汽车安全之声 | 如何理解智能座舱中的功能安全

如何理解智能座舱中的功能安全

汽车安全之声 |  BIG A、姚军

审核 | 闻继伟

智能座舱这个名词如今被越来越多的非汽车行业人员所知晓，其配置成为近九成国内用户在购车时考虑的关键要素。大屏显示、语音控制、智能表面、零重力座椅、OTA升级等等亦成为各大车企差异化和主要卖点。

根据亿欧智库调研显示，在25-35岁年龄段当中，有79.1%的用户将座舱智能化体验视为其购车的参考因素。而根据IHS发布的数据显示，2021年搭配智能座舱的新车在国内的渗透率为53.3%，预计2025年将提升至75.9%，高于全球市场的渗透率。同时，在国内消费者购车的关键因素中，座舱智能科技水平是仅次于安全配置的第二大关键因素，重要程度超过动力、价格、能耗等因素，且国内消费者对于座舱智能科技的关注度要高于美国、日本、英国等多个国家。

智能座舱已经成为消费者的“第三生活空间”。例如某款新车采用了多屏交互模式，且标配超大尺寸HUD，中控屏、副驾娱乐屏、后舱娱乐屏采用三个OLED屏，进一步提升车内视听和娱乐的体验。

本期我们邀请了两位行业资深专家，一起来聊聊智能座舱

BIG A

问：智能座舱中的功能安全体现在哪里？

汽车功能安全源自工业功能安全，自2011年第一版标准诞生至今已有12年，目的在于通过系统性的方法论，准确、完整地识别出产品全生命周期中的系统性失效和随机硬件失效，开发相关安全措施以提高车辆使用过程的安全性和可靠性。

关于智能座舱，每家车企的定义都不尽相同，关注点也差异明显。这里引用盖世汽车的定义，智能座舱是指搭载先进的软硬件系统，具备人机交互、网联服务和场景拓展三大能力，为驾乘人员提供安全、智能、高效、愉悦等综合体验的移动空间。

根据以上定义，智能座舱首先要具有人机交互能力，而屏幕显示又是人机交互重要的手段之一，这也就是为什么主机厂把大屏，多屏作为提升座舱科技感的主要原因。屏幕上显示的内容越来越多，其中不乏车辆运行状态，驾驶员警示信息，车外交通标志等影响行车安全的信息，如何让这些信息正确、及时地显示，是功能安全在屏幕显示功能上需要解决的问题。

人机交互的另一个方面是指令输入，为了美观、简约、节省成本，很多主机厂都选择了优化传统物理按键，将按键变为触摸形式，融合在内饰表面里。手机触摸大家已经习以为常了，但车上的触摸按键如何在行车过程中正确地感知驾乘人员的操作意图，在可靠触发的同时做到防止误触，是功能安全在触摸按键功能上需要解决的问题。

智能座舱的场景拓展功能也是其有别于传统座舱的亮点之一。一些主机厂开发出迎宾模式，方便了驾驶员上下车，零重力座椅的出现给人们提供了更加舒适的乘坐体验。座椅作为座舱中最主要的部件，越来越多地参与到智能座舱功能中来，成为整部车体现高级感的关键因素之一。如何在场景变换过程中，安全地移动、调整座椅，是功能安全在座椅控制功能上需要解决的问题。

典型智能座舱安全功能方案

针对上面举例的3个智能座舱中安全相关的功能，这里简述各自的安全方案。

屏幕显示功能

传统的与行车安全相关的信息更多是以Telltale的形式在仪表上显示，Telltale则是通过不同颜色的LED实现的。通过检测相关LED的电压、电流可以知道其工作状态，从而提高对LED失效的诊断覆盖率。而如今几乎所有的智能座舱对驾驶信息的显示，不论是通过独立仪表还是合并在中控屏中，都是采用全液晶显示屏来实现的。

为了介绍液晶屏幕显示功能的安全方案，这里假定：

1）Item是驾驶信息显示系统，见下图；

2）安全功能是正确地显示来自其他整车系统关于行车安全的相关信息；

3）安全等级为ASIL B。

下图简述了屏幕显示功能的安全方案。由于图像处理器SoC是QM的，无法保证输出的仪表图像信号满足ASIL，所以方案中让MCU1将从整车接收到的欲显示的Telltale信息通过独立通道发送至显示屏，再由图像校验IC根据此信息取出预存的Telltale图像与从SoC收到的Telltale图像信号进行比较，结果一致则进行显示，不一致则进入安全状态。

触摸按键功能

传统的按键是以机械触点的接触或断开将不同阻值的电阻接入检测电路，以不同电阻值区分不同的按键状态，根据按键功能ASIL等级不同可能还需加入冗余设计，提高按键状态和失效模式的诊断覆盖率。但触摸按键不同，现在绝大多数触摸按键都是在按键区域下布置电容膜片，通过检测膜片的电容变化量来判断按键状态。

同样，为了介绍触摸按键功能的安全方案，这里假定：

1）Item是座舱内某一触摸按键总成，见下图；

2）安全功能是正确地将驾乘人员对按键的操作意图传递至下游控制器；

3）安全等级以具体按键功能为准。

下图简述了触摸按键功能的安全方案。仅使用触摸膜片感应按键状态很容易引起误触，这里应用了按键检测原理的非同质冗余，在电容检测的基础上加入了压力检测，只有当触摸膜片和压力传感器同时检测到有效触控后，才会判断为按键激活，提高了触摸按键操作的安全性和可靠性。同时需要在发送按键状态信号时加入E2E保护，确保传输过程中的安全完整性。

座椅控制功能

座椅控制的情况与前两种功能不太一样。前两种功能是因为实现形式改变，造成功能安全方案发生变化，以覆盖新器件的各种失效模式，而座椅控制则是在安全功能上有所增加。传统座舱中座椅控制的安全功能一般只针对驾驶座位，防止行车过程中座椅非预期地移动，影响行车安全；智能座舱中由于场景切换需求，某些座椅会长距离移动、折叠，在此过程中要防止夹伤其他座椅上的人员。

这里针对零重力座椅控制功能，假定：

1）Item是零重力座椅控制系统，见下图；

2）安全功能是防止座椅在零重力乘坐场景切换过程中夹伤其他座椅上的人员；

3）安全等级为ASIL A。

下图简述了零重力座椅控制功能的安全方案。根据主机厂选择的方案不同，一般具有零重力功能的座椅会选择副驾或者第二排座椅。在座椅进入零重力模式后，因为需要给乘客一个舒展的姿势，座椅本身会前/后移动到指定位置，靠背会向后大角度打开，为了防止挤压到其他座位上的乘客，造成伤害，这里采用了2个防夹传感器分别监控座椅滑动与靠背展开。当检测到相关电机堵转后，立即停止调整并反向转动，使乘客脱困。

姚军

问：智能座舱的关键技术有哪些？

智能座舱的关键技术可以分为四个部分：

第一部分是座舱的整体结构，包括座椅、方向盘、储物箱的智能化。能识别驾驶员的座椅、可伸缩折叠的方向盘、多功能智能储物箱、后排座椅的大范围调节等，可以根据乘客调整不同场景的使用需求。

第二部分是智能传感器技术。座舱内的传感器能识别座舱内设备的工作状态，驾驶员和乘客的身体和情绪状态、座舱内温度、湿度、灯光、空气清新程度等。

第三部分是人机交互技术。汽车具备智能的人机交互，如语音、手势、图像及其他生物特征的交互。如车上人员可以通过语音或者手势，向车辆发生控制、询问以及娱乐互动等信息，车辆也可以通过语音播报、回复问询和娱乐互动，并进行主动安全驾驶预警；车辆可以通过驾驶员的生物特征，做身份识别和个性化配置，通过监测驾驶状态和健康信息，进行主动安全的预警和防护等。

第四部分是网络互联技术。智能座舱必须支持多元异构化通信网络的数据传输和管理，为车辆提供多网络的数据接入能力，实现车辆自身数据与外界数据的融合交互。如通过车联网和5G实现车辆与云端交通生态的信息传递；利用车载WiFi/蓝牙/UWB等实现设备互联互动，手机的无缝接入和智能接听等。

 问：如何看待自动驾驶与智能座舱的关系？

关于自动驾驶和智能座舱这两者的关系，一直是业内的争论话题，其实汽车的自动驾驶程度越高，智能座舱所能发挥的空间也就越大，而且只要驾驶员还需要全神贯注、手握方向盘、目视前方地开车，那智能座舱所能发挥出的能力就会受到限制，因此自动驾驶是智能座舱的基础前提，自动驾驶的核心层级比智能座舱要高。这也是很多车企，坚持自动驾驶全栈自研，而智能座舱往往会以构建汽车开发者生态的模式，以整车技术架构主导者的身份，与大量领域不同、能力各异的大小供应商协同完成。

所以智能座舱想要迎来真正颠覆式的发展，实现汽车变成智能移动空间的愿景，大前提是自动驾驶已经到了很高的程度，而表征则是乘坐舒适性与家媲美、人机交互体验与消费电子相当、万物互联打通所有智能终端。

值得关注的是自动驾驶有可能与智能座舱齐头并进，互为补充。比如智能座舱中的后视摄像头可以用于自动驾驶辅助判断后方来车，自动驾驶的行进速度、刹车力度可以来自于智能座舱中驾驶员的习惯特征提取，用以提升驾驶员的舒适度。当自动驾驶收到技术限制出现故障时，智能座舱如何能让驾驶员迅速接手并规避风险，也是值得研究的课题，这需要自动驾驶和智能座舱的信息传递和控制转移。

如果自动驾驶和智能座舱能够互为补充和监督，在安全领域我们也可以认为能达到某种程度的组合安全，提升了智能汽车的安全等级。

BIG A

问：智能座舱未来会如何发展？

如今中国的汽车行业“卷”得飞起，智能座舱又是主战场之一。各大主机厂和供应商绞尽脑汁想出各种新功能、新场景、新方案，让座舱看起来更高级，更具科技感，给客户更加新奇、舒适、便利、个性化的用车体验，我认为所有这一切都要以安全为基础，没有人会为不安全的产品买单。

比如，随着新版GB 15084《机动车辆间接视野装置性能和安装要求》于今年7月1日起正式实施，电子外后视镜取代传统外后视镜成为合法，相信未来大街上会见到越来越多的安装着电子外后视镜的车辆，而座舱内也会多出两块用于显示车辆外侧环境的显示屏。如何保证在各种严苛的环境下正确、实时地显示车外环境，以致整个CMS系统的功能安全，是相关供应商安全同仁们需要考虑的问题。这只是座舱在汽车迈向智能化过程中的一个小小例子，随着芯片算力提升，整车电子电气架构更新，智能座舱和ADAS正在慢慢融合，舱泊一体、行泊一体将会向着舱驾一体逐渐演变。那时，功能安全已不能完全满足要求，未来的智能座舱一定是功能安全，预期功能安全和网络安全一起加持下的产品。

文章转载自公众号：Sasetech