ISO26262中的ASIL等级确定与分解

ISO26262中的ASIL等级确定与分解1.引言

汽车上电子/电气系统（E/E）数量不断的增加，一些高端豪华轿车上有多达70多个ECU（ElectronicControlUnit电子控制单元），其中安全气囊系统、制动系统、底盘控制系统、发动机控制系统以及线控系统等都是安全相关系统。当系统出现故障的时候，系统必须转入安全状态或者转换到降级模式，避免系统功能失效而导致人员伤亡。失效可能是由于规范错误(比如安全需求不完整)、人为原因的错误(比如：软件bug)、环境的影响(比如：电磁干扰)等等原因引起的。为了实现汽车上电子/电气系统的功能安全设计，道路车辆功能安全标准ISO26262[1]于2011年正式发布，为开发汽车安全相关系统提供了指南，该标准的基础是适用于任何行业的电子/电气/可编程电子系统的功能安全标准IEC61508[2]。

ISO26262标准中对系统做功能安全设计时，前期重要的一个步骤是对系统进行危害分析和风险评估，识别出系统的危害并且对危害的风险等级——ASIL等级（AutomotiveSafetyIntegrationLevel，汽车安全完整性等级）进行评估。ASIL有四个等级，分别为A，B，C，D，其中A是最低的等级，D是最高的等级。然后，针对每种危害确定至少一个安全目标，安全目标是系统的最高级别的安全需求，由安全目标导出系统级别的安全需求，再将安全需求分配到硬件和软件。ASIL等级决定了对系统安全性的要求，ASIL等级越高，对系统的安全性要求越高，为实现安全付出的代价越高，意味着硬件的诊断覆盖率越高，开发流程越严格，相应的开发成本增加、开发周期延长，技术要求严格。ISO26262中提出了在满足安全目标的前提下降低ASIL等级的方法——ASIL分解，这样可以解决上述开发中的难点。

本文首先介绍了ISO26262标准中的危害分析和风险评估阶段中的ASIL等级确定方法，然后介绍了ASIL分解的原则，并辅以实例进行说明。2.危害分析和风险评估

依据ISO26262标准进行功能安全设计时，首先识别系统的功能，并分析其所有可能的功能故障（Malfunction），可采用的分析方法有HAZOP，FMEA、头脑风暴等。如果在系统开发的各个阶段发现在本阶段没有识别出来的故障，都要回到这个阶段，进行更新。功能故障在特定的驾驶场景下，才会造成伤亡事件，比如近光灯系统，其中一个功能故障就是灯非预期熄灭，如果在漆黑的夜晚行驶在山路上，驾驶员看不清道路状况，可能会掉入悬崖，造成车毁人亡；如果此功能故障发生在白天就不会产生任何的影响。所以进行功能故障分析后，要进行情景分析，识别与此故障相关的驾驶情景，比如：高速公路超车、车库停车等。分析驾驶情景建议从公路类型：比如国道、城市道路、乡村道路等；路面情况：比如湿滑路面、冰雪路面、干燥路面；车辆状态：比如转向、超车、制动、加速等；环境条件：比如：风雪交加、夜晚、隧道灯；交通状况：拥堵、顺畅、红绿灯等；人员情况：不如乘客、路人等几个方面去考虑。功能故障和驾驶场景的组合叫做危害事件（hazardevent），危害事件确定后，根据三个因子——严重度（Severity）、暴露率（Exposure）和可控性（Controllability）评估危害事件的风险级别——ASIL等级。其中严重度是指对驾驶员、乘员、或者行人等涉险人员的伤害程度；暴露率是指人员暴露在系统的失效能够造成危害的场景中的概率；可控性是指驾驶员或其他涉险人员能够避免事故或伤害的可能性。这三个因子的分类在表1中给出。表1严重度、暴露率、可控性分类

ASIL等级的确定基于这三个影响因子，表2中给出了ASIL的确定方法，其中D代表最高等级，A代表最低等级，QM表示质量管理（QualityManagement），表示按照质量管理体系开发系统或功能就足够了，不用考虑任何安全相关的设计。确定了危害的ASIL等级后，为每个危害确定至少一个安全目标，作为功能和技术安全需求的基础。表2ASIL等级确定

下面以EPB（ElectricalParkBrake）系统为例介绍如何进行危害分析和风险评估。

EPB较传统的驻车制动器，除了驻车功能，还有动态起步辅助功能、紧急制动功能以及自动驻车功能等。这里我们以驻车功能为例，当驻车时，驾驶员通过按钮或其它方式发出制动请求，EPB系统在汽车的后轮上施加制动力，以防止车非预期滑行。该系统的危害有：非预期制动失效、非预期制动启动。相同的危害在不同的场景下的风险是不一样的，所以我们要对不同的驾驶场景进行分析。为了简化问题，这里我们仅对”非预期制动失效”这种功能故障进行风险评估。表3给出了EPB风险评估表，在该表中我们考虑的驾驶场景是车停在斜坡上，驾驶员不在车上。如果驾驶员在车上的话，驾驶员可通过踩刹车控制汽车滑行，可控性增加，那么所评估的ASIL等级会比表中的ASILD低，但是对于同一个安全目标，如果评估的ASIL等级不同的话，要选择ASIL等级最高的那个。表3EPB风险评估图4加入安全机制后的架构

功能F和安全机制是冗余安全需求，同时来满足安全目标，因此可以将功能F原来的ASIL等级在这两个需求上进行分解，分解为ASILD(D)和QM(D)，分解后的ASIL等级如图5所示。图5ASIL分解后架构示意图

原来的传感器S1、S2、S3按照QM开发，速度传感器按照ASILD开发，ECU里面的软件，原来的逻辑按QM开发，安全机制的逻辑按照ASILD开发，不同ASIL等级的软件存在于一个ECU内，为了保证软件之间的独立性，保证两者之间不相互影响，需要考虑内存保护机制，合适的调度属性来保证存储空间和CPU时间的独立性，这样会增加软件开发的很多成本。那么我们进一步采取硬件上的分离来保证独立性，我们选择一个成本很低的简单的芯片（比如PGA,ProgrammableGateArray）来运行安全机制中的软件（如图6所示）。需要注意的是PGA要使用独立的电源和时钟。图6改进的ASIL分解后架构示意图

经过分解后，按照ASILD开发的功能逻辑简单，使得开发变得简单，整体成本也得以降低。4.结论

本文以EPB为例介绍了ISO26262标准中安全目标及其ASIL等级确定的方法，安全目标的ASIL等级被开发阶段安全需求继承，如果安全需求的ASIL等级高，那么