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功能安全导向的结构与失效模式设计

大纲的完整展开版——讲师授课蓝本 / 学员自学材料

I7-03 功能安全导向的结构与失效模式设计

课程代码 I7-03 · 板块 I 结构设计与工程化 / I7 DFMEA 与安全设计 时长 约 4.5 小时(5 讲 + 1 次实操) 适合对象 结构工程师、控制工程师、功能安全工程师与安全经理(主修);做安全关键热管理系统(电池冷却、高压加热、热失控抑制)的专家级必修;可靠性工程师与 SQE 建议同修 前置 I7-01 热管理系统/零部件 DFMEA 实操 热管理系统/零部件 DFMEA 实操(失效模式与失效链的来源);I7-02 失效安全(Fail-safe)与冗余设计 失效安全(Fail-safe)与冗余设计(安全状态、默认位、冗余的形态);体系外前置(需自备):对 ISO 26262 概念阶段有基本了解,知道「安全生命周期」这个词指什么 本讲义定位 讲师授课蓝本 / 学员自学讲义。本课是安全论证的工程方法课,不是标准条文课——⛔ 不复制任何一条标准原文的条款内容、不给任何一个标准规定的目标值,教的是「这条失效链该不该进这套流程、级别凭什么定出来、度量的分子分母各取哪一块、算出来的数能证明什么又不能证明什么」


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手上一条热管理失效链,要判它进不进功能安全流程 第 1 讲 1.1:入口判据只有一句 1.2:DFMEA 的 S=9–10 触发的到底是什么
有人要求给一根管路、一个支架「定 ASIL」 第 1 讲 1.4:适用边界 + 1.5:机械件的三条正确出口 第 3 讲 3.5:结构件怎么承接安全要求
要写一条危害的 HARA,不知道 S/E/C 各评什么 第 2 讲 2.3:三维各绑哪一层 2.2:热管理危害全集三类
危害场景里「无人在场」那一类总被漏掉 第 2 讲 2.4:停车充电误加热与可控性取最差档 2.2:全集里的场景轴
安全目标写完了,下一步不知道往哪拆 第 3 讲 3.1:三跳分解与追溯 第 5 讲 5.4:追溯闭环的验收判据
要判一份 FMEDA 表里的失效分类填对没有 第 3 讲 3.2:四类失效的判据链 第 4 讲 4.4:哪一块进哪个度量的分子
表里所有 DC 都填了同一个数,要不要退回 第 4 讲 4.3:两个 DC 不是同一个数 4.6:DC 取值的机制支撑判据
要算 SPFM / LFM 并对照目标判达标 第 4 讲 4.4、4.5 +〈关键公式详解〉公式二、公式五 4.5:目标值本课只写去向的理由
冗余上了,要证明它不是假冗余 第 5 讲 5.1、5.2:共因十类同源核对 I7-02 失效安全(Fail-safe)与冗余设计 冗余形态本身
要把 FMEDA 的结果接进故障树 第 5 讲 5.3:两道接口 ⛔ 建树与最小割集本体 → I7-04 故障树分析(FTA)实操:建树、最小割集与顶事件概率定量
跨企业开发,安全案例的证据凑不齐 第 5 讲 5.5:DIA 证据交换清单与 AoU K4-09 热管理控制软件的跨企业交付边界:交付物形态、DIA/SEooC、权限分级与联合验证签署 交付边界本体
要判一个热管理危害该走哪一套标准 第 1 讲 1.6:三套标准的问题域与入口条件 ⛔ SOTIF / AI 件论证 → K2-05 预期功能安全(SOTIF/ISO 21448)与 AI 件安全论证在热管理的落法
控制器与软件侧的安全设计怎么做 ⛔ 不在本课 → K2-03 功能安全(ISO 26262)在热管理中的应用 第 3 讲 3.4:本课只给安全机制的结构侧载体

⛔ 本课不覆盖 · 栏一(每样带去向):控制器硬件架构、软件侧安全机制、安全相关软件的开发流程与 t_FTTI 的时间预算分配方法 → K2-03 功能安全(ISO 26262)在热管理中的应用;预期功能安全(能力不足型危害)的判据、触发条件分析与 AI 件的安全论证框架 → K2-05 预期功能安全(SOTIF/ISO 21448)与 AI 件安全论证在热管理的落法;故障树的建树语法、最小割集求法、概率传播、重要度与共因因子的量化取数 → I7-04 故障树分析(FTA)实操:建树、最小割集与顶事件概率定量;DFMEA 的七步法、结构树与功能网、S/O/D 定级与 AP → I7-01 热管理系统/零部件 DFMEA 实操;安全状态四元组、默认位判定、降级层级与冗余的形态选型 → I7-02 失效安全(Fail-safe)与冗余设计;可靠度模型、加速寿命与耐久试验设计 → I6-04 可靠性目标、分配与寿命数据统计(TMS 可靠性量化入门);故障码、降级的逐级动作与售后闭环 → K5-02 热管理故障处理与降级策略;冗余通道的比对阈值整定与在线校零 → K1-03 传感器布置、冗余与信号可靠性;热失控本体机理与扩散抑制 → D5-01 热失控热扩散抑制(热管理与结构协同) / D5-02 隔热、泄压与排烟设计中的热管理边界;热失控与高压安全的合规判据口径 → M4-03 安全法规(可燃工质/高压/热失控)合规;加热器本体的功率调制与过温防护实现 → G9-03 加热器功率控制与温度保护。

⛔ 本课不覆盖 · 栏二(真正不给的数,各带理由):① 任何一条标准条款的内容——ISO 26262 各分部、GB/T 34590、ISO 21448、IEC 61508 在本课一律只写「它管什么、在哪一步卡你」,⛔ 本课未逐条核过原文,分部与版次以现行有效目录为准、引用前须核原文;② ASIL 等级对应的硬件度量目标值(单点失效度量、潜伏失效度量、随机硬件失效概率度量三者的目标)与 S/E/C 三维的分档锚点与查表结果——它们都是①的一部分,理由同上,本课给的是「怎么对照、对照完怎么下结论」这套动作,⛔ 不给被对照的那个数;③ 诊断覆盖率低/中/高三档的档位值——同属标准附录内容,本课只讲三档的语义与提升手段;④ 任何一个具体器件的失效率取值——它由器件类型、工艺、结温、任务剖面与所选数据源共同决定,⛔ 只能从数据源查或由本项目现场数据给出。

⚠ 栏二之外的平台相关量(失效率量级、故障容错时间间隔、热失控可用时间窗、过温门限、诊断周期),本课照给典型区间与常见值锚点,逐条标「⚠ 典型值、⛔ 不是验收依据,须实测确认」并写明拿到它的路。汇总表在 1.7。


引言:一个 ASIL D 的标签,和一份没人能反驳的表

安全评审上最常见的两份材料,一份是方案书封面上印着「本系统 ASIL D」,另一份是二十页的 FMEDA 表,最后一行结论写着「达标」。两份材料都完整、都签了字,而它们经常同时是空的。

第一份空在那个字母是怎么来的。追问下去,回答往往是「电池热失控当然是最严重的,所以给 D」。这句话只用了三维里的一维。严重度确实是 S 的输入,但等级是由严重度、暴露率、可控性三维一起推出来的,而三维各自绑在不同的东西上:S 绑整车与人员承受的后果,E 绑那个危害场景在运行画像里出现得有多频繁,C 绑在场的人(或系统)还来不来得及、有没有办法把它拉回来。跳过场景直接给字母,等于把一个需要写清运行假设的推演,压缩成一次印象打分——而印象打分不会被任何一道检查报错,它只会让后面所有的资源投放对着一个没有依据的目标。

第二份空在那些百分比的分母是哪一块。一份 FMEDA 表最容易出的三处问题,恰好都不是算错:失效分类填错了归属(该算残余失效的填成了安全失效),诊断覆盖率整列填了同一个数(而同一个安全机制对两类失效的覆盖能力本来就不一样),以及度量的分子分母各取了一块听起来合理、实际口径不同的东西。这三处都能算出一个 0 到 1 之间、看上去很正常的数——这才是它危险的地方:算出负数会自曝,算出 0.97 不会。

这两份材料背后是同一个动作:把功能安全当成一个要贴上去的属性,而不是一条要走完的论证。这门课要拆的就是这条论证:它从哪里开始(入口判据)、级别怎么推出来(HARA)、要求怎么落到硬件与结构上(三跳分解)、覆盖够不够怎么量(FMEDA 与三个度量)、冗余是不是真的独立(相关性失效分析)、最后这一整串怎么被证明是闭合的(安全案例与追溯)。

先把入口那一问摆出来,因为它决定了后面这一整套要不要启动。

图1 一张分诊流程图,左列是判据链、右列是各判据的出口。左列自上而下五个方框:入口方框(浅蓝底)写「手上一条热管理失效链,或一个已识别的整车危害」;其下三个浅黄底的判据方框依次编号,判据①写「危害是由电子电气系统的故障行为引起的吗(件坏了)」,判据②写「件没坏,是功能规格或性能局限不足以覆盖这个场景吗」,判据③写「涉及的元素是人工智能件,需要对它单独做安全论证吗」,三个判据框之间用向下箭头相连,箭头旁标「否」;最下一个灰底方框写「纯机械或液压失效:管路穿漏 · 密封老化 · 支架断裂 · 通道堵塞 · 快接头脱开」。每个判据框的右侧引出一条标「是」的横箭头,指向右列对应的出口方框。右列自上而下六个方框:第一个用绿底粗框,写「走 ISO 26262 的路 ← 本课在这一支(硬件失效侧)」,第二行写「HARA 定安全目标与等级 → FSR / TSR 分解 → FMEDA 算硬件度量 → DFA 查独立性」;第二个写「走预期功能安全的路」并附「场景与触发条件分析 · 局限性识别 · 验证与确认策略」与灰字「属主:K2-05,本课不展开」;第三个写「走 AI 件安全论证的路」并附「数据、模型与运行设计域的论证链」与同样的属主灰字;最下三个方框由机械失效框引出的三条箭头分别指入,依次写「出口① 作为电子电气元素的失效原因或共因输入」「出口② 作为其他技术的元素承接技术安全要求」「出口③ 安全裕度+可靠性论证+特殊特性+设计验证」,每个下面一行小字给出各自的落点或例子。左列下方另有一个虚线框的说明栏,标题「三条路可以并行,不是三选一」,栏内三条小字:同一个整车危害可能同时有故障行为侧与能力不足侧的成因、机械件不按硬件度量算账不等于它不承接安全要求、三条出口的产物都要进安全案例。图底部一条红底加粗横条写「入口判据是成因,不是后果够不够严重——后果严重只触发一次安全相关性评审,不自动分配等级」。横条下方两行灰字说明三条路的问题域为本课归纳的分诊判据、不是标准适用范围条款原文。本图为流程结构示意,不含任何数值,不得据图取值。
图1 读三件事:入口判据问的是失效链的成因(是不是电子电气系统的故障行为),⛔ 不是后果够不够严重;三套标准各自管一类问题域,可以并行触发,不是三选一;机械与液压失效不进硬件度量的算账,但它有三条正当出口,⛔ 不是「不管」。示意图,不含数值,⛔ 不得据图取值。

全课三根钉子

钉子 A:入口判据是成因,不是后果。一条失效链要不要走这套流程,判的是「它是不是由电子电气安全相关系统的故障行为引起的」。后果严重(在 DFMEA 里表现为 S=9–10)触发的是一次安全相关性评审——判它是不是安全相关、要不要定成特殊特性——⛔ 它不自动分配一个等级,也不自动让这条链进入本课这套算账。把这两件事混起来,最典型的后果是给一根冷却管路「定 ASIL C」,然后发现没有任何一个数据库能给它失效率、没有任何一个诊断能给它覆盖率,整条论证卡死在第一步。

钉子 B:度量是分子分母的账,不是百分比的大小。三个硬件度量各取失效率拆账树上不同的块,分母不是同一个——所以它们不可互算、不可互相折算,一个达标也不能顶替另一个。评审时要问的第一句不是「这个数是多少」,是「这个数的分母是哪一块」。分母说不出来,那个百分比就不可裁决。

钉子 C:一个数达标,只证明了一个必要条件。硬件度量回答的是「这套架构对随机硬件失效的覆盖够不够」。它回答不了三件事:安全机制的反应有没有在时间窗内完成(那是故障容错时间那条预算)、规格本身有没有写错(那是系统性错误那一侧)、以及冗余通道是不是真的独立(那是相关性失效分析那一侧)。⇒ 度量全绿而安全目标没达成,是完全可能的,而且是最常见的一种「论证看起来闭合了」。

⚠ 反钉子(⛔ 别照做):把功能安全当成一个交付物清单去凑——HARA 表一份、FMEDA 表一份、DFA 表一份、追溯矩阵一份,四份齐了就报完成。四份文件之间如果没有真正的引用关系(HARA 定出的安全目标在 TSR 里找不到对应、FMEDA 里的安全机制在 TSR 里没有出处、DFA 的结论没有改变过任何一处设计),那它们是四份互不相干的表,不是一条论证。判它是不是一条论证,只要抽一条:从任意一条硬件要求往上,能不能一路指回某一条安全目标;从任意一条安全目标往下,能不能一路指到某一项验证证据。


第 1 讲 入口判据与适用边界:什么样的热管理失效才进这套流程

拿到一条「这里可能会坏,而且坏了很严重」的意见,最省事的下一个动作是给它贴一个等级,然后开始做表。这一讲要在贴标签之前插进三个动作:判它归不归这套流程、判它落在这套流程的哪一侧、判它有没有一条本课之外的正确出口。三个动作都不打分,却决定了后面所有的算账打在什么东西上——归错了,整条论证会在「找不到失效率」或「找不到诊断覆盖率」这两处之一卡死,而卡死之前你已经花掉了半个项目周期。

本讲交付六件:① 入口判据的那一句话与它的三个反例;② DFMEA 的 S=9–10 到底触发什么;③ 安全生命周期概览与本课在其中的挂点;④ 适用边界——为什么机械失效不按硬件度量算账;⑤ 机械与结构件承接安全要求的三条出口;⑥ 三套标准的问题域与入口条件。本讲不交付:等级怎么推(第 2 讲)、要求怎么拆(第 3 讲)、度量怎么算(第 4 讲)、独立性怎么查(第 5 讲)。

1.1 入口判据只有一句:这条失效链是不是由电子电气系统的故障行为引起的

是什么。判据的原话形态是:危害是否由安全相关的电子电气系统的故障行为(malfunctioning behaviour)引起。拆成两个可查的条件:其一,链条上有没有一个电子电气元素(传感器、控制器、执行器驱动、通信);其二,那个元素是不是坏了(表现出了非预期的行为),而不是没坏但能力不够。两个条件同时成立,才进这套流程。

为什么判据落在成因上而不是后果上。因为这套流程的每一件工具,都是为「元素会以某个失效率随机坏掉」这件事造的:失效率来自可靠性数据库或现场数据,失效分布把一个器件的失效率切成几种失效模式,诊断覆盖率描述一个安全机制能查出其中多大一部分。这三件工具对「没坏但不够用」全部失效——一个规格写窄了的温度阈值没有失效率,一个覆盖不到的工况没有诊断覆盖率。⇒ 判据不落在成因上,工具就会被用在它算不了的对象上,而算出来的数照样是个数。

三个反例,逐个说清它错在哪。

  • 反例一:冷却液缓慢渗漏导致液位下降、最终冷却能力丢失。成因是密封件老化——纯机械。⛔ 它不按本课第 4 讲那套算账,但它一定要进:作为「液位传感器所在通道」的共因输入,以及作为安全机制假设条件的一部分(安全机制假设「有液才能散热」,这个假设的成立依赖机械件)。走的是 1.5 的出口①与出口③。
  • 反例二:控制策略在某个极端工况下判定错误,导致冷却提前退出。件全好、软件按写的执行、执行结果不安全——这是规格不足,属能力不足型危害那一侧(1.6),⛔ 不是本课的故障行为侧。误判成本课的对象,会去给一个没有失效率的东西算失效率。
  • 反例三:温度传感器信号漂移,控制器据此判定电池温度正常而实际已超温。元素在(传感器)、坏了(漂移是一种失效模式)、行为非预期(报了错值)——三条全中,这是标准的本课对象。它的失效率查得到、失效分布切得出、合理性校验的覆盖率评得了。

易错点。两条。①把「热管理系统」整体当成判据对象——判据的对象是一条失效链,不是一个系统。同一个电池冷却系统里,传感器漂移进这套流程、管路穿漏走出口①、策略判错走能力不足侧,三条链三种归属,⛔ 不能一起打包给一个字母。②把「有电子件参与」当成充分条件——链条上有控制器,不等于这条链的成因是控制器坏了。管路穿漏之后控制器如实报了低液位并降功率,控制器全程正确,这条链的成因仍然是机械。

1.2 DFMEA 里的 S=9–10 触发的是一次评审,⛔ 不是一个等级

是什么。I7-01 热管理系统/零部件 DFMEA 实操 里那张 DFMEA 表,严重度取到最高两档时会触发一条强制通道。这条通道的内容是安全相关性评审——判两件事:这条失效链是不是安全相关(要不要进本课这套流程),以及要不要把相关的产品特性或过程特性定成特殊特性(关键特性 CC / 重要特性 SC)。

它不是什么。⛔ 它不产出等级。等级只有一条来路,就是第 2 讲那次 HARA。把 S=9–10 直接当成「所以是 ASIL D」,是本课最常见的一次跳步,而它同时错在两处:一处是用了三维里的一维(漏掉暴露率与可控性),另一处是把零件层的评分当成了整车层的危害(DFMEA 的 S 评的是这条失效链最终的后果,而 HARA 的输入是整车层面的危害事件加运行场景,两者的对象不是一一对应的:同一个零件失效在不同场景下是不同的危害事件)。

为什么两条通道必须并存。因为它们服务两套不同的下游:安全相关性评审的下游是特殊特性清单与本课这套论证的入口;DFMEA 的 AP 排序的下游是设计改进措施的优先级。两者都要走,且一条走完不能顶替另一条。⇒ 实做上的落点是一句话:DFMEA 表里 S=9–10 的每一行,都要在评审记录里有一条明确的处置——判为安全相关(写明进哪条流程)或判为不安全相关(写明理由),⛔ 不许留空。

1.3 安全生命周期概览:本课挂在哪几个点上

是什么。把这套流程铺开,是一条自上而下、每一步都有输入输出的链:概念阶段(定义相关项与它的边界 → HARA → 安全目标 → 功能安全概念)→ 系统层(技术安全要求 → 系统架构设计 → 分配到硬件与软件)→ 硬件层(硬件安全要求 → 硬件设计 → 硬件安全分析与度量评估)与 软件层(并行,本课不走)→ 各层的集成与验证逐级回收 → 安全案例汇总论证。

本课挂在四个点上:概念阶段的 HARA 与安全目标(第 2 讲)、系统层往硬件层的要求分解(第 3 讲)、硬件层的安全分析与度量评估(第 4 讲)、以及贯穿全链的相关性失效分析与追溯闭环(第 5 讲)。⛔ 软件层那一支、控制器硬件架构那一层、以及各层流程本身的裁剪规则,去向 K2-03 功能安全(ISO 26262)在热管理中的应用。

为什么要先看这张图再动手。因为这条链上每一步的输入都是上一步的输出,而缺步不会报错,只会让下一步的输入变成假设。最常见的一次缺步是跳过安全目标直接写技术安全要求——技术安全要求于是变成了一串「设计上想做的事」,而不是「为达成某条安全目标而必须做的事」。两者在文档上长得一模一样,区别只有一处:前者指不回去。

图2 一张安全生命周期的分层图,左侧是主干四层、右侧是分析工具挂点栏。主干最左与最右各有一条蓝色粗箭头:左边一条自上而下、旁边竖排写「要求逐级向下分解」,右边一条自下而上、竖排写「证据逐级向上回收」。两条箭头之间自上而下四个浅蓝底长条方框:第一层「概念阶段」,第二行并列写相关项定义与边界、危害分析与风险评估(HARA)、安全目标与功能安全概念;第二层「系统层」,第二行并列写技术安全要求、系统架构设计、要求分配到硬件与软件;第三层左右并排两个方框,左边绿底粗框写「硬件层 ← 本课走这一支」并附硬件安全要求、硬件设计、硬件安全分析与度量评估,右边灰底方框写「软件层」并附软件安全要求、软件架构与单元设计、验证,其下灰字写「属主:K2-03,本课不走这一支」;第四层「集成与验证逐级回收」,第二行并列写硬件集成验证、系统集成验证、车辆集成验证。四层之下是一个浅黄底长条写「安全案例:把上面全部工作产物汇成一条可追溯的论证」。图右侧竖排五个白底方框,用灰色虚线引到主干对应的层:HARA 引到概念阶段并标「本课第 2 讲」;故障树(自顶向下)引到系统层并标「属主 I7-04,本课只讲两道接口」;FMEDA(自底向上)用一条绕到硬件层与软件层下方再折上去的虚线引到硬件层,标「本课第 4 讲,从器件失效率汇到相关项」;相关性失效分析(横向)引到集成与验证层并标「本课第 5 讲,跨系统层与硬件层」;最下一个虚线框写「DFMEA:属主 I7-01,方案期并行,与本课在安全相关性评审这点交接」。图底部一条红底加粗横条写「每一步的输入是上一步的输出:缺一步不会报错,只会让下一步的输入变成一个没人写下来的假设」。本图为流程结构示意,不含任何数值与时间刻度,不得据图取值。
图2 读三件事:这条链是要求向下、证据向上的闭环,不是一串平行的交付物;四种分析工具挂在不同的层且方向不同(FMEDA 自底向上、故障树自顶向下、相关性失效分析横向);本课只走硬件与结构那一支,软件支的属主是另一门课。示意图,不含数值与时间刻度,⛔ 不得据图取值。

1.4 适用边界:为什么机械与液压失效不按硬件度量算账

是什么。第 4 讲那三个硬件度量,适用对象是安全相关的电子硬件元素。纯机械与液压件(管路、密封、支架、快接头、机械式膨胀阀本体)不进这套算账。

为什么——两个缺口,都不是「规定不许」,是算不了。

  • 缺口一:没有通用失效率库。电子件有成熟的可靠性数据源,能按器件类型、封装、结温与任务剖面给出一个可引用的失效率。机械件的失效率强依赖于具体的载荷谱、材料批次、工艺与安装应力——同一根管路装在两台车上,寿命分布可以差一个量级。⇒ 硬要给它一个「FIT 值」,那个数只能是编的。
  • 缺口二:没有「诊断覆盖率」这个语义。诊断覆盖率的定义前提是:失效发生 → 安全机制在时间窗内探测到 → 系统进入安全状态。机械件的失效常常是渐变的、没有明确发生时刻的(密封老化、腐蚀、疲劳裂纹扩展),「探测到了」这件事本身没有一个可以打勾的时刻。⇒ 一个 90% 的诊断覆盖率填在管路那一行,它没有对应的物理含义。

⛔ 别走到另一个极端。「不按硬件度量算账」⛔ 不等于「机械件与功能安全无关」。恰恰相反:热管理里最要命的几条失效链,机械件都在链上(冷却液漏光了,最好的传感器与最快的控制器也没有散热能力可调)。机械件可以并且经常必须承接安全要求,只是承接的方式不是「给它一个 FIT 和一个 DC」。三条正确的承接方式在 1.5。

易错点。两条。①把「不在度量里」读成「不在分析里」——机械件在相关性失效分析里是主角(一根管路的走向可以同时决定两条「冗余」回路的命运)。②把机电一体件整个划到机械侧——一个电子膨胀阀里有电机、驱动、位置反馈与阀芯,前三样是电子硬件元素、进度量,阀芯卡滞是机械失效、走出口。⛔ 判归属的粒度是元素,不是零件。

图3 一张左中右三段的路径图。最左侧一个入口方框写「一条纯机械或液压的失效:管路穿漏、密封老化、支架断裂、通道堵塞、快接头脱开」。入口右侧先经过一个深色的拦截条,条上写「⛔ 此处不进:失效率没有通用库、诊断覆盖率没有语义 ⇒ 硬件度量算不了它」,拦截条下方两行小字分别写「机械件失效率强依赖载荷谱、材料批次、工艺与安装应力」与「渐变型失效没有明确的发生时刻,探测到这件事无法打勾」。拦截条右侧分出三条并列的水平通道,每条通道一个方框加一段说明。通道一方框写「出口①:作为电子电气元素的失效原因或共因输入」,说明写「进 FMEDA 的失效原因栏、进相关性失效分析的共因清单;例:一根管路的走向同时穿过两条冗余回路的安装区」。通道二方框写「出口②:作为其他技术的元素承接技术安全要求」,说明写「承接分解下来的要求,接口与假设条件书面化写进接口协议与假设条件清单;例:泄压边界必须在指定压力前开启」。通道三方框写「出口③:走安全裕度加可靠性论证加特殊特性加设计验证的平行路径」,说明写「用裕度系数、寿命试验、特殊特性管控与设计验证试验构成论证;例:支架按最恶劣载荷谱加裕度并做耐久验证」。三条通道在右端汇入一个共同的方框,写「三条出口的产物都要进安全案例,并且都要能被追溯到某一条安全目标」。图的下方另有一个警示带,写「⛔ 别走另一个极端:不按硬件度量算账,不等于机械件不承接安全要求」。图的右下角一个小方框写「判归属的粒度是元素,不是零件:电子膨胀阀的电机与驱动进度量,阀芯卡滞走出口」。本图为路径结构示意,不含任何数值,不得据图取值。
图3 读两件事:机械与液压失效被挡在硬件度量之外的原因是两个工具都算不了它(没有通用失效率库、没有诊断覆盖率语义),⛔ 不是「规定不许」;被挡住之后有三条正当出口且都要进安全案例——⛔ 判归属的粒度是元素而不是零件。示意图,不含数值,⛔ 不得据图取值。

1.5 结构件承接安全要求的三条出口

出口①:作为电子电气元素的失效原因或共因输入。机械件以「原因」的身份进入电子侧的分析表。两个落点:一是 FMEDA 的失效原因栏(例:接插件密封失效 → 进水 → 传感器信号漂移,这一行的失效模式属电子侧、原因属机械侧);二是相关性失效分析的共因清单(例:两条「独立」的温度采集通道,线束走在同一根护套里,一次机械磨损同时打掉两路)。判据:这个机械件的失效,会不会同时或间接改变某个电子元素的行为?会 → 必须以原因或共因的身份被登记。

出口②:作为「其他技术的元素」承接技术安全要求。标准里为非电子电气的实现留了这条路:一条技术安全要求可以分配给一个机械件去实现(例:「泄压边界应在容器内压达到设定值前开启,以避免壳体破裂」)。走这条路有两个硬条件,缺一条这条要求就落空:其一,接口必须书面化——这个机械元素承接的是哪一条要求、它的输入输出边界在哪、验收判据是什么;其二,假设条件必须书面化——它的成立依赖哪些前提(安装状态、载荷范围、维护动作、上游件的行为),这些前提要写进接口协议与假设条件清单,交给使用方去确认。⚠ 这两条在跨企业开发里尤其容易断(第 5 讲 5.5)。

出口③:走安全裕度+可靠性论证+特殊特性+设计验证的平行路径。这是机械件最常走的一条:不算失效率,改为论证「它在整个生命周期内失效的可能性已被压到可接受」。四件套:安全裕度(按最恶劣载荷谱加裕度设计)、可靠性论证(寿命试验、加速试验、现场数据)、特殊特性(把决定这条论证成立的那几个尺寸、材料与工艺参数定成受控特性,向下贯通到过程控制)、设计验证(DV/PV 里有对应的验证项)。⚠ 四件缺一件都会让这条论证在评审里被问倒:只有裕度没有验证=纸面结论;只有验证没有特殊特性=首件合格而批量不受控。

三条出口的共同要求。产物都要进安全案例,都要能向上指回某一条安全目标。⇒ 判一个机械件的安全论证做完了没有,抽一条问:这条论证是为哪一条安全目标服务的?答不出来,说明它是一份独立的可靠性工作,不是这条链的一环。

1.6 三套标准的问题域与入口条件:判它该走哪一条

是什么。三条路各管一类问题域,入口条件互不相同:

管的是 入口条件(什么时候触发它) 本课
ISO 26262(对应 GB/T 34590) 电子电气系统故障行为引起的危害;含随机硬件失效与系统性错误两侧 元素坏了,且坏了之后的行为会引起整车层危害 本课走这一支的硬件失效侧
ISO 21448(预期功能安全) 件没坏、而功能规格或性能局限不足以覆盖场景所引起的危害 全部元素都按规格工作,而输出结果在某类场景下仍不安全 ⛔ 属主 K2-05 预期功能安全(SOTIF/ISO 21448)与 AI 件安全论证在热管理的落法,本课不展开
ISO/PAS 8800 人工智能件的安全论证(数据、模型、运行域) 链条上有 AI 件,且它的行为需要单独论证 ⛔ 属主 K2-05 预期功能安全(SOTIF/ISO 21448)与 AI 件安全论证在热管理的落法,本课不展开

⚠ 版次与分部以现行有效目录为准;三行「管的是」与「入口条件」两栏写的是本课对问题域的归纳,用途是分诊,⛔ 不是标准的适用范围条款原文,本课未核原文,引用前须核。

为什么必须先分诊。因为三条路的工具箱不通用。第一条路的工具是失效率、失效分布、诊断覆盖率、度量;第二条路的工具是场景空间、触发条件、验证里程与统计论证;第三条路的工具是数据集特性、模型评估与运行设计域。拿错工具箱不会报错,只会算出一个不回答问题的数——给一条能力不足型危害算一个漂亮的单点失效度量,那个数是对的,而它证明的是「元素不容易坏」,与「元素没坏也不安全」这个原始问题完全无关。

⇒ 三条路可以并行触发,不是三选一。同一个整车危害「电池超温未被察觉」,可以同时有故障行为侧的成因(传感器漂移)与能力不足侧的成因(估温模型在某类快充工况下系统性偏低)。两侧各走各的论证,最后在安全案例里汇合。⚠ 两侧的论证链必须互链——各走各的而不互相引用,会出现两侧都假设对方兜住了那一块。

1.7 本课的典型参考值汇总表

⚠ 下表全部是典型值/量级,⛔ 不是验收依据,须由本项目实测与分析确认;⛔ 禁止抄上一代平台。

量 典型区间(⚠ 典型值) 常见值锚点 拿到它的路
单个电子器件的失效率 λ 约 0.1 ~ 100 FIT/件(分立件与无源件常在低端,复杂集成电路与功率器件常在高端) 车规级微控制器与功率驱动常被引用在数十 FIT 量级 可靠性预计手册(元器件失效率数据源)、器件供应商的可靠性报告、本项目现场返回数据;三级出处分级标明,⛔ 不得单值化
电池热相关危害的故障容错时间间隔 t_FTTI 从数秒到数分钟不等:回路热惯量大的场景偏长,热失控已启动后的扩散抑制场景偏短 常见做法是把预算切成探测段与反应段两段并各留裕度 本项目的热演化试验(滥用触发试验)+系统级热仿真;⛔ 不得由控制器的诊断周期反推
诊断周期(安全机制的执行周期) 常落在 10 ~ 100 ms 量级(取决于所在控制器的任务调度与通信周期) 常见的一档是与主控制周期同阶 由 t_FTTI 的预算倒推分配,⛔ 不是先定周期再声称够用
电池过温保护的动作门限 ⛔ 本课不给——它由电芯体系、包结构与本项目的热安全边界决定 — 由 D1-01 动力电池产热机理与产热速率建模 / D5-01 热失控热扩散抑制(热管理与结构协同) 的机理与本项目电芯的滥用试验给出
三个硬件度量的 ASIL 目标值 ⛔ 本课不给(标准条款内容,本课未核原文) — 按 ISO 26262 硬件分部 / GB/T 34590 对应分部现行版本原文核
诊断覆盖率三档的档位值 ⛔ 本课不给(同上) — 同上;本课只讲三档的语义与提升手段(4.6)

⚠ 表里最后两行只写去向、不写值,这是刻意的,不是漏填:本课未核原文,按本讲开头的规矩,本课不判的判据只给类型与去向,不给限值。⇒ 这一条对读者的实际影响是:你在本课学会的是「怎么对照并下结论」这套动作,被对照的那个数要你自己从现行标准取。

后面还有 4 讲正文 · 关键公式 · 案例拆解 · 常见误区 · 动手做

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