预期功能安全SOTIF基本介绍

在汽车工业迈向自动驾驶的征程中，安全性始终是核心议题。随着技术的进步，人们逐渐意识到，除了传统的系统失效风险外，功能不足和人为误用同样可能引发严重后果。为此，国际标准化组织（ISO）推出了ISO 21448《道路车辆—预期功能安全》（Safety of the Intended Functionality, SOTIF），旨在填补现有功能安全标准的空白，确保车辆在复杂场景下的安全运行。本文将深入探讨SOTIF的背景、定义、核心内容及其实践意义，本文框架如下：

1.背景与动因

传统功能安全标准如ISO 26262主要关注因系统性失效或硬件随机故障导致的风险，但随着自动驾驶技术的普及，新的挑战浮现：即使系统按设计正常运行，仍可能因功能不足或性能局限无法应对特定场景，或因用户误操作导致危险。例如，特斯拉和Uber的自动驾驶事故表明，仅靠避免系统故障不足以保障安全，必须考虑功能本身在极端条件下的表现及用户行为的可预见性。在此背景下，ISO于2016年启动SOTIF标准制定，旨在补充ISO 26262，解决非系统失效引起的安全问题。

2.SOTIF的核心定义与目标

2.1 定义

SOTIF定义了预期功能安全的含义，即在合理预见的人员操作下，不会因为预期功能的不足导致危险的发生。其核心在于防范两类风险：

• 功能不足：如传感器在恶劣天气下性能下降、算法无法处理复杂路况；
• 人为误用：如用户过度依赖自动驾驶系统或发出错误指令。

2.2 目标

通过系统化的开发流程，确保车辆在设计、验证和确认阶段充分考虑潜在风险，将已知和未知的不安全场景比例降至最低，最终实现“合理预见范围内无不合理风险”。

3.SOTIF的开发流程与关键活动

ISO 21448定义了12项关键开发活动，覆盖从规范设计到运行监控的全生命周期：

3.1 规范定义与设计（第5章）

• 内容：明确系统功能、性能局限及触发条件，形成已知功能不足的清单。例如，定义传感器在低光照条件下的探测范围限制。
• 迭代性：SOTIF活动可能多次更新规范，需在每次迭代中纳入新发现的功能不足。

3.2 危害分析与风险评估（第6章）

• 双层接受准则：
  • 第一层：判断车辆行为是否属于危害行为（如AEB非预期激活导致急刹车）；
  • 第二层：对不满足第一层的行为，评估残余风险是否可接受（如急刹车是否造成碰撞）。
• 评估维度：严重度（S）和可控性（C），但不考虑暴露概率（E），因SOTIF风险默认与功能相关。

3.3 潜在功能不足与触发条件识别（第7章）

• 触发条件分析：基于“感知-规划-执行”模型，识别环境条件（如暴雨）、用户误用（如错误语音指令）导致的功能不足。例如，车道线模糊可能触发转向辅助失效。

3.4 系统优化与改进（第8章）

• 措施类型：
  • 系统修改：提升传感器性能或算法精度；
  • 功能限制：在能见度低时限制自动驾驶功能；
  • 权限移交：将驾驶权交还给人类驾驶员；
  • 误用解决：通过座椅震动提醒用户双手需握方向盘。

3.5 验证与确认策略（第9-11章）

• 已知场景验证：通过仿真和测试覆盖ODD（设计运行范围），验证组件层面的风险控制。例如，模拟雨天场景测试传感器性能。
• 未知场景确认：依赖长期实车测试和大数据覆盖极端案例，确保残余风险可控。例如，百万公里路测发现小概率危险场景。

3.6 成果评估与发布（第12章）

• 评审标准：检查流程完整性、证据一致性，决定是否“接受”“有条件接受”或“拒绝”SOTIF成果。

3.7 运行阶段监控（第13章）

• 工具支持：部署DSSAD（自动驾驶数据存储系统）和远程监控系统，实时记录车辆状态，为后续优化提供数据支撑。

4. SOTIF与功能安全（ISO 26262）的关系

4.1 互补性

• 功能安全：防范系统性失效和硬件随机故障（如芯片短路）；
• 预期功能安全：解决功能不足（如算法局限性）和人为误用（如用户错误操作）。
  两者共同构成自动驾驶安全的完整框架。

4.2 流程相似性

SOTIF的规范定义、危害分析、验证确认等步骤与ISO 26262高度类似，但侧重场景不同。例如，SOTIF的危害分析更关注环境触发条件而非硬件故障。

5.实践挑战与未来展望

5.1 挑战

• 未知场景的覆盖：需海量测试数据，成本高昂且难以穷尽所有边缘案例；
• 人为因素量化：用户误用的可预见性边界难以界定（如“过度自信”的判定）；
• 技术迭代速度：算法升级可能引入新的功能不足，需动态更新SOTIF流程。

5.2 趋势

• AI与SOTIF融合：利用机器学习优化场景预测，减少未知风险；
• 跨行业协作：汽车厂商、芯片供应商、监管部门共建SOTIF生态；
• 标准化工具开发：如IAE智行众维推出的SOTIF公开课，推动最佳实践落地。

SOTIF的提出标志着汽车安全理念从“防止故障”向“预防功能不足”的跨越。在自动驾驶技术快速演进的今天，它不仅是技术合规的基石，更是赢得消费者信任的关键。未来，随着AI技术的深度整合和测试方法的创新，SOTIF有望进一步成熟，为高阶自动驾驶的商业化铺平道路。对于汽车行业而言，拥抱SOTIF不仅是应对监管的必然选择，更是构建核心竞争力的战略举措。