基于ISO26262的电子节气门控制系统功能安全目标分析,本文是控制系统方面论文如何写与节气门和ISO26262和控制系统方面自考毕业论文范文.
控制系统论文参考文献：
电子节气门（EGAS）的出现和发展应用已经有20多年的历史,电子节气门控制系统实现进气控制的电子化,进一步实现线控驾驶,即Drive-by-wire.同时,EGAS的应用使得基于扭矩模型的控制系统得以实现,EGAS控制也是发动机控制单元（ECU）扭矩控制的核心.通过电子加速踏板将驾驶员的需求转换成开度信号输入,在ECU内部计算得到驾驶员的扭矩需求,从而控制节气门开度以实现驾驶员的扭矩需求.
2011年,ISO 26262――《道路车辆功能安全》标准发布.基于ISO 26262标准,对于扭矩模型控制中出现异常会带来的什么样安全风险,如何确定其功能安全等级,在相关ECU标定工作中采用什么样的标准进行功能安全相关阈值的标定等问题,公开文献中很少涉及.本文结合ISO 26262标准对EGAS系统功能进行相关功能安全等级的分析和安全目标的确定,以及定量地模拟计算功能安全应用中的数据,为实际研发过程中的标定匹配提供一定的指导.
ISO 26262安全等级
ISO 26262标准根据安全风险程度对系统或系统某组成部分确定划分由A到D的安全需求等级.ISO26262从安全出发,分析失效情况的严重程度、出现可能性和对应驾驶员的可控性,确定该失效的安全风险等级.具体如下：
严重性（S）：这是对一个事件与人生命相关的伤害程度的等级划定.严重性等级通常较难确定,因为事故的后果是由多个复杂因素影响.为了方便确定等级,按标准建议,严重性S的等级确定主要是由相关专家的经验和判断、特定的事故和测试技术报告数据、模拟仿真试验数据和事故历史数据确定.
可能性（E）：这是对假定场景在正常驾驶行为中出现的频率或出现的持续时间的评定.可能性等级的客观评估需要进一步理解驾驶真实场景.
可控性（C）：这是对假设场景中涉及到的人员对于避免事故伤害所需的可控制的操作的等级描述.这主要与人相关,其它也与车辆的被动安全系统、车辆道路的环境相关.这个等级的确定,可以由历史数据、测试、模拟仿真数据等判断,或结合专家团队评估确定.
根据以上概念的划分,可以根据表1来确定ASIL等级.ASIL等级最高为D,最低为QM,QM代表QualityManagement,即采用传统的质量控制管理即可达到安全目标,而不用额外的功能安全机构来保障.
EGAS安全等级分析
电子节气门控制系统是以扭矩控制为核心,为实现驾驶员需求扭矩功能的控制系统.在ISO 26262中,分析某个功能的安全等级与安全目标是通过危害分析和风险评估进行.风险评估的流程一般是假设车辆因故障而产生的危险事件,这一事件产生的危害与故障发生时的驾驶环境强烈相关.这样,评估流程的第一步就需要假定驾驶情况来识别具体伤害或风险.后续再基于假定的情景确认出情景的发生概率,即可能性等级.对于伤害事件也依次对严重性等级和可控性等级做出判断.最终,风险评估的结果基于具体事件的车辆和相关有效数据,以及相关事件的功能设计和车辆特性,来确定具体情景的伤害结果.
进行HARA分析时,可以借鉴HAZOP（Hazard andOperability Analysis）方法来分析功能的各种失效情况.电子节气门控制系统一般应用于汽油机,其需求扭矩是通过电子加速踏板结合EGAS控制系统的功能,可以得到表2.
对于电子节气门控制系统,一般即是汽油机系统,产生过小扭矩的极限情况就是熄火.而熄火并不会导致车辆产生制动,而只有动力消失,车辆还能靠惯性滑行.所以,通过HAZOP分析表可以得到主要的失效模式是与期望相比,产生过大扭矩和产生过小扭矩.下文对这2种情况,结合各种与安全最相关的假设情景进行详细分析.
产生过大扭矩
处于跟车状态,追尾前车,如表3所示；处于低速并且离行人不远（事故后车辆不会穿过行人）,如表4所示；处于低速并且离行人较近（事故后车辆能穿过行人）,如表5所示；转弯过程中,转弯速率改变,极限情况是会失去抓地力导致车辆打滑,如表6所示.
产生过小扭矩
处于超车并且对面有来车的情况如表7所示.如上文所总结的情况,对于电子节气门系统,产生过小扭矩在功能安全的角度并不会产生额外的功能安全风险,只需要QM等级即可.通过上面的分析,可以总结出表8.由此,经过分析,对于EGAS控制系统,结果如下：
1.产生过小扭矩的安全等级为QM——无需额外在功能安全角度进行工作,只需有正常的质量管理体系保证即可.
2.而产生过大扭矩的安全等级最高为ASIL B,其安全目标即是防止产生过大的非期望扭矩.
为达到ASIL B的功能安全需求,需要使用一定的功能安全架构,而目前采用博世的三层安全监控架构是可以满足该等级功能安全需求.
EGAS安全目标定量计算
前文通过定性分析得到电子节气门控制系统的安全目标和安全等级.在实际项目应用中,仍需要得到一些具体定量的安全目标.
当前,安全目标是与非期望的加速值有关,需要定量的数据也就是非期望的加速值.这个加速度数值可以由前文的情景假设或历史数据中进行推导得到,也可以由整车制造商在相关试验中设置得到.目前,欧洲与北美几大主流的整车制造商对于加速值都有自己相应的具体数值要求.
公开资料中,美国高速交通安全委员会（NHTSA）的非期望加速调查认为非期望加速度大于3 m/s2不可接受.本文基于实际项目,将非期望加速度阀值设为2 m/s2,略小于NHTSA的参考值,以保证系统一定的冗余度.
这个安全数值并不是功能层安全的目标值.正常情况下,车辆有一定的舒适性需求,而舒适性需求所要求的非期望加速度值是远小于这个2 m/s2.所以,这里的加速度阀值是从功能安全的角度,即正常功能异常时,极限情况如ECU计算异常,所导致的车辆异常产生的非期望加速度.电子节气门系统假如识别到车辆非期望地超过这个加速度,则会认为ECU出现异常,已无法保障正常功能,而强制进入Limp home跛行等安全状态.
假设车辆参数如表9所示,这样假如要产生2 m/s2的非期望加速度,则需要的非期望的扭矩值为56.25 Nm.这是理论计算出来的所需的扭矩值.在实际状态下,仍需要考虑发动机的扭矩响应时间,车辆运动的动态阻力变化.所以,实际状态情况要产生2 m/s2的非期望加速度,需要的扭矩值更大.当前的汽油机中,最大扭矩值通常都在100 Nm以上,以1.6 L排量为例,其最大扭矩能在150 Nm左右.所以,对于汽油机,绝大部分车辆的发动机是足够产生非期望加速度.
这样基于假设参数,安全目标就可以理解为,即使ECU计算出错,也需要防止发动机发生非期望的额外约56 Nm的扭矩.现实情况下,车辆的加速度还需要考虑各个动力传动的效率和迟滞,所以需要更复杂的数学计算甚至仿真.通过这个假设参数简单推导得到了扭矩数据,对于非期望的扭矩偏差可以有个更直观的理解.而在具体项目中,仍需要在车上进行验证其故障试验中的加速度,来判断整个系统的功能是否能符合对应的ASIL等级.
综上所述:本文论述了适合不知如何写节气门和ISO26262和控制系统方面的控制系统专业大学硕士和本科毕业论文以及关于控制系统论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料.
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