차량동역학 모델 기반 샤시시스템 센서 고장 진단 통합에 관한 연구

Abstract

본 논문은 샤시 제어시스템의 통합 고장진단에 관한 논문이다. 본 논문에서는 각 샤시 시스템이 상호연관성을 갖고 있다는 점으로부터 현가, 조향, 제동 제어시스템에서 발생할 수 있는 고장에 대해 세 시스템을 통합적으로 모니터링 할 수 있는 시스템에 대해 연구하는 것을 목표로 한다. 이를 통해 개별적으로 관리되는 고장을 한번에 관리할 수 있는 방법에 대해 제안한다. 우선 현가, 조향, 제동에서 사용되는 ECS, MDPS, ESC을 대상으로 제어시스템의 기본적인 구조를 분석한다. 시스템의 입/출력 관계를 분석하고 이로부터 고장 대상을 선정한다. 고장진단을 하기 위해 차량의 신호를 모사하기 위해 차량동역학을 이용하여 모델을 구성하고, 구성한 모델로부터 얻어지는 결과 값과 실제 센서로부터 수신하는 값으로 고장을 진단하는 Residual을 구성한다. 고장이 발생하는 경우 Residual의 변동이 일어나고, 다수의 Residual이 고장신호의 종류에 따라 서로 다른 조합으로 변동하는 것으로부터 고장을 분리해 낼 수 있다. 고장진단을 위해 Incident Matrix를 이용하였고 이를 통해 고장신호가 영향을 주는 Residual을 구분할 수 있도록 한다. 위 방법으로 차량 동역학을 이용하여 상위(차량) 레벨에서의 고장진단 알고리즘을 구현하였고, 본 논문에서는 구현한 알고리즘을 기존 하위(부품) 레벨의 고장진단과 통합하는 방법에 대해 추가적으로 설명하고 있다. 시뮬레이션은 다자유도인 CarSim차량모델을 실차로 가정하고, 상대적으로 자유도가 낮은 차량동역학 모델을 Simulink로 구현하여 Co-Simulation하여 가상의 고장을 주입하여 Residual의 변동을 확인하고 본 연구의 고장진단 알고리즘을 검증한다. 본 연구로부터 샤시 제어시스템에서 사용되는 14개의 고장신호에 대해서 총 12개의 Residual의 반응을 확인하고, Residual의 반응 Incident Matrix와 일치하는 여부를 확인한다. 시뮬레이션으로부터 얻은 결과들로부터 본 연구에서 제시한 14개의 센서고장신호의 경우 고장분리가 가능하다는 결론을 내릴 수 있고, 고장신호에 대한 시스템의 영향도가 주행상황에 불변하는 요소임을 확인할 수 있다