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電車(chē)試驗(yàn)：電動(dòng)乘用車(chē)功能安全

2021-12-27 09:59:14·  來(lái)源：汽車(chē)測(cè)試網(wǎng)  
　
隨著電動(dòng)化、智能化的發(fā)展，越來(lái)越多的汽車(chē)配備了電子電氣系統(tǒng)，如電傳動(dòng)系統(tǒng)、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等，原有的機(jī)械部件被電子器件取代。而引入如此復(fù)雜的
隨著電動(dòng)化、智能化的發(fā)展，越來(lái)越多的汽車(chē)配備了電子電氣系統(tǒng)，如電傳動(dòng)系統(tǒng)、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等，原有的機(jī)械部件被電子器件取代。而引入如此復(fù)雜的電子電氣系統(tǒng)對(duì)整車(chē)安全帶來(lái)了極大的風(fēng)險(xiǎn)，簡(jiǎn)單的一個(gè)元器件老化、失效，都有可能引發(fā)系統(tǒng)故障，進(jìn)而導(dǎo)致事故發(fā)生。
因此，對(duì)汽車(chē)及其相關(guān)零部件安全的要求也是越來(lái)越高。
本部分的功能安全，是指除電池系統(tǒng)和充電系統(tǒng)以外的功能安全。
一、 整車(chē)功能安全開(kāi)發(fā)流程
功能安全開(kāi)發(fā)流程應(yīng)符合《GB/T34590-2017 道路車(chē)輛功能安全》相關(guān)規(guī)定要求。
二、 概念開(kāi)發(fā)階段
應(yīng)基于GB/T34590.3-2017 相關(guān)規(guī)定完成概念開(kāi)發(fā)，并得出相關(guān)項(xiàng)定義、安全目標(biāo)和功能安全要求，作為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的必要輸入。
1、 相關(guān)項(xiàng)定義
為了充分理解相關(guān)項(xiàng)，并為后續(xù)階段的安全活動(dòng)提供支持，應(yīng)從相關(guān)項(xiàng)的功能、要素、接口、環(huán)境條件、相關(guān)法規(guī)要求和危害等方面考慮，詳細(xì)定義相關(guān)項(xiàng)的功能性和非功能性要求。
2、 危害分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
危害分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目的是識(shí)別相關(guān)項(xiàng)中因故障而引起的危害并對(duì)危害進(jìn)行歸類(lèi)，制定相應(yīng)的安全目標(biāo)，以避免不合理的風(fēng)險(xiǎn)。
其中，應(yīng)基于相關(guān)項(xiàng)的功能行為，來(lái)分析其潛在的危害事件。再?gòu)奈：?事件的嚴(yán)重程度、暴露概率、可控性三個(gè)方面對(duì)相關(guān)項(xiàng)進(jìn)行系統(tǒng)性的評(píng)估，從而確定安全目標(biāo)及相應(yīng)的ASIL 等級(jí)。
3、 功能安全概念
功能安全概念主要是為了從安全目標(biāo)中得出功能安全要求，并將其分配給相關(guān)項(xiàng)的架構(gòu)要素或外部措施。
定義功能安全要求時(shí)，應(yīng)從相關(guān)項(xiàng)的運(yùn)行模式、故障容錯(cuò)時(shí)間間隔、安全狀態(tài)、緊急運(yùn)行時(shí)間間隔及功能冗余等方面進(jìn)行考慮，同時(shí)可以使用安全分析（例如FMEA、FTA、HAZOP）的方法，使制定的功能安全要求更加完善。
功能安全概念還應(yīng)按照GB/T34590.9-2017 中的要求進(jìn)行驗(yàn)證，以表明與安全目標(biāo)的一致性和符合性，及減輕或避免危害事件的能力。
三、 系統(tǒng)功能安全開(kāi)發(fā)
進(jìn)行正式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)前，應(yīng)基于GB/T34590.4-2017 相關(guān)規(guī)定，指定系統(tǒng)層面產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的安全活動(dòng)計(jì)劃，包括確定設(shè)計(jì)和集成過(guò)程中適當(dāng)?shù)姆椒ê痛胧y(cè)試及驗(yàn)證計(jì)劃、功能安全評(píng)估計(jì)劃等。
1、 系統(tǒng)安全要求設(shè)計(jì)
技術(shù)安全要求是實(shí)現(xiàn)功能安全概念必要的技術(shù)要求，目的是將相關(guān)項(xiàng)層面的功能安全要求細(xì)化到系統(tǒng)層面的技術(shù)安全要求。
應(yīng)基于GB/T34590.4-2017 相關(guān)規(guī)定，根據(jù)功能安全概念、相關(guān)項(xiàng)的初步架構(gòu)設(shè)想、外部接口、限制條件等系統(tǒng)特性來(lái)制定技術(shù)安全要求。
技術(shù)安全要求應(yīng)從故障探測(cè)/指示/控制措施、安全狀態(tài)、故障容錯(cuò)時(shí)間間隔等方面考慮，定義必要的安全機(jī)制。
2、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)基于功能概念、相關(guān)項(xiàng)的初步架構(gòu)設(shè)想和技術(shù)安全要求。在實(shí)現(xiàn)技術(shù)安全要求相關(guān)的內(nèi)容時(shí)，應(yīng)從驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力、軟硬件設(shè)計(jì)的技術(shù)能力、執(zhí)行系統(tǒng)測(cè)試的能力等方面考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
為避免系統(tǒng)性失效，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行安全分析以識(shí)別系統(tǒng)性失效的原因和系統(tǒng)性故障的影響。
為降低系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中隨機(jī)硬件失效造成的影響，應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中定義探測(cè)、控制或減輕隨機(jī)硬件失效的措施。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)中定義軟硬件接口規(guī)范，并在后續(xù)硬件開(kāi)發(fā)和軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中進(jìn)行細(xì)化。
3、 系統(tǒng)集成與測(cè)試
基于GB/T34590.4-2017 相關(guān)規(guī)定，分別進(jìn)行軟硬件、系統(tǒng)、整車(chē)層級(jí)的集成和測(cè)試，驗(yàn)證每一條功能和技術(shù)安全要求是否滿(mǎn)足規(guī)范，以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)在整個(gè)相關(guān)項(xiàng)上是否得到正確實(shí)施。
為發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)集成過(guò)程中的系統(tǒng)性故障，在確定測(cè)試方法時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：
（1）功能和技術(shù)要求在系統(tǒng)層面是否被正確執(zhí)行；
（2）安全機(jī)制在系統(tǒng)層面是否被正確的執(zhí)行；
（3）外部接口和內(nèi)部接口在系統(tǒng)層面執(zhí)行的一致性和正確性；
（4）安全機(jī)制在系統(tǒng)層面的失效覆蓋率的有效性；
（5）系統(tǒng)層面的魯棒性水平。
4、 安全目標(biāo)確認(rèn)
應(yīng)基于GB/T34590.4-2017 中的規(guī)定，通過(guò)檢查和測(cè)試等方式，確認(rèn)安全目標(biāo)是否在整車(chē)層面是正確、完整并得到完全實(shí)現(xiàn)。
確認(rèn)安全目標(biāo)前可以從確認(rèn)流程、測(cè)試用例、環(huán)境條件等方面考慮，并制定詳細(xì)的確認(rèn)計(jì)劃。
應(yīng)根據(jù)安全目標(biāo)、功能安全要求和預(yù)期用途，按計(jì)劃執(zhí)行整車(chē)層面的安全目標(biāo)確認(rèn)。具體確認(rèn)方法可考慮詳細(xì)定義的可重復(fù)性測(cè)試、安全分析、長(zhǎng)期測(cè)試、用戶(hù)抽測(cè)、評(píng)審等形式。
四、 電控單元硬件開(kāi)發(fā)
電控單元硬件開(kāi)發(fā)流程應(yīng)滿(mǎn)足GB/T 34590.5-2017 的要求，執(zhí)行規(guī)定的安全活動(dòng)，輸出規(guī)定的交付內(nèi)容。
1、 電控單元硬件安全要求
基于GB/T 34590.5-2017 相關(guān)規(guī)定，將技術(shù)安全概念，技術(shù)安全要求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明落實(shí)到硬件層級(jí)，設(shè)計(jì)完整且詳細(xì)的硬件安全要求。
為保證硬件安全要求的完整性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮包含以下內(nèi)容：
（1）安全機(jī)制及其屬性；
（2）驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)；
（3）硬件度量的目標(biāo)值；
（4）FTTI；
（5）其它與安全相關(guān)的要求。
為保證硬件安全要求的質(zhì)量，應(yīng)按照GB/T 34590.8-2017 中第6 章的要求進(jìn)行硬件安全要求的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和管理。
為使硬件被軟件正確地控制和使用，應(yīng)對(duì)軟硬件接口（HSI）進(jìn)行充分的細(xì)化，并描述出硬件和軟件之間的每一項(xiàng)安全相關(guān)的關(guān)聯(lián)性。
2、 電控單元硬件設(shè)計(jì)
基于GB/T 34590.5-2017 相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)和硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行硬件安全分析，以滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明和硬件安全需求的要求。
為避免硬件的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)，一般應(yīng)進(jìn)行硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)。
在硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保每個(gè)硬件組件繼承了正確的ASIL 等級(jí)，并可追溯到與之相關(guān)的硬件安全要求。
在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)運(yùn)用相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，并考慮安全相關(guān)硬件組件失效的非功能性原因，如果適用，可包含以下因素：溫度，振動(dòng)，水，灰塵，EMI，來(lái)自硬件架構(gòu)的其他組件或其所在環(huán)境的串?dāng)_。
為提高設(shè)計(jì)的可靠性，應(yīng)遵循GB/T 34590.5-2017 中的“模塊化的硬件設(shè)計(jì)原則”和“魯棒性設(shè)計(jì)原則”，如降額設(shè)計(jì)、最壞情況分析等。
為識(shí)別硬件失效的原因和故障的影響，應(yīng)按GB/T 34590.5-2017 中的要求，根據(jù)不同的ASIL 等級(jí)，使用“演繹分析”（如FTA）或“歸納分析”（如FMEA）的方法進(jìn)行安全分析。
如果安全分析表明生產(chǎn)、運(yùn)行、服務(wù)和報(bào)廢與安全相關(guān)，則應(yīng)定義其與安全相關(guān)的特殊特性并輸出說(shuō)明性文件。
為驗(yàn)證硬件設(shè)計(jì)與硬件安全要求的一致性和完整性，應(yīng)按GB/T 34590.5-2017 中的要求，對(duì)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。
3、 電控單元硬件組件的鑒定
基于GB/T 34590.8-2017 相關(guān)規(guī)定，對(duì)其中復(fù)雜的硬件組件及元器件應(yīng)進(jìn)行硬件組件的鑒定，確保硬件組件合規(guī)使用并為FMEDA 分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
4、 電控單元硬件架構(gòu)度量的評(píng)估
基于GB/T 34590.5-2017 相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行硬件架構(gòu)度量的評(píng)估，并將評(píng)估結(jié)果和優(yōu)化建議反饋到系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，以?xún)?yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，使最終的“單點(diǎn)故障度量”和“潛伏故障度量”滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)ASIL 的要求。
5、 隨機(jī)電控單元硬件失效導(dǎo)致違背安全目標(biāo)的評(píng)估
基于GB/T 34590.5-2017 相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行PMHF 評(píng)估或割集分析評(píng)估，閉環(huán)優(yōu)化使相關(guān)安全目標(biāo)沒(méi)有由于隨機(jī)硬件失效帶來(lái)的不可接受的風(fēng)險(xiǎn)。
6、 電控單元硬件集成和測(cè)試
基于GB/T 34590.5-2017 相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行硬件集成和測(cè)試，通過(guò)測(cè)試確保所開(kāi)發(fā)的硬件符合硬件安全要求。
硬件集成測(cè)試用例的生成應(yīng)考慮GB/T 34590.5-2017 的表10 中所列的方法。
為了驗(yàn)證安全機(jī)制的完整性和正確性，硬件集成測(cè)試應(yīng)考慮以下方法：功能測(cè)試、故障注入測(cè)試和電氣測(cè)試。
為了驗(yàn)證硬件在外部應(yīng)力下的魯棒性，硬件集成測(cè)試應(yīng)考慮GB/T 34590.5-2017 的表12 中所列方法。
五、 電控單元軟件設(shè)計(jì)
1、 軟件安全需求分析
軟件安全需求分析目的是依據(jù)安全技術(shù)規(guī)范以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)指定軟件安全需求，同時(shí)驗(yàn)證軟件安全需求與安全技術(shù)規(guī)范及系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)是否一致。軟件安全需求分析階段需滿(mǎn)足完整性、可測(cè)試性、可追溯性要求。
軟件安全需求分析時(shí)，應(yīng)從如下方面考慮：充分識(shí)別失效會(huì)違反安全技術(shù)要求的軟件功能；需來(lái)源于安全技術(shù)要求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；應(yīng)識(shí)別軟件與硬件之間所有安全相關(guān)的屬性；包含足夠的硬件運(yùn)行資源，有效的安全相關(guān)等信息的確認(rèn)；軟硬件接口說(shuō)明書(shū)應(yīng)是確認(rèn)有效的；測(cè)試驗(yàn)證方法應(yīng)是安全有效的。
2、 軟件安全架構(gòu)設(shè)計(jì)
軟件安全監(jiān)控架構(gòu)設(shè)計(jì)目的在于開(kāi)發(fā)一個(gè)可以滿(mǎn)足并實(shí)現(xiàn)軟件安全需求的軟件架構(gòu)。軟件安全監(jiān)控架構(gòu)設(shè)計(jì)需結(jié)合功能安全相關(guān)軟件需求和非功能安全相關(guān)軟件需求，全局考慮軟件的架構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行軟件安全分析。
軟件安全監(jiān)控架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從如下方面考慮：應(yīng)該是可配置、可實(shí)施、易于測(cè)試和可維護(hù)的；需遵循模塊化、高類(lèi)聚、低耦合、低復(fù)雜度的要求；應(yīng)細(xì)化到足夠支持詳細(xì)設(shè)計(jì)；應(yīng)具備靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性；應(yīng)滿(mǎn)足獨(dú)立性的要求；應(yīng)覆蓋軟件安全需求等。
3、 軟件失效分析與詳細(xì)設(shè)計(jì)
軟件失效分析與軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)目的是基于軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)及軟件安全需求對(duì)軟件功能模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，同時(shí)根據(jù)建模及編碼指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行模型或源代碼設(shè)計(jì)。
軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從如下方面考慮：應(yīng)包含足夠的必要信息以便于允許后續(xù)活動(dòng)開(kāi)展；應(yīng)詳細(xì)描述其功能特征；應(yīng)滿(mǎn)足可測(cè)性、可維護(hù)、低復(fù)雜度、可讀性和健壯性等要求；詳細(xì)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足與軟件安全需求、軟件架構(gòu)、編碼準(zhǔn)則、詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)等一致性的要求。
4、 軟件安全算法測(cè)試
軟件算法測(cè)試用于證明軟件單元模塊符合軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求，該要求包括：軟件功能要求的符合性，接口要求的一致性，算法的健壯與高效等。
軟件算法測(cè)試案例設(shè)計(jì)時(shí)，需按照軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，軟件失效分析報(bào)告要求，采用需求分析、等價(jià)類(lèi)劃分、邊界值分析、錯(cuò)誤猜想等方法。
軟件算法測(cè)試活動(dòng)，要做好詳細(xì)設(shè)計(jì)、失效分析報(bào)告、測(cè)試案例、測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)試缺陷的雙向可追溯性與過(guò)程的完整性。
軟件算法測(cè)試同時(shí)還需要度量驗(yàn)證軟件算法質(zhì)量，包括單元覆蓋度（如：語(yǔ)句覆蓋度，分支覆蓋度，修正判定條件覆蓋度等），代碼編碼規(guī)則，以及其他靜態(tài)度量指標(biāo)（如：圈復(fù)雜度等），具體請(qǐng)參見(jiàn)GB/T34590.6-2017 相關(guān)要求。
5、 軟件集成與架構(gòu)符合性測(cè)試
軟件集成與架構(gòu)符合性測(cè)試主要用于驗(yàn)證軟件組件集成功能，以及軟件組建之間的接口是否符合軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)文檔要求。
軟件集成通?？煞譃樵鲋呈郊膳c一次性集成。不同的集成方式，對(duì)應(yīng)的集成測(cè)試策略也不同。常用到的測(cè)試方法包括：基于需求的測(cè)試，接口測(cè)試，故障注入測(cè)試，資源占用測(cè)試以及模型與代碼的背靠背測(cè)試。
軟件集成測(cè)試也包含質(zhì)量度量過(guò)程，主要度量指標(biāo)包括功能覆蓋度和函數(shù)調(diào)用覆蓋度。
6、 軟件安全需求驗(yàn)證
軟件安全需求驗(yàn)證的目的在于確保軟件在目標(biāo)硬件環(huán)境上能夠正確實(shí)現(xiàn)軟件安全需求。通常需采用驗(yàn)證方法包括硬件在環(huán)測(cè)試、電子電氣試驗(yàn)臺(tái)架測(cè)試以及實(shí)車(chē)測(cè)試等。
軟件安全需求驗(yàn)證不但要從功能角度驗(yàn)證軟件安全需求的符合情況，還要從性能角度驗(yàn)證是否滿(mǎn)足性能要求（如：程序安裝測(cè)試、負(fù)載測(cè)試等）。
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