차량 안정 제어 시스템을 위한 외란 추정과 모델기반 센서 고장진단

Abstract

본 논문은 차량 안정 제어 시스템(Electronic Stability System: ESC)의 센서 모델을 기반으로 차량의 외란과 센서 값을 추정하여 센서 고장을 진단하는 알고리즘을 제안한다. 차량 안정 제어 시스템(Electronic Stability System, ESC)은 제동 제어 장치의 일종으로 과소조향(Understeer)이나 과다조향(Oversteer)등의 차량 과도 운동 현상을 방지하여 횡방향 주행 안정성을 확보하는 시스템이다. ESC 시스템은 조향각 센서, 요 각속도 센서, 횡방향 가속도 센서 정보로부터 차량의 움직임을 관측하며, 타이어와 노면 간 접지력의 한계 상황에서 제동력과 구동력을 조절하여 차량 선회 모멘트를 보상하고 운전자가 원하는 방향으로 차량이 움직이도록 유도한다. ESC 센서 고장 검출 연구에 있어서 저 마찰 노면, 비포장 도로, 경사 노면 등 다양한 노면 조건에 대한 강인성을 갖추는 것이 중요하다. 본 논문에서는 노면 상태나 경사도와 같은 차량 모델의 불확실성과 외란으로 부터 강인한 고장 진단 알고리즘을 설계하기 위해 필터를 기반으로 하는 외란 추정기와 관측기를 사용하였다. 패리티 공간 방법과 관측기 기반 방법, 단순화된 센서 오류 검출 방법 등 3가지 방법을 이용하여 잔차을 생성하고 최종 고장 판단을 하였으며, 이를 통해 고장 센서가 제외된 최종 노면 경사각을 추정하였다. 제안된 알고리즘을 검증하기 위해, 고속 경사 노면에서 실제 차량 주행 데이터를 수집한 후, 컴퓨터 시뮬레이션으로 정상 상태에서 외란과 관측기의 성능을 확인하고 센서 고장 상황에서 고장 검출 성능을 확인하였다.