汽车供应链的功能安全挑战
汽车供应链的功能安全挑战
作者：Lisa Clark，Allegro MicroSystems，LLC功能安全亚博棋牌游戏经理
Scott Milne，Allegro MicroSystems，LLC线性和角度传感器IC产品线总监亚博棋牌游戏
汽车中的电子内容在过去几十年中稳步增长，并没有表现出尽可能减缓的迹象，因为许多高科技公司和OEM对全身自治车辆的发展。虽然自主权范围因而不断变化，但绝大多数目前可用的车辆都包含具有一定程度的自主权的系统，例如电子稳定控制（ESC）或车道定心。这些旨在帮助驾驶员的电子系统越来越多地为驾驶员做出决策，并且通常从决策过程中完全删除驾驶员。这些系统通常增加了驾驶员和乘客安全性，但如果它们发生故障或具有设计虚弱，可能会造成伤害。
因此，它们给整个世界带来了新的发展挑战汽车供应链。2011年，国际标准化组织（ISO）发布了名为ISO 26262的功能安全标准，概述了安全相关汽车系统开发的行业最佳实践。虽然采用该标准是自愿的，但全球大多数原始设备制造商都要求其供应商遵守该标准。延迟采用本标准的供应商可能会在其未来的商业机会中受到侵蚀。
ISO 26262标准包含了道路车辆安全相关电子系统的开发过程和设计要求。这些要求基于系统本身的危害和风险评估。本标准的范围仅限于发生故障的电气或电子系统。因此，合规系统必须能够识别其故障并减轻其影响，以确保乘客安全。因此，安全体系结构现在严重依赖诊断和冗余来检测故障系统组件并将系统转换到安全状态。一般来说，这一要求通过要求集成到现有解决方案中的更多内容以及运行诊断和传达其状态的能力而达到IC组件供应商。
使用传感器IC作为简单开关来实现系统。如果传感器输出处于正确状态，系统必须能够诊断，因为它是安全相关功能。根据系统的要求和风险，这可以通过多种方式完成。例如，可以将复杂的诊断电路和通信协议添加到传感器IC本身。或者，可以在系统级别添加冗余传感器 - 没有增强的功能或能力在每个单个IC中传送诊断。冗余传感器输出的比较充当诊断协议的类型，因为在安全的操作条件下，两个传感器的输出应该始终匹配预定义的错误窗口。这两种巨大不同的方法都符合系统要求，但对右硬件（传感器组件）的成本和可用性具有非常不同的影响。汽车市场的组件供应商现在正在努力了解和跟上这些安全相关系统的不断变化的要求和权衡，并提供易于客户整合的解决方案。
自从引入ISO 26262标准以来，被认为是“安全”的概念也发生了变化。在早期的体系结构中，失去一个系统，例如动力转向系统，被许多人认为是一个安全但令人讨厌的事件。将系统不可用性归类为“安全”对系统架构有直接影响。该体系结构需要识别任何被认为不安全的故障并加以缓解，但导致动力转向系统失效的故障不需要缓解。这导致只需要识别某些故障，而不需要识别其他故障，从而限制了安全所需的附加功能，包括IC组件中的片上诊断。
由于行业意识到动力转向的突然损失可能导致较小的成年人，缺乏经验的司机或老年人的事故，因此被视为安全的感觉。当安全相关的系统失败时，汽车制造商现在要求他们继续运行到某种程度上。这种“失败运行”或“容错”要求对支持它所需的架构有直接影响。根据故障后性能是否可以从名义性能下降，系统必须包括各种级别的冗余。“容错”系统代表下一代安全相关系统，本主题将在ISO 26262标准的第二版中解决。
操作系统故障最直接的结果是在一个体系结构中使用冗余系统功能，如果主系统发生故障，该体系结构允许转换到备用系统。作为回应，集成电路元件供应商开始在一个封装中提供双模和三模，以支持冗余需求，而不占用更多的物理空间。提供多芯片解决方案是一些IC供应商开发新技术以满足安全相关系统特定需求的一个例子。
虽然系统供应商和组件供应商之间有定制开发，但许多系统集成商使用的是在特定系统环境下开发的商用现货（COTS）组件。组件供应商对这些不断变化的系统需求了解得越多，他们就越能够通过定义一个灵活的产品线来更好地支持这些需求，该产品线具有正确的功能，易于集成，并为整个系统增加价值。要找到合适的灵活性级别来添加到产品中，这可能是一个挑战。太多的灵活性意味着可能有一些特性没有被使用，但是有成本；不够的灵活性意味着所需的功能必须由额外的组件合并，这些组件也有成本。一般来说，功能安全消除了组件和系统之间定义的边界；所有系统组件必须协同工作，以满足总体系统需求。知道如何在系统组件之间最好地分配所需的功能可以被认为是一门艺术，供应商正在尽最大努力去理解和适应。在减少占地面积的情况下增加功能的趋势导致一些IC供应商将两个完全不同的功能集成到一个组件中，从而为其客户提供更全面的解决方案。
展望未来，ISO 26262标准第二版的范围将扩大到包括卡车、公共汽车和摩托车，这些市场的供应商也将被纳入功能安全领域。随着汽车工业接近实现自动驾驶，安全相关系统的供应商必须开发出至少能像人类一样驾驶的系统。这些系统将依赖于解释周围环境的无数传感元件。这些系统的开发不仅必须集中在故障电子设备上，这些系统的设计还必须具有足够的灵敏度，以便在所有驾驶情况下安全响应。在ISO组织内成立了一个新的委员会，专门讨论这一主题（预期功能的安全性，或SOTIF），并将对系统及其组件所需的准确性产生影响。
亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems作为霍尔效应传感器IC的市场领导者，通过与ISO 26262技术委员会参与其中，并通过遵守第二版将引入的更改。Allegro了解，安全提高了清晰沟通的关键性，并与客户密切合作，了解并适应他们不断变化的需求。Allegro与战略客户的合作伙伴关系有助于有关各种汽车系统的未来安全需求的信息共享。通过此合作，开发了正确类型的组件，以跟上与安全相关系统的不断变化的要求。
角度传感器IC是若干Allegro Microsystems产品组合之一亚博棋牌游戏，专为安全关键应用而设计。亚博尊贵会员除了设计成这些设备的高级诊断外，还有几个额外的功能使这些部件在市场上脱颖而出。
Allegro角度传感器IC使用一种称为圆形垂直霍尔（CVH）的技术，该技术提供单通道输出，对检测到的磁信号的相位作出响应，并且不受磁信号幅度变化的影响。
这有几个优点：
- 磁铁和IC之间距离的变化（由于机械变化）对角度精度的影响最小。第二代集成电路Allegro的A1335.还包括片上磁场缩放功能，进一步降低了磁场强度变化的影响。
- 可以使用大磁场（最多1500g），最小化由于附近电动机，螺线管或高电流迹线而可能存在的小杂散磁场的影响。
- CVH技术具有低延迟（低至10μs）和高刷新率（高达2μs），非常适合高速电机位置检测。
The CVH ring is integrated with on-chip EEPROM and back-end digital signal processing that calculates and outputs the angle in a digital word, thereby minimizing system requirements on the ECU (i.e. doesn’t require high accuracy ADC resources) and increasing noise immunity by processing all sensitive analog signals on-chip rather than being transmitted on the PCB or wire harness.
像A1335这样的第二代集成电路也支持多种数字输出协议，以满足各种系统设计者的需求。对于像电机控制这样需要极高数据速率的应用，这些设备支持高达10兆赫时钟速率的高速串行外围接口（SPI）协议。对于低速应用，这些设备还支持单线PWM和发送接口，以帮助最小化线束成本和重量。亚博尊贵会员
Allegro优惠角度传感器集成电路设计用于轴端和侧轴磁性配置。支持侧轴磁性配置的能力可以大大简化系统的机械设计，因为轴端并不总是容易接近的。由于切向磁场和径向磁场的大小存在较大的不匹配，因此对于大多数角度传感器来说，侧轴应用是一个挑战。亚博尊贵会员
Allegro的A1335包括片内谐波线性化和分段线性化，以校准由于这种不匹配而产生的误差，从而根据线性化方案中使用的谐波或分段的数量实现高精度（小于1°）。
除了提供先进的诊断，如逻辑内建自检（L-BIST），Allegro的角度传感器集成电路通常提供单芯片和双芯片配置。双模具配置中提供的冗余有助于设计师满足严格的功能安全要求，而不会因为使用不同技术的传感器的角度测量可能不匹配而牺牲系统可用性。这些设备采用薄型（1毫米厚）表面贴装TSSOP封装，便于组装和提高可靠性。
要求汽车安全相关系统将继续发展壮大。这些系统的供应商必须积极意识到新的趋势，必须有一个企业基础设施，使他们能够相应地灵活地调整其产品线。积极投资新技术或产品创新，更好地服务于汽车安全市场，将是一项战略活动，对各级供应商的市场份额产生广泛影响。系上安全带，这将是一次疯狂的旅行。
最初在中国的电子工程和产品世界发表，2016年10月。转载许可。