자동차 산업에 있어서 센서 및 전기장치가 사용된 이래로 기존의 유압식／전동식 파워 스티어링 시스템을 대체할 Steer-by-Wire 시스템이 등장하게 되었다． Steer-by-Wire 시스템을 개선시킨 ISBW (Independent type Steer-by-Wire) 시스템은 일반 SBW 시스템보다 자유도 및 기계적 Fail-safe 성능이 높으며， 다른 전자제어 시스템과의 통합이 용이함으로써 지능형 차량에 기여할 수 있다． 그러나 ISBW 시스템은 By-Wire의 특성상 전기적인 신호가 끊어지거나 시스템 내 구성 요소들에 Fault가 발생할 경우 시스템이 정상적인 기능을 유지할 수가 없게 되어 운전자뿐 만 아니라， 차량에도 심각한 안전 문제가 발생할 수 있다． 이를 위해서는 ISBW 시스템에서 Fault가 발생하더라도 ISBW 시스템의 정상적인 ...
자동차 산업에 있어서 센서 및 전기장치가 사용된 이래로 기존의 유압식／전동식 파워 스티어링 시스템을 대체할 Steer-by-Wire 시스템이 등장하게 되었다． Steer-by-Wire 시스템을 개선시킨 ISBW (Independent type Steer-by-Wire) 시스템은 일반 SBW 시스템보다 자유도 및 기계적 Fail-safe 성능이 높으며， 다른 전자제어 시스템과의 통합이 용이함으로써 지능형 차량에 기여할 수 있다． 그러나 ISBW 시스템은 By-Wire의 특성상 전기적인 신호가 끊어지거나 시스템 내 구성 요소들에 Fault가 발생할 경우 시스템이 정상적인 기능을 유지할 수가 없게 되어 운전자뿐 만 아니라， 차량에도 심각한 안전 문제가 발생할 수 있다． 이를 위해서는 ISBW 시스템에서 Fault가 발생하더라도 ISBW 시스템의 정상적인 조향 제어가 가능해야 하고， 이로 인해 차량 내 다른 시스템이 영향을 받지 않아야 한다． 즉 ISBW 시스템의 신뢰성과 안정성을 확보할 수 있는 Fault-Tolerant 제어 시스템을 구축하는 것이 필수적이다． 본 연구에서는 SBW 시스템을 기반으로 하여 시스템적인 안전 및 성능을 고려한 좌우 독립형 ISBW HILS 시스템을 개발하였고， 이 시스템에 대한 Fault-Tolerant 및 신뢰성 제어 시스템을 개발하였다． 제어기 간의 정보교환은 Data Acquisition Board를 이용하여 처리하였으며, 소프트웨어는 LABVIEW를 이용하고 차량모델은 Visual C를 기반으로 하여 실시간 좌우 독립형 ISBW 시스템을 개발하였다． 이를 토대로 ISBW 시스템의 구성요소 중 센서에서 발생하는 Fault 신호의 전파 영향을 정확하게 분석하였고， ISBW 시스템의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위한 Fault-Tolerant ISBW 제어 전략을 수립하였다． Fault-Tolerant ISBW 제어기는 ISBW 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-Detection 부의 제어 알고리즘은 조향 핸들부와 조향 제어부의 센서 신호에 대해 독립적으로 구성하였다．ISBW HILS 시스템을 이용하여 센서 신호가 정상적인 상황과 센서 신호에 Fault가 발생하는 Dynamic-Fault 상황에 대한 시뮬레이션을 통해 센서 신호에 Fault가 발생하더라도 Fault- Tolerant ISBW 제어 시스템에 의해 ISBW HILS 시스템의 정상적인 조향 제어가 가능함을 검증하였다． 또한 중복구조를 사용한 Fail-Safe의 알고리즘에 대해 신뢰성을 평가하여 전체 시스템의 신뢰성 향상을 증명하였다.
자동차 산업에 있어서 센서 및 전기장치가 사용된 이래로 기존의 유압식／전동식 파워 스티어링 시스템을 대체할 Steer-by-Wire 시스템이 등장하게 되었다． Steer-by-Wire 시스템을 개선시킨 ISBW (Independent type Steer-by-Wire) 시스템은 일반 SBW 시스템보다 자유도 및 기계적 Fail-safe 성능이 높으며， 다른 전자제어 시스템과의 통합이 용이함으로써 지능형 차량에 기여할 수 있다． 그러나 ISBW 시스템은 By-Wire의 특성상 전기적인 신호가 끊어지거나 시스템 내 구성 요소들에 Fault가 발생할 경우 시스템이 정상적인 기능을 유지할 수가 없게 되어 운전자뿐 만 아니라， 차량에도 심각한 안전 문제가 발생할 수 있다． 이를 위해서는 ISBW 시스템에서 Fault가 발생하더라도 ISBW 시스템의 정상적인 조향 제어가 가능해야 하고， 이로 인해 차량 내 다른 시스템이 영향을 받지 않아야 한다． 즉 ISBW 시스템의 신뢰성과 안정성을 확보할 수 있는 Fault-Tolerant 제어 시스템을 구축하는 것이 필수적이다． 본 연구에서는 SBW 시스템을 기반으로 하여 시스템적인 안전 및 성능을 고려한 좌우 독립형 ISBW HILS 시스템을 개발하였고， 이 시스템에 대한 Fault-Tolerant 및 신뢰성 제어 시스템을 개발하였다． 제어기 간의 정보교환은 Data Acquisition Board를 이용하여 처리하였으며, 소프트웨어는 LABVIEW를 이용하고 차량모델은 Visual C를 기반으로 하여 실시간 좌우 독립형 ISBW 시스템을 개발하였다． 이를 토대로 ISBW 시스템의 구성요소 중 센서에서 발생하는 Fault 신호의 전파 영향을 정확하게 분석하였고， ISBW 시스템의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위한 Fault-Tolerant ISBW 제어 전략을 수립하였다． Fault-Tolerant ISBW 제어기는 ISBW 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-Detection 부의 제어 알고리즘은 조향 핸들부와 조향 제어부의 센서 신호에 대해 독립적으로 구성하였다．ISBW HILS 시스템을 이용하여 센서 신호가 정상적인 상황과 센서 신호에 Fault가 발생하는 Dynamic-Fault 상황에 대한 시뮬레이션을 통해 센서 신호에 Fault가 발생하더라도 Fault- Tolerant ISBW 제어 시스템에 의해 ISBW HILS 시스템의 정상적인 조향 제어가 가능함을 검증하였다． 또한 중복구조를 사용한 Fail-Safe의 알고리즘에 대해 신뢰성을 평가하여 전체 시스템의 신뢰성 향상을 증명하였다.
The independent type Steer-By-Wire (ISBW) system replaces complex mechanical linkages of the current steering system with electric motors, sensors, and electronic control units. The ISBW system has many advantages including weight reduction, variable gear ratio, variable steering feedback torque gen...
The independent type Steer-By-Wire (ISBW) system replaces complex mechanical linkages of the current steering system with electric motors, sensors, and electronic control units. The ISBW system 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 ISBW system should guarantee its safety before commercialization, and therefore, a reliable and robust fault-tolerant technology has to be developed. The objective of this research is to develop a fault-tolerant ISBW control algorithm that operates independent wheel control according to driving status and increase the reliability of ISBW system through redundancy. 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. Also, the improvement of the total system reliability is demonstrated by estimating the reliability of the Fail-Safe algorithm. 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 independent type Steer-By-Wire (ISBW) system replaces complex mechanical linkages of the current steering system with electric motors, sensors, and electronic control units. The ISBW system 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 ISBW system should guarantee its safety before commercialization, and therefore, a reliable and robust fault-tolerant technology has to be developed. The objective of this research is to develop a fault-tolerant ISBW control algorithm that operates independent wheel control according to driving status and increase the reliability of ISBW system through redundancy. 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. Also, the improvement of the total system reliability is demonstrated by estimating the reliability of the Fail-Safe algorithm. 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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