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(fù)雜，集成度提升，導(dǎo)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(dòng)安全、主動(dòng)安全發(fā)展到安全性預(yù)測(cè)，功能安全的概念開始出現(xiàn)。飛思卡爾半導(dǎo)體(Freescale)微控制器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理郗蘊(yùn)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(dǎo)致的不合理的風(fēng)險(xiǎn)。

她解釋道，主動(dòng)安全是指在事故發(fā)生前進(jìn)行預(yù)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(yù)測(cè)更進(jìn)一步，通過系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)故障是否發(fā)生，在故障發(fā)生前給出預(yù)警。除了底盤與安全，功能安全現(xiàn)在還涉及動(dòng)力總成以及車身系統(tǒng)。

早在10年前，國際電工委員會(huì)就頒布了適用于所有行業(yè)的功能安全標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508。但由于對(duì)汽車的安全越來越重視，因此衍生出了針對(duì)汽車行業(yè)量身定制的ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)與IEC 61508功能安全標(biāo)準(zhǔn)匹配，適用于汽車電子電氣系統(tǒng)。ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)目，旨在實(shí)現(xiàn)功能安全，化繁為簡(jiǎn)。具體而言包括簡(jiǎn)化流程；縮短研發(fā)的開發(fā)時(shí)間和降低復(fù)雜性；支持功能安全標(biāo)準(zhǔn)提出的安全完整性等級(jí)(SIL)最嚴(yán)格的要求；實(shí)現(xiàn)零實(shí)效。該項(xiàng)目構(gòu)建在四個(gè)領(lǐng)域基礎(chǔ)上：安全流程、安全硬件、安全軟件和安全支持。

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

“除了提供安全產(chǎn)品，我們主要的目標(biāo)是化繁為簡(jiǎn)。針對(duì)功能安全的關(guān)鍵結(jié)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(yīng)用項(xiàng)目來計(jì)算功能安全結(jié)果，從而簡(jiǎn)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(shè)計(jì)的單片機(jī)MPC5643L。功能安全要求單片機(jī)設(shè)計(jì)更嚴(yán)格、錯(cuò)誤概率更小，可以更好地防止單點(diǎn)失效和潛在失效等。這款產(chǎn)品中采用了冗余的方式，即通過兩個(gè)CPU實(shí)現(xiàn)鎖步模式來應(yīng)對(duì)單點(diǎn)失效。潛在失效則利用硬件實(shí)現(xiàn)自檢功能來應(yīng)對(duì)。該產(chǎn)品已通過IEC 61508 SIL3的安全認(rèn)證。

針對(duì)安全性預(yù)測(cè)需求，飛思卡爾推出了基于攝像頭的高級(jí)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(yù)警等。近期飛思卡爾還與寶馬、博通組成了OPEN聯(lián)盟，推動(dòng)以太網(wǎng)在汽車中的應(yīng)用，目標(biāo)是利用低成本非屏蔽雙絞線來取代昂貴的LVDS電纜。郗蘊(yùn)俠透露，第一款基于以太網(wǎng)的汽車將有望在2013年推出。

圖：基于攝像頭的高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)解決方案。

另一方面，國際油價(jià)日益上漲，環(huán)境壓力不斷增大，使得節(jié)能減排的目標(biāo)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(duì)新能源汽車的補(bǔ)貼，這無疑將給純電動(dòng)汽車(EV)和插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)帶來巨大的發(fā)展契機(jī)。插電式混合動(dòng)力汽車直接由電網(wǎng)充電，電動(dòng)機(jī)為主要?jiǎng)恿敵觯l(fā)動(dòng)機(jī)為輔，采用大容量電池，可以靠電力行駛較遠(yuǎn)的距離；當(dāng)電池耗盡時(shí)，則可以采用發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)行駛，從而解決充電站覆蓋不足的現(xiàn)實(shí)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(dòng)力汽車。

新能源汽車對(duì)于電機(jī)控制系統(tǒng)的要求更加嚴(yán)苛。富士通半導(dǎo)體(Fujitsu)市場(chǎng)部產(chǎn)品經(jīng)理丁潔早指出，作為新能源汽車的核心部件，電機(jī)控制不僅關(guān)系著整車性能，還與行車安全息息相關(guān)。高性能電機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)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(jī)運(yùn)行，降低能源消耗，降低系統(tǒng)成本。

汽車電機(jī)控制MB91580 MCU是全球?qū)ｉT面向新能源汽車電機(jī)控制的高性能MCU，該產(chǎn)品集成了多種關(guān)鍵外設(shè)功能，能夠縮短電機(jī)控制時(shí)間，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其高性能CPU和內(nèi)設(shè)Rx 1/F可縮短電機(jī)控制時(shí)間達(dá)40%?，F(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(nèi)集成RDC，CPU可以任何時(shí)候直接從寄存器中讀出絕對(duì)角度值、sin和cos值。MB91580 MCU可以通過電機(jī)控制抑制CPU負(fù)載率，因此它可以同時(shí)進(jìn)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(dǎo)體針對(duì)EV和PHEV的電機(jī)控制MCU產(chǎn)品規(guī)劃了解到，未來將開發(fā)的第二代產(chǎn)品采用200MHz CPU，集成雙RDC。該公司同時(shí)還推出了多款通用汽車MCU新產(chǎn)品，包括16位MCU 16FXS系列：與16FX采用相同的內(nèi)核，適合用于BMS設(shè)計(jì)；32位MCU FR18系列：高性能，低BOM成本，適合整車控制單元采用。