자율주행 차량 제동시스템에 대한 모델 기반 통합 고장 진단 알고리즘

Abstract

차량의 제동 장치는 차량의 감속과 정지 그리고 주차 상태를 유지하기 위해 사용되 는 대표적인 안전장치이다. 이러한 제동 장치의 기술이 발전함에 따라 센서, 액추에이 터, 전자제어장치와 같은 전장 부품의 비중이 증가하게 되어 전기, 전자 및 소프트웨 어 고장에 대한 안전성이 강인하게 보장되어야 한다. 전장 부품의 증가는 제동 장치 뿐만 아니라 자율주행, 샤시, 파워트레인, 바디, 인포테인먼트 시스템과 같이 차량 전 반적으로 늘어나는 추세이다. 이러한 흐름에 따라 신뢰성 높은 차량의 전기/전자 시스 템 개발을 위해 AUTOSAR, ISO26262 등 많은 표준이 오래 전 등장하였다. 더불어 미래의 차량은 운전자 개입이 없는 자율주행 차량으로 변화하고 있으므로 고장 상황 에 대한 자가 진단과 백업 모드는 필수적이라고 할 수 있다. 그러므로 자율주행 차량 의 제동 시스템에 대한 고장 진단 알고리즘 연구가 필요하다. 본 논문에서는 자율주행 차량 제동시스템 중 전기유압식 브레이크(Electro- Hydraulic Brake)에 대한 고장진단 알고리즘을 연구 한다. 고장진단 알고리즘을 설계 하기 위해 전기유압식 브레이크에 대한 동적 특성을 분석하고, 분석 내용을 기반으로 MATLAB/Simulink 환경에서 Simscape를 사용하여 고장 인가를 할 수 있는 고장 시 뮬레이션 모델을 구축한다. 전기유압식 브레이크를 구성하는 단위 부품과 제동과 관 련이 있는 차량 종방향 동역학 모델의 제약 조건을 구성하고 구조 분석을 통해 분석 적 리던던시(Analytical Redundancy)를 도출한다. 분석적 리던던시를 바탕으로 관측기 를 설계하여 잔차(Residual)을 구성한다. 그리고 시스템에 어떠한 Reference가 인가되 더라도 오알람(False Alarm)을 방지할 수 있는 최적의 임계값(Threshold)을 선정한다. 최종적으로 고장 시뮬레이션 모델에 고장을 주입하여 Residual의 변화 여부와 고장 분리표(Fault Isolation Table)를 통해 고장 진단 및 분리 여부를 판단하고 고장 진단 알고리즘을 검증한다.