徐立:汽车的功能安全与EMC

2012-07-23 14:42:04来源: EEWORLD

2012年7月19-20日,2012中国汽车电子论坛半导体应用峰会(简称CAESA)在成都富豪大酒店举行。

峰会以汽车电子最新技术、产品及方案为主线,分三个核心话题进行探讨:半导体创新技术应用论坛、汽车安全技术与嵌入式软件开发论坛以及车联网及车载多媒体应用论坛。来自运营商中国移动、中国电信、中国联通、汽车原厂奇瑞、长安企业、一汽、上汽、东风汽车、中国汽车工程学会、中国汽车技术研究中心、Zigbee联盟、Wi-Fi联盟等组织、及世界汽车电子巨头哈曼、德尔福,伟世通,联发科、意法半导体、安森美等相关半导体企业纷纷参加,将同与会者一同分享其最新技术和发展策略。

以下是中国汽车技术研究中心主任徐立在本次峰会中发表的主题演讲。

徐立:各位来宾早上好!我是中国汽车技术研究中心的,非常感谢这次主办方给我这个机会,今天我们演讲的主题是汽车的功能安全与EMC。借此机会和大家进行一个交流,以往大家关注的比较多的是功能安全,而现在关注比较多的是电磁兼容,今天我把两方面间的关联和大家交流一下。

首先我们要回顾一下汽车电磁兼容,大家知道,对于现代汽车以及未来汽车而言,汽车电磁兼容性至关重要,这涉及到汽车的安全性,汽车排放控制的有效性、汽车节能有效性和汽车智能控制的有效性等等。什么叫电磁兼容呢,我对电磁兼容的定义是这样的,设备或系统在其电磁环境当中正常工作,且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。这是选自国家标准GB/T4365—200的定义,起重队汽车电子兼容的表述是这样的:车辆或零部件或独立技术单元在其电磁环境当中能令人满意的工作,又不对该环境中任何事物不会造成不应有的电磁骚扰能力,就是在汽车及其周围的空间中,在一定的时间内,在可用的频谱资源条件下,汽车本身和周围的用电设备可以共存不致于引起降级。因此电磁兼容是研究在有限的空间、有限的时间,有限的频谱资源条件下,各种用电设备,大家注意一下这里是系统和分系统,设备、部件、甚至包括生物体可以共存,不引起降级的一门科学,因此现实中与电磁现象相关设备和电气、电子系统实现功能安全至关重要。所以电磁兼容就存在一个干扰和抗干扰的问题,这两方面融合在一起就存在一个电磁兼容水平,这是在设立发射限值和抗扰度限值时能相互协调,而规定作为参考水平的电磁骚扰水平,比如这张图,这个波峰是干扰,这边是抗扰,是这样一个分布,这条线代表的是兼容水平,按照这样两边来说,它的兼容水平应该是在这个位置,这个干扰和骚扰,在这个地方肯定有一个交错,这个交错不会大于5%,但是能不能做到零,按照现实的情况是不可能的,因为概率的分布是存在的,只能越来越小,但是不可能达到零,所以我们尽量减少交错的部分,所以提过我们的电磁兼容水平。刚才电磁兼容的简单概念。

下面讲一下汽车功能安全,随着电器设备、电子器件、可编程电子器件在汽车控制领域的大量使用,一些全新的安全问题不断的暴露出来,例如虽然脚踩刹车却发现车辆不断加速的踏板门事件,在定速巡航系统时,车辆突然加速或者突然减速,使用自动泊车时,车辆突然失去控制造成事故等等,上述都涉及到汽车的功能安全问题,什么叫功能?就是车辆预先设定要完成某项任务,这个就是车辆具备的一些功能,比如像ABS等等,这都是车辆的功能,而这种功能它的安全运行的时限我们就称为功能安全,而这些都与电磁兼容有关。

这是一些基本的概念,刚才提到了电气、电子、可编程电子,就是英文缩写的E/E/PE,这个装置包括机电设备、固态的非可编程电子装置,还有以计算机技术为基础的电子装置,这是它的三个基本。再有一些概念,就是由这个组成的功能单位,它存在一个什么概念呢,就是失效,什么叫失效呢,就是实现不了,就等于这个功能不存在了,失效这是一个概念;再有一个是故障,使功能单元执行所要求的功能的能力降低或其能力出现异常状况,导致它失效,出现了异常情况,或者是它功能的降低,故障是一种无能力执行所要求的特征状态,不包括预防性维护或其它有计划的行为期间得无能力或因外部资源的缺少而出现的无能力。这是它的一个基本概念,故障失效的概念,所以有的时候讲一些功能安全的概念的时候就提出来了,什么叫失效,还有功能完整性的概念,就是在规定的条件下和规定的时间内,安全相关系统成功实现所要求的安全功能的概率。安全完整的性等级,这里设立了一下,因为按照这个完整性,失效多长时间出现一次,或者是故障多长时间出现一次,这个分了四个等级,定义为零散的等级。安全完整性的等级,四级是最高级,一级是最低级,分成了四级。每小时安全功能危险失效平均概念,就是四级的时候,在低要求的时候,平均失效的概念,就是10的负四次方到负五次方。就是说这个产品一出来,你用几个小时它就会出问题,而上面这个达到多少呢?达到一年左右的时间,这边是高要求或连续操作的危险失效的概念,最高的要求达到10的负8次方和负9次方,所以要想保证功能安全,我们提高安全完整性的等级是我们的目标。

功能安全这里头我来解释一下,功能安全是与受控设备和控制系统相关的组成部分的整体安全,它取决于E/E/PE,安全相关系统,其它技术的安全相关系统和外部风险对降低设施功能的正确实现行使,这里的安全是指在整体安全中的安全相关系统和电磁环境相关的部分,所以我这里谈到的功能安全是与电磁兼容相关的。而电磁环境呢,我们现在处的这个环境也存在电磁现象,有各种电磁在这个空间中,一般现在统计有这么几种现象,一个是低频的传导现象,像谐波等,还有像低频辐射现象,它有可能以电场的方式,有可能以磁场的方式,还有一个高频传导现象,就是直接耦合,或者是直接感应电压,再有就是高频辐射现象,还有静电放电现象,还有电磁脉冲,因为这个高空电磁脉冲,像雷电就是其中的一种。

还有EMC规划,为达到系统的电磁兼容性而统筹考虑和研究项目的电磁兼容部分的工程方法,因此我们这里就有电磁安全方面的EMC规划,我们叫EMC安全规划,还有安全生命周期,这个安全生命周期在你的设计阶段就应该开始,终止于整个报废回收的全过程,包括开发管理生产经营服务等等全过程,所以电磁骚扰,确保功能安全的基本准则,应确保安全相关系统不会由于电磁环境,包括设备支撑导致的骚扰,电子安全,还有确保任意系统的一部分,发射的电磁骚扰不会干扰安全相关系统而导致安全风险,因此,应该在安全相关系统的整个生命周期内采取适当的电磁措施,包括由其组装的产品和设备,这就要求对生产过程有一个要求,而我们很多企业在开发这个产品的时候需要注意这个方面,在生产过程当中往往忽视,这是我所见到的。再就是制定电磁规范,有安全要求规范,设备要求规范,最基本的就是产品规范。功能安全的确认和验证也是非常重要的,这个V型方法,从最低层来讲,有部件、部件组成的设备等等都要进行实验,最后形成一个系统,最后对产品进行验证,对产品来讲,它组成了一个设备和安全相关性。

再有就是现在目前在EMC安全使用的是ISO26262,针对安全措施的技术,我们在这里头如何降低风险呢,有这么一个计划,我们要充分考虑设备之间的相互影响,最主要的就是EMC的问题,然后其有设计的阶段需要考虑的技术,根据其电磁规划使用适当的材料,按期设计进行组装和安装,还有一个安装和调试,考虑到要使用的程序和材料,而对组成的设备进行物理的位置限制,因为电磁兼容对于你的部件和安全位置要求非常高,一旦你确定了,你的电磁兼容问题要充分的考虑到,当然电磁兼容考虑比较多的是频率、过电压等的问题,还有运行和维护方面的问题,再有修改和升级方面的问题,因为现在电磁兼容解决的方案,不单纯从硬件上来解决,从软件上来实现,现在已经很多了,它可以实现降低很大的成本,而且效果是非常明显的。

最后,我举几个例子,在机动车辆中,安装在车厢中的电子组件,其电磁设计要比安装在发动机舱的简单,安装在机舱中的组件,除了考虑曝露于路上溅起的水、盐、油、制动液等侵害,还要承受更为极端的温度和高低温的变化。

为防止受附近手机的影响,从850MHZ到950MHz至少需要40dB抑制措施。有一种屏蔽+滤波壳体可以轻松地在900MHz实现80dB的抑制。

另外,共模电流是传导核辐射电磁发射和抗干扰以及电缆间串扰等问题的主要来源。设计时,提供适当的共模电流路径,以便很好地进行控制是一种改善发射和抗绕度的好技术。

今天就把我的一些简单的概念介绍给大家,谢谢大家。

关键字:徐立  汽车功能安全  EMC

编辑:马悦 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2012/0723/article_5669.html
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