功能安全與新能源汽車(chē)正在前行

全球交通事故的頻發(fā)促使汽車(chē)安全系統不斷演變。電子電氣部件日漸復雜，集成度提升，導致出現故障的可能性增大，汽車(chē)安全系統從最初的被動(dòng)安全、主動(dòng)安全發(fā)展到安全性預測，功能安全的概念開(kāi)始出現。飛思卡爾半導體(Freescale)微控制器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理郗蘊俠指出，汽車(chē)功能安全的定義是系統不存在由于電子電氣的功能故障而導致的不合理的風(fēng)險。

她解釋道，主動(dòng)安全是指在事故發(fā)生前進(jìn)行預處理，使故障的影響減低到最小，諸如ABS、ESC等穩定系統都屬于該范疇。近幾年出現的安全性預測更進(jìn)一步，通過(guò)系統能夠實(shí)時(shí)監測故障是否發(fā)生，在故障發(fā)生前給出預警。除了底盤(pán)與安全，功能安全現在還涉及動(dòng)力總成以及車(chē)身系統。

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)的功能安全標準IEC 61508。但由于對汽車(chē)的安全越來(lái)越重視，因此衍生出了針對汽車(chē)行業(yè)量身定制的ISO 26262標準，該標準與IEC 61508功能安全標準匹配，適用于汽車(chē)電子電氣系統。ISO 26262標準已于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項目，旨在實(shí)現功能安全，化繁為簡(jiǎn)。具體而言包括簡(jiǎn)化流程；縮短研發(fā)的開(kāi)發(fā)時(shí)間和降低復雜性；支持功能安全標準提出的安全完整性等級(SIL)最嚴格的要求；實(shí)現零實(shí)效。該項目構建在四個(gè)領(lǐng)域基礎上：安全流程、安全硬件、安全軟件和安全支持。

郗蘊俠介紹說(shuō)，在SafeAssure項目中已有多款符合功能安全的產(chǎn)品，包括單片機、模擬器件和電源管理IC、傳感器。除了汽車(chē)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，我們主要的目標是化繁為簡(jiǎn)。針對功能安全的關(guān)鍵結果失效分析(FMEDA)，飛思卡爾提供了FMEDA工具，可以幫助客戶(hù)根據他們的應用項目來(lái)計算功能安全結果，從而簡(jiǎn)化了客戶(hù)的功能安全工作。此外，飛思卡爾還推出了專(zhuān)門(mén)為功能安全設計的單片機MPC5643L。功能安全要求單片機設計更嚴格、錯誤概率更小，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(guò)兩個(gè)CPU實(shí)現鎖步模式來(lái)應對單點(diǎn)失效。潛在失效則利用硬件實(shí)現自檢功能來(lái)應對。該產(chǎn)品已通過(guò)IEC 61508 SIL3的安全認證。

針對安全性預測需求，飛思卡爾推出了基于攝像頭的高級駕駛員輔助系統(ADAS)解決方案，該方案包括后視攝像頭停車(chē)輔助，全景泊車(chē)輔助以及前景攝像頭支持的前大燈控制，車(chē)道偏離預警等。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(chē)中的應用，目標是利用低成本非屏蔽雙絞線(xiàn)來(lái)取代昂貴的LVDS電纜。郗蘊俠透露，第一款基于以太網(wǎng)的汽車(chē)將有望在2013年推出。

圖：基于攝像頭的高級駕駛員輔助系統(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，使得節能減排的目標非常艱巨，在汽車(chē)行業(yè)更是如此。因而國家和地方都加大了對新能源汽車(chē)的補貼，這無(wú)疑將給純電動(dòng)汽車(chē)(EV)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)(PHEV)帶來(lái)巨大的發(fā)展契機。插電式混合動(dòng)力汽車(chē)直接由電網(wǎng)充電，電動(dòng)機為主要動(dòng)力輸出，發(fā)動(dòng)機為輔，采用大容量電池，可以靠電力行駛較遠的距離；當電池耗盡時(shí)，則可以采用發(fā)動(dòng)機繼續行駛，從而解決充電站覆蓋不足的現實(shí)問(wèn)題。許多中國本土汽車(chē)廠(chǎng)商，如比亞迪、中國一汽、吉利汽車(chē)、長(cháng)城汽車(chē)、長(cháng)安汽車(chē)、江淮汽車(chē)都正在積極開(kāi)發(fā)插電式混合動(dòng)力汽車(chē)。

新能源汽車(chē)對于電機控制系統的要求更加嚴苛。富士通半導體(Fujitsu)市場(chǎng)部產(chǎn)品經(jīng)理丁潔早指出，作為新能源汽車(chē)的核心部件，電機控制不僅關(guān)系著(zhù)整車(chē)性能，還與行車(chē)安全息息相關(guān)。高性能電機控制系統對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(guò)提供一站式的系統控制方案，幫助改善電機運行，降低能源消耗，降低系統成本。

汽車(chē)電機控制MB91580 MCU是全球專(zhuān)門(mén)面向新能源汽車(chē)電機控制的高性能MCU，該產(chǎn)品集成了多種關(guān)鍵外設功能，能夠縮短電機控制時(shí)間，簡(jiǎn)化系統設計。其高性能CPU和內設Rx 1/F可縮短電機控制時(shí)間達40%?，F有的系統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(guò)在MCU內集成RDC，CPU可以任何時(shí)候直接從寄存器中讀出絕對角度值、sin和cos值。MB91580 MCU可以通過(guò)電機控制抑制CPU負載率，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(guò)系統集成消減整體成本。

從富士通半導體針對EV和PHEV的電機控制MCU產(chǎn)品規劃了解到，未來(lái)將開(kāi)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(chē)MCU新產(chǎn)品，包括16位MCU 16FXS系列：與16FX采用相同的內核，適合用于BMS設計；32位MCU FR18系列：高性能，低BOM成本，適合整車(chē)控制單元采用。