CN104340143A - 通过一种高诊断性、与质量管理兼容的集成电路来实现与b级汽车安全完整性(asil b)兼容的汽车安全相关的功能 - Google Patents

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Abstract

一种汽车内燃发动机电子控制单元，其用来实现具有预定的汽车安全完整性等级的安全相关的功能；其中汽车电子控制单元包括微控制器和与微控制器不同且与其通信的集成电路；其中微控制器被设计用于实现一个或多个其汽车安全完整性等级与汽车电子控制单元所需要的汽车安全完整性等级相同的安全相关的功能；其中集成电路被设计用于实现一个或多个其汽车安全完整性等级低于微控制器的汽车安全完整性等级的安全相关的功能；其中集成电路还被设计用于为每个所实现的安全相关的功能实现相应的诊断功能，诊断功能被设计用于检测安全相关的功能的实现中的故障；以及其中微控制器被设计用于为每个所实现的诊断功能实现相应的监测功能，监测功能被设计用于监测集成电路的相应的诊断功能的实现，以检测那些可能损害诊断功能的诊断性能的故障。

Description

通过一种高诊断性、与质量管理兼容的集成电路来实现与B级汽车安全完整性(ASIL B)兼容的汽车安全相关的功能
技术领域
本发明涉及通过一种高诊断性、与质量管理(QM)兼容的集成电路来实现与B级汽车安全完整性(ASIL B)兼容的汽车安全相关的功能。
背景技术
众所周知，安全是汽车工业中主要议题之一。机上的电动与电子系统集成需要开发过程和安全内容，且同时需要机会提供所有合理的安全目标都已满足的证明。
基于分布在不同的电子控制单元(通常由不同供应商开发)中的功能的新技术，增加了复杂性、软件内容、机电一体化的实现，并因此增加了系统和硬件故障的风险。
汽车系统中电动与电子装置(包括可编程设备，以及机电组件)的集成度的增加导致了国际标准ISO 26262的引入，该标准由工业中的电动/电子系统的功能安全标准IEC 61508来处理。
ISO 26262标准提供了用于减少系统和硬件故障影响的过程和产品要求。此标准涉及应用于汽车领域的功能性安全概念，同时追求没有由所述系统的意外行为产生的危害导致的不可接受的风险。
ISO 26262标准在指定风险和降低风险的需求时，规定了四种汽车安全完整性等级(ASIL)。ASIL能够用四个不同的值表示安全相关的功能，用字母表示，最低等级用D表示，其就安全完整性而言是最严格的等级，最高等级用A表示，其是最低的安全完整性等级。ASIL同时可以用QM(质量管理)值表示，但是其被指定为非-安全相关的功能。
由ISO 26262标准提出的危害和风险的评估，以及参考文件“Standardized E-Gas-Monitoring Concept for Engine Controls of Otto andDiesel Engines”(德国汽车工业协会或者VDA(Verband derAutomobilindustrie)出版，5.0版本)指出在管理由内燃发动机提供的扭矩供给中所涉及的汽车安全相关的功能的实现具有ASIL B。
发明内容
设计、开发和制造能实现与ASIL B相兼容的汽车安全相关的功能的集成电路需要大量的资源。希望定义一种更加实惠的解决方案，其允许通过集成电路满足在上述标准和上述文件中所述的需求，虽然该集成电路由质量管理标准来设计、开发和制造，但允许根据上述标准和文件中所述内容来实现ASIL B的安全相关功能。
因此，本发明的目的在于提供一种解决方案，其能允许满足上述需求。
根据本发明，提供一种汽车内燃发动机电子控制单元，其用来实现具有预定的汽车安全完整性等级的安全相关的功能；其中汽车电子控制单元包括微控制器和与微控制器不同且与其通信的集成电路；其中微控制器被设计用于实现一个或多个其汽车安全完整性等级与汽车电子控制单元所需要的汽车安全完整性等级相同的安全相关的功能；其中集成电路被设计用于实现一个或多个其汽车安全完整性等级低于微控制器的汽车安全完整性等级的安全相关的功能；其中集成电路还被设计用于为每个所实现的安全相关的功能实现相应的诊断功能，诊断功能被设计用于检测安全相关的功能的实现中的故障；以及其中微控制器被设计用于为每个所实现的诊断功能实现相应的监测功能，监测功能被设计用于监测集成电路的相应的诊断功能的实现，以检测那些可能损害诊断功能的诊断性能的故障。
附图说明
图1示出了原理方框图，其示出了这样的方法，其中按照质量管理标准由F表示的汽车安全相关的功能可以通过其实现方法而如此实现为与ASIL B兼容，其中可以按照质量管理标准而开发诊断功能DIAG，以及其中可以按照ASIL B标准而开发监测功能MON；功能F和功能DIAG的实现分配到集成电路(U-chip)上；而功能MON的实现则分配到微控制器μC上。
图2示出了由集成电路实现的所述功能的方框图。
图3示出了由图1概略示出的由集成电路U-chip实现的一般诊断功能DIAG的方框图。
图4示出了汽车内燃发动机电子控制单元的安全架构的方框图。
图5示出了如何在图4中的汽车内燃发动机电子控制单元中传导过电压的方框图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明进行详细的说明，以使技术人员可以实现和使用本发明。对于技术人员而言，对所描述的实施例的各种修改是显而易见的，且在不脱离由所附权利要求限定的本发明保护范围的情况下，所描述的一般原理也可能应用于其他实施例和应用中。因此，不应认为本发明局限于所描述和示出的实施例，而应该在符合本文所述和所要求的原理及特征时，给予最广泛的保护范围。
图1示出了原理方框图，其示出了这样的方法，其中按照质量管理标准通过所开发的集成电路，由F表示的汽车安全相关的功能可如此实现为与ASIL B兼容。
所述集成电路，以下简称为U-chip(伞型芯片(Umbrella-Chip))，除了别的以外，还致力于实现功能F，其布置在汽车内燃发动机电子控制单元(由ECU表示)中。所述集成电路是与所述ECU的微控制器(由μC表示)不同且与其进行通信的电子组件，且所述集成电路还被设计用来实现与质量管理兼容的功能，因此，这些与质量管理兼容的功能无法达到实现功能F所需的ASIL B。
无论下文关于功能F指出什么和在图1中示出什么，其对于由U-Chip所实现的每一个功能F都是有效的和可重复的，U-Chip需要经与ASIL B的需求相兼容的ECU来实现。
参照图1，为保证具有ASIL B的ECU来实现F，U型芯片除了功能F之外还实现诊断功能(由DIAG表示)，其被设计用来检测可能损害F正常实现的故障。由于其由U-Chip来实现，因此DIAG的实现显然与F的实现具有相同的质量管理汽车安全完整性等级(QM ASIL)。
监测功能(由MON表示)被设计用来监测DIAG的可操作性，且尤其用于检测那些可能损害DIAG诊断能力的效力的故障，然而，监测功能由ECU的μC来实现，其被设计用来实现具有ASIL B的功能，且其可以免受在DIAG或F实现中的故障所导致的功能性干扰。
图2示出了由U-Chip实现的所述功能F的方框图，其包括：
·智能功能，其包括：
-智能曲柄管理
-智能监视器(watchdog)装置
-飞轮接口
-唤醒和电源使能逻辑
·电源包括
-ECU电源
-传感器电源
·通信接口包括
-MSC(微秒通道)接口
-LIN(本地互连网络)收发器
-CAN(控制器局域网络)收发器
·负载驱动通道。
而图3示出了F和DIAG如何在U-Chip中实现的方框图，其中：
-TC是测试控制器，其被设计用来使能和同步化DIAG的实现，
-CUT是被测电路，其被设计用于实现将由DIAG监测的功能F，
-TPG是测试图案生成器，且被设计用于测试CUT的正确运行，
-ORA是输出响应分析器，其被设计用于比较测试结果，且尤其用于比较CUT的输出和期望输出并提供测试成功或测试失败的指示，
-IIC是输入隔离电路，其被设计用于当必须实现DIAG时连接CUT输入和TPG，
-OIC是输出隔离电路，其被设计用于当必须实现DIAG时连接CUT输出和ORA。
通常，DIAG通过以下信号进行管理：
-MSC_BIST_ENABLE:来自μC的用于测试使能的信号
-MSC_BIST_TRIGGER:来自μC的触发DIAG实现的信号
-MSC_BIST_END:来自TC的表明DIAG实现结束的到μC的信号
-MSC_BIST_FALL:DIAG实现的结果
MON被设计用来再实现一组由DIAG实现的明确的测试，以致于一方面证实F的正常实现，另一方面也证实DIAG的正常实现。
如果MON检测到F的测试失败或者DIAG报告的测试结果与MON报告的测试结果之间不相符，那么MON就会触发安全反应，其可以方便地包括切断安全相关负载的电源，通过图4的描述将变得更加明显。
最后，不仅仅MON，而且其他安全相关的集成电路，都被设计用来监测U-Chip，尤其是DIAG的可操作性，通过图4的描述将变得更加明显。
如前所述，能够保证本发明的功能架构正常实现的元件之一是ECU中的μC，其可以免受在DIAG或F实现中的故障所导致的功能性干扰。
一个众所周知的可能损害这种免受功能型干扰的原因是从U-Chip到被指定用于MON实现的μC的过电压传导的存在。
图4示出了ECU的安全架构，其允许在保护部分安全相关负载的同时，减少上述的过电压传导。
值得注意的是，U-Chip设置有嵌入的安全相关的负载驱动，通过其可以驱动给定的安全相关的负载(以下由G2表示)，然而μC并不设置有嵌入的安全相关的负载驱动，但控制着ECU的外部安全相关的负载驱动，通过其可以驱动其他安全相关的负载(以下由G1表示)。
由μC控制的外部的负载驱动设置有相应的嵌入的过压/欠压监测器(O/U VM)，其用于检测从μC传导至负载G1的过电压是否存在，以及响应地为负载G1产生断电命令，因此其断电并保护其不受由过电压产生的任何损害。
而且，值得注意的是，由μC控制的负载驱动，如μC本身，都是由U-Chip的电源供电，因此U-Chip的电源由U-Chip、μC以及由μC控制的外部负载驱动共享。
鉴于这个原因，在U-Chip内产生的且传导到μC的可能的过电压可能损害MON的功能，很明显除了由U-Chip驱动的负载G2以外。
而如图5中示出的，由于实现了设置有嵌入的过压/低于欠压监测器(O/U VM)的外部负载驱动，在U-Chip内产生并传导到μC再传导到负载G1的可能的过电压，或者在μC中直接产生并传导到负载G1的可能的过电压，可由嵌入的过压/欠压监测器检测到，从而由其响应地触发包括产生用于负载G1的断电命令的安全反应，因此引起其断电并保护其不受由过电压产生的可能的损害。

Claims (11)

1.一种汽车内燃发动机电子控制单元(ECU)，其用来实现具有预定的汽车安全完整性等级(ASIL)的安全相关的功能(F)；其中汽车电子控制单元(ECU)包括微控制器(μC)和与微控制器(μC)不同且与其通信的集成电路(U-Chip)；其中微控制器(μC)被设计用于实现一个或多个其汽车安全完整性等级与汽车电子控制单元(ECU)所需要的汽车安全完整性等级相同的安全相关的功能(F)；其中集成电路(U-Chip)被设计用于实现一个或多个其汽车安全完整性等级低于微控制器(μC)的汽车安全完整性等级的安全相关的功能(F)；其中集成电路(U-Chip)还被设计用于为每个所实现的安全相关的功能(F)实现相应的诊断功能(DIAG)，诊断功能(DIAG)被设计用于检测安全相关的功能(F)的实现中的故障；以及其中微控制器(μC)被设计用于为每个所实现的诊断功能(DIAG)实现相应的监测功能(MON)，以检测那些可能损害诊断功能(DIAG)的诊断性能的故障，监测功能(MON)被设计用于监测集成电路(U-Chip)的相应的诊断功能(DIAG)的实现。
2.根据权利要求1所述的汽车内燃发动机电子控制单元，其中，监测功能(MON)被设计用于再实现由诊断功能(DIAG)实现的测试来核实安全相关的功能(F)和诊断功能(DIAG)的正常实现；而其中监测功能(MON)还被设计用于当安全相关的功能(F)测试失败或者诊断功能(DIAG)报告的测试结果与监测功能(MON)报告的测试结果之间不相符时触发安全反应。
3.根据权利要求2所述的汽车内燃发动机电子控制单元，其中，由监测功能(MON)触发的安全反应包括切断汽车安全相关的负载的电源。
4.根据权利要求1所述的汽车内燃发动机电子控制单元，其中，汽车电子控制单元(ECU)所需要的安全相关的功能(F)的实现的汽车安全完整性等级是ASIL B，而集成电路(U-Chip)所需要的安全相关的功能(F)的实现的汽车安全完整性等级是ASIL QM(质量管理)。
5.根据权利要求1所述的汽车内燃发动机电子控制单元，其中，安全相关的功能(F)包括以下的一个或多个：
·智能功能，其包括：
-智能曲柄管理
-智能监视器(watchdog)
-飞轮接口
-唤醒和电源使能逻辑
·电源，其包括
-ECU电源
-传感器电源
·通信接口，其包括
-MSC(微秒通道)接口
-LIN(本地互连网络)收发器
-CAN(控制器局域网络)收发器
·负载驱动通道。
6.根据权利要求1所述的汽车内燃发动机电子控制单元，其中，集成电路(U-Chip)包括：
-测试控制器(TC)，其被设计用来使能和同步化诊断功能(DIAG)的实现；
-被测电路(CUT)，其用来实现将被测试的安全相关的功能(F)；
-测试图案生成器(TPG)，其被设计用于测试被测电路(CUT)的正确运行；
-输出响应分析器(ORA)，其被设计用于比较被测电路(CUT)的输出和期望输出并提供测试成功或测试失败的指示；
-输入隔离电路(IIC)，其被设计用于当诊断功能(DIAG)必须实现时将被测电路(CUT)的输入与测试图案生成器(TPG)连接；以及
-输出隔离电路(OIC)，其被设计用于当已经实现诊断功能(DIAG)后将被测电路(CUT)的输出和输出响应分析器(ORA)连接。
7.根据权利要求1所述的汽车内燃发动机电子控制单元，其中，集成电路(U-Chip)还包括嵌入的安全相关的负载驱动器，通过其集成电路(U-Chip)驱动安全相关的负载(G2)；其中，微控制器(μC)没有嵌入的安全相关的负载驱动器；其中，汽车内燃发动机电子控制单元(ECU)还包括与微控制器(μC)分离且由微控制器(μC)控制的外部的安全相关的负载驱动器，通过其微控制器(μC)驱动不同的安全相关的负载(G1)；且其中，外部的安全相关的负载驱动器设置有相应的被嵌入的过压/欠压监测器(O/U VM)，其被设计用于检测从微控制器(μC)传导至相应的安全相关的负载(G1)的过电压，以及响应地为相关联的安全相关的负载(G1)产生断电命令。
8.根据权利要求1所述的汽车内燃发动机电子控制单元(ECU)，其中，集成电路(U-Chip)还包括电子电源单元，其被安排成给集成电路(U-Chip)、微控制器(μC)以及外部的安全相关的负载驱动器供电。
9.一种汽车内燃发动机电子控制单元(ECU)，其包括微控制器(μC)；与微控制器(μC)不同且与其通信的集成电路(U-Chip)，并包括嵌入的安全相关的负载驱动器，通过其集成电路(U-Chip)驱动安全相关的负载(G2)；以及与微控制器(μC)分离且由微控制器(μC)控制的外部的安全相关的负载驱动，通过其微控制器(μC)驱动不同的安全相关的负载(G1)；且其中，外部的安全相关的负载驱动设置有相应的被嵌入的过压/欠压监测器(O/U VM)，其用于检测从微控制器(μC)传导至相应的安全相关的负载(G1)的过电压，以及响应地为相关联的安全相关的负载(G1)产生断电命令。
10.根据权利要求9所述的汽车内燃发动机电子控制单元，其中集成电路(U-Chip)还包括电源单元来为集成电路(U-Chip)、微控制器(μC)以及外部的安全相关的负载驱动器供电。
11.一种汽车，包括根据前述任一权利要求所述的汽车内燃发动机电子控制单元。
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