자동차와 마이크로 모빌리티 적용
FSS 연구 및 검증사례 2 : Sensor Fail
Embedded Files
자동차와 마이크로 모빌리티 Sensor Fail
자동차의 센서에 고장이 발생하면 제어에 필요한 정확한 상태 정보를
제공하지 못합니다.
센서가 잘못된 정보를 보내면, 제어기도 올바르게 판단할 수 없습니다.
센서의 노이즈, 신호 오류 또는 단선은 차량 상태를 잘못 인식하게 하며,
시스템은 오작동과 운전제어 실패로 인한 사고로 이어질 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 센서 고장영향
치명도 1: 모터 상태 오인식
- 모터 회전자 위치, 속도, 전류, 온도 센서 정보 오류
치명도 2: 구동 토크 제어 불안정
- 급격한 출력저하, 비정상 토크, 가속 불능, 속도 저하
- 차량 주행 성능 저하
치명도 3: 주행 안전성 감소
- 차량 주행 중 차량 오작동, 정지 위험
- 위험상황 회피 능력 감소
3) Traction Motor 센서 고장원인
노이즈에 의한 일시적 센서고장
물리적/환경적 손상에 의한 영구적 센서 고장
과전류 또는 전원공급 차단 등
Traction Motor 용 센서 종류
4) Traction Motor - FSS 적용 효과
효과 1: 신속한 센서 고장 진단/복구
- 센서 고장 진단 후 SW기반 복구신호로 전환
효과 2: 정확한 모터 상태정보 유지
- 토크, 속도 제어 안정성 및 구동 성능 확보
효과 3: 안전한 주행 지속 가능
- 급격한 구동력 저하, 오작동 위험감소
- 차량 정지 및 충돌 사고 위험 감소
5) 선행연구
Fail-safe기반 철도와 대중교통산업을 위한 비희토류형 PAM 모터 및 제어기 개발
(한국철도기술연구원 (KRRI), 2016)
차세대 자율주행 PRT 센서 고장진단/복구 기술
차세대 자율주행 대중교통 PRT의 안전성과 신뢰성을 확보하기
위해 Traction Motor의 모터 센서와 자율주행 거리 감지 센서를
대상으로 Fault-Tolerant 기반 센서 고장진단/복구 로직을 개발
PRT에는 구동 및 자율주행을 위한 다양한 센서가 적용되며,
실제 도로 환경에서는 노이즈와 외란에 의한 일시적 센서 이상
뿐만 아니라 단선·단락 등에 의한 영구적 고장가능 문제해결
이러한 센서 고장은 측정값의 신뢰성을 저하시켜 구동 및 자율주행 제어 성능에 직접적인 영향
이를 해결하기 위해 센서의 이상 상태와 고장 유형을 실시간으로 진단하고, 고장 발생 시 신뢰 가능한 센서 정보를 복구하는 제어 로직을 구현
이를 통해 외부 환경과 센서 고장의 영향을 최소화하고 PRT의 Traction Motor의 모터센서 및 및 자율주행에 필요한 센서들의
신뢰성을 확보 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 센서 고장영향
치명도 1: 조향 상태 오인식
- 조향 각도, 토크 및 모터위치 정보 오류
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
노이즈에 의한 일시적 센서고장
물리적/환경적 손상에 의한 영구적 센서 고장
과전류 또는 전원공급 차단 등
EPS 센서 종류
4) EPS - FSS 적용 효과
효과 1: 신속한 센서 고장 진단/복구
- 조향 각도, 토크, 모터 위치 센서 고장 진단
효과 2: 정확한 모터 상태정보 유지
- 조향 보조력 및 방향 제어 안정성 확보
효과 3: 안전한 주행 지속 가능
- 차선 유지, 긴급 회피 성능 회복
- 차량 충돌 사고 위험 감소
5) 선행연구
중대형 상용차 LKAS 구현을 위한 100 Nm 이상급 볼-너트 기어박스일체형 전동식 조향 시스템 개발
(한국산업기술평가관리원(KEIT), 우진산전, 2017-2020)
LKAS HILS 기반 상용차 전동식조향시스템(EPS) 센서 Fail-safe 기술 개발
LKAS 기반 자율주행 대형 버스·트럭에 적용되는 전동식
조향시스템(EPS)의 토크 센서와 SAS(Steering Angle Sensor)를 대상으로 센서 고장진단/복구 Fail-Safe 기술을 개발
EPS는 센서 정보를 기반으로 조향 상태와 운전자의 조향 의도를 판단하고 내장 모터를 정밀하게 제어하기 때문에 센서 신호의
정확성과 신뢰성이 자동차의 조향 성능과 안전성에 직접적인 영향
주행 중 발생할 수 있는 노이즈에 의한 일시적 센서고장과
단선/단락 등에 의한 영구적 고장을 진단하고, 고장 발생 시 신뢰
가능한 센서 정보를 복구할 수 있도록 Fault-Tolerant 기반
센서 고장진단/복구 로직을 개발
이를 통해 센서 고장이 EPS 제어에 미치는 영향을 최소화하고
신뢰성 있는 조향 정보를 기반으로, 안정적인 조향 제어 성능을
유지하는 센서 Fail-Safe 기술을 개발 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 센서 고장영향
치명도 1: 제동 상태 오인식
- 모터 위치, 클램핑력, 휠 속도 등 센서 정보 오류
치명도 2: 제동력 제어성능 저하
- 각 바퀴 휠 별 제동력 부족 또는 과다
- 좌우 제동력 불균형 발생
치명도 3: 주행 안전성 저하
- 제동거리 증가·차량 자세 불안정
- 충돌 위험 증가
3) EMB 센서 고장원인
노이즈에 의한 일시적 센서고장
물리적/환경적 손상에 의한 영구적 센서 고장
과전류 또는 전원공급 차단 등
EMB 센서 종류
4) EMB - FSS 적용 효과
효과 1: 신속한 센서 고장 진단/복구
- 모터 위치, 클램핑력, 휠 속도 센서 고장 진단
- SW기반 복구신호로 전환
효과 2: 정확한 모터 상태정보 유지
- 각 바퀴 휠 별 제동력 제어 안정성 확보
효과 3: 안전한 주행 지속 가능
- 차량 자세 안정성 회복
- 차량 충돌 사고 위험 감소
5) 선행연구
주행환경/차량정보를 융합한 Fault tolerance를 기반으로 한 X-by-Wire용 액츄에이터 제어 기술 개발
(한국산업기술평가관리원(KEIT), 현대자동차, 2010-2012)
Brake-by-Wire 기반 EMB 센서 고장진단/복구
기술 개발
Brake-by-Wire(BBW) 기반 EMB(Electromechanical Brake)의 안전성과 제어 신뢰성을 확보하기 위해 센서 고장허용
(Fault-Tolerant) 기술을 개발
EMB의 정밀한 제동력 제어에 필요한 모터 위치, 클램핑력
(Clamping Force), 휠 속도 센서를 대상으로 일시적 고장과
영구적 고장을 진단하고, 센서 고장 발생 시 SW 기반으로
복구된 신호로 대체하여 신뢰성 있는 상태정보를 지속적으로
제공하는 센서 고장진단/복구 로직을 구현
이를 통해 센서 이상 상황에서도 각 휠 EMB의 제동력 제어에
필요한 신뢰성 있는 상태정보를 유지하고, CDC(전자제어 가변
감쇠력 댐퍼) 등 차량 섀시 제어 시스템과 연계되는 차량 거동의
안정성을 확보
센서 고장으로 인한 비정상 제동과 차량 불안정 위험을 최소화하여 안정적인 제동 성능과 차량 안전성을 유지하는 센서 Fail-Safe
기술을 확보 완료
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 센서 고장영향
치명도 1: 제동 상태 오인식
- 페달 위치, 답력, 부스터 스트로크, 압력 센서 정보 오류
치명도 2: 제동 보조 제어성능 하락
- 운전자 요구 제동력과 실제 제동력 간 오차 발생
치명도 3: 주행 안전성 저하
- 제동거리 증가·긴급 제동 성능 저하
3) iBooster 센서 고장원인
노이즈에 의한 일시적 센서고장
물리적/환경적 손상에 의한 영구적 센서 고장
과전류 또는 전원공급 차단 등
iBooster 센서 종류
4) iBooster FSS 적용 효과
효과 1: 신속한 센서 고장 진단/복구
- 페달 위치, 답력, 스트로크, 압력 센서 고장 진단
- SW기반 복구신호로 전환
효과 2: 정확한 iBooster 시스템 상태정보
- 요구 제동력 및 제동 보조 제어 안정성 확보
효과 3: 안전한 주행 지속 가능
- 제동 성능 저하 최소화 정상회복
- 긴급 제동 및 충돌 위험 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)
EMB 기반 가속/브레이크 페달 센서 Fail-Safe
기술 개발
Brake-by-Wire 기반 전동식 제동 시스템에서 가속 및 브레이크
페달 센서의 신뢰성을 확보하기 위한 Fault-Tolerant 기반 센서
고장진단/복구 Fail-Safe 기술을 개발
운전자의 가속 및 제동 의도를 정확하게 인식하기 위해 사용되는 페달 위치(각도), 페달 답력, 토크 센서를 대상으로 센서 고장을
진단하고, 고장 발생 시 SW 기반 복구 신호로 전환해 신뢰성있는 페달 입력 정보를 제어기에 전달하는 센서 Fail-Safe 로직 구현
브레이크 페달 센서의 신뢰성 있는 상태정보를 기반으로 부스터의 제동 보조 제어와 EMB에 필요한 제동력 제어가 안정적으로 수행될 수 있도록 제어 신뢰성을 확보
이를 통해 센서 고장이 운전자의 제동 의도 판단과 제동 제어에
미치는 영향을 최소화하고, 안정적인 제동 성능과 차량 안전성을 유지하도록 지원하는 센서 Fail-Safe 기술을 구현 완료
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 센서 고장영향
치명도 1: 차체 상태 오인식
- 차량높이, 가속도, 변위, 압력 등 센서 정보 오류
치명도 2: 차체 자세제어 성능 하락
- Roll, Pitch 각도 및 진동 증가
- 타이어 접지력 저하
치명도 3: 주행 안전성 저하
- 조종 안정성 저하 및 차선 이탈 위험
- 전복 및 충돌 위험 증가
3) Active Hydraulic Suspension 센서 고장원인
노이즈에 의한 일시적 센서고장
물리적/환경적 손상에 의한 영구적 센서 고장
과전류 또는 전원공급 차단 등
Active Hydraulic Suspension 센서 종류
4) Active Hydraulic Suspension FSS 적용 효과
효과 1: 신속한 센서 고장 진단/복구
- 차량높이, 가속도, 변위, 압력 센서 고장 진단
- SW기반 복구신호로 전환
효과 2: 정확한 모터 상태정보 유지
- Roll, Pitch 각도 및 진동 제어 안정성 확보
효과 3: 안전한 주행 지속 가능
- 타이어 접지력, 조종 안정성 유지
- 전복 및 충돌 위험 감소
5) 선행연구
20~40kW급 지능형 제어기반 산업용 스마트 하이브리드 파워팩 개발
(한국산업기술평가관리원(KEIT), 세원셀론텍, 2012-2016)
스마트 하이브리드 파워팩 유압실린더 센서
고장진단/복구 Fail-Safe기술 개발
유압실린더, 유압발생모터, 밸브, 제어기가 일체화된 스마트
하이브리드 파워팩의 안정적인 유압 액추에이터 제어를 위해 Fault-Tolerant 기반 센서 고장진단/복구 Fail-Safe기술을 개발
유압실린더의 정밀한 위치 및 스트로크 제어에 사용되는 스트로크 리니어 센서, 작동 압력과 부하 상태를 측정하는 유압 압력 센서,
유압유의 온도 변화를 감지하는 온도 센서를 대상으로 센서 신뢰성
확보하는 센서 Fail-Safe 로직을 개발
유압실린더의 스트로크 위치와 인장/압축력의 안정적인 제어를
위해서는 위치/압력/온도 등 핵심 상태정보의 정확성과 연속성이 중요하므로, 센서 고장 발생 시 이를 진단하고 신뢰 가능한 정보로 복구하여, 센서 고장이 유압실린더 제어에 미치는 영향을 최소화
이를 통해 다양한 부하와 유압 환경 변화에서도 신뢰성 있는 상태정보를 기반으로 유압 실린더의 정밀하고 안정적인 제어를
유지하는 센서 Fail-Safe 기술을 확보 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 센서 고장영향
치명도 1: 차체 상태 오인식
- 차량높이, 가속도, 변위 등 센서 정보 오류
치명도 2: 차체 자세제어 성능 하락
- Roll, Pitch 각도 및 진동 증가, 타이어 접지력 저하
치명도 3: 주행 안전성 저하
- 조종 안정성 저하 및 차선 이탈 위험
- 전복 및 충돌 위험 증가
3) Active Electronic Suspension 센서 고장원인
노이즈에 의한 일시적 센서고장
물리적/환경적 손상에 의한 영구적 센서 고장
과전류 또는 전원공급 차단 등
Active Electronic Suspension 센서 종류
4) Active Electronic Suspension FSS 적용 효과
효과 1: 신속한 센서 고장 진단/복구
- 차량높이, 가속도, 변위 센서 고장 진단
- SW기반 복구신호로 전환
효과 2: 정확한 모터 상태정보 유지
- Roll, Pitch 각도 및 진동 제어 안정성 확보
효과 3: 안전한 주행 지속 가능
- 타이어 접지력, 조종 안정성 유지
- 전복 및 충돌 위험 감소
5) 선행연구
SUV 능동 현가 시스템 Fail-safe 개발
(한국자동차연구원(KATECH), 대원강업, 2018-2020)
Active Electronic Suspension의 센서 Fail-Safe 기술 개발
능동형 전자식 서스펜션(Active Electronic Suspension)의
안정적인 차체 제어를 위해 리니어 모터 및 차량 거동 센서를
대상으로 Fault-Tolerant 기반 센서 고장진단/복구 기술을 개발
능동형 서스펜션은 다양한 노면 요철과 급격한 주행 상태 변화에 실시간으로 대응해야 하므로 짧은 제어 주기와 빠른 응답성이 요구되므로, 이러한 환경에서는 센서 신호가 노이즈와 일시적 이상에 영향을 받을 수 있어, 중요한 센서 정보의 정확성과 신뢰성 확보
이를 위해 차량 높이, 가속도, 변위 센서의 이상 및 고장을
진단하고, 고장 발생 시 리니어 모터의 센서 정보를 활용한
SW 기반 복구 신호로 전환하여 제어에 필요한 상태정보의
연속성을 유지하는 Fail-Safe 로직을 구현
이를 통해 센서 이상 상황에서도 신뢰성 있는 상태정보를
확보하여 차량의 Roll/Pitch 및 진동 제어 안정성을 유지하는 Active Electronic Suspension의 센서 Fail-Safe 기술 확보 완료
고장에도 멈추지 않는 미래를 만듭니다
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