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표제지

목차

기호 및 약어 5

국문요약 9

1. 서론 11

2. 차량 기능 안전성 개념 개요 13

2.1. ISO 26262 표준 개념 13

2.2. ISO 26262 표준 구성 15

2.3. ISO 26262 표준 기반의 제품 개발 프로세스 16

2.3.1. ISO 26262 표준 기반의 하드웨어 개발 17

2.3.2. 안전 메커니즘 20

3. 기능 안전성 향상을 위한 EPS 시스템 설계 22

3.1. EPS 시스템 개요 22

3.1.1. EPS 시스템의 구성 및 동작 원리 23

3.1.2. EPS 시스템의 종류 25

3.2. EPS 시스템의 고장 허용 제어 전략 26

3.3. EPS 시스템 모델링 27

3.3.1. EPS 구동부 모델링 29

3.3.2. EPS 구동부 전류 추정을 위한 상태 추정기 설계 31

4. 기능 안전성 분석 및 성능 시뮬레이션 34

4.1. 기능 안전성 분석 34

4.2. 시뮬레이션 구성 37

4.3. 시뮬레이션 결과 40

5. 결론 44

참고문헌 45

Abstract 48

표목차

표 1. 하드웨어 우발 고장률 평가 기준 19

표 2. 센서 고장에 대한 안전 메커니즘 21

표 3. 상태 추정기가 적용된 모터 제어 시스템의 고장률 산출 35

표 4. 전류 센서 이중화가 적용된 모터 제어 시스템의 고장률 산출 36

표 5. MATLAB/Simulink 시뮬레이션 파라미터 39

그림목차

그림 1. 차량 전장화율의 증가 11

그림 2. 기능 안전성 관련 국제 표준 13

그림 3. ISO 26262 표준 구성 15

그림 4. ISO 26262의 제품 개발 프로세스 16

그림 5. ISO 26262의 하드웨어 개발 절차 17

그림 6. SPFM 및 LFM 18

그림 7. 일반적인 전기/전자 시스템의 구성 20

그림 8. Column Type EPS 시스템의 구조 23

그림 9. EPS 시스템의 종류 25

그림 10. C-EPS 시스템의 동적 모델 27

그림 11. BLDC 모터의 등가 회로 29

그림 12. 상태 추정기 블록도 32

그림 13. 기본적인 BLDC 모터 제어 시스템 34

그림 14. 상태 추정기가 결합된 EPS 시스템 시뮬레이션 모델 37

그림 15. 차속 및 조향 토크에 따른 Boost Curve 38

그림 16. 시뮬레이션에서의 운전자 조향 입력 토크 40

그림 17. 보조 토크 지령 및 보조 토크 출력 41

그림 18. 전류 지령 및 BLDC 모터 출력 전류 41

그림 19. 전류 센서 정상 동작 시의 모터 출력 전류 및 추정 전류 42

그림 20. 전류 센서 고장 시의 전류 제어기 피드백 전류 43

그림 21. 보조 토크 지령 및 고장 발생 시 보조 토크 출력 43

초록보기

 자동차 산업이 발전함에 따라 기존의 유압 및 기계 장치를 이용한 차량 내 제어 시스템이 전기/전자 장치를 이용한 시스템으로 대체되었으며, 운전자의 안전 및 편의를 위해 다양한 전기/전자 시스템이 차량에 적용되는 추세이다. 이에 따라 전기/전자 시스템의 신뢰성을 높이기 위한 기능 안전의 중요성이 증대되고 있으며, 특히 조향이나 제동과 같이 고장이 발생 할 경우 운전자 및 보행자의 안전에 치명적인 위해를 가하는 시스템에서의 기능 안전성은 더욱 심각하게 고려되어야 한다. 이에 따라, 유럽의 완성차 업체 및 주요 부품 업체를 중심으로 제품의 개발, 생산, 운영, 폐기에 이르는 전체 생명 주기에서 안전 요구사항을 정의하여 차량의 기능 안전성을 확보하기 위한 차량 기능 안전성 국제 표준인 ISO 26262가 제정되었다.

ISO 26262에서는 전기/전자 시스템을 구성하는 CPU, 센서, 액추에이터 등에 적용 가능한 다양한 안전 메커니즘을 제시하며, 고장 발생 시 고장을 검출(detection) 또는 허용(tolerance)하여 기능 안전성을 확보할 수 있도록 한다. 이 중 고장 허용을 위한 대표적인 안전 메커니즘으로는 이중화(redundancy) 설계 방법이 있으나, 이는 추가적인 하드웨어를 사용하게 되어 비용이 상승하는 단점이 있다.

본 논문에서는 차량에 탑재되는 대표적인 전기/전자 시스템인 EPS 시스템을 대상으로 기능 안전성 향상을 위해 적용할 수 있는 고장 허용 제어 방법을 제시한다. 이를 위해 EPS 시스템 및 고장 허용 제어를 위한 EPS 시스템의 상태 추정기를 모델링하며, EPS 시스템의 구동부 제어를 위해 필요한 전류 센서의 고장을 가정하여 이를 상태 추정기로 대체한다. 또한 MATLAB/Simulink 시뮬레이션을 통해 상태 추정기를 사용하였을 때의 EPS 시스템 성능을 검증하여 제시한 방법의 유효성을 보이고, BLDC 모터 제어 시스템의 기본적인 하드웨어를 예로 기능 안전성을 분석하여 하드웨어 우발 고장률이 57.17 FIT에서 56.57 FIT로 개선되는 것을 보인다.

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