預期功能安全(英文:Safety of the Intended Functionality,簡稱 SOTIF)係指唔存在因功能不足引發嘅危險行為而造成嘅唔合理風險。其核心標準為ISO 21448,旨在解決自動駕駛同高級輔助駕駛系統中,因系統本身嘅設計局限、性能不足或可預見嘅人為誤用而導致嘅安全風險——即便系統本身冇發生任何故障。SOTIF 與功能安全(ISO 26262)、網絡安全(ISO 21434)共同構成智能網聯汽車安全嘅「鐵三角」。
功能安全(ISO 26262)專注於處理電子電氣系統嘅隨機硬件失效同系统性失效。然而,行業喺實踐中发现,即便系統所有部件都正常運作,喺某些特殊場景下(如强光導致攝像頭誤判、傳感器被冰雪覆蓋、算法對罕見路況決策失誤),智能駕駛系統仍可能無法安全應對。隨著自動駕駛等級提升,呢類由「功能表現局限」引發嘅風險無法透過傳統功能安全手段解決,因此催生了預期功能安全呢一新方法論。
ISO 21448 用三圈模型闡釋 SOTIF 嘅本質:用戶對系統嘅期望行為(理想狀態)、開發人員嘅規定行為(工程定義)同系統嘅實際行為(真實表現)三者之間存在差異。SOTIF 嘅目標就係透過不斷迭代,讓呢三個圈盡量重疊,降低因差異觸發安全事件嘅概率。
標準將駕駛自動化系統需要面對嘅場景劃分為四個象限:
區域 1(已知安全場景):系統可安全應對且已知嘅場景
區域 2(已知危險場景):系統存在功能不足且已知嘅危險場景
區域 3(未知危險場景):系統存在功能不足但未知情嘅危險場景
區域 4(未知安全場景):系統可安全應對但未知情嘅場景
SOTIF 嘅最終目標係透過多輪迭代分析、驗證同改進,不斷擴大區域 1,將區域 2 同區域 3 壓縮至可接受嘅安全閾值內。
預期功能安全嘅風險主要源於以下兩類問題:
功能不足:包括傳感器感知局限(如攝像頭喺雨霧天氣性能下降)、決策算法缺陷(如訓練樣本不足導致泛化能力局限)、執行器功能偏差等。
合理可預見嘅人為誤用:包括駕駛員對系統能力邊界認知不足而錯誤使用、人機交互界面未充分傳達系統狀態信息、駕駛員狀態不佳唔具備接管條件等。
功能安全關注「系統是否按設計要求正常運作」,處理嘅係「故障」(faults)導致嘅風險;而 SOTIF 關注「系統是否被正確設計」,處理嘅係「功能不足」(functional insufficiencies)導致嘅風險。通俗咁講,功能安全好似「打工人思維」——按部就班完成既定任務;SOTIF 好似「CEO 思維」——站喺全局思考設計本身是否完善、是否遺漏咗某些場景。
兩者係互補而非替代關係:功能安全係 SOTIF 嘅前提,SOTIF 係對功能安全嘅補充。
ISO 21448 於 2016 年啟動研究工作,2018 年正式立項,2022 年正式發佈第一版。國際標準化組織(ISO)官網顯示,該標準目前處於「修訂中」狀態(Stage: 20.00),第二版正在制定。
喺國內,工信部《關於加強智能網聯汽車生產企業同產品准入管理嘅意見》已將預期功能安全納入企業准入強制性要求。此外,歐盟已出台全球首部 L3 級自動駕駛法規 UN-R157(ALKS),對預期功能安全提出明確技術要求。
預期功能安全嘅實施通常包括以下關鍵環節:相關項定義(參考 ISO 26262 方法);危害分析與風險評估(採用 HAZOP 等方法,評價危害事件嘅嚴重性、暴露率、可控度,確定風險是否可接受);潛在功能不足與觸發條件識別(運用 STPA 或 FTA 分析,識別導致危害嘅具體觸發條件);安全措施制定同系統改進(透過提升硬件性能、優化算法、增加冗餘或限制運作設計域等方式降低風險);驗證與確認(採用仿真測試、硬件喺環、實車測試等多層級手段);發佈後運營監測(持續收集未知場景數據,進行迭代優化)。其中,「基於場景嘅測試方法」係實現 SOTIF 目標嘅關鍵路徑。