이중화 시스템 기반 EPS의 조향각 센서 고장 검출에 대한 연구

Abstract

다중화 시스템(Redundant system)이란 고장에 대한 강건성 확보를 위해 동일한 기능의 단위 시스템을 동시에 운영하는 시스템을 의미한다. 특히 고장에 민감한 자동차 분야에서는 전자식 운전자 조향 보조 시스템(EPS)등 다양한 단위 시스템에 다중화가 적용되고 있으며, 시스템 복잡도를 고려하여 2개의 시스템으로 구성된 이중화 시스템이 널리 적용되고 있다. 그러나 이중화 시스템은 두 단위 시스템의 출력이 다를 시 오작동의 존재를 판단할 수 있으나, 정상 작동하는 단위 시스템을 특정하기 힘들다. 때문에 이중화 시스템은 하나의 단위시스템이 결함이 발생할 경우, 고장을 검출하여 오작동을 방지할 수는 있으나, 정상 동작중인 시스템이 있음에도 기능이 저하되거나 중단될 수 있는 한계가 존재한다. 따라서 이중화 시스템에서 정상 작동하는 단위 시스템을 판단하는 연구가 여러 분야에서 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 이중화가 적용된 전자식 운전자 조향 보조 시스템의 조향각 센서의 고장시 정상 작동 시스템을 판별하여 운전자 보조 성능을 유지하기 위한 알고리즘을 제안한다. 해당 조향 보조 시스템에는 2개의 동일한 조향각 센서가 장착되어 있으며, 각 센서는 독립적으로 작동한다. 본 논문에서는 정상 작동 센서 판별을 위하여 차량동역학의 Bicycle model을 기반으로 Extended Kalman Filter를 설계하여 핸들의 조향각을 추정한다. 조향각 추정을 위한 실시간 주행 데이터는 차량 내부의 CAN통신을 통해 취득한다. 이에 추정값과 실제 센서 출력값을 기반으로 각 센서의 고장 또는 정상 상태를 판별하여, 정상 작동 센서가 존재할 시 조향 보조 기능을 유지한다. 제안한 조향각 추정 알고리즘과 고장 판단 알고리즘은 실제 차량에서 취득한 주행 데이터로 검증하였다. 해당 데이터는 조향 성능 평가를 위한 데이터로 악의 조건이 포함되어 있다. 정상 판별 알고리즘을 평가하기 위하여 하나의 센서에 외란을 가하여 고장을 모의하였으며, 하나의 센서가 오작동하는 경우에도 조향 보조 기능을 유지할 수 있음을 실험결과로 나타내었다.