전자 제어식 주차 브레이크 시스템의 고장 허용 제어 기법

Abstract

전자제어식 주차 브레이크(Electric Parking Brake, EPB) 시스템은 하위 시스템의 고장으로 인한 영향이 인명 피해까지 이어질 수 있는 분야로서 고장의 발생에 대처하기 위한 다양한 고장 진단 기법에 대한 연구가 요구된다. 따라서 본 논문에서는 EPB 시스템의 고장 허용 제어 기법을 제안하였다. EPB 시스템에서는 force 센서, 전류 센서, 엔코더 등이 사용되는데, EPB 시스템의 구조적 비용적인 문제로 인해 고해상도의 엔코더를 설치하기 어렵다. 일반적인 저해상도의 엔코더를 이용할 경우에는 고차 미분 연산의 오차로 인하여 고장 검출 기법의 신뢰성이 떨어진다. 따라서, 본 논문에서는 모터 회전자의 slot 구조로 인해 주기적으로 발생하는 전류 리플을 이용한 센서리스 위치 추정 기법을 이용해 고해상도의 위치 정보를 얻는다. 이 방법은 추가 적인 비용없이 전류 센서 만으로 비교적 고해상도의 위치 정보를 얻을 수 있다. 한편 기존의 EPB 시스템에서는 제동력을 측정하기 위하여 force 센서를 이용하고 있다. 따라서 고장 허용 제어를 위해서는 force 센서의 고장이 발생한 경우에도 force 센서 없이 제동력 제어가 가능해야 한다. 따라서 본 논문에서는 모터에 흐르는 전류 정보와 각 가속도 정보를 이용해 제동력을 추정하는 기법을 사용하여 추가적인 센서 없이 전류 센서만으로 EPB 제동력 제어가 가능한 방법을 제안한다. 이상의 모터 위치 추정 기법 및 제동력 추정 기법을 parity equation을 이용한 EPB 고장 검출 기법에 적용하여 추가적인 센서 없이도 해석적 중복을 통해 force센서와, 엔코더, 전류 센서의 고장을 판별하고 각 센서의 고장 발생시에도 정상적인 동작을 할 수 있는 고장 허용 제어 시스템을 제안한다. 또한 모의 실험과 실험을 통해 제안된 기법을 검증한 결과 각 센서의 단일고장 발생시에도 정상적인 동작이 수행 가능할 수 있는 고장 허용제어 EPB 시스템이 구현 가능하다는 것을 확인하였다.; In this thesis, a fault tolerant control method for Electric Parking Brake (EPB) is proposed. Fault tolerant control method of EPB System is strongly demanded since a subsystem fault can endanger a driver's safety. EPB System is controlled with force sensor, current sensor and encoder. Due to low resolution encoder, the velocity of a motor is not reliable in EPB systems. Therefore, we use a position estimation method using current ripples. The method estimates position and velocity of the motor by detecting periodical oscillations of the armature current caused by rotor slots. This method could estimate position and velocity of the motor with less computational effort than a state observer. Moreover, the method is less sensitive to motor parameters than modelbased estimation methods. Moreover in this thesis, a new method is presented to estimate clamp force. This force estimation method and position estimation method are applied for fault detection method with parity equations. The fault detection method can detect faults in current, force or encoder sensors. Simulation and experiments results show that the proposed force estimation method satisfies the specifications of EPB system. And the effectiveness of the fault detection method is validated with experimental data. Although a single sensor failure happen, EPB system with the proposed fault detection method doesn't develop into a failure on subsystem or system level.