자동차와 마이크로 모빌리티 적용
FSM 연구 및 검증사례 3 : Actuator Fail
Embedded Files
자동차와 마이크로 모빌리티 Actuator Fail
자동차의 액추에이터가 고장나면 제어기의 올바른 명령을 정상적으로
수행하지 못합니다.
모터와 같은 액추에이터에 고장이 발생하면
제어기와 센서가 정상이어도 제어 명령을 제대로 수행하지 못합니다.
모터 고장은 구동력과 제어력을 상실시켜 차량의 주행 안정성과 안전에
직접적인 영향을 줄 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 고장영향
치명도 1: 구동 토크 이상
- 모터 출력 저하, 불균형 또는 구동력 상실
치명도 2: 주행 성능 저하
- 가속 성능 저하
- 차량 속도 유지 어려움
치명도 3: 주행 안전성 감소
- 차량 주행 중 급격한 감속
- 차량정지 및 충돌 사고위험
3) Traction Motor 고장원인
모터내부 고정자회로 파손, 전원공급 차단 등
Traction Motor(구동모터)
4) Traction Motor - FSM 적용 효과
효과 1: 모터 고장에도 연속적인 회전
- 고장난 고정자 회로 즉시차단, 고장격리
- 남은 정상의 고정자로 연속적 작동
효과 2: 구동성능 유지 및 정상회복
- 최적제어기반 정상 토크, 속도 및 출력 회복
효과 3: 안전한 주행 지속 가능
- 급격한 구동력 상실, 차량정지 위험 방지
- 충돌사고 위험 감소
5) 선행연구
Fail-safe기반 철도와 대중교통산업을 위한 비희토류형 PAM 모터 및 제어기 개발
(한국철도기술연구원 (KRRI), 2016)
40인승 대형 바이모달 트램용 45kW급 고토크
고효율 PAM Traction Motor 기술 개발
40인승 대형 차량을 위한 45kW급 AFPM타입 PAM Traction Motor를 설계하고 시뮬레이션을 통한 성능 검증
비희토류 자석을 적용하고, AFPM의 고토크, 샌드위치 구조를
통해 별도의 변속기 없이 인휠 구동이 가능한 구조 장점
기존 일반모터 대비 제한된 장착 공간에서도 적용 가능했으며,
시뮬레이션을 통해 일반 구동모터와 동등한 수준의 토크 및 효율 성능을 확인
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 모터 고장영향
치명도 1: 조향 보조 토크 이상
- 모터 출력 저하·불균형 또는 조향 보조력 상실
치명도 2: 조향 성능 저하
- 핸들이 무거워지거나 의도한 조향 응답 확보 어려움
치명도 3: 주행 안전성 감소
- 차선 유지, 긴급 회피 성능 저하
- 충돌 위험 증가
3) EPS 모터 고장원인
모터내부 고정자회로 파손, 전원공급 차단 등
EPS 모터
4) EPS - FSM 적용 효과
효과 1: 모터 고장에도 연속적인 회전
- 고장난 고정자 회로 즉시차단, 고장격리
- 남은 정상의 고정자로 연속적 작동
효과 2: 조향 보조 성능 유지 및 정상회복
- 최적제어기반 정상 조향토크, 속도 및 출력 회복
효과 3: 안전한 주행 지속 가능
- 급격한 조향 보조력 상실 방지
- 주행 중 차선유지, 긴급회피 성능확보
5) 선행연구
AI Fail-safe기반 듀얼모터 패키지 개발
(과학기술사업화진흥원(COMPA), 2023-2024)
FSM 기반 EPS용 Fail-Safe Motor 개발
기존 EPS 모터와 동급 성능을 유지하면서 Fail-Safe 구조를
적용한 FSM을 개발
기존 EPS의 제한된 장착 공간과 내부 간섭을 고려하여 기존
EPS용 일반모터와 동일한 직경을 유지하고, 전자기 간섭과
냉각을 고려해 길이 방향으로 일정 소폭 증가하도록 설계 및 개발
유한요소해석(FEA)을 기반으로 전자기 설계를 수행하고 시제품
제작 과정의 설계 개선을 통해 완성도를 향상
성능시험 결과 기존 EPS 모터와 동급 수준의 토크와 효율을 확인, Fail-Safe 구조 적용에도 기존 모터 수준의 기본 성능을 확보 완료
적용 3. Active Electronic Suspension
적용 3. 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 모터 고장영향
치명도 1: 서스펜션 구동력 저하
- 모터 출력 저하, 서스펜션 작동 불능
치명도 2: 차량 자세제어 성능 저하
- Roll, Pitch 각도 진동 증가, 타이어 접지력 저하
치명도 3: 주행 안전성 감소
- 차량 주행 중 조종 안정성 저하
- 차선 이탈 및 충돌 위험 증가
3) Active Electronic Suspension 모터 고장원인
모터내부 고정자회로 파손, 전원공급 차단 등
Active Electronic Suspension 모터
4) Active Electronic Suspension - FSM 적용 효과
효과 1: 모터 고장에도 연속적인 회전
- 고장난 고정자 회로 즉시차단, 고장격리
- 남은 정상의 고정자로 연속적 작동
효과 2: 서스펜션 성능 유지 및 정상회복
- 최적제어기반 정상 현가 구동력 및 자세제어 회복
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 모터 Fail-safe
기술 개발
좌·우 모터의 Motor Error Code를 기반으로 고장 위치와 유형을 진단하고, 고장 모터를 Reset(OFF)하여 즉시 격리한 후
정상 모터를 이용해 서스펜션 제어가 지속되도록 설계 및 개발
차량 상태정보와 Fail-Safe Action Rule Base를 비교하여
고장 유형 및 주행 상황에 적합한 Fail-Safe 제어 동작을
수행하도록 제어 로직 구현
Active Electronic Suspension 차량 모델링 및 CarSim 기반
시뮬레이션을 통해 모터 고장 상황에서도 정상 모터를 활용한
현가 구동력 및 자세제어 회복, 차량 주행안정성 유지 가능성 검증
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