전기 자동차용 배터리 팩 냉각시스템 설계 기술에 관한 연구

박상빈 국민대학교 자동차공학전문대학원 2021 국내석사

최근 세계적으로 탄소 배출 규제가 강화됨에 따라 친환경 에너지 활용 기술의 연구가 급속도로 진행되고 있다. 이에 따라 각 국가의 자동차 분야에서도 환경문제 심화 및 고객의 니즈를 고려하여 고효율·고출력 친환경 차량을 연구 개발하고 생산하게 되면서 세계적으로 전기 자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그인 하이브리드 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 수소 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) 시장이 빠르게 성장하고 있다. 전기 자동차의 배터리는 대용량 구동 모터를 담당하며 1회 충전 주행거리를 증대시키기 위해 수백개의 셀이 모듈화가 된 상태에서 직렬 혹은 병렬로 연결되어 팩의 형태로 장착된다. 배터리 팩 내부의 셀 온도를 적절하게 유지하고 셀 간의 온도 편차를 줄이는 것은 매우 중요하다. 배터리 작동 시, 배터리 팩 내부의 셀들이 적절한 온도로 유지되지 못할 경우 높은 온도로 인한 화재와 폭발 가능성을 유발할 수 있다. 따라서 배터리 팩 내부에서 모듈 내부의 셀 온도가 적절하게 유지되어야 하며 배터리 모듈 간 온도 편차를 감소시킬 수 있는 배터리 냉각 시스템 설계가 필수적이다. 배터리 팩 내부의 각 셀에 적절한 냉각 및 에너지 효율에 대해 자세한 성능 향상 피드백을 진행하기 위해서는 냉각 특성과 열전달 특성에 대해 명확한 규명이 필요하다. 냉각 유로 설계와 냉각수 유량 및 온도 특성을 파악하기 위해 크게 2가지 관점에서 연구를 진행하였다. 첫 번째는 배터리 팩의 각 셀에 적절한 온도가 유지될 수 있도록 유량이 분배되는 것이 핵심이기 때문에 냉각 유로에 대해 먼저 파악을 하였다. 특정 부분에서 셀 간의 온도 편차로 인해 셀 간의 내부저항(Internal Resistance) 불균형이 생길 경우 사용 가능한 배터리 셀이 존재함에도 불구하고 배터리 모듈을 교체해야 하는 상황이 발생한다. 따라서 모든 셀에서 적절한 온도 분포 형성을 위해 다양한 유로 설계는 필수적이다. 냉각 유로 설계는 전기 자동차 플랫폼 설정 및 모듈 배치 시 냉각 유로 선정에 유용하게 사용될 수 있다. 두 번째는 배터리 팩의 각 셀에 적절한 온도 분포가 형성되기 위한 냉각수 유량과 온도에 대해 파악하였다. 냉각수의 유량과 온도는 배터리 팩과 냉각 유로 사이의 열전달에 영향을 미치게 되어 최적화된 운전 조건을 찾기 위해 필수적으로 확인되어야하는 과정이다. 적절한 유량 설계를 통해 불필요한 손실을 줄일 수 있고 효과적인 공급을 통해 배터리의 성능을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 SOLIDWORKS를 사용하여 전기 자동차의 플랫폼을 기반으로 3D 모델링을 진행하였으며 CFD 상용 프로그램인 ANSYS FLUENT를 사용하여 해석을 진행하였다. 최적의 배터리 온도 분포를 위해 냉각 유로와 냉각수의 유량 및 온도에 대해 비교 분석하였다. Recently, research and development of eco-friendly energy utilization technologies have been rapidly underway due to stricter carbon emission regulations worldwide. As a result, the global market for electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HEV), plug-in hybrid vehicles (PHEV), and Fuel Cell Electric Vehicles (FCEV) is rapidly researching and developing eco-friendly vehicles in consideration of environmental problems and customer needs. High-voltage batteries in electric vehicles are responsible for large-capacity driving motors and are connected in series or parallel with hundreds of cells modularized to increase the mileage of a single charge. Maintaining proper cell temperature inside the battery pack and reducing temperature deviation between cells is very important. During battery operation, cells inside the battery pack may cause fire and explosion due to high temperatures if they are not maintained at safety temperatures. Therefore, the cell temperature inside the module should be maintained properly inside the battery pack, and the design of a battery cooling system that can reduce the temperature deviation between the battery modules is essential. Detailed performance-enhancing feedback on cooling and energy efficiency appropriate for each cell inside the battery pack requires clarification of cooling properties and heat transfer properties. Two major studies are conducted to identify cooling flow path design and cooling water flow rate and temperature characteristics. Firstly, the cooling flow rate is distributed so that the proper temperature can be maintained in each cell of the battery pack, so the cooling flow rate is first identified. If there is an imbalance in internal resistance between cells due to temperature deviation between cells in certain parts, the battery module needs to be replaced despite the presence of available battery cells. Therefore, various flow paths designs are essential for proper temperature distribution formation in all cells. The cooling flow path design can be useful in setting up electric vehicle platforms and in selecting cooling flow paths when deploying modules. Secondly, identify the coolant flow rate and temperature for the proper temperature distribution to form in each cell of the battery pack. Coolant flow and temperature affect heat transfer between the battery pack and the cooling flow path, which must be identified to find optimal operating conditions. Efficient Coolant flow design can reduce unnecessary loss and improve battery performance through moderate flow supply. In this work, 3D modeling is conducted based on the platform of electric vehicles using SOLIDWORKS. The interpretation was carried out using the CFD program ANSYS FLUENT. For optimal battery temperature distribution, we compare the flow rate and temperature of cooling flow and cooling water.

자율주행차량 경로추종을 위한 곡률 기반 주행 목표점과 속도 계획에 관한 연구

길영배 국민대학교 자동차공학전문대학원 친인간지능형자동차전공 2018 국내석사

최근 늘어나는 운전자의 부주의로 인한 교통사고를 방지하기 위해서 차량의 운전자 지원 시스템인 ADAS 연구가 활발히 이루어지고 있다. 최근 연구되고 있는 ADAS 에는 차선유지시스템, 긴급회피조향시스템, 긴급제동시스템 등으로서 순간적으로 운전자가 인지하지 못하여 사고가 날 상황들을 센서 인지를 통한 적절한 차량 종/횡 방향 제어로서 방지한다. 이러한 ADAS 는 부분 자동화 시스템으로서 먼 훗날 완전 자동으로 운전자의 개입이 없는 자율주행을 목표로 연구되고 있다. 자율주행 자동차는 인지 센서의 데이터들을 바탕으로 주어진 환경에서 목표점까지 운전자의 개입 없이 안전하게 주행을 할 수 있는 자동차 이다. 정밀한 자율주행을 위해선 주어진 경로의 특성에 따른 목표 속도와 목표 경로와의 낮은 횡 방향 거리 오차를 유지하는 경로 추종 알고리즘이 필요하다.따라서 본 논문에서는 자율주행 차량의 정확하고 안정적인 경로추종을 위해서 경로의 곡률 특성을 고려한 목표 속도 계획과 저 자유도의 차량 모델을 사용하는 Pure pursuit 알고리즘을 사용하였고 기존 Pure pursuit 알고리즘의 주행 목표점 선정으로 생기는 단점들을 개선시키기 위해 횡 방향 위치 오차와 경로 곡률 특성을 고려한 주행 목표점 계획에 따른 Pure pursuit 알고리즘을 제안한다. 제안한 알고리즘의 성능을 비교하기 위해 실험차를 활용하여 실제 도로 환경과 유사한 경로를 GPS를 통해 생성하여 실험을 하였고 그 성능에 대한 검증을 수행하였다. In order to prevent traffic accidents caused by negligent driver 's carelessness, ADAS, which is a vehicle driver assistance system, has been actively studied. The ADAS, which is being studied recently, lane keeping system, emergency avoidance steering system, emergency braking system, etc. as an vehicle longitudinal / lateral vehicle control through sensors. This ADAS is currently a partial automation system and is being studied for autonomous driving without any driver intervention for fully automatic. An autonomous vehicle is that can travel safely without intervention of the driver from a given environment to a target point based on the data of sensor. For deliberate autonomous drive, a path-following algorithm is needed to maintain the velocity and the low lateral distance error of the target path according to the characteristics of the given path. Therefore, in this paper, we propose a Pure pursuit algorithm that uses the target velocity plan considering the curvature characteristics of the path and the vehicle model of low degree of freedom to follow the deliberate and stable route of the autonomous vehicle. For reducing disadvantage We propose a Pure pursuit algorithm based on the target point planning considering the path curvature. In order to compare the performance of the proposed algorithm, a path similar to the actual road environment was generated through GPS using an experimental vehicle, and its performance was verified.

딥러닝 기반 주변 차량 경로예측에 관한 연구

이효진 국민대학교 자동차공학전문대학원 2020 국내석사

최근 토요타, 폭스바겐, 벤츠 등 자동차 제조사뿐만 아니라 구글, 애플, 우버, 인텔 등 여러 ICT 기업들이 앞다퉈 자율주행자동차에 관한 개발을 진행하며 자율주행 관련 기술이 급속도로 발전하고 있다. 특히 ECU(Electronic Control Unit)의 발달로 자동차가 많은 일들을 할 수 있게 되면서 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)는 자율주행의 핵심 기술로 발전해가고 있다. 현재 상당수 자동차가 ADAS 기능을 탑재하고는 있지만, 다양한 교통 상황에 모두 대처할 만큼 높은 수준의 안전성을 갖추지는 못하였다. ADAS 기술은 궁극적으로는 완전자율주행을 목표로 발전하고 있지만, ADAS 기술의 기본 조건은 탑승자의 안전을 보장하는 것이다. 이처럼 탑승자의 안전을 보장하기 위해서는 주행 중 주변의 상황을 인지하고, 그 상황이 미래에 어떻게 전개될 것인지를 예측하는 능력이 핵심적이다. 따라서 본 논문에서는 LSTM 구조와 DNN 구조의 딥러닝 기술 사용해 주변 차량의 미래 경로를 예측하는 시스템을 제안한다. 해당 예측 시스템은 도로 환경에서 주변 차량을 환경 센서를 이용하여 인지 한 후 이들의 과거 경로, 자차의 운동상태정보 등을 입력으로 하여 주변 차량들의 미래 경로를 실시간으로 예측한다. 해당 예측시스템은 전, 후방으로 100m, 측방으로 좌우 6m에 존재하는 주변 차량을 인지하고 미래 경로를 예측한다. 이를 위해 Carmaker simulator를 활용하여 학습데이터를 수집하였으며, MATLAB&SIMULINK로 데이터를 전처리하였다. 전처리 된 데이터를 신경망 모델에 송수신하기위해 MATLAB&SIMULINK의 TCP/IP블럭을 사용하여 Python기반으로 구성된 신경망과 소켓통신하였다. 딥러닝 모델은 Python, Tensorflow, Keras를 사용하여 구성하고 학습시켰다. Recently, not only automobile manufacturers such as Toyota, Volkswagen, and Benz, but also many ICT companies such as Google, Apple, Uber, and Intel are rushing to develop Autonomous Vehicle, and technologies related to self-driving are rapidly developing. ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) is developing into a core technology for autonomous driving as cars can do many things with the development of electronic control units (ECU). Currently, many cars have ADAS functions, but they are not equipped with high levels of safety to cope with all the various traffic situations. While ADAS technology is ultimately evolving to achieve full autonomous-driving, the basic condition of ADAS technology is to ensure the safety of occupants. In order to ensure the safety of occupants, the ability to recognize the circumstances surrounding them while driving and to predict how the situation will unfold in the future is key. Therefore, in this paper, a system to predict the future trajectory of the surrounding vehicle is proposed using the deep learning technology of LSTM structure and DNN structure. The forecast system uses environmental sensors to recognize the surrounding vehicles in the road environment and then input their past trajectory and information on the movement status of the ego vehicle to predict the future trajectory of the surrounding vehicles in real time. The prediction system recognizes the surrounding vehicles present at 100m front and rear, and 6m left and right sides, and predicts future trajectory. To this end, the training data was collected using the carmaker simulator and the data was pre-processed with matlab&simulink. To send and receive pre-processed data to and from the neural network model, tcp/ip block of matlab&simulink was used and communicate neural network that consisted of python base by socket communication. Deep Learning models were constructed and learned using python, tenorflow, and keras.

배터리 교환형 전기버스 시스템의 스마트 그리드 연계 활용을 위한 전력저장장치로서의 활용 가능성 예측 및 분석

김현준 國民大學敎 自動車工學專門大學院 2015 국내석사

하이브리드 방법을 이용한 자동차 루프의 진동제어에 관한 연구

나정기 國民大學校 自動車工學專門大學院 2005 국내석사

구조물의 진동을 제어하는 방법에는 크게 수동제어와 능동제어로 나눌 수 있다. 능동제어는 제어대상을 설정 할 수 있으며 비 제어대상에는 영향을 주지 않는 장점이 있다. 수동제어는 저렴한 가격과 복잡한 장치가 필요하지 않는 장점과 중·고주파에 대한 구조진동감쇠 효과가 좋다. 본 논문에서 사용하는 하이브리드방법은 수동제어와 능동제어의 각 장점을 이용하여 자동차 루프의 진동제어를 수행하고자 한다. 압전체를 이용하여 자동차 루프의 저주파수 대역을 제어 대상을 설정하였으며, 제진재는 중·고주파 대역을 설정하였다. 우선, 플레이트에 대해서 하이브리드 방법을 이용한 실험을 수행한 후 자동차 루프에 대하여 압전체와 제진재를 혼합 사용한 하이브리드 방법을 이용하여 실험을 수행하였다. 압전체와 제진재의 위치 선정방법은 모드형상과 변위에너지 분포를 분석하여 부착하였다. 주파수응답분석을 통하여 하이브리드방법은 수동제어와 능동제어가 동시에 발생 되는 것을 실험을 통해서 확인하였다. Hybrid method is used to suppress vibration of an automotive roof surface. The hybrid method proposed in this paper is implemented experimentally using both viscoelastic and piezoelectric material. The piezoelectric material is used to control the vibration of automotive structure for lower range of frequencies and the experiment of vibration control using viscoelastic material has been carried out suppress vibrations of high frequency range mark. At first the plate controlled by using hybrid method has been implemented to verify the performance for suppressing vibration. Then the experiment has been applied to the automotive roof structure.

3차원 지그 설계를 위한 부품 라이브러리 구축 및 도면 작성 편의 기능의 개발

김석렬 國民大學校 自動車工學專門大學院 2004 국내석사

최근 국내외 자동차 업체의 경쟁이 날로 심화됨에 따라 각 업체는 제품 경쟁력을 갖추기 위하여 신차 개발 기간의 단축을 위한 노력을 경주하고 있으며, 그 노력의 일환으로 PLM과 함께 3D CAD 시스템을 도입 적용하고 있다. 이렇게 도입된 3D CAD 시스템은 동시공학(CE : Concurrent Engineering)의 실현과 설계를 비롯한 가공, 해석, 검증 등의 다양한 용도로의 데이터 활용을 가능하게 한다. 하지만 이러한 장점과 함께 3D CAD 시스템의 도입은 또 다른 문제점들을 유발할 수 있다. 실제로 3D CAD 시스템을 도입한 많은 설계 부서에서는 상당기간의 적용검토 기간을 거치게 되며, 이러한 적용 검토 기간을 거쳐야 하는 가장 큰 원인으로는 현장 작업환경에서의 3차원 데이터 활용의 어려움, 3차원 기반 설계 인프라 부족, 기존 시스템과 도입 시스템간의 호환성의 어려움으로 야기되는 레거시(Legacy) 문제의 발생 등을 둘 수 있다. 이에 따라 본 논문에서는 앞서 언급한 바와 같이 실제 설계 부서에 있어서 3D CAD 시스템의 도입에 따른 문제점을 분석하고 발생되는 문제점들을 해결하기 위한 방안으로써 설계 지원 시스템의 개발 및 설계 인프라 구축에 관한 연구를 수행하였다. 논문의 구성을 보면 1장은 문제제기 및 연구의 필요성, 연구 목적 및 방법, 관련연구 및 방법 등에 대해 소개하고 2장은 구현 시스템에 대한 구성 및 개발 고려사항에 대해 소개한다. 그리고 마지막으로 3장에서는 구현된 시스템의 실제 적용 예에 관해 소개한다. 본 논문에서의 연구결과로써 구현된 시스템은 실제 설계 업무에 적용되었으며, 대상 부서는 GM 대우자동차 생산기술연구소의 지그 설계부서로 하였다. GM 대우자동차의 지그 설계부서에서는 2003년 상용 3D 기반 CAD 시스템인 Unigraphics 시스템을 도입하였으며, 본 논문에서 구현한 시스템은 도입된 Unigraphics 시스템에 add-on 방식으로 탑재하였다. Modeling and simulation are emerging as key technologies to support manufacturing, which offer great potential for improving products, perfecting processes, reducing design-to-manufacturing cycle time, and reducing product realization costs. In the automotive industry, 3-D modeling and simulation recently has been widely introduced to optimize manufacturing process and tooling designs for efficient automotive body assembly. Using 3-D models, designers can study and refine assembly process and tooling designs, and identify problems that otherwise might not be detected until significant resources were already committed to production. However, if only general modeling capabilities provided by a commercial 3-D CAD system are used for the tooling design, the design process requires even more time and efforts than the conventional approach using a 2-D computer-aided drafting system. To solve this problem, it is essential to customize a commercial CAD system for the specific design process. GM Daewoo Automotive and Technology (GMDAT) has been conducting a project to develop a 3-D dedicated CAD system based on Unigraphics for the design of welding jigs for automotive body assembly. The standard part libraries and templates, the automated jig unit design modules, the semi-automated 2-D drafting utilities, and the interface modules to simulation packages and PDM systems have been developed in this project. By introducing the system, a jig system can be designed more intuitively and optimally in the 3-D space, and manufacturing feasibility can be determined even earlier in the design cycle, resulting in less costly rework. In the future, the system will be extended to integrate knowledge based system and repository for intelligent process and tooling designs for automotive body assembly lines.

궤적 예측 기법을 이용한 차선유지제어시스템 Fail-safe 전략에 관한 연구

소형욱 국민대학교 자동차공학전문대학원 친인간지능형자동차전공 2018 국내석사

최근 들어, 운전자의 승차감(Comfort) 및 안정성(Stability)에 대한 관심이 증가하면서 운전자 지원 시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance System)이 크게 대두되고 있다. 그와 동시에 차량의 급속한 전장화 또한 진행되고 있다. 하지만 이러한 차량의 변화는 차량의 제어 시스템의 신뢰성이 완전하지 못한 상황에서 운전자들에게는 새로운 안전성에 대한 불안요소가 되었다. 그리고 시스템 개발에 있어, 차량에 탑재되는 E/E(Electric & Electronic) 시스템의 오류로 인한 사고방지를 위해 ISO에서 제정한 자동차 기능 안전성 국제 표준, ISO26262를 만족하기 위해서 신뢰성 높은 시스템 개발이 더욱 요구되어지고 있는 상황이다. 본 논문은 운전자 지원 시스템에서 차선 유지제어 시스템(LKS: Lane Keeping System)에의 결함 발생시, 인접 차량과의 충돌을 궤적 예측 기법을 이용하여 정확히 인지하고 인접 차량의 궤적을 예측하여 제동 제어를 통해 인접 차량과의 충돌을 회피하고 차선을 유지하는 Fail-safe 전략을 제안한다. 본 논문의 조향시스템과 제동시스템의 제어기는 상태변수와 제어입력의 제한조건을 설정하여, 차량 모델 운동 방정식을 토대로 유한한 시간내의 미래 거동이 목표 거동에 수렴하도록 하는 MPC(Model Predictive Control) 기법을 이용하여 제어기를 구성하였다. 이는 MATLAB/Simulink와 CarSim의 Co-simulation을 통해 차량 및 제어기 모델을 포함하고 있는 MiLS(Model in the Loop Simulation)환경을 구축하였고, 구성한 시스템을 MiLS 환경에서 검증을 하였다. 시뮬레이션 결과, 본 논문에서 구성한 충돌인지 시스템을 통해 적절하게 충돌을 인지하여 제동 제어를 통해 인접 차량과의 충돌 회피 및 차선 유지를 수행하는 것을 확인하였다. Recently, the driver assistance system (ADAS: Advanced Driver Assistance System) has been rapidly emerging as interest in comfort and stability of the driver. At the same time, the vehicle electricization is also progressing. However, this change of vehicle has become a factor of safety for the driver in the situation that the reliability of the control system of the vehicle is not perfect. In order to prevent accidents due to errors in E / E (Electric & Electronic) systems installed in vehicles, it is required to develop a reliable system to satisfy ISO26262. In this paper, we propose a trajectory estimation method that can accurately detect collision with a adjacent vehicle using the trajectory prediction method when a failure occurs in a lane keeping system (LKS: Lane Keeping System) We propose a fail-safe strategy that avoids collision with adjacent vehicles and maintains lanes through braking control. The system of this paper predicts the trajectory of the vehicle and the adjacent vehicle obtained by using the trajectory prediction method for accurate collision detection. And we used this to recognize the collision with the correct adjacent vehicle. The controller of the steering system and the braking system sets the constraint condition of the state variable, the control input, and based on the vehicle model equations of motion, it uses the MPC (Model Predictive Control) technique to converge the future behavior in the finite time to the target behavior. In this paper, we have constructed MiLS (Model in the Loop Simulation) environment including vehicle and controller model through co-simulation of MATLAB / Simulink and CarSim. As a result of the simulation, it is confirmed that collision avoidance with the adjacent vehicle and lane keeping are performed through braking control by properly recognizing the collision through the collision recognition system constructed in this paper.

자율주행차량을 위한 결함검출/판단/허용 단계가 포함된 Fail-Safe Algorithm에 관한 연구

남궁준 국민대학교 자동차공학전문대학원 친인간지능형자동차전공 2018 국내석사

현재 양산되고 있는 차량들은 다양한 전자제어시스템을 탑재하고 있다. 탑재된 전자제어시스템은 운전자가 조작해야하는 반복적인 운전 작업 중 일부에 대해서 자동화된 기능을 제공한다. 전자제어시스템은 차량에 장착된 다양한 센서로부터 계측된 정보를 이용해 차량의 상태를 파악하고, 제어모드를 결정한 뒤, 자동화된 기능을 수행한다. 그러나 전자제어시스템은 센서 결함에 의해 오작동을 할 가능성이 존재한다. 결함으로 인해 변질된 센서의 비정상적인 값이 전자제어시스템에서 오판단을 유발시키기 때문이다. 센서의 결함은 자체적으로 차량에 아무런 영향을 끼치지 않지만 센서의 결함에 의해 발생한 제어기의 오판단은 사고를 유발시킬 수 있는 제어 입력을 엑추에이터에 명령할 권한을 가지고 있기 때문에 예방될 필요가 있다. 다양한 제조사와 산업관계자는 이런 위험성에 대해 충분이 인지하고 ISO 26262를 제정했다. ISO 26262는 자동차에 탑재되는 전자제어시스템의 개발 프로세스에 관한 기능 안전 국제 규격으로, 결함에 의한 사고를 방지하기 위한 전자제어시스템의 개발 과정을 제시한다. ISO 26262에서는 프로세스의 모델과 함께 수행해야하는 활동, 필요 산출물 등을 정의한다. ISO 26262를 통해, 차량에게 발생할 수 있는 위험수준을 합리적인 수준으로 낮출 때 까지 개발을 지속하게 된다. 따라서 본 논문에서는 ISO 26262-6을 참고하여 센서 결함을 검출하고 결함값을 제어기로부터 제거한 뒤, 결함 허용 제어를 수행하는 고장 안전 알고리즘(Fail-Safe Algorithm)을 제시하였다. 고장 안전 알고리즘은 결함 검출/결함 판단/결함 허용 단계로 이루어져있다. 세 단계는 다양한 방법을 이용하여 결함 발현 여부를 정의하고, 결함 허용 제어를 수행한다. 본 논문에서는 차량전자제어에 자주 이용되는 요 레이트, 횡 가속도 센서의 결함을 감시하고 결함을 분리한다. 만약 고장 안전 알고리즘이 결함을 제거한 경우에는 결함값을 추정값으로 대체한다. 본 논문에서는 2 자유도 차량 모델을 칼만필터에 적용하여 요 레이트와 횡 가속도를 추정하였고, 결함 발현 시에 결함값을 추정값으로 대체하여 결함을 제거하고 결함 허용 제어를 수행한다. 마지막으로, 구성된 고장 안전 알고리즘의 검증을 위해 횡방향 전자제어시스템 중 하나인 LKS와 결함 주입 모델, 도로환경을 모델상에 구현하였다. 최종적으로 고장 안전 알고리즘이 적용된 횡방향 전자제어시스템에 다양한 결함을 주입하여 시뮬레이션을 진행하였고, 고장 안전 알고리즘이 결함을 분리해내어 결함 발생시에도 LKS가 정상적인 주행을 유지하는 것을 확인하였다. Currently, mass-produced vehicles are equipped with various electronic control systems. The mounted electronic control system provides automated functions for some of the repetitive driving tasks that the driver has to operate. The electronic control system uses the information measured from various sensors mounted on the vehicle to comprehends the state of the vehicle, determines the control mode and performs an automated function about driving tasks. However, the electronic control system has a possibility which conduct the malfunction caused by the faults. This is because an abnormal value of mounted sensors causes error in the electronic control system. A fault in the sensor itself does not affect anything to the vehicle itself, but faulty value causes a mis-decision of the controller and it needs to be avoided because it has the authority to command the actuator to generate a control input that can cause an accident. Various manufacturers and industry representatives are fully aware of these risks and have established ISO 26262. ISO 26262 is the international standard on functional safety for the development process of electronic control systems mounted on automobiles, and suggests the development methods of electronic control systems to prevent accidents caused by fault. ISO 26262 defines the activities that need to be performed with the model of the process, the required output, and so on. Through ISO 26262, development continues until a reasonable level of risk to the vehicle is reduced. Therefore, in this paper, we propose a fail-safe algorithm that detect sensor faults and remove faulty values ​​from the controller by referring to ISO 26262-6, and then performs fault - tolerance control. The fail-safe algorithm consists of three steps which are fault detection / fault decision / fault tolerance. The three steps define faults using various methods and perform fault tolerance control. In this paper, Fail-safe algorithm monitors and removes faults of yaw rate and lateral acceleration sensors which frequently used for vehicle electronic control. If the fail-safe algorithm removes the fault, fail-safe algorithm replace the faulty value with an estimated vehicle state. In this paper, a yaw rate and a lateral acceleration are estimated by applying a 2 DOF vehicle model to a Kalman filter, and a fault tolerance control is performed by replacing a faulty value with an estimated vehicle state at the time of defect occurrence. Lastly, for the verification of the fail-safe algorithm, A Lane Keeping System, fault injection model and road environment are implemented on the model to simulate and validate. Finally, the simulation was performed out by injecting various fault the lateral electronic control system with the fail-safe algorithm, and the fail-safe algorithm was able to separate the fault and confirm that the LKS maintains normal operation even when faults occur.

자동차용 경량 시트의 최적화된 안전도 설계 및 해석

이상기 국민대학교 자동차공학전문대학원 2002 국내석사

Abstract : p.45-46

스케일카 기반 V2V 연계 군집주행 알고리즘 개발 및 검증에 관한 연구

이승환 國民大學敎 自動車工學專門大學院 2015 국내석사

자동차 전자제어 시스템의 발전뿐만 아니라 통신 기술 또한 급속도로 발전되고 있다. 통신기술의 발전에 힘입어 기존의 한 대의 차량만을 제어하는 것이 아닌 여러 대의 차량을 동시에 제어하기 위한 군집주행에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이에 따라 군집주행을 위한 제어 알고리즘이 개발되고 있다. 개발된 알고리즘은 필수적으로 단계적인 검증 단계를 거쳐야 하는데, 기존 자동차 제어 시스템은 한 대의 자동차만 제어하기 때문에 제어에 실패 했을 때 위험부담은 차량 한 대이다. 그러나 군집주행 제어 알고리즘의 검증에 있어 이를 실패한다면 많은 수의 차량이 충돌하는 등의 큰 위험성을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 군집주행 제어 알고리즘의 검증 단계에 있어 실차 직전의 검증단계로서 스케일카를 제시하였다. 또한 차선 유지 지원 시스템(LKAS: Lane Keeping Assistance System), 적응형 순항 제어 시스템(ACC: Adaptive Cruise Control System) 등의 최신 운전자 지원시스템이 구축되어있는 스케일카를 제작하였다. 또한 제어 알고리즘의 구성이 용이하도록 Matlab/Simulink 기반으로 알고리즘의 구성이 가능한 메인제어기를 탑재하여 보다 용이한 접근성을 갖추었다. 제작한 스케일카를 통해 실제 V2V 연계 군집주행 알고리즘을 구현하고, V2V 연계 군집주행에 있어 가장 중요한 차량 간 통신 오류 상황을 직접 제어함에 따라 군집주행 중인 차량의 거동을 살펴보았다.