随着汽车电子系统日益复杂化，嵌入式硬件组件在整车安全功能中的地位愈发重要。作为汽车功能安全领域的核心标准，ISO 26262明确要求对硬件层面的安全风险进行全面识别与控制，从而保障车辆在发生故障时仍能保持可预测、可控的状态。对于硬件开发人员而言，理解ISO 26262中的硬件安全评估机制，并掌握科学系统的硬件失效分析与诊断设计方法，是满足ASIL等级要求、顺利通过功能安全审计的关键步骤。本文将围绕“ISO 26262硬件安全评估是什么ISO 26262硬件失效分析与诊断设计方法”两个核心问题进行展开，并在第三部分拓展讨论如何构建面向ASIL-D等级的硬件诊断覆盖率优化策略，助力读者构建一套切实有效的安全设计流程。
一、ISO 26262硬件安全评估是什么
ISO 26262Part5聚焦于“产品开发：硬件级别”，其中硬件安全评估（Hardware Safety Evaluation）被定义为一项用于验证硬件架构是否满足安全目标、诊断覆盖率是否达标、潜在失效风险是否处于可接受水平的系统性评估过程。此评估既包含定量指标，也包含定性验证。
1.安全机制验证与评估路径
硬件安全评估的核心任务在于识别每个硬件组件的潜在失效模式，并评估系统对这些失效的响应能力，其常见流程包括：
失效模式与影响分析（FMEA）
故障树分析（FTA）
硬件指标评估（如SPFM、LFM）
安全机制对失效的覆盖率评估（DC值）
2.硬件度量指标解读
ISO 26262提出两类核心硬件指标：
SPFM（Single Point Fault Metric）：衡量硬件架构对单点故障的容忍能力
LFM（Latent Fault Metric）：评估硬件系统在无显性故障时潜在失效的风险水平
两者均需达到ASIL等级对应的最小门槛（如ASILD要求SPFM≥99%、LFM≥90%），否则需通过冗余设计或监控机制优化。
3.安全机制和诊断覆盖率评估
硬件中常用的安全机制包括：
冗余元件（如双模热敏电阻）
电压/电流监控器
CRC校验逻辑
看门狗电路
通过故障注入测试（FIT）、仿真仿真平台（如Medini Analyze、Ansys medini）对上述机制的响应能力进行定量验证。
4.评估文档输出要求
安全评估需输出如下关键交付物：
硬件架构图（含失效路径标注）
FMEDA报告（Failure Mode Effectsand Diagnostic Analysis）
安全机制实施方案说明
安全指标计算过程与结果
二、ISO 26262硬件失效分析与诊断设计方法
硬件失效分析与诊断设计方法，旨在对关键部件的失效模式、后果、检测能力进行系统识别与设计补偿机制，以满足ISO 26262中对功能安全设计完整性的要求。
1.FMEDA分析框架构建
FMEDA是硬件失效分析的主流方法，结合FMEA与诊断覆盖度（DC）进行建模。其基本流程如下：
失效模式归类：如开路、短路、偏移、参数漂移等
作用影响评估：是否影响功能安全目标的实现
可检测性判断：当前架构中是否能识别该失效
故障率分配：依据标准数据库（如IECTR62380、SN29500）设定元件级FIT值
诊断覆盖率计算：基于每类故障检测概率计算总体DC
2.诊断机制设计类型
根据硬件特性和ASIL等级，可设计多种诊断手段：
在线监控：持续性检测（如ADC输入范围判断、CRC校验）
离线自检：系统空闲时主动执行（如自诊断循环）
交叉监控：冗余模块之间互相比对（如双MCU对比校验）
时间窗口保护：使用看门狗监控运行时间异常
3.硬件设计与诊断并行考虑
为确保FMEDA分析结果不超出目标限值，硬件设计初期即需考虑以下要点：
使用带诊断接口的芯片（如ASILB/D级PMIC）
选择具备自检测能力的传感器（支持BIST）
提供可配置冗余通道（支持瞬态切换）
合理规划故障注入测试接口与监测点位置
4.案例：ASILC等级功率模块FMEDA简析
元件：MOSFET驱动IC
主要失效模式：恒导通/断开
安全影响：造成驱动输出异常，影响系统稳定性
检测手段：负载电流监控+状态反馈
结果：SPF检测率93%、DC总覆盖率92%，满足ASILC
三、如何构建面向ASIL-D等级的硬件诊断覆盖率优化策略
在应对ASIL-D等级的硬件系统开发时，常规的冗余设计与基础自检机制往往难以满足高标准的诊断覆盖率要求。为了实现既满足规范又控制成本的目标，需要引入一套更加系统化、工程化的优化策略。
1.故障注入测试（FIT）与仿真融合验证机制
结合Model Sim、Cadence等仿真平台，在RTL或SPICE级对失效点进行故障注入
使用脚本控制的故障激励源（如故障电压、逻辑反转）自动化模拟失效行为
比对系统输出与预期结果，得出该故障是否可检测
2.构建诊断覆盖率热图模型
使用色块图标注模块诊断覆盖率
红色代表“不可检测”、黄色代表“部分覆盖”、绿色为“高覆盖”
优先优化红色区域，通过添加传感器、逻辑冗余等方式补强
3.引入灰度冗余设计策略
不是所有功能都需全冗余，采用如下策略可优化成本
对功能安全目标关键路径采用TMR（Triple Modular Redundancy）
对重要但非致命路径采用ECC校验、CRC校验
对非功能安全相关路径仅留监控接口，提升诊断通路复用率
4.软硬件协同诊断机制设计
通过嵌入式软件补充硬件的诊断盲区，例如：
对输入信号趋势变化做滑动窗口分析判断传感器飘移
软件定时读取多个模块状态值比对验证一致性
软件周期性触发自检中断并记录异常频次
5.自动化报告生成系统
使用工具如Medini Analyze、ANSA、SCADE集成诊断指标统计插件
每次设计迭代后自动导出诊断指标对比表，跟踪优化进度
总结
本文围绕“ISO 26262硬件安全评估是什么ISO 26262硬件失效分析与诊断设计方法”展开全面剖析，第一部分聚焦于标准中对硬件安全评估的定义、流程与输出要求，第二部分则从工程实践角度详细解析了FMEDA构建、诊断机制分类与硬件级冗余设计方法。延伸部分提出了在高等级ASIL-D项目中如何系统提升诊断覆盖率的策略，强调了从仿真验证到软硬件协同再到自动化管理的全流程设计思维。掌握这些内容不仅有助于提升产品在功能安全方面的合规性，也为开发团队节省大量反复整改的成本与时间，是走向高质量硬件功能安全的关键路径。
