자동차와 마이크로 모빌리티 적용
FSC 연구 및 검증사례 1 : Control Fail
Embedded Files
자동차와 마이크로 모빌리티 Control Fail
자동차의 제어기가 고장나면 올바른 제어 명령을 생성하지 못합니다.
제어기에 고장이 발생하면 다른 시스템이 정상이어도
자동차의 제동, 조향, 구동, 현가 시스템에
적절한 제어 명령을 전달하지 못할 수 있습니다.
적용 1. Traction Motor
적용 1. Traction Motor
1) Traction Motor
Traction Motor(구동 모터)
전기차(EV)의 배터리 전기에너지를 회전력(Torque)으로
변환하여 차량을 직접 구동하는 핵심 전동 모터
2) Traction Motor 제어기 고장영향
치명도 1: 제어기의 네트워크 지연
- 토크, 속도 명령 전달 지연 또는 상실
치명도 2: 구동 제어 불안정
- 급격한 출력저하, 비정상 토크, 가속 불능, 속도 저하
- 차량 주행 성능 저하
치명도 3: 주행 안전성 감소
- 차량 주행 중 차량 정지 위험
- 위험상황 회피 능력 감소
3) Traction Motor 제어기 고장원인
제어기 회로 과전류, 소자 손상, 전원공급 차단 등
Traction Motor 제어기
4) Traction Motor - FSC 적용 효과
효과 1: 신속한 제어기 고장 극복
- 제어기 이상 상태 감지 후 안전한 제어 로직으로 전환
효과 2: 정상성능 유지 및 회복
- 토크 및 속도 제어 안정성 확보
효과 3: 안전한 주행 지속 가능
- 구동력 상실을 줄이고 안전한 주행 지속
5) 선행연구
Fail-safe기반 철도와 대중교통산업을 위한 비희토류형 PAM 모터 및 제어기 개발
(한국철도기술연구원 (KRRI), 2016)
차세대 자율주행 대중교통 PRT 네트워크 간섭 대응 Fail-Safe 제어 기술개발
차세대 자율주행 PRT의 네트워크 통신 이상 고장 상황에서도
안전한 주행을 유지하기 위한 Fail-Safe 제어 로직을 개발
탑승 인원과 운행 목적에 따라 PRT를 소형/중형/대형으로
구분하고, 각 차량의 크기와 요구 성능에 최적화된
Traction Motor를 설계하고 제어 성능을 검증
주행 중 통신 지연, 데이터 손실, 네트워크 단절 등의 고장이
발생할 경우 이를 진단하고, 고장 영향을 최소화하여,
PRT 차량의 안정성과 주행 연속성을 확보하는
Fail-Safe 제어 기술을 설계 및 개발 및 평가 완료
적용 2. EPS
적용 2. EPS
1) EPS
EPS(Electronic Power Steering, 전동식 파워 스티어링)
유압대신 전기모터와 센서, 제어기를 통해 운전자의
조향(핸들조작)을 보조하는 조향 시스템
2) EPS 제어기 고장영향
치명도 1: 조향 보조 제어 이상
- 조향 토크 및 조향 명령 제어 성능 저하
치명도 2: 조향 성능 저하
- 핸들이 무거워지거나 의도한 조향 응답 확보 어려움
치명도 3: 주행 안전성 저하
- 차선 유지, 긴급 회피 성능 저하
- 충돌 위험 증가
3) EPS 제어기 고장원인
제어기 회로 과전류, 소자 손상, 전원공급 차단 등
EPS 제어기
4) EPS - FSC 적용 효과
효과 1: 신속한 제어기 고장 극복
- 제어기 이상 상태 감지 후 안전한 제어 로직으로 전환
효과 2: 정상성능 유지 및 회복
- 조향 토크와 방향 제어 안정성 확보
효과 3: 안전한 주행 지속 가능
- 차선 유지 및 긴급 회피 능력 확보, 충돌 위험 감소
5) 선행연구
중대형 상용차 LKAS 구현을 위한 100 Nm 이상급 볼-너트 기어박스일체형 전동식 조향 시스템 개발
(한국산업기술평가관리원(KEIT), 우진산전, 2017-2020)
HILS 기반 상용차 전동식 조향시스템(EPS)
Fail-Safe 제어 기술 개발
LKAS 기반 자율주행 대형 버스·트럭에 적용되는 전동식
조향시스템(EPS)의 Fail-Safe 제어 로직 및 제어기를 개발
주행 중 차선 이탈 상황에서 조향각, 핸들 반력, 조향 토크 등의
이상 상태를 실시간으로 감지하고, EPS의 조향성능을 능동적으로
제어하여 차량이 정상적인 차선과 안정적인 주행 상태를
유지하는 Fail-Safe 제어 기술을 구현
개발된 EPS 제어기와 Fail-Safe 제어 로직은
실시간 HILS(Hardware-in-the-Loop Simulation) 환경에서
다양한 주행 및 고장 시나리오를 기반으로 제어 성능과 안정성을 검증 및 평가 완료
적용 3. EMB
적용 3. EMB
1) EMB
EMB(Electro-Mechanical Brake, 전동식 브레이크)
BBW (Brake-by-Wire) 기술을 기반으로,
유압 오일 없이 전기 모터로 각 바퀴의 제동력을
직접 제어하는 전동식 제동 시스템
2) EMB 제어기 고장영향
치명도 1: 제동 제어 이상
- 각 바퀴 별 제동력 제어 불능 또는 비정상 제동
치명도 2: 제동 성능 저하
- 제동거리 증가 및 차량 좌/우 제동력 불균형 발생
치명도 3: 주행 안전성 저하
- 차량 자세 불안정 및 주변 충돌 위험 증가
3) EMB 제어기 고장원인
제어기 회로 과전류, 소자 손상, 전원공급 차단 등
EMB 구조 및 제어기
4) EMB - FSC 적용 효과
효과 1: 신속한 제어기 고장 극복
- 제어기 이상 상태 감지 후 안전한 제어 로직으로 전환
효과 2: 정상성능 유지 및 회복
- 각 바퀴 휠 별 제동력 안정화
- 정상 제동성능 확보
효과 3: 안전한 감속/정차 가능
- 차량 자세 안정성 유지
- 차량 주변 충돌위험 감소
5) 선행연구
주행환경/차량정보를 융합한 Fault tolerance를 기반으로 한 X-by-Wire용 액츄에이터 제어 기술 개발
(한국산업기술평가관리원(KEIT), 현대자동차, 2010-2012)
CarSim 기반 EMB 제어기 성능 및 고장 영향 평가
Brake-by-Wire(BBW) 기술을 기반으로, 유압 시스템 없이
전기모터로 각 휠의 제동력을 독립적으로 제어하는 EMB
(Electro-Mechanical Brake)의 제어 성능과 고장 영향을
CarSim 기반으로 분석 및 평가 완료
EMB 제어기 고장 시 제동력 제어 이상 및 비정상 제동 → 제동
거리 증가와 자동차 좌/우 제동력 불균형 → 차량 자세 불안정 및
충돌 위험 증가로 이어지는 고장 영향을 시나리오별로 분석
다양한 주행 및 제동 조건에서 EMB 제어 성능을 평가하여
각 바퀴 휠의 제동력 안정화와 정상 제동 성능 유지 및 회복,
차량 자세 안정성을 확보하는 안전한 감속 및 정차 성능을 검증
적용 4. iBooster
적용 4. iBooster
1) iBooster
iBooster(전자제어식 브레이크 부스터)
엔진의 진공 대신 전기 모터로 유압을 즉각 형성하는 BBW(Brake-by-Wire) 기반의 전자식 브레이크 부스터
2) iBooster 제어기 고장영향
치명도 1: 제동 보조 제어 이상
- 운전자 요구 제동력과 실제 제동력 간 오차 발생
치명도 2: 제동 성능 저하
- 브레이크 페달 조작력 증가 및 제동거리 증가 위험
치명도 3: 주행 안전성 저하
- 긴급 제동 성능 저하 및 충돌 위험 증가
3) iBooster 제어기 고장원인
제어기 회로 과전류, 소자 손상, 전원공급 차단 등
iBooster 구조와 제어기
4) iBooster FSC 적용 효과
효과 1: 신속한 제어기 고장 극복
- 제어기 이상 상태 감지 후 안전한 제어 로직으로 전환
효과 2: 정상 제동성능 유지 및 회복
- 제동 보조력 안정화
- 요구 제동력 안정적 제어 가능
효과 3: 안전한 감속/정차 가능
- 긴급 상황에서도 제동 안정성 확보
- 차량 주변 충돌위험 감소
5) 선행연구
주행환경/차량정보를 융합한 Fault tolerance를 기반으로 한 X-by-Wire용 액츄에이터 제어 기술 개발
(한국산업기술평가관리원(KEIT), 현대자동차, 2010-2012)
20~40kW급 지능형 제어기반 산업용 스마트 하이브리드 파워팩 개발
(한국산업기술평가관리원(KEIT), 세원셀론텍, 2012-2016)
MR Damper 및 페달 센서 고장허용기반 EMB
브레이크 페달 부스터 답력 제어 기술 개발
Brake-by-Wire 기반 EMB 전동식 브레이크 시스템을 대상으로
페달 센서 고장허용 기술과 MR Damper 기반 답력 제어 기술 개발
전기식 브레이크 페달은 페달 각도 및 토크 센서 신호를 기반으로 운전자의 제동 의도를 판단하기 때문에 센서 이상과 고장 발생 시, 제동 제어의 신뢰성이 저하되는 문제 해결
이를 위한 센서 고장을 감지하고 대응하는 Fault-Tolerant 제어
기술을 적용하여 센서 신호의 신뢰성을 확보 완료
MR Damper의 감쇠 특성을 능동적으로 제어하여 기존 유압식
브레이크와 유사한 페달 반력(답력)을 구현하고, 운전자의 제동
입력에 따라 각 휠의 EMB가 적절한 제동력을 생성하도록 제어
적용 5. Active Hydraulic Suspension
적용 5. Active Hydraulic Suspension
1) Active Hydraulic Suspension
Active Hydraulic Suspension(능동 유압 서스펜션)
차량의 서스펜션에 유압 액추에이터(유압 실린더)를 사용해
차체의 높이, 기울기, 진동 등을 능동적으로 제어하는 시스템
2) Active Hydraulic Suspension 제어기 고장영향
치명도 1: 차체 자세 제어 상실
- 주행 중 급격한 Roll / Pitch 비틀림 발생
치명도 2: 주행 안정성 저하
- 타이어 접지력 및 조종 안정성 악화
치명도 3: 고속/ 급회피 시 위험 증가
- 차선 이탈/전복/충돌 위험 증가
3) Active Hydraulic Suspension 제어기 고장원인
제어기 회로 과전류, 소자 손상, 전원공급 차단 등
Active Hydraulic Suspension 구조와 제어기
4) Active Hydraulic Suspension FSC 적용 효과
효과 1: 신속한 제어기 고장 극복
- 제어기 이상 상태 감지 후 안전한 제어 로직으로 전환
효과 2: 정상 감쇄성능 유지 및 회복
- Roll, Pitch 각도 및 진동을 억제해 주행 안정성 확보
효과 3: 사고위험 감소
- 고장 상황에서도 주행 안정성 회복
- 주행 정숙성 향상
5) 선행연구
20~40kW급 지능형 제어기반 산업용 스마트 하이브리드 파워팩 개발
(한국산업기술평가관리원(KEIT), 세원셀론텍, 2012-2016)
고장허용 기반 스마트 하이브리드 파워팩 지능형
제어 SW 개발
유압실린더, 유압발생모터, 밸브, 제어기가 일체화된 스마트
하이브리드 파워팩을 대상으로 센서 고장허용 기술과 지능형
제어 SW를 개발 및 최적화 완료
유압실린더의 스트로크는 모터 센서 정보를 기반으로 유압발생
모터를 제어하여 정밀하게 조절되므로, 센서의 정확성과 신뢰성이 액추에이터 제어 성능에 직접적인 영향을 미치는 문제 해결
이에 모터센서의 고장에 대응하는 Fault-Tolerant 기술을 적용하여 전체 시스템의 제어 신뢰성을 확보 완료
스마트 하이브리드 파워팩의 비선형 동특성에 대응가능한
Self-Tuning Fuzzy 제어 로직을 통해 최적화하여,
유압 운전 조건 변화에서도 빠른 응답성과 안정적인 유압실린더
스트로크 제어가 가능하도록 개발 완료
적용 6. Active Electronic Suspension
적용 6. Active Electronic Suspension
1) Active Electronic Suspension
Active Electronic Suspension(전자제어식 능동 서스펜션)
차량의 주행 상태를 센서로 실시간 감지하고,
전자제어기(ECU)가 액추에이터를 능동적으로 제어하여
차체 자세와 승차감을 조절하는 서스펜션 시스템
2) Active Electronic Suspension 제어기 고장영향
치명도 1: 서스펜션 제어 이상
- 액추에이터의 감쇠력, 차량 높이조절 제어성능 저하
치명도 2: 차체 자세 불안정
- Roll, Pitch 각도 및 진동 증가, 타이어 접지력 저하
치명도 3: 주행 안전성 저하
- 제어기 회로 과전류, 소자 손상, 전원공급 차단 등
3) Active Electronic Suspension 제어기 고장원인
제어기 회로 과전류, 소자 손상, 전원공급 차단 등
Active Electronic Suspension 구조와 제어기
4) Active Electronic Suspension FSC 적용 효과
효과 1: 신속한 제어기 고장 극복
- 제어기 이상 상태 감지 후 안전한 제어 로직으로 전환
효과 2: 정상 차체 자세안정성 유지 및 회복
- Roll, Pitch 각도 및 진동을 억제해 주행 안정성 확보
효과 3: 사고위험 감소
- 고장 상황에서도 주행 안정성 회복
- 주행 정숙성 향상
5) 선행연구
SUV 능동 현가 시스템 Fail-safe 개발
(한국자동차연구원(KATECH), 대원강업, 2018-2020)
Active Electronic Suspension 해석 및 제어
SW 개발
리니어 모터와 스프링으로 구성된 능동형 전자식 서스펜션
(Active Electronic Suspension) 차량 거동 해석 및 제어 SW 개발
직선/곡선 주행, 요철 통과, 고속/저속 주행 등 다양한 주행
시나리오에서 발생가능한 자동차 차체의 Pitch / Roll 거동을
측정 및 분석하고, 차량 상태에 따라 리니어 모터의 작동력을
능동적으로 조절하는 제어 로직을 구현
이를 통해 주행 환경 변화에 따른 자동차 차체의 Pitch / Roll
변화를 억제하고, 자세 안정성을 향상시켜, 안정적인 차량 거동과 승차 성능을 확보하는 능동형 서스펜션 제어 기술을 개발 완료
고장에도 멈추지 않는 미래를 만듭니다
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