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认识风险屏障:功能性安全如何有助於确保安全
[作者 德州儀器]   2022年05月23日 星期一 浏览人次: [1803]

为什麽智慧型手机会在通话过程中突然当机?这可能是元件老化或过热导致;或是最近因为手机掉落而损坏处理器中的关键元件,因此使得整个系统无预警被重启。手机突然当机,最坏的结果也就是几分钟的等待而已。但如果是车辆智慧主动车距控制巡航系统发生这种情况呢?那後果可能会更加严重。


负责预测TI元件可能发生的所有情况,TI的功能性安全总监Bharat Rajaram 表示:「所有电子元件都会在某个时间点出现故障,这是不变的事实。现在,我们发现执行关键功能的电气元件愈来愈普遍,从化工厂的液面监测到自动车辆导航和飞机升力控制比比皆是。由於我们无法阻止时间流逝,我们该如何帮助工程师在使用TI元件设计系统的同时,能够确保这些无预警故障事件不会造成性命威胁呢?」


为一切可能发生的情况做好万全准备

由於无法防止无预警故障的发生,因此功能性安全需要系统内建监控和缓解安全机制,才能解决这些问题。功能性安全机制可能涉及持续监控汽车中的刹车讯号,藉以检查系统并未偏离预期范围。如果确实出现偏差,安全机制可以标记系统可能出现问题而需要检查。


住家和工作场所也会出现功能性安全问题。如果您曾经发现手机放在阳光下而关机,表示手机有可能防止电池起火的安全机制。或者,如果您曾经在没有实体安全屏障的机械臂附近工作,可能有看不见的雷达感测器正在运作,协助防止机械臂接触您的身体。



图1 : 功能性安全的一日生活(source:TI)
图1 : 功能性安全的一日生活(source:TI)

为了预测这些潜在的危险,系统的电气设计工程师必须在电路层级了解这些危险故障的所有可能原因、发生的可能性,以及如何透过实施支援功能性安全的积体电路(IC)将风险降低到可接受的程度。


对於功能性安全产品中更简单的IC,例如低压差(LDO)稳压器和热敏电阻,TI将这些产品整合到功能性安全系统并分析设计的资讯。对於功能性安全品质管理产品和功能性安全规格产品中更复杂的元件,这些元件将一系列安全机制整合到IC本身,在故障模式影响和诊断分析(FMEDA)中指定这些元件的诊断范围,例如TI的多通道电源管理IC监控电压轨的偏差。您可能会在任何类型的电子系统中找到这些元件,从控制工作场所中的人机协作系统到管理电动汽车的电池。



图2 :  对於功能性安全品质管理产品和功能性安全规格产品中更复杂的元件,将一系列安全机制整合到IC本身,技术检验机构的认证很重要。(source:TUV Rheinland)
图2 : 对於功能性安全品质管理产品和功能性安全规格产品中更复杂的元件,将一系列安全机制整合到IC本身,技术检验机构的认证很重要。(source:TUV Rheinland)

防止系统故障

不过,为了确保产品满足功能性安全要求,为无预警事件做好准备只解决了一半的风险。另一半的风险是开发过程本身的系统故障。


在开发过程中,我们所有的产品都经过严格的全公司品质管理开发工作流程。此外,最复杂的功能性安全规格装置依据国际电子电机委员会(IEC 61508)制定的功能性安全标准以及国际标准化组织的汽车特定功能性安全标准(ISO 26262)采用特定系统能力合规性建议。此外,功能性安全开发过程已获得技术检验机构Technischer Uberwachungsverein(TUV)SUD的独立认证。


所有这一切的意义在於,如果您在下班回家的路上开启使用其中一个Jacinto处理器的自动巡航控制系统,大可放心,因为处理器上的感测器、软体、致动器系统,以及其中的所有安全功能,均经过独立评估和验证。


预测未来风险

这些标准已经改变业界对於以功能性安全的方式设计现有系统的看法,例如尾灯和车载资讯娱乐系统。不过,这并不表示工作已经完成。


Bharat Rajaram目前正与IEC合作修订通用功能性安全标准,他表示:「一般人现在都意识到功能性安全的重要性。不过随着继续将电子和可程式编辑系统的部署扩展到各种关键应用,我们需要协助持续更新这些标准,因为最先进的技术持续变化。」


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