社會的接受水平。

其中事故發(fā)生的概率f 需要從三個方面進(jìn)行綜合考慮：首先，它和電子元器件發(fā)生失效的概率f0相關(guān)；其次，即便電子元器件發(fā)生失效，其造成的事故的嚴(yán)重度（S）也是和事故發(fā)生的場景息息相關(guān)的，例如對剎車失效而言，該故障發(fā)生在雨雪天造成的后果比在晴天發(fā)生造成的后果要嚴(yán)重，因此，f 也和場景發(fā)生的概率相關(guān)，即暴露率（E）；最后，即便發(fā)生了故障，有的問題駕駛員和行人具有處理能力，能防止事故的發(fā)生，因此，f 也和駕駛員和行人的故障處理能力相關(guān)，即可控性（C）。因此，公式（1）可以寫成如下：

公式中f0是和電子元器件系統(tǒng)的設(shè)計水平直接掛鉤的，f0越小，代表系統(tǒng)的失效率非常低。因此，功能安全取，利用嚴(yán)重度（S）、暴露率（E）、可控性（C）三者來計算ASIL等級，ASIL 等級越高表明事故的后果越嚴(yán)重，我們需要失效率更低的電子元器件系統(tǒng)才能控制住該失效引起的風(fēng)險。因此，ASIL 既能用于描述失效風(fēng)險的大小，也能用于描述系統(tǒng)的安全等級。

表1 ASIL 評級表

如表1 所述，ASIL 基于嚴(yán)重度（S）、暴露率（E）、可控性（C）三者等級而確定。SAE J2980 和ISO 26262 均給出了嚴(yán)重度（S）、暴露率（E）、可控性（C）的評估標(biāo)準(zhǔn)，但是這些準(zhǔn)則主觀性太大，不適合實(shí)際功能安全開發(fā)。

結(jié)合SAE J2980、ISO 26262 以及實(shí)際開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，本文就ASIL 的評估問題，提出以下的一些參考準(zhǔn)則：

準(zhǔn)則1：評估的重點(diǎn)始終為整車層面單個功能的影響，而且暫且不考慮已經(jīng)或者將要實(shí)施的安全機(jī)制（故障檢測、報警、處理等安全措施）。

準(zhǔn)則2：駕駛員的過失操作不在考慮范圍內(nèi)。

準(zhǔn)則3：場景不可分割太細(xì)，否則暴露率會過低，造成整體ASIL 等級過低的后果。

倘若場景的分割操作不會對嚴(yán)重度和可控性造成影響，僅僅只能降低暴露率，那這樣的場景分割操作就是沒必要的。

準(zhǔn)則4：凡是和機(jī)械剎車失效、轉(zhuǎn)向失效、電池燃燒、電控爆炸相關(guān)的故障，通常情況下嚴(yán)重度均取最高等級S3。

類似效果的故障也取S3，例如駕駛過程中誤觸發(fā)電子駐車制動系統(tǒng)（EPB），因?yàn)槠湫Ч鸵馔鈩x車一樣，因此，嚴(yán)重度等級也取S3。

準(zhǔn)則5：對同一個失效，在轉(zhuǎn)彎或者超車的場景下的嚴(yán)重度比直線行駛場景下的嚴(yán)重度要高一個到兩個等級。

準(zhǔn)則6：暴露率評估可以采取按環(huán)境條件約束數(shù)量逐級遞減的方法。

例如高速超車的情況，暴露率可以按照如下方法逐級分解為：高速公路暴露率等級為4，同時考慮超車的情況，暴露率等級降低一級為3，因此高速超車的暴露率等級為3。

準(zhǔn)則7：和場景無關(guān)的危害的暴露率等級均取4

倘若一個失效在任何場景下都會發(fā)生嚴(yán)重的事故，則其暴露率可以直接評定為4.

準(zhǔn)則8：可控性評估需要考慮駕駛員的應(yīng)對能力，倘若駕駛員有充足的時間進(jìn)行反應(yīng)和處理，則可以適當(dāng)降級。

因此，車速和前后車距是可控性評估的重要考慮因素。

準(zhǔn)則9：有的故障在引起事故前已經(jīng)做出報警，或者駕駛員可明顯感知到異常，則可以適當(dāng)降低可控性等級。

2 總結(jié)

本文從數(shù)學(xué)層面分析了ASIL 的物理意義，同時，針對實(shí)際功能安全開發(fā)過程中ASIL 評估主觀性強(qiáng)的問題，提出了九點(diǎn)建議準(zhǔn)則。本文的工作成果對ASIL 的評估工作就有一定的指導(dǎo)意義，功能安全工程師們在實(shí)際開發(fā)過程中可以酌情參考采納。