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자율주행 자동차의 기능 안전을 위한 고장 단계 판단 알고리즘 및 종방향 고장 탐지 기반 성능평가
송태준,이혜원,오광석,박성렬,이경수 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集A Vol.43 No.2
본 논문은 자율주행 시스템의 기능 안전을 위한 고장 단계 판단 알고리즘 개발 및 종방향 고장 탐지 기반 성능평가에 관한 연구이다. 본 연구에서 제안하는 자율주행 자동차의 고장-안전 시스템은 자율주행을 위해 사용되는 센서 및 구동기 고장에 대한 인지, 판단, 제어 단계로 구분되며 각 단계는 고장을 검출 및 분류, 고장 단계 판단, 판단에 따른 대처방안을 제시한다. 본 연구는 고장을 4단계로 구분함으로써 고장 단계를 정의 했으며, 고장으로부터 합리적인 대응 제어를 위한 판단 알고리즘을 제시한다. 고장 판단은 세부 판단 단계인 sub-decision A와 B를 포함하고 있으며, 각각 대체 시스템의 존재 여부에 따른 판단된 고장 level과 제어권 전환 여부에 따른 고장 단계를 판단한다. 제안된 판단 알고리즘은 종방향 고장 탐지 알고리즘을 기반으로 Matlab/Simulink 환경에서 3차원 차량 동역학 모델을 이용하여 성능평가를 수행하였다. This paper presents a fault level decision algorithm for functional safety of autonomous vehicles and longitudinal fault detection based performance evaluation. The fail-safe system of autonomous driving presented this study is divided into perception, decision and control steps for the failure. Each step detects and classifies the failure, decides the fault level, and suggests countermeasures according to the decision. In this study, fault level is defined by dividing faults into four levels, and a decision algorithm for resonable countermeasures for faults is presented. The fault decision algorithm includes sub-decisions A and B, where A is the level of decision about whether the system is in the substitute system, and B is the level of decision about whether the driver's ceding control is possible. Based on the fault detection algorithm, the proposed decision algorithm is evaluated using a 3D vehicle model in Matlab/Simulink environment.
강건 유한 시간 안정성 기반 외란 추정을 위한 주입항 적응 규칙을 이용하는 적응형 슬라이딩 모드 관측기
송태준,이종민,오광석,이경수 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集A Vol.44 No.8
An adaptive sliding mode observer with an adaptation rule for the injection term for disturbance estimation based on robust finite-time stability is presented. The convergence time of observers can be varied with the value of the initial estimation error, which is determined by the initial states of the observer and the system. To secure robust finite-time stability regardless of the initial estimation error, an adaptation rule for the injection term in the sliding mode observer has been designed. The adaptation rule has been designed so that the magnitude of the injection term is adjusted by the cost function and desired convergence time. A performance evaluation has been conducted using actual driving data obtained under a longitudinal driving situation of a vehicle. It is expected that the observer algorithm proposed in this study can be used for the design of functional safety systems that require robust finite-time convergence. 본 논문에서는 강건 유한 시간 안정성 기반 외란 추정을 위한 주입항 적응 규칙을 이용하는 적응형 슬라이딩 모드 관측 알고리즘을 제안한다. 슬라이딩 모드 관측기의 오차 수렴 시간은 초기 추정 오차 값에 따라 달라질 수 있고, 추정 오차는 관측이 시작될 때 시스템의 상태량과 관측기의 초기 값에 의해 결정된다. 본 연구에서는 초기 추정 오차 값에 관계없이 강건한 유한 시간 안정성 확보를 위해 슬라이딩 모드 관측기의 주입항 적응 규칙을 설계하였다. 주입항의 적응 규칙은 비용 함수와 목표 수렴 시간을 정의함으로써 주입항 크기가 조정될 수 있도록 설계하였다. 본 연구에서 설계된 강건 유한 시간 안정성을 위한 적응형 슬라이딩 모드 관측기는 자동차의 종방향 주행 상황에서 계측된 실 주행 데이터를 이용해 성능 평가가 수행되었다. 제안된 적응형 관측기 알고리즘은 향후 관측기의 초기 오차에 관계 없이 강건 유한 시간 안정성 확보를 필요로 하는 다양한 기능 안전 시스템에 적용될 것으로 예상한다.