ESC/ASS을 통한 Steer by Wire 고장 대응 알고리즘 개발 = Development of Steer by Wire Failure Response Algorithm through ESC/ASS
저자
발행사항
서울 : 국민대학교 자동차공학전문대학원, 2022
학위논문사항
학위논문(석사)-- 국민대학교 자동차공학전문대학원 : 자동차공학전공 2023. 2
발행연도
2022
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
x, 67 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 우승훈
UCI식별코드
I804:11014-200000659498
소장기관
최근 자동차 산업계에서는 차량 샤시 시스템 내 전동화에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 개발 동향에 따라 시스템 기능 안전에 대한 중요성이 더욱 커지고 있으며, 시스템 내 결함 또는 비정상 작동이 발생하였을 때의 검출 및 안전 대책에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 시스템 내 결함 또는 비정상 작동이 발생한 경우, 시스템 내 다중 안전 설계를 통해 대응하며, 현재 많은 전동화 차량 부품에 이러한 리던던시 시스템이 반영되어 있다.
하지만 시스템 레벨에서의 다중 안전 기술은 이중화 설계로 인해 차량 공간에 대한 제약 조건과 제조 단가 측면에서 단점으로 작용한다. 이러한 단점은 차량 레벨에서의 고장 안전 기술로 보완할 수 있다. 차량 레벨의 고장 안전 기술은 특정 시스템 내 엘리먼트 결함 발생 시, 다른 시스템의 백업 제어를 통해 고장 시스템의 기능 일부를 대체함으로써 특정 시스템 레벨의 다중 안전 기술에 대한 의존도를 낮출 수 있다.본 논문에서는 SbW(Steer by Wire) 조향장치 내 타이어 조타각을 생성하는 RWA(Road Wheel Actuator)에 결함이 발생하여 조향이 불가능한 상황을 대응하기 위해, 구동 및 제동 그리고 현가 시스템의 협조 제어를 통해 운전자가 위험 최소화 운행을 수행할 수 있는지에 대한 시스템 안전성을 확인할 예정이다. SbW 조향장치 고장에 대한 조향 백업 시스템은 결함 발생 시점부터 개입하며, 차량 레벨의 안전 주행을 위해 운전자의 조향 입력 및 가/감속 입력을 통해 차량의 목표 거동을 결정한다. ESC(Electronic Stability Control)를 활용한 편 제동 제어를 통해 차량의 요 모멘트를 생성하고, 제동으로 인한 속도 손실을 구동 제어를 통해 보상한다. 추가로 ASS(Active Suspension System)을 활용하여 선회 시 차량의 롤을 억제하는 현가 제어를 통해 선회 성능을 향상시킨다.
SbW 조향장치 고장 시 차량 레벨에서의 Fail-Safe System은 MATLAB/Simulink와 CarMaker 환경에서 구현하였고, 테스트 시나리오의 경우 광폭 주행로에서 Step Steer와 Lane Change 시나리오를 통해 검증을 수행하였다. 구성된 검증 시나리오를 통해 개발한 고장 대응 알고리즘에 대한 검증 및 평가를 수행하였다.
Recently, in the automobile industry, many studies have been conducted on the electricity in the vehicle chassis system. With this development trend, the importance of system functional safety is increasing, and research on detection and safety measures when defects or abnormal operation occur in the system is being actively conducted. In the event of defects or abnormal operation in the system, it is responded through multiple safety designs in the system, and many of the electric vehicle components are currently reflected in these redundancy systems.
However, multiple safety technologies at the system level are disadvantages in terms of constraints on vehicle space and manufacturing cost due to their redundancy design. This disadvantage can be compensated by failure safety technology at the vehicle level. Vehicle-level failure safety technology can reduce dependence on multiple safety technologies at a particular system level by replacing some of the functions of the failure system through backup control of other systems in the event of an element fault in a particular system. In this paper, we will check the system safety of the driver's risk minimization operation through driving, braking, and backup control of the suspension system in order to cope with the failure of the RWA (Rewa) which generates the tire steering angle in the Steer by Wire (SbW) steering system. The steering backup system for the failure of the SbW steering system intervenes from the time the fault occurs and determines the target behavior of the vehicle through the driver's steering input and acceleration/deceleration input for safe driving at the vehicle level. The yaw moment of the vehicle is generated through one-sided braking control using Electronic Stability Control (ESC), and the speed loss caused by braking is compensated through driving control. Additionally, we utilize the active suspension system (ASS) to improve the turning performance through suspension control that suppresses the roll of the vehicle during turning.
In the event of a failure of the SbW steering system, the fail-safe system at the vehicle level was implemented in the MATLAB/Simulink and CarMaker environment, and in the case of the test scenario, verification was performed through the Step Steer and Lane Change scenario on the wide driving path. The failure response algorithm developed through the configured verification scenario was verified and evaluated.
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