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[오토저널] 통합시스템 Health Monitoring 기술 및 차량 기술 검증

페이지 정보

글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2016-03-23 22:57:47

본문

스마트카의 기술개발은 전자장비와 관련된 임베디드 시스템을 중심으로 활발히 진행되고 있으며, 이에 따라 전자제어시스템이 자동차에서 차지하는 비중이 높아지고 기능 또한 복잡해지므로, 차량 내부에 통합되는 전자시스템과 관련된 기능안전의 중요성이 커지고 있다. Connected 스마트카의 경우 고장은 제어시스템의 각 모듈(Sensor, ECU, Actuator, 제어대상 H/W)에서 뿐 아니라, V2X 통신 시스템에서 발생 할 수 있으며, 넓게는 알고리즘의 S/W 오류까지도 포함할 수 있다. 고장허용제어는 이러한 고장이 발생했을 때, 이를 검출(Detect), 진단(Diagnosis)하고 고장의 상황에 따라 제어기를 재설계하는 관리(Management)로 구성된다.

자동차 전자제어 시스템의 급격한 발전만큼 안전의 중요성이 커져가면서 그 대응책으로 소프트웨어를 중심으로 자동차의 Functional Safety를 실현하기 위한 ISO 26262 규격의 표준화가 진행되고 있고, Functional Safety는 기존의 고전적 고장허용제어에 대비하여 Data Bus상의 무결성 확보를 추가해야 하며, 이는 AUTOSAR 표준에서도 다루고 있다.

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따라서 제어시스템과 통신 시스템의 Health Monitoring 및 Fail Safe 기술과 통합 안전 제어시스템 Functional Safety 향상 기술을 개발하기 위한 주요 연구내용들은 다음과 같다 <그림 1>.

• Sensor/ECU/Actuator 개별 모듈의 상태 감지 및 판정을 통한 Health Monitoring 기술
• 제어시스템 및 V2X 통신 시스템의 Fault Detection 및 Fault Diagnosis와 S/W 오류 방지 기술
• 통합 안전 제어시스템 (ASIL-D)의 Functional Safety 향상 기술
•통합 안전 제어 시스템 최적화 및 고도화
•통합 안전 제어 시스템 실차 적용 및 검증

최근에는 그린카 부품 국제 인증 대응을 위한 시스템 개발, 안전운전 및 고효율 운전 유도 시스템 개발, Electric corner module의 핵심서브모듈 모델 기반 고장 진단 알고리즘 개발, 보안강화를 위한 물리적 복제불가능 보안칩 개발과 같은 연구를 수행하였다<그림 2>.

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최근 연구결과로 EMB 고장의 크기와 형태에 따른 제동력 분배 전략 개발, Fault Tolerant에 대한 다양한 접근을 통해 고장 허용 제어의 강인성 향상, EMB에 고장 발생 시 회생 제동을 이용하는 제어 기법을 개발하였다. 또한 V2x 기술 및 전장 시스템을 위한 자동차 보안 시스템 설계와 프로세스를 개발하고 일반 산업 네트워크 및 시스템 보안 표준인 IEC 62443의 내용을 바탕으로 차량의 전장부품 및 네트워크를 대상으로 하는 리스크 평가 방법과 보안 레벨을 통한 보안 시스템 평가기법을 개발하여 차량 시스템을 보안 구역 및 통로로 나누어 보안 대응책의 다중화 설계를 구현하는 프로세스를 연구하였으며 IEEE802.11p 모뎀과 연동한 테스트를 진행하였다.

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이와 같은 연구결과로 기존의 S/W를 재사용하여 Safety Function을 추가함으로써 새로운 ECU개발 기간을 단축할 수 있고 자동차 업계에 Single / Dual Core / AUTOSAR 규약에 따라 표준화된 고장 진단과 강인 제어 콤포넌트화된 라이브러리 제공을 통해 국내 ISO26262 만족 수준을 높일 수 있다. 한편 스마트카의 능동 및 수동안전 시스템의 기능이 개 발 및 통합됨에 따라, 기능의 개수와 복잡성이 증가하고 있다. 스마트카에는 기존의 자동차 부품 뿐 아니라 상황인지를 위한 다양한 센서들이 장착되며 안전 시스템의 성능 향상을 위한 여러 액추에이터와 센서의 데이터 분석과 액추에이터의 제어를 위한 여러 ECU가 사용되는데, 차량 탑재 센서의 감지 범위 한계를 극복하기 위하여 V2X 통신 기술을 접목한 Connected Safety 기술의 접목이 필요하다.

이러한 센서와 액추에이터, 안테나, 제어 알고리즘, ECU 등은 HILS(Hardware-In-The-Loop System)나 PILS(Processor-In-The-Loop System)를 활용하여 검증이 가능하지만, 이러한 시스템을 이용한 검증은 실제 차량 검증과는 그 성능 및 신뢰도 측면에서 차이가 있다.

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따라서 개발한 알고리즘 및 기술을 실제로 제작한 차량에 적용하여 스마트카 Connected Safety 차량제어 검증 차량 개발 및 통합제어 알고리즘 실차 적용에 의한 타당성과 성능 검증을 위한 주요 연구내용들은 다음과 같다<그림 5>.

최근에는 VCU 개발을 위한 RT HILS 환경을 구축, 레이더 및 차량정보를 활용한 안전주행 정보 제공기술 개발, 효율과 안전을 고려한 차량 제어 시스템 및 알고리즘 개발과 같은 연구를 수행하였다<그림 6>.

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최근 연구결과로 타이어의 동적 힘-모멘트 특성과 차량의 조향응답의 상관관계를 분석하고, 성능 검증을 위한 챠량과 타이어 모델을 개발하여 차량제어의 주요 부품인 타이어 의 성능을 검증하는 환경을 구축하였다. 이와 같은 연구결과로 검증 환경과 기술을 개발함으로써, IT·자동차 융합기술을 시뮬레이션 환경 뿐 아니라 실제 차량을 이용하여 검증하고 보완함으로써 국가 경쟁력 제고에 이바지 할 수 있고 V2X 통신기반 자율주행차량의 기술 구현을 통한 IT산업과 자동차 산업의 융합화를 가속화할 수 있다.

 

글 / 유민수 교수 (한양대학교)

출처 / 오토저널 15년 9월호 (http://www.ksae.org)   

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