基于专利分析的智能汽车预期功能安全（SOTIF）研究

在电动化、网联化、智能化的技术发展大背景下，预期功能安全(Safety Of The Intended Functionality，以下简称SOTIF)成为汽车安全领域一个很热门的概念。ISO 21448中，将自动驾驶汽车行驶时面临的场景分为四类：已知安全场景1、已知不安全场景2、未知安全场景3以及未知不安全场景4。SOTIF标准的目标为：尽最大可能扩大自动驾驶汽车相关系统在运行时所面临的已知安全场景1和未知安全场景4的范围，尽最大可能减小已知危险场景2和未知危险场景3。

图1 ISO 21448的四类场景

作为功能安全的补充，预期功能安全针对系统或组件的性能受限，导致预期功能不可达或系统的可预见人为误操作的场景，通过规范化的流程，期望从系统层面做到功能设计完备。

/ ISO 21448标准发展情况 /

ISO 21448是最有影响力的SOTIF标准，它由负责功能安全标准ISO 26262的工作组TC22/SC32/WG8编写，在2016年2月启动了ISO 21448 "Road Vehicles — Safety of the Intended Functionality"（《道路车辆-预期功能安全》）标准的研究工作，于2018年正式立项并启动制定，于2019年1月份发布了PAS（可公开获得的规范）版：ISO/PAS 21448:2019，提出了基于假设场景的风险解决逻辑和SOTIF总体分析验证流程。2020年11月，ISO发布DIS版草案，征集各国建议。2021年11月，ISO发布国际标准最终草案/FDIS 21448:2021，对该标准做了进一步的完善和扩充。ISO 21448标准于2022年6月正式发布。

作为一个年轻标准，ISO 21448必将带领汽车安全领域的发展进入一个全新的阶段。

表1 ISO 21448发展情况

/ SOTIF相关专利申请态势 /

标准和专利的关系是相互作用、相互影响相互促进的，ISO 21448标准用于指导功能设计、验证和确认工作。从专利角度来看，SOTIF相关专利的技术方案同样是围绕功能设计、验证和确认工作。接下来让我们通过“全球汽车专利大数据平台AutoPat”，一起探索SOTIF相关专利目前的布局状况。

图2 SOTIF相关专利申请态势

SOTIF相关专利处于技术萌芽期。专利申请数量较少，截至2022年9月27日，可以查询到的公开专利共182件。自2016年开始有相关专利被申请，SOTIF相关专利申请量持续稳定上涨，2021年达到60件，因有部分2021年和2022年申请的专利没有被公开，预计未来上述专利得到释放后，申请量会进一步增多。

自动驾驶汽车SOTIF研究目前尚处于探索阶段，因此该领域有较多技术空白点，具有较好的发展前景。

图3 SOTIF相关专利头部申请人

德国申请人占据优势，国内申请人以高校及研究机构为主。头部申请人中，零部件供应商博世、ZF分别位列第一和第二，日本电装排名第三，国内申请人中高校和研究机构的表现较好，清华大学苏州汽车研究院、清华大学技术储备丰富，此外，国内传统车企江淮、东风也在头部申请人之列。

/ SOTIF相关典型专利 /

无论是系统层面还是组件层面，在感知、决策和执行中的设计不足、功能局限以特定场景（极端天气或特定道路和交通条件下）作为触发条件，会导致汽车安全风险。

功能局限或功能不足包括传感器监测范围不够高、未探测到、控制器算力不足、不能计算出正确的轨迹、执行器受到扭矩限制、不能正确实现控制等。

人为误操作这一触发条件则包括：1、操作人员对系统给出的信息不理解或理解错误；2、操作人员错误的判断，无意导致的系统的停用、错误启动和解除系统；3、操作人员错误的动作，例如对其它系统错误操作导致本系统无意地停用等。

SOTIF相关专利主要围绕自动驾驶预期功能的设计开发、基于已知/未知危害场景的测试、验证/确认进行布局。

本文列出如下四个典型专利，分别涉及SOTIF安全评估和验证、误/漏识别仿真测试、自适应巡航预期功能安全保障和具体场景下传感器性能局限。

表2 SOTIF相关典型专利

典型专利一  验证方法专利

典型专利二  风险评估专利

典型专利三  容错方法专利

典型专利四  基于具体场景的专利

从上述专利可以看出，SOTIF安全评价体系、测试体系、场景库、数据库都具备较高的研究价值。受到场景验证次数局限，仿真验证以及对其的量化评价在SOTIF的研究中扮演了越来越重要的角色。

目前我国国家层面相继出台的多项政策和规划，已将SOTIF技术及标准研究上升至国家战略层面。为加快推动功能安全和预期功能安全（SOTIF）技术和标准在国内应用和实施，全国汽车标准化技术委员会汽车电子与电磁兼容分技术委员会（SAC/TC114/SC29）下设的道路车辆功能安全标准研究制定工作组，制定了“中国功能安全(Functional Safety)和预期功能安全(SOTIF) 技术和标准研究中长期规划(2020-2025)”、“中国功能安全(Functional Safety)和预期功能安全(SOTIF)技术及标准体系”。

安全是传统车企和造车新势力都绕不开的话题，我们认为，未来对于自动驾驶汽车SOTIF的研究热度会只增不减。该技术也值得更多高校、研究机构和车企给予关注，在研究深度和研究广度上进行进一步扩展。相信伴随着SOTIF的指导，自动驾驶汽车的安全性能会跨上一个新的台阶。

作者：叶晓雪