EMB (Electro-Mechanical Brake) 시스템을 위한 모델기반 센서 고장진단

Abstract

Brake-by-Wire System의 최근 개발 동향으로 EHB (Electro-Hydraulic Brake), Hybrid Brake, EWB (Electro-Wedge Brake), EMB (Electro-Mechanical Brake)등이 BOSCH, Continental Automotive, TRW Automotive과 같은 자동차 부품 회사를 중심으로 개발 중에 있거나, 일부 System의 경우 양산을 경험한바 있다. 이러한 Brake-by-Wire System의 경우 기존의 유압식 제동 장치에 비해 제품 생산공정에 있어 모듈화를 통해 비용 및 시간이 절감될 수 있고, 기술적인 측면에서도 빠른 응답성능을 통한 차량의 자세 제어 성능을 향상 시킬 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 자동차 업계에서는 이러한 Advanced Technology를 시장에 선보이면서 경쟁 업체 제품에 비해 브랜드 이미지 향상과 소비자의 신뢰를 강화시킬 수 있는 장점을 갖고 있다. 하지만, 전자제어 제동 System을 도입하기 위해서는 제어 성능에 심각한 영향을 미칠 수 있는 고장 상황에 대한 강인한 고장 진단 기법이 개발되어야 한다. 모델 기반의 센서 고장 진단 알고리즘의 경우 수학적 Modeling을 통해 Hardware Redundancy가 대체 가능하며, 이로 인해 상대적으로 비용 절감을 할 수 있는 장점이 있는 반면, 차량 System에 적용하기 위한 Real-Time System이 요구되어 복잡한 수학적 Modeling 적용에 제한적이며, Modeling Error로 인한 False Alarm 또는 Missing Fault Detection 이 발생될 수 있는 단점이 있다. 본 논문에서는 EMB System에 장착되는 Current Sensor와 Rotor Speed Sensor에 대한 모델 기반 센서 고장 진단 알고리즘을 제안하였다. 그리고, 앞에서 살펴본 모델 기반 센서 고장 진단 알고리즘의 단점을 보완하기 위해 비교적 단순한 수학적 모델 적용이 가능한 Parity Space와 Observer Design 접근법을 통해 센서 신호에 대한 Residual을 생성하였으며, 고장 진단 알고리즘의 Modeling Error를 최소화 하기 위해 2가지 방법을 통합하여 Residual을 평가하고 최종 고장 진단을 결정하는 알고리즘을 새롭게 제안하였다. 알고리즘을 검증하기 위해 Matlab-Simulink을 이용한 Closed– Loop Simulation 및 HILS 시험환경을 구현하였다. 이러한 시험 환경을 통해 Modeling Error로 인해 발생 할 수 있는 정상 작동 범위에서의 False Alarm 발생과 센서 고장 상황에서의 Missing Fault Detection 여부를 검증하였다. 그리고, Step Fault Signal과 같은 임의의 Additive Fault 신호가 센서신호에 인가될 경우에 대해서 제안된 알고리즘의 성능을 검증하였다.