기계적인 링크로 이루어진 기존의 조향 시스템을 센서와 전기식 액추에이터로 대체하고, ECU에 의해 동작이 이루어지도록 구성된 Steer-by-Wire (SBW) 시스템은 가변 기어비 적용과 다양한 조향 토크 구현이 가능하고, 다른 전자제어 시스템과의 통합이 용이함으로써 지능형 차량에 기여할 수 있다. 그러나, SBW 시스템은 By-Wire의 특성상 전기적인 신호가 끊어지거나 시스템내 구성 요소들에 Fault가 발생할 경우 시스템이 정상적인 기능을 유지할 수가 없게 되어 운전자뿐만 아니라, 차량에도 심각한 안전 문제가 발생할 수 있다. 이를 위해서는 SBW 시스템에서 Fault가 발생하더라도 SBW 시스템의 정상적인 조향 제어가 가능해야 하고, 이로 인해 차량 내 다른 시스템이 영향을 받지 않아야 한다. 즉 SBW 시스템의 ...
기계적인 링크로 이루어진 기존의 조향 시스템을 센서와 전기식 액추에이터로 대체하고, ECU에 의해 동작이 이루어지도록 구성된 Steer-by-Wire (SBW) 시스템은 가변 기어비 적용과 다양한 조향 토크 구현이 가능하고, 다른 전자제어 시스템과의 통합이 용이함으로써 지능형 차량에 기여할 수 있다. 그러나, SBW 시스템은 By-Wire의 특성상 전기적인 신호가 끊어지거나 시스템내 구성 요소들에 Fault가 발생할 경우 시스템이 정상적인 기능을 유지할 수가 없게 되어 운전자뿐만 아니라, 차량에도 심각한 안전 문제가 발생할 수 있다. 이를 위해서는 SBW 시스템에서 Fault가 발생하더라도 SBW 시스템의 정상적인 조향 제어가 가능해야 하고, 이로 인해 차량 내 다른 시스템이 영향을 받지 않아야 한다. 즉 SBW 시스템의 신뢰성 (Reliability)과 안정성 (Safety)을 확보할 수 있는 Fault-Tolerant 제어 시스템을 구축하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 개발된 SBW Hardware-In-the-Loop Simulation (HILS) 시스템을 기반으로 하여 Fault-Tolerant SBW 제어 시스템을 개발하였다. 이는 조향감을 생성하는 조향 핸들부(Steering Wheel Part)와 조향 제어를 수행하는 조향 제어부(Road Wheel Part)에 대해 각각의 Electronic Control Unit(ECU)를 구성하고, 차량 내 다른 전자제어시스템과 정보교환을 위한 Supervisor를 중복모듈로 설계하였다. 제어기간의 정보교환은 Controller Area Network (CAN) 통신 방식으로 처리하였으며, MATLAB SIMULINK와 xPCTarget를 기반으로 하여 실시간 SBW HILS 시스템을 개발하였다. HILS 시스템을 이용하여 각각의 제어기에 대한 조향 피드백 토크 제어와 조향 제어를 시뮬레이션을 통해 성능 검증을 실시하였다. 이를 토대로 SBW 시스템의 구성요소 중 센서에서 발생하는 Fault 신호의 전파 영향을 정확하게 분석하였고, SBW 시스템의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위한 Fault-Tolerant SBW 제어 전략을 수립하였다. Fault-Tolerant SBW 제어기는 SBW 시스템의 조향 핸들부와 조향 제어부의 센서 신호에서 발생하는 Fault의 발생시점과 위치를 정확하게 감지·판단하는 Fault-Detection부와 이에 대한 정보를 바탕으로 센서의 신호를 정상적인 신호로 재구성하는 Reconfiguration부로 구성된다. 이 때 Fault-Detection부의 제어 알고리즘은 조향 핸들부와 조향 제어부의 센서 신호에 대해 독립적으로 구성하였다. SBW HILS 시스템을 이용하여 센서 신호가 정상적인 상황과 센서 신호에 Fault가 발생하는 Dynamic-Fault 상황에 대한 시뮬레이션을 통해 센서 신호에 Fault가 발생하더라도 Fault-Tolerant SBW 제어 시스템에 의해 SBW HILS 시스템의 정상적인 조향 제어가 가능함을 검증하였다.
기계적인 링크로 이루어진 기존의 조향 시스템을 센서와 전기식 액추에이터로 대체하고, ECU에 의해 동작이 이루어지도록 구성된 Steer-by-Wire (SBW) 시스템은 가변 기어비 적용과 다양한 조향 토크 구현이 가능하고, 다른 전자제어 시스템과의 통합이 용이함으로써 지능형 차량에 기여할 수 있다. 그러나, SBW 시스템은 By-Wire의 특성상 전기적인 신호가 끊어지거나 시스템내 구성 요소들에 Fault가 발생할 경우 시스템이 정상적인 기능을 유지할 수가 없게 되어 운전자뿐만 아니라, 차량에도 심각한 안전 문제가 발생할 수 있다. 이를 위해서는 SBW 시스템에서 Fault가 발생하더라도 SBW 시스템의 정상적인 조향 제어가 가능해야 하고, 이로 인해 차량 내 다른 시스템이 영향을 받지 않아야 한다. 즉 SBW 시스템의 신뢰성 (Reliability)과 안정성 (Safety)을 확보할 수 있는 Fault-Tolerant 제어 시스템을 구축하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 개발된 SBW Hardware-In-the-Loop Simulation (HILS) 시스템을 기반으로 하여 Fault-Tolerant SBW 제어 시스템을 개발하였다. 이는 조향감을 생성하는 조향 핸들부(Steering Wheel Part)와 조향 제어를 수행하는 조향 제어부(Road Wheel Part)에 대해 각각의 Electronic Control Unit(ECU)를 구성하고, 차량 내 다른 전자제어시스템과 정보교환을 위한 Supervisor를 중복모듈로 설계하였다. 제어기간의 정보교환은 Controller Area Network (CAN) 통신 방식으로 처리하였으며, MATLAB SIMULINK와 xPCTarget를 기반으로 하여 실시간 SBW HILS 시스템을 개발하였다. HILS 시스템을 이용하여 각각의 제어기에 대한 조향 피드백 토크 제어와 조향 제어를 시뮬레이션을 통해 성능 검증을 실시하였다. 이를 토대로 SBW 시스템의 구성요소 중 센서에서 발생하는 Fault 신호의 전파 영향을 정확하게 분석하였고, SBW 시스템의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위한 Fault-Tolerant SBW 제어 전략을 수립하였다. Fault-Tolerant SBW 제어기는 SBW 시스템의 조향 핸들부와 조향 제어부의 센서 신호에서 발생하는 Fault의 발생시점과 위치를 정확하게 감지·판단하는 Fault-Detection부와 이에 대한 정보를 바탕으로 센서의 신호를 정상적인 신호로 재구성하는 Reconfiguration부로 구성된다. 이 때 Fault-Detection부의 제어 알고리즘은 조향 핸들부와 조향 제어부의 센서 신호에 대해 독립적으로 구성하였다. SBW HILS 시스템을 이용하여 센서 신호가 정상적인 상황과 센서 신호에 Fault가 발생하는 Dynamic-Fault 상황에 대한 시뮬레이션을 통해 센서 신호에 Fault가 발생하더라도 Fault-Tolerant SBW 제어 시스템에 의해 SBW HILS 시스템의 정상적인 조향 제어가 가능함을 검증하였다.
The Steer-By- Wire (SBW) system replaces complex mechanical linkages of the current steering system with electric motors, sensors, and electronic control units. The SBW system thus has many advantages including weight reduction, variable gear ratio, variable steering feedback torque generation, and ...
The Steer-By- Wire (SBW) system replaces complex mechanical linkages of the current steering system with electric motors, sensors, and electronic control units. The SBW system thus has many advantages including weight reduction, variable gear ratio, variable steering feedback torque generation, and prevention of a driver from injury due to contact with a steering column during crash. However, the SBW system should guarantee its safety before commercialization, and therefore, a reliable and robust fault-tolerant technology has to be implemented. The objective of this research is to develop a fault-tolerant SBW control algorithm based on a SBW hardware-in-the-loop simulation. For fault simulation and control, the simulation system developed in 2003, has been modified to include individual electronic control units for a steering wheel and a road wheel part, and a supervisor for information exchange, using xPCTarget, Matlab/Simulink and CAN protocol. Performance of the simulation system has then been verified. Based on careful analysis on propagation effects of sensor faults, a reliable fault-tolerant control strategy has been developed. The fault-tolerant controller consists of a fault detection part that monitors and detects faults in the steering wheel and road wheel sensors, and a reconfiguration part that switches to normal sensor signal based on fault detection information. It has been demonstrated that the proposed algorithm detects sensor faults accurately and enables reliable steering control under various dynamic fault situations. For higher reliability and safety of the fault-tolerant control system, it will be necessary to share sensor information with other vehicle electronic control systems and to develop a fault-tolerant strategy for actuators and electronic control units.
The Steer-By- Wire (SBW) system replaces complex mechanical linkages of the current steering system with electric motors, sensors, and electronic control units. The SBW system thus has many advantages including weight reduction, variable gear ratio, variable steering feedback torque generation, and prevention of a driver from injury due to contact with a steering column during crash. However, the SBW system should guarantee its safety before commercialization, and therefore, a reliable and robust fault-tolerant technology has to be implemented. The objective of this research is to develop a fault-tolerant SBW control algorithm based on a SBW hardware-in-the-loop simulation. For fault simulation and control, the simulation system developed in 2003, has been modified to include individual electronic control units for a steering wheel and a road wheel part, and a supervisor for information exchange, using xPCTarget, Matlab/Simulink and CAN protocol. Performance of the simulation system has then been verified. Based on careful analysis on propagation effects of sensor faults, a reliable fault-tolerant control strategy has been developed. The fault-tolerant controller consists of a fault detection part that monitors and detects faults in the steering wheel and road wheel sensors, and a reconfiguration part that switches to normal sensor signal based on fault detection information. It has been demonstrated that the proposed algorithm detects sensor faults accurately and enables reliable steering control under various dynamic fault situations. For higher reliability and safety of the fault-tolerant control system, it will be necessary to share sensor information with other vehicle electronic control systems and to develop a fault-tolerant strategy for actuators and electronic control units.
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