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1. 功能安全概览

1.1. 定义

Absence of unreasonable risk due to hazards caused by malfunctioning behavior of electrical/electronic systems” – ISO 26262-1:2011; 1.51

Safety = Absence of unreasonable risk

由于电子/电器系统故障导致的危害,没有不合理的风险。

功能安全是由于控制系统越来越多地使用E/E(电子和电气)系统而产生的。目前,功能安全应用于许多行业,包括航空电子、汽车、铁路和医疗器械行业。最通用的标准是IEC 61508,它起源于工业市场。它目前作为标准存在于IEC/ISO基本安全出版物中,涵盖了一些行业的“一般功能安全”。ISO 26262特别适用于汽车乘用车电气和电子系统。ISO 26262标准是IEC 61508标准的一个分支

  • 注意,功能安全性和ISO 26262不考虑E/E系统中的所有风险。他们只考虑降低E/E系统故障行为的风险

1.2. 汽车安全与汽车功能安全

车辆有许多不同的系统,包括液压系统、机械系统、电气系统、电子系统和化学系统。有各种各样的汽车标准,涵盖了有关安全的主题和最佳设计实践。你可以在汽车工程师协会的网站上找到一些例子。各国政府甚至有自己的安全标准,如美国政府的联邦汽车安全标准和联合国统一汽车管理世界论坛。

功能安全,只关注电气和电子系统故障,只是整体汽车安全的一部分

1.3. 功能安全性和标称性能

功能安全性也不考虑标称性能。例如,自动制动系统的标称性能可以是车辆以每小时60英里的速度在5秒内完全停止。功能安全不决定车辆是否在5秒内刹车。

相反,功能安全应该关注的是故障,比如刹车功能在本不应该启动的时候启动了,或者系统刹车太猛导致驾驶员受伤。标称性能问题仍然可能导致安全问题,但标称性能不是功能安全标准的一部分。

1.4. 什么是功能安全

在最基本层面上 功能安全包含三个要素:

  • 第一,识别出会对人身健康造成伤害的潜在问题,我们将这些潜在的问题称为危害
  • 第二,对危害造成的风险进行评估
  • 第三,利用系统工程学的知识将风险降低至一个可以接受的范围内

1.5. 什么程度的风险是合理的?

  • 安全带的历史:许多人认为卡尔·本茨在1885年左右发明了汽车。安全带直到20世纪20年代才开始出现,当时医生开始在他们自己的车上安装安全带。直到20世纪50年代,汽车公司才将安全带作为可选设备提供。直到20世纪50年代末,安全带才成为标准设备。1968年,美国通过了一项法律,要求所有车辆都要系上安全带。1970年,澳大利亚成为第一个要求系安全带的国家。1984年,纽约是美国第一个通过类似立法的州。因此,各国花了近一个世纪才要求使用安全带。

  • 如果安全带是机械的将不作为功能安全考虑的一部分。如果包含电子元件,则作为功能安全一部分。

  • 综上,功能安全关注的是将风险保持在当前社会的阈值以下

1.6. 完全消除风险

为什么你只是试图将风险降至合理水平,而不是消除所有风险?消除所有风险将使工程、产品开发和测试陷入瘫痪。不幸的是,要确保人们在车祸中不受伤,恐怕是不可能的。另一方面,没有消除足够的风险可能导致失败的产品,召回,诉讼甚至生命损失。最后,每个公司都必须自己决定从产品中消除多少风险

1.7. “功能性”是什么意思?

术语“功能性”来自于系统工程的一个分支,称为需求工程。系统工程将需求划分为:

  • 功能需求——系统应该做什么;换句话说,系统的功能。

    功能要求:form X system shall do Y.例如,“转弯信号系统应打开指示灯,告诉司机系统是活动的”。

  • 非功能性需求——系统应该如何表现:例如,系统有多可靠?

    非功能性要求:the form X system shall be Y.例如:“当车辆点火开关处于on位置时,转弯信号系统应该是可用的”。

功能安全关注的是当系统做了不该做的事情时会发生什么,这被称为故障。当为车辆设计添加新的工程要求,以确保系统的安全。可能会注意到,在功能安全模块中经常出现shall这个词。这是因为工程需求几乎总是包含“shall”这个词。如果看到shall这个词,那么可能正在查看一个工程需求。

1.8. ASIL

严重程度、发生危险场合可能性和可控性提供了风险评估的系统化方法。我们将这三种因素混合成为一个度量单位叫作汽车安全完整性等级(ASIL)。

注意这里对三个因素做了分级

汽车安全完整性等级用来衡量在每一种危害情形下风险的大小,低风险等级为ASIL A级,而最高的风险的等级为ASIL D级。一个快速的定级方法6,7,8,9 -> A, B, C, D

ASIL要点

  • ASIL不是为物理系统组件计算的,而是为功能计算
  • 与功能相关的ASIL由实现该功能的软件和硬件元素继承
  • 一个硬件组件或软件组件可能会实现多个不同ASILs的功能(如单片机)
  • 与硬件或软件组件相关联的ASIL从运行在其上的ASIL最高功能继承而来

1.9. 功能安全流程

参考资料