- 김 석구, 만도
오늘날 ESC가 의무화 되면서 다양한 신형차모델에 장착되는 ESC모델도 다양해 지게 되었습니다. 이에 기존 테스트 시스템으로는 가격과 시간, 신뢰성 모두를 만족시킬 수 없었습니다. 개발 및 양산시 발생할 수 있는 문제점을 실차 검증전에 연구소 내부검증을 통해서 디버깅하여 개발비용과 시간을 줄이고자 하였습니다.
CarSim을 이용한 차량 동력학 모델을 NI Veristand를 사용하여 PXI Target에 배포하여 실제와 같은 주행환경을 통해서 ESC의 알고리즘을 테스트 했습니다. HW 수준에서의 검증을 위해서 M/Booster, Caliper 등의 유압 시스템은 실제 하드웨어로 구성하여 실제 제동과 관련된 유압시스템까지도 검증할 수 있었습니다.
최근 월스트리트저널(WSJ)은 신형차가 갈수록 안전해지면서 지난 10년간 신형차로 인한 사망사고 비율이 2/3까지 감소했다고 보도한 바 있습니다. 이는 새로운 충돌방지 기술과 '전자식 차체 자세 제어장치(ESC)'의 기본장착이 크게 한 몫했다고 밝혔습니다.
ESC는 현재까지 양산차량에 적용된 섀시제어 기술중에 가장 발달한 형태로 급커브나, 급격한 차선변경에도 노면의 상황에 관계 없이 운전자의 의지대로 차량을 제어할 수 있는 시스템입니다.
ESC는 ABS와 TCS가 제어할수 없는 부분까지 제어가 가능하며, 이를 위해 운전자의 의도를 파악하기 위한 조향각 센서(steering angle sensor), 가속 페달 센서(acceleration pedal sensor), 거동감지를 위한 Yaw rate sensor, G-sensor등이 장착되어 있습니다. 감지를 위한 센서부터 제어기 그리고 제동시스템을 구동하는 유압시스템까지 포함하는 복잡한 시스템 입니다.
차량에서 안전과 가장 밀접한 브레이크 시스템을 개발하고 테스트 하는 일은 매우 어려운 일입니다. 특히 ABS는 1초당 수천번의 짧은 브레이킹을 연속으로 하면서 노면 상황에 상관없이 최적의 제동효과로 안전하게 세울수 있는 기능을 검증하기 위해 RealTime 연산 시뮬레이터와 HW가 필요했습니다.
차량과 브레이크 액츄에이터의 소프트웨어 모델과 ECU를 인터페이스하고, 다양한 브레이크 시나리오를 통해 시스템을 구동함으로써 ABS ECU의 성능을 평가하는 시스템입니다. 소프트웨어 모델뿐 아니라 ABS 컨트롤러의 성능은 다른 부품간에 이동하는 시스템 변수를 로깅 및 플로팅하여 모니터링됩니다. 시스템 파라미터는 ABS 컨트롤러의 솔레노이드 출력, 브레이크 액츄에이터의 힘과 토크, 차량 모션 및 차량 모델의 동역학을 포함합니다.
브레이크 액츄에이터 모델과 차량 동역학 모델은 PXI 컨트롤러에서 소프트웨어 모델로 구동합니다. PXI 시스템에서 구동하는 소프트웨어의 어플리케이션은 NI Veristand를 통해서 개발됩니다.
PXI 시스템과 실제 ECU 컨트롤러간의 통신과 신호 인터페이스는 NI의 측정 하드웨어, 특히 재구성 가능한 I/O(RIO)를 가진 NI PXI-7842R 을 이용하여 실행됩니다. RIO 하드웨어는 온보드 FPGA를 가지고 있어 ECU와 함께 일반적으로 사용되는 PCM, PWM, 및 주파수 신호와 같은 통신 인터페이스와 광범위한 신호들을 지원합니다.
Mechanical Simulation Corporation社의 CarSim 은 리얼타임 PC 플랫폼 상의 HIL 어플리케이션과 통합시뮬레이션 어플리케이션 모두에 대한 차량 동역학 시뮬레이션을 위한 시스템 레벨의 모델에 대한 표준을 제공합니다. CarSim은 자동차, 경트럭, SUV, 트레일러가 있는 차량과 없는 차량을 시뮬레이션 및 분석하는데 사용되며, 3D 도로 표면상에서 운전자의 제어에 따라 응답하게 됩니다.
본 시스템은 크게 4가지 파트로 구성되었습니다:
본 시스템은 NI PXIe-8135 (Real-Time Embedded Controller), NI PXI-6221 (Analog & Digital Input/Output), NI PXI-7842R (FPGA Board), NI PXI-8512 (CAN Send/Receive), Host PC & Cable을 사용했습니다.
이렇게 구성한 시스템으로 ESC HW 및 SW의 동적 성능 및 환경 내구 성능 시험을 수행하였습니다. 주요 시험 내용은 아래와 같습니다:
시스템 설계중에 변경되는 사항들을 NI Veristand를 통해서 빠르게 적용할수 있었고, 동적성능을 반영한 CarSim으로 SUV, Truck,승용, 등 다양한 차종과, 눈오는 환경, 얼음위의 슬립현상등을 빠르게 모델링하여 PXI에 배포하여 다양한 테스트를 가능하게 하였습니다.
또한 BOB(Break out Box)를 추가하여 실제 물리적인 핀을 Open & Short 테스트로 구현하고, 이를 NI Switch를 통해서 자동화를 구현한다면, 장비의 범위를 더욱 확대될 것으로 보입니다.
김 석구
만도
South Korea