功能安全与摩托车

郭凌崧　董　宏　钱　挺　戚可慧（天津摩托车技术中心　天津　300072）

·综述·

功能安全与摩托车

郭凌崧董宏钱挺戚可慧
（天津摩托车技术中心天津300072）

摘要：功能安全是重要的工业产品设计生产要求，目前受到全球工业各界的重视。通过对功能安全的发展沿革、国内外相关状况以及在摩托车行业的应用要求等方面的简要描述，阐述并分析了功能安全的基本概念、标准法规、适用范围、核心理论和应用特点，以及功能安全在摩托车行业的现有状况，提出了功能安全要求在我国摩托车行业开展的必要性和可行性。

关键词：功能安全摩托车

引言

功能安全是指避免由于设备、装置或控制系统功能性故障导致的不可接受的风险。

早在1997年4月，联合国欧洲经济委员会（UNECE）就发布了《对电池驱动的电动车认证关于结构和功能安全方面的特殊要求的统一规定》（即ECE R100），对所有M类和N类中最高设计车速超过25 km/h、公路行驶的电池驱动的车辆提出了功能安全的具体要求[1]。

在控制技术高度发展的今天，液压、气动、电动和电子组件在机动车领域的应用日益广泛以及软件系统与机电一体化的应用不断增加，机动车辆的动力驱动与动态管理、排放控制、辅助驾驶和主/被动安全系统等领域的技术日益复杂。

就摩托车来说，越来越多的高新技术应用到摩托车产品，在大幅提升了摩托车产品的安全、节能和环保等各项性能的同时，来自元器件质量与软硬件的系统性失效对车辆安全的影响也日益增加。这些问题越来越受到社会的广泛关注，摩托车工业对车载各项系统的功能安全的管控需求也越来越迫切。

1　功能安全简介

功能安全是指避免由于安全相关系统或设备的功能失效导致的不可接受的风险，这种依赖于系统功能的安全称为功能安全。通俗地讲，功能安全是系统总体安全的一部分，主要关注系统故障后的行为，着重避免由于受控设备以及相关系统在故障或者失效的情况下导致的风险。

设备、装置或控制系统的安全功能在任何情况下都应保证正确实施，无论在正常情况或者当任一随机故障、系统故障或共因失效时都不应导致系统出现引起人员伤亡、环境破坏、设备或财产损失的安全故障。

当系统的每一个特定的安全功能获得实现，并且每一个安全功能必需的性能等级被满足的时候，系统的功能安全目标即得到实现。因此，功能安全是系统的安全控制有关的整体安全的组成部分，取决于系统自身的安全功能、其他技术安全系统和外部风险降低设施功能的正确运行。

2　功能安全的研究及其发展

2.1关于IEC 61508

当前电子技术的发展已经渗透到所有工业领域，系统运算能力的极大增加既彻底改变了工厂和工业过程的控制，也改变了安全控制策略。当包含有电子、电气设备等硬件及软件的系统在应用于涉及人身安全与财产安全的领域时，对其安全性进行规范性要求是非常必要的。

功能安全理论起源于工业过程控制领域。国际电工委员会（IEC）于2000年5月发布首部功能安全类国际性标准—IEC 61508《电气/电子/可编程电子安全系统的功能安全》。

IEC 61508对功能安全的定义为“总体安全中与EUC和EUC控制系统相关的、依赖于E/E/PEs安全相关系统以及其它风险降低措施的正确运行的部分”[2]，其核心概念是“风险”和“安全功能”，其基本理论基于对失效的识别和对安全完整性水平的评价。

IEC 61508针对具有安全作用的电气/电子/可编程电子系统(E/E/PEs，作者注)安全性的全寿命周期建立了基本评价方法，统筹考虑系统内各独立组成（如传感器、通信系统、控制器、执行器等）中各元件以及系统整体的安全性问题，解决了电气电子系统与软件系统的安全性保障及评价问题，为生产过程的安全风险管控和安全控制技术产业化发展提供了体系基础和规范化条件。

2.2关于ISO 26262

随着软件和电子电气设备的应用日趋广泛、结构功能日益复杂，各种新功能广泛应用于车辆的辅助驾驶、动态控制和主动安全管理。由于系统复杂性不断提高，来自系统失效和软硬件随机失效的风险日益增加，政府部门、整车与零部件企业和用户都越来越关注车辆产品的功能安全问题。因此迫切需要规范各系统的安全功能，为避免这些风险提供可靠的可行性要求和流程。

国际标准化组织于2011年11月发布 ISO 26262《道路车辆-功能安全》，这是首部全球性道路车辆功能安全标准。

ISO 26262源自IEC 61508，主要针对汽车电子电气系统的功能安全，是IEC61508对E/E/PEs系统在道路车辆功能安全要求方面的具体应用。ISO 26262为道路车辆电子电气系统在整个生命周期中的与功能安全相关的工作流程和管理流程提供了指导。

ISO 26262对功能安全的定义为：“不存在由E/Es的功能异常表现引起的危害而导致不合理的风险”[3]，适用于总质量在3.5 t以下汽车搭载的电气电子系统的功能安全，目的是通过提供适当的要求和流程来避免和减少因电子器件失效造成的故障、降低潜在风险，满足道路车辆对电子电气系统功能安全的需求。

ISO 26262建立了汽车安全生命周期和汽车安全完整性等级（ASIL，Automotive Safety Integrity Level）两个重要概念。

ISO 26262将汽车安全完整性根据安全风险程度划分为四个等级，每一个等级定义了相关项目或要素的必要要求及安全措施，以避免不合理的残余风险；其中A代表最低等级，D代表最严格等级，D级需要应对最苛刻的安全需求。伴随着ASIL等级的提高，针对系统硬件和软件开发流程的要求也随之增强。

ISO 26262一直受到汽车工业发达国家的高度重视，并在全球各大知名汽车企业的产品研发中获得广泛应用。国内部分车企主要在整车电磁兼容、电气环境、制动安全、碰撞安全等领域取得了一系列的成果和进步。

3　摩托车的功能安全

随着技术进步和对摩托车安全、节能、环保的法规要求越来越严格，电子电器类部件在摩托车产品上的应用也越来越广泛。

IEC 61508详细介绍了安全功能措施的基本原理及应用，但IEC 61508的要求只覆盖采用E/E/PEs安全技术的安全功能。其所给出的安全功能的技术与措施的要求也是说明性的，在道路车辆制造行业中并不适合普遍应用。

现行ISO 26262适用于3.5t以下汽车搭载的电气电子系统的功能安全，其系统安全性依赖于电气电子系统自身的正确运行与过程控制。主要观点是：汽车系统内的一个错误并不一定导致事故；其运行结果依赖于车辆行驶中当错误发生时处于风险中的驾驶者与乘员是否确实暴露于危险中；取决于他们是否有能力采取措施控制危险发生的结果。

现行ISO26262也提供了基于其他相关技术的安全措施框架，故而ISO 26262的系统安全可以从包括其它各种技术的应用（如：机械，液压，气动，电力，电子，可编程电子元件）中获得。所推荐的系统安全方法和措施都基于汽车工业实践，但这些方法和措施大多被表述为一个目标而不是具体的实现方法。

由于产品本身的局限性，现有摩托车产品的电子电气类部件所占比例较汽车低很多，电子电气类部件运行的功效占比也相对较少。除电子电气外，摩托车也关注机械、气动、液压等系统和零部件对整车安全性能的影响。随着技术进步和对摩托车安全、节能、环保的法规要求越来越严格，电子电器类部件在摩托车产品上的应用也越来越广泛，相应的功能安全风险也在不断增大。

3.1国际摩托车功能安全研究的进展

2013年1月15日，联合国欧洲经济委员会批准了第168/2013号“关于二轮、三轮和四轮摩托车核准和市场监督的法规”（本文简称EU 168/2013，下文同）；

2013年10月24日欧盟委员会批准了第3/2014号“对两轮或三轮和四轮摩托车第168/2013号（欧盟）法规在车辆功能安全要求方面的补充规定”（简称EU 3/2014，下文同），提出有关摩托车功能安全在结构功能方面的具体要求，拟加强、更新和简化现行L类车辆功能安全性型式核准要求，保持与技术进步的同步性。

EU 168/2013和EU 3/2014规定了对L（摩托车）类产品在整个生命周期内功能安全的一般要求及强制要求，以提高L类车辆对车辆驾驶者及行人安全的保护水平。

EU 168/2013中所述“功能安全”是指“不存在因机械、液压、气动、电气或电子系统，组件或独立技术单元的异常功能表现而导致造成不可接受的人身与健康伤害或财产损坏的风险”[4]。

EU 168/2013和EU 3/2014要求摩托车制造商必须确保所生产产品在规定的使用环境中或正常使用条件下，其功能安全性在整个产品使用寿命中都应能得到保证；最大程度地减小对车辆乘员和其他道路使用者的伤害程度，对提升摩托车产品功能安全的整体综合性能起到了重要作用。

3.2欧洲摩托车功能安全法规的主要特点

欧洲摩托车法规对摩托车功能安全的要求主要包括对制造商的要求和对产品的要求。

对制造商，要求制造商必须对所出产的整车及系统、零部件或独立技术单元（包括由多阶段及不同供应商提供的产品）的功能安全及其一致性负责，并需要提出具体的安全措施和公开声明。

对产品的系统方面，要求必须按规定具备包括如：声响报警装置、先进制动系统、昼间行驶与自动开启照明系统、间接视野系统等多个系统与独立技术单元；对于有前风挡玻璃的摩托车、有封闭式驾驶室的摩托车以及四轮摩托车产品还包括了挡风玻璃刮水与洗涤系统、除霜除雾系统、前/后防护结构、翻滚防护结构、安全带系统等[5]，如图1所示。

图1　欧洲法规对摩托车功能安全基本要求简图

对产品的性能方面，则要求至少应保证的基本要求包括：制动防抱死及联合制动性能、硬肩道路安全转弯性能、车辆行驶中的可见性、电气安全性、操纵稳定性与转向通过性能，以及车辆结构完整性要求等；对于有封闭式驾驶室的摩托车以及四轮摩托车产品还包括内部凸出物及车门等乘员保护要求。

因此，EU 168/2013与EU 3/2014等欧洲摩托车功能安全法规的要求更适于摩托车产品，对摩托车产品功能安全的要求更简洁、完整，更具有针对性、实用性和有效性。

4　我国摩托车功能安全研究进展

4.1我国道路车辆功能安全研究工作的开展

应对IEC61508，我国于2006年正式发布了GB/ T 20438《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》，该标准与IEC 61508相对应，对IEC 61508进行了“等同采用”[6]。

2012年8月，国家标准委下达了推荐性国家标准《道路车辆功能安全》制定计划（计划编号：20120223-T-339），标志着我国机动车行业对车辆功能安全的研究全面正式展开。该项目采取“修改采用ISO 26262”的方式进行。目前该项目的第1~4部分已经完成并进入征求意见阶段。但该标准项目中不包含摩托车方面的内容。

图2　我国摩托车行业标准体系分解图

4.2我国摩托车功能安全方面的行业特点

我国摩托车工业经过60多年，特别是近30多年的发展，从对产品的认识、设计、制造，到标准体系和行业管理体系的建立与发展都取得了长足进步，形成了目前世界上最为庞大、并具有一定中国特色的摩托车工业体系，和独立的、较为完整的摩托车产品标准体系。

目前我国的摩托车标准体系分为整车、发动机和零部件三大部分，如图2所示。

在摩托车整车标准、发动机标准和零部件标准系列中都有各自相对独立的与安全及功能安全相关的标准。

我国法规对摩托车整车的基本要求如图3所示。

图3　我国法规对摩托车整车的基本要求

我国的机动车技术法规和标准通常以欧盟法规为参考和借鉴，但由于EU 168/2013与EU 3/2014所处标准法规体系、标准编制和使用环境条件、参考的基础标准和相关法规、标准批准方式及实施日期等诸多重要方面与我国摩托车行业的基本国情不完全相同，我国摩托车行业的功能安全标准编制不能全盘照搬EU 168/2013与EU 3/2014，必须依据我国摩托车行业、市场等具体情况，制定具有中国特色的摩托车功能安全标准。

提高产品安全性、提高产品出口竞争力、提高产品技术水平、协调与国际标准法规的关联等，都是促进我国摩托车行业加大力度投入摩托车功能安全研究、尽快制定我国的摩托车功能安全标准的极其重要的动因。

5　结束语

安全是所有产品研发生产过程中最重要的条件之一。加强对摩托车产品功能安全的研究，改善对摩托车驾乘人员的保护、提高我国摩托车产品的技术水平，与国际摩托车技术与产品的发展潮流相适应，并为我国摩托车产品克服技术壁垒、适应不断提高的出口要求做好技术和法规准备则显得非常必要和迫切。同时也将为确定进口摩托车产品的安全性能和技术水平、保障驾乘人员安全提供技术和法规依据。

我国自主摩托车功能安全体系的确立，将对我国摩托车行业的技术发展产生重要的、积极的影响。在改善我国摩托车整车安全性能的同时，对促进摩托车产品的“两化融合”，促进产业优化升级和培育新的产业增长点，加快转变发展方式、实现产业转型升级，促进科技进步和技术创新都具有重要意义。

参考文献

1United Nations.ECER 100,Uniform provisions concerning the approval of battery electric vehicleswith regard to specific requirements for the construction,functionalsafety and hydrogen emission[EB/OL].http://www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/main/wp29/wp29regs/r100e_1.pd f

2The InternationalElectrotechnicalCommission.IEC 61508-4:2010,Functional safetyof electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems-Part 4:Definitionsand abbreviations[S]

3TheInternationalOrganizationforStandardization.ISO26262：2011,Road vehicles-functionalsafety[S]

4The European Parliamentand the Council.Regulation(EU) No.168/2013 of the European Parliament and of the Council of 15 January 2013 on the approval and market surveillance of two-or three-wheel vehiclesand quadricycles.Official Journalof theEuropean Union,2013,L 60:52-128

5The European Parliamentand the Council.Commission delegated regulation(EU)No3/2014 of24October2013 supplementing regulation(EU)No 168/2013 of the European Parliamentand of the Councilwith regard to vehicle functional safety requirements for the approval of two-or three wheel vehicles and quadricycles.Official Journal of the European Union,2014,L 7:1-102

6全国工业过程测量和控制标准化委员会.GB/T 20438-2006电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全[S].北京：中国标准出版社，2006

中图分类号：U461.91；U483

文献标识码：A

文章编号：2095-8234（2015）05-0089-05

收稿日期：（2015-05-28）

作者简介：郭凌崧（1965-），男，高级工程师，主要从事内燃机及车辆的技术及环保与安全标准法规研究。

Functional Safety and Motorcycle

Guo Lingsong,Dong Hong,Qian Ting,QiKehui
Tianjin Motorcycle TechnicalCenter(Tianjin,300072,China)

Abstract：Functionalsafety is an important requirement for industrialproduct design andmanufacture,to which importance has been attached by the industry.In this article,the development history and present status of functional safety are introduced,aswell as the application requirements on motorcycle industry. The essential concept,criteria and regulations,scope ofapplication,core theory and application characteristics of functional safety are expounded and analyzed.Finally,the necessity and feasibility of functional safety requirementson domesticmotorcycle industry are put forward.

Keywords：Functionalsafety,Motorcycle