冗余設計
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-30
冗余設計的實例教程
表1：功能安全等級對應的資源成本矩陣
對于四種不同的架構類型，最終所對應的成本是不一樣的：
無冗余設計
D-CC：成本最低
D-VC：成本相對于D-CC高，但差距不是很大，增加了大約2.9%
Z-VC和Z-CC：成本相對于域控架構，增加了28%左右
有冗余設計
D-CC：依然是成本最低
D-VC：成本第二，但和D-CC差距就拉大了，增加了大約29%
Z-CC：成本相對于D-VC增加的不是很明顯，增加了6%
Z-VC：成本比前三者大了許多， 相對于Z-CC，增加了21%左右
首先有個前提就是，區域架構是必須要引進冗余設計，而域控架構一般無需引進過多的冗余設計。因此對于成本這塊，應該拿有冗余設計的區域架構和無冗余設計的域控架構進行比較，這樣就可以得出最終我們想要的成本數據：區域架構Z-VC在域控架構D-CC的基礎上，成本增加了63%之多。
另外，以上是我們的硬件成本，但其實從軟件成本上，我們依然可以進一步得到一些結論，本身域控架構是在分布式架構的基礎上，增加了很多資源，比如域控制器增加了多顆MPU芯片，全都運載了以太網協議棧，部分域控制器還采用Adaptive AUTOSAR協議棧，因此域控制器的成本相對于分布式架構已經是質的飛越了。那區域架構還在域控制器的基礎上，不斷增加冗余。
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一驥絕塵
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焉知
自動駕駛與自動冗余
自動駕駛汽車的核心是冗余設計，這是業界達成的共識。
冗余設計并不是工業領域的新名詞，飛機上的冗余設計已經非常成熟。大家都知道，飛機在高空運行的過程就是自動駕駛，機長是可以出去泡咖啡的。飛機的自動駕駛是怎么保證的呢？一方面要求關鍵部件的可靠性足夠高，另一方面則依賴于冗余設計，比如飛機裝備兩臺發動機系統，保證在一個發動機系統故障以后另一個仍能支持飛機安全降落。冗余設計在飛機上到處可見，比如兩個獨立運行的主控ECU，兩套獨立的供電系統等等。
回到汽車上，在SAE J3016對汽車自動駕駛分級標準基礎上可以進行進一步歸類：
輔助駕駛汽車 （包含Level1 / Level2）
自動駕駛汽車 （包含Level3 / Level4 / Level5）
SAE J3016對汽車自動駕駛分級標準
輔助駕駛汽車和自動駕駛汽車最大的區別在于系統故障導致事故的責任方的不同：
對于輔助駕駛，當系統出現故障以后，只要正確向駕駛員報告了故障，接下來能否脫險全看駕駛員的水平，出了事故責任方在駕駛員，汽車廠家是沒有責任的。
對于自動駕駛，系統在出現故障之后，需要系統來自己操作避免事故（自動駕駛等級越高，駕駛員可以越晚介入接管甚至是完全不用接管），出了事故是汽車廠家的責任而不是駕駛員的責任。
基于此，自動駕駛汽車也需要和和飛機一樣通過冗余設計才能在解放駕駛員的同時保證出現故障時系統仍能夠接管直至進入安全狀態。
展開 在實際系統的設計中，往往不僅僅采用單一的技術，而是多種冗余技術相結合。同時，冗余技術在于它對隨機故障的檢測有效性，與異構多樣化相結合，實際使用可以提高對系統性故障的檢測能力。
文章來源：薄說安全
最壞的設計方法是考慮所有元件的公差，并取其最不利的數值核算電路每一個規定的特性。如果這一組參數值能保證電路正常工作，那么在公差范圍內的其他所有元件值都能使電路可靠地工作。
在設計應用系統電路時，還要根據元器件的失效特征及其使用場所采取相應的措施，對容易產生短路的部件以串聯方式復制，對容易產生開路的部分以并聯方式復制。
(2)元器件選擇。在確定元器件參數之后，還要確定元器件的型號，這主要取決于電路所允許的公差范圍。由于制造工藝所限，有些元器件參數的公差范圍可能較大，如電容器電容量等。另外，元件或器件的額定工作條件包括多個方面(如電流、電壓、頻率、機械參數以及環境溫度等)，設計時要考慮參數裕量，并在運行時盡量保證接近元器件的設計工作溫度。
(3)結構設計。結構可靠性設計是硬件可靠性設計的最后階段。結構設計時，首先應注意元器件及部件的安裝方式，其次是控制系統工作環境的條件(如通風、除濕、防塵等)。
(4)噪聲抑制。噪聲對模擬電路的影響會直接影響系統精度，噪聲對數字電路也會造成誤動作。因此，在工程設計中必須采用噪聲抑制和屏蔽措施。對于模擬應用系統，可在電源端增加一些低通濾波電路來抑制由電源引入的干擾；對于數字系統，通常采用濾波器和接地系統；同時，在整體結構布局時應注意元器件的位置和信號線的走向。對于電磁干擾、電場干擾可采用電磁屏蔽、靜電屏蔽來隔離噪聲，也可采用接地、去耦電容等措施來減少噪聲的影響。
(5)冗余設計。硬件冗余設計可以在元件級、子系統級或系統級上進行，必然增加硬件和成本。因此，設計時應仔細權衡采用硬件冗余的利弊關系。在計算機控制系統中，主要采用控制單元冗余和控制系統冗余來提高系統硬件可靠性。
3.
展開 例3：電壓波動補償設計
我們可以通過RC采樣和差分采樣的方式，獲得供電系統的電壓波動信息，消除，單片機的采樣誤差，做到精準定位驅動控制。
【電阻和位移的關系】
鈦絲的電阻值和驅動位移量可以理解為線性關系。
我們可以將鈦絲的電阻值劃分成所需要的分量，分量越多，精度越高，對單片機的精度要求也更高。
然后將鈦絲的驅動位移量劃分同樣的分量，其兩者的分量就一一對應上了。
例如：0.03mm線徑鈦絲長度68mm。
奧氏體電阻值：91.4Ω
馬氏體電阻值：81.8Ω
我們將其劃分為16分，17級，假設最大位移量是5%，我們把這5%劃分為同級數。
然后結合我們的恒流驅動電路，就可以得出鈦絲的監控反饋電壓值和驅動的位置對應關系。
【冗余設計】
財哥說鈦絲中提到的建議，我們有必要做冗余設計，這樣才能保證我們驅動的可靠性，同時降低我們的設計師的工作難度。
溫度和位移冗余，我們可以簡單的認為是砍掉上述17級當中的頭尾，滿足我們驅動的3.5%~4%的范圍即可。
【驅動電流和保持電流】
鈦絲的驅動電流和保持電流是不一樣的，其核心在于對流系數的問題，也就是對流散熱的問題。
這個問題雖然有公式能夠滿足我們的理論計算，但是這個差值區間非常的大，財哥建議我們在實際的產品中來做實驗獲取。
假如：空氣的對流系數從20-200不等，相差10倍。
0.03mm線徑鈦絲長度68mm。
假定對流系數是200（w/（mm2.k），我們帶入對流計算公式
假定對流系數是20（w/（mm2.k），我們帶入對流計算公式
這直接影響到了我們的所需驅動電流和保持電流。
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四、系統集成與安全冗余
設計不僅是算法的堆砌，更是系統的融合，在回路布局上，應盡量縮短傳感器與閥門之間的管路長度，減少容腔效應帶來的相位延遲，同時必須考慮故障安全（Fail-Safe）機制，諾冠高壓比例閥可選配斷電復位彈簧或雙線圈冗余設計，配合控制回路中的 watchdog 監控，確保在電氣故障時閥門能迅速切斷或保持安全狀態，防止高壓流體失控引發事故。
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車規級可靠性嚴苛：系統在-40℃~85℃、持續振動及強電磁干擾環境中穩定運行，并通過冗余設計杜絕數據丟失。
數據需直接賦能算法：采集系統應支持基于工程數據庫的信號級解碼，并輸出與平臺無縫銜接的格式，提升數據可用性。
三、硬件架構設計
為應對上述挑戰，硬件系統需采用模塊化、車規化、高密度的設計思路。
冗余通信與自診斷：雙路通信冗余設計，避免單點故障。系統具備自診斷功能，可提前預警潛在問題，實現預測性維護。
為可靠生產賦能的核心價值
1. 風險趨零化：從根本上消除了高危環境下的電氣火災與爆炸隱患，將能源供給的安全等級提升至全新高度。
2. 維護成本趨零化：無接頭腐蝕、燒蝕、磨損等問題，日常免維護，大幅降低全生命周期成本。
3.
2、行業應用案例
汽車電子功能安全評審：在ISO 26262 ASIL D級項目中，ERS支持故障注入分析（FIA）及安全機制驗證（如看門狗定時器、冗余設計）。某自動駕駛企業應用后，功能安全評審周期從3個月壓縮至6周，文檔合規率達100%。
安全冗余設計
主要連接點采用雙保險（如螺栓+焊接或雙重錨栓）。
荷載安全系數≥2.0（即設計承載力=實際風壓×2）。
此外，硬件冗余設計至關重要。例如，關鍵接口（如以太網、PCIe）采用雙路備份，存儲模塊支持熱插拔，即使單一組件出現故障，系統仍能通過自動切換保障數據持續采集，降低惡劣工況下的停機風險。
本文分享 PSB（Platform Sync Board）與 QX550 組合方案，基于硬件級時間同步架構與冗余設計，為上述挑戰提供了系統性解決方案。本文將具體介紹方案架構和應用實例。
FAA強調飛行器的冗余設計、故障容錯能力和數據鏈路可靠性。2. 歐洲 EASA 認證。歐洲航空安全局（EASA）制定和發布了專門針對eVTOL的認證標準，重點關注飛行器的安全性、可靠性和環保性能。未來隨著eVTOL技術的普及，可能會出現全球統一的認證標準，以簡化跨國運營的流程。
ISO 26262，ISO 21448，IEC 61508，EN 50126/128/129，ISO 13849，IEC 62061等功能安全標準，具備豐富的項目經驗和技術積累，精通安全生命周期各階段的安全活動和評估，包括基于應用場景的危害和風險分析和評估，安全目標、安全功能和相應定量定性安全參數指標確定和評估，功能/技術安全概念在安全架構上的落實和評估，包括安全功能和定量定性安全參數指標的分配、冗余設計中獨立性保證分析和評估
