fail safe 연구 사례 및 시뮬레이션 검증fail safe 연구 사례 및 시뮬레이션 검증 소개 차량 기능 안전성 검토 기준의 예 ISO26262 Fail safe and fail operational 연구 사례 Fail safe 검증 INSIGHT1. 소개 자동차 개발 이후로 발견된 여러가지 문제점을 개선하게 되면서 차량에는 매우 다양한 기능들이 추가 되었다 . 자동차 구조의 가장 기본인 주행 기능에도 여러가지 센서와 보호 장치등이 그것이며 , 요즘에는 콕핏 내에서 운전자 주부의로 인한 사고를 줄이기 위한 운전자 맞춤형 기술들이 많이 연구 되고 있고 , 주행 기능에도 ADAS 같은 운전자를 위한 장치들이 연구개발 되었다 . 동시에 차량이 모듈화 되고 전자화 되면서 간단해 졌지만 , 간단한 구조만큼 고장 통제에 범위는 제한되어 진다 . 차량이 주행 중에 부품이 FUALT 되었을 때 운전자의 안전에 매우 위협적일 수 있기 때문에 FAIL SAFE 에 대한 연구가 필요하며 , 자율 주행 시대에 사용자의 안전을 위해 더욱더 엄격한 기준 검토가 필요하다 . 듀얼 모드 조향장치를 장착한 자율주행차의 주행 모습 ( 현대모비스 ) 자율주행용 첨단 첨단 조향 장치 ( 제공 = 현대모비스 )1. 소개 Fail Safe 고장이나 오작동이 발생할 경우 시스템의 안전과 기능을 보장하는데 중점을 둔 설계 접근 방식 FAIL SAFE 예시 Fail Passive : 고장 발생시 정지 Fail Active : 고장 발생시 경보 후 짧은 시간 동작 Fail Operational : 고장 발생시 안전 기능 유지 FAIL OPERATIONAL 예시1. 소개 Fail Operational and fail safe 고장이나 오작동 이후에도 다음 점검까지 일부 또는 정상 작동 할 수 있어야 하는 조건 ! 정상은 아님 ! 정상 결함 발생 중 지속 주행 가능 정비 결함 발생 후 정상작동 하더라도 정상 상태가 아닌 보조 작동 상태2. 차량 안전성 검토기준의 예 ISO – 국제 표준기구 ISO 사업 ycles 출처 : ISO 공식 홈페이지 (https://www.iso.org/standards.html)3. Fail safe and fail operational 연구 사례 Fail-Operational Steer-By-Wire System for Autonomous Vehicles M . Li and L . Eckstein , Fail-Operational Steer-By-Wire System for Autonomous Vehicles , 2019 IEEE International Conference on Vehicular Electronics and Safety (ICVES), Cairo , Egypt , 2019, pp . 1-6, doi : 10.1109/ICVES.2019.8906395. 2 개의 MCU 를 활용한 FAIL OEPRATIONAL 구조3. Fail safe and fail operational 연구 사례 Fail-Operational Steer-By-Wire System for Autonomous Vehicles M . Li and L . Eckstein , Fail-Operational Steer-By-Wire System for Autonomous Vehicles , 2019 IEEE International Conference on Vehicular Electronics and Safety (ICVES), Cairo , Egypt , 2019, pp . 1-6, doi : 10.1109/ICVES.2019.8906395. 항공기 조종 계통의 fail operational 시스템에서 착안한 내용 Boeing 7773. Fail safe and fail operational 연구 사례 Fail safe and Back-up Control Algorithm for Redundancy Brake System 황우현 , 지석만 , 박종원 .(2020). 리던던시 제동 시스템의 Fail-Safe 및 Back-up 제어 알고리즘 개발 . 한자동차공학회 춘계학술대회 ,(),498-501. 25 개의 입력신호와 3 개의 출력신호로 구성 내부적으로 3 개의 sub system A.B.C 3 개의 입력 센서 A : 율주행차량의 전방 , 좌측방 , 우측방 , 후방 4 개 인지 영역의 센싱 가능한 Sensor B 는 각 영역의 센서의 종류별로 고장 , 정상 유무로 13 개의 입력 C 는 센서의 성능을 나타내는 Confidence level 과 제어에 활용되는 피드백 에러 파라미터를 포함하여 8 개의 입력 자율주행 차량의 사용하는 센서 구성에 따라 B 의 입력 개수가 변동될 수 있고 센서 중 confidence level 정보 제공 여부에 따라 C 의 입력 개수 또한 변동 가능 카메라 , radar, lidar 센서의 총 개수를 13 개라 가정하였고 센서의 confidence level 은카메라 센서에서만 제공 가능하다고 가정 Sub Logic 설계에서 고장 레벨 출력은 입력 변수가 매우 많기 때문에 Look up-table 방식으로 처리 Severity Index 출력 Subsystem 은 Fuzzy 로직으로 구성4. Fail safe 검증 Development of Fail-Safe Integrated Logic for Autonomous Vehicle 전승욱 , 이동주 , 유병용 , 박기홍 .(2020). 자율주행 차량의 Fail-Safe 통합 로직 개발 . 한국자동차공학회 춘계학술대회 ,(),498-501. 영역 별 센서의 인지 가능 개수 , 각 인지 영역의 고장 센서 개수 및 센서 성능 값과 피드백 에러 값 등을 입력으로 처리하여 고장 레벨을 높음 / 중간 / 낮음의 3 단계로 출력하고 높음 고장레벨 출력에 대해서는 해당하는 MRM (Minimal Risk Maneuver) 매칭을 수행한다 . MRM 매칭은 SAE J3016 에서 규정한 용어로서 자율주행 기능 고장 시 차로 내 정차 , 갓길 정차 , 속도 감속 등 다양한 action 으로의 천이를 의미한다 . 마지막으로 각 고장 출력에 대해 sev. 한국자동차공학회 춘계학술대회 ,(),498-501. 고장 시나리오 2 자율주행차가 교차로에 진입하기 전에 좌측 센서들의 fail 상황을 가정 자율주행차는 더 이상 좌측면의 장애물을 인지할 수 없는 상태 → 경로를 따라 좌회전 후 차로에 진입하면 바로 앞에 주정차를 하고 있는 상대차량이 존재하며 , 감속하지 않으면 차로에 정차중인 상대차량과 충돌사고가 발생할 수 있는 상황을 가정4. Fail safe 검증 Development of Fail-Safe Integrated Logic for Autonomous Vehicle 전승욱 , 이동주 , 유병용 , 박기홍 .(2020). 자율주행 차량의 Fail-Safe 통합 로직 개발 . 한국자동차공학회 춘계학술대회 ,(),498-501. 시나리오 환경 구축 CarSim Matlab Simulink 환경구축 CarSim 에서는 차량 정보와 지도정보 그리고 센서 정보를 출력 차량 정보는 차량의 속도 , 브레이크 압력 , 그리고 카메라 , 레이더 정보로 인지된 주변 오브젝트까지의 상대거리 등을 사용 MATLAB Simulink 는 제어기를 디자인하여 설계자가 설정해준 제어 파라미터를 CarSim 이 제공해준 차량모델에 입력4. Fail safe 검증 Development of Fail-Safe Integrated Logic for Autonomous Vehicle 전승욱 , 이동주 , 유병용 , 박기홍 .(2020). 자율주행 차량의 Fail-Safe 통합 로직 개발 . 한국자동차공학회 춘계학술대회 ,(),498-501. 센서 고장 단계와 fail-safe 최소 위험 전략 CarSim Matlab Simulink 환경구축 센서 고장 신호에 따라 설계자가 정한 고장레벨이 정의 레벨에 해당하는 최소 위험 전략이 실행 최소 위험 전략은 MATLAB Simulink 에서 CarSim 차량 모델로 명령을 전달 실제 고장 상황을 고려하여 25 개의 센서 고장 신호를 설계4. Fail safe 검증 Development of Fail-이 출력 MRM 은 경로내 정차로 매칭되어 자율주행차량은 fail 상황을 인지 후 곧바로 감속을 수행 후방에서 가속 주행하던 상대 차량과 충돌 위험은 있었지만 , 충돌하지 않았고 안전거리를 확보 기능 적용 차량 Camera 고장에 대응하지 못했고 , 사전 감속하지 않고 주행하다 Radar 에 의해 후측방 차량을 인지하고 늦게 감속을 수행 기능 미적용 차량 후방 가속 차량과 충돌 위험이 발생했을 때 확보한 안전거리를 보면 Fail-Safe 기능 미적용 차량에 비해 주변 차량과 안전거리 확보에 유리하다고 판단4. Fail safe 검증 Development of Fail-Safe Integrated Logic for Autonomous Vehicle 전승욱 , 이동주 , 유병용 , 박기홍 .(2020). 자율주행 차량의 Fail-Safe 통합 로직 개발 . 한국자동차공학회 춘계학술대회 ,(),498-501. 실험 결과 – 시나리오 2 기능 미적용 차량은 정차중인 상대 차량과 비교적 높은 속도로 충돌하였고 , 운전자에게 미치는 위험도가 기능 적용 차량보다 높을 것이라고 판단 좌측 센서들에 고장 고장 레벨은 중간이 출력 MRM 은 매칭된 기능이 없지만 심각도지수의 일정 값 출력에 따라 감속 주행 좌회전 후 진입한 차로에 정차 중인 상대 차량을 전방 센서로 뒤늦게 인지하여 결국 충돌 기능 적용 차량은 좌측 센서 고장 감지 후 감속주행으로 좌회전 후 비교적 낮은 속도로 정차중인 상대 차량과 충돌 기능 적용 차량 센서 고장에 대응하지 못했고 , 선회 주행에 필요한 최소한의 감속 기능 미적용 차량4. INSIGHT 본 과제를 통해서 본업 관련한 논문의 활용 방법에 대한 본인 스스로의 방향을 잡을 수 있는 기회가 생겼음 . 본 대학 학생으로서 받을 수 있는 혜택을 알게 되었고 , 활용할 수 있는 자료 수집 매체에 대해 적응 했음 . 등록금을 내고 대학을 다니는 이유에 대해 다시 생각 하게 되었음 . 본 과제를 통해 국내 , 국외 차량 기능안전에 대한 법안과 기준을 꾸준히 연구how}
운전자 맞춤 기술운전자 맞춤 기술 소개 운전자 맞춤형 기술 운전자 맞춤형 기술의 변화 현재 출시된 운전자 맞춤형기술 - 인포테인먼트 -ADAS 전망 INSIGHT1. 소개 자동차 분야에서의 운전자 맞춤형 ( 퍼스널라이제이션 ) 기술은 오래 전 부터 연구 개발되어 온 분야로 주로 색상 , 차량 내 액세서리 , 운전자 메모리 시트 . 사이드 미러등에 적용되어 제품화되었다 . 최근에는 운전자 맞춤형 기술 수요의 증대로 차량 내 인포테인먼트 시스템 ( infotaintment system) 의 사용자 인터페이스 기술과 첨단 운전자 지원 시스템 (ADAS : Advanced Driver Assistance System) 에서 운전자 맞춤형 기술 연구들이 진행되고 있다 . 이 분야는 예전에는 기능 및 안전 중심의 기술개발이 주로 진행되었으나 최근에는 운전자의 운전 스타일이나 선호도등을 반영한 연구들이 수행되고 있다 . 전방 충돌 방지 보조 - 대향차 전방 충돌 방지 보조 – 교차 차량 스마트 크루즈 컨트롤 스탑 앤 고 출처 : 운전자 맞춤형 첨단 운전자 보조 시스템 기술 동향 (https://ettrends.etri.re.kr/ettrends/172/0905172007/) 출처 : https://gsw.hyundai.com/manualV2/cnts/view/SHOP ( 현대 자동차 기술정보 사이트 – G90 3.5T-GDI 정비 매뉴얼 )1. 소개 운전자 맞춤형 기술 = 운전자의 안전을 고려한 개인화 서비스 운전자의 행동 , 습관 , 선호도 , 환경적 요인 등에 대한 다양한 정보를 수집 · 분석해 개인화된 운전을 제공하는 기술 개인화 DVD 배송 개인 취향에 맞게 추천 하차 후 직접결제 차량 내에서 결제1. 소개 운전자 맞춤형 기술의 목적 인포테인먼트 시스템 : 운전자의 운전이외의 조작 부하 감소 ( 음성인식 네비게이션 , 검색 ), 편의성 증대 ADAS 시스템 : 자율주행 완성을 목적으로 두고 개발 되었으며 , 차량 제어를 일부 기계가 하도록 하여 운전자의 안전에 기여게이션 ADAS 기능을 운전자가 전방을 주시한 채 확인 할 수 있도록 한 것이 특징 실제 도로위에서 필요로 하는 정보를 표시 사람 , 사물 , 버스나 자전거 전용도로 , 건널목 등 표시할 수 있는 영역을 점차 확대 예정 V2X(Vehicle to Everything), 커넥티비티 기능을 접목하여 신호등 주변차량 정보 , 도로정보 , 날씨 등 운전자에게 유용한 정보를 실시간으로 제공하는 것도 가능해질 전망 기아 증강현실 내비게이션 GV80 증강 현실 내비 출처 : https://tech.hyundaimotorgroup.com/kr/mobilityservice/infotainment/2. 운전자 맞춤형 기술 차량내 간편결제 시스템 (ICPS :In Car Payment System) 일명 카페이 (Car Pay) 내비게이션 화면을 통해 주유 , 주차 제휴 가맹점에서 실물 카드 없이 결제가 가능한 간편결제 서비스 무선통신 방식으로 NFC 또는 마그네틱 단말기 접촉 또는 QR 코드 , 바코드 스캔 없이 결제 가능 . 카페이 인포테인먼트 화면 출처 : https://tech.hyundaimotorgroup.com/kr/mobilityservice/infotainment/2. 운전자 맞춤형 기술 페이스 커넥트 운전자의 얼굴을 인식해 등록된 운전자에 맞춰 운행 환경을 제공하는 교감형 기술 운전자 얼굴을 인식하고 도어를 잠금 또는 해제함과 동시에 사용자가 누구인지를 판단 운전석 및 운전대 위치 , 헤드업 디스플레이 (HUD), 사이드 미러 , 인포테인먼트 환경 등을 해당 운전자가 사전에 저장한 설정을 불러옴 근적외선 (NIR) 방식 카메라를 적용해 흐린 날씨나 야간과 같은 어두운 상황 속에서도 주간과 동등한 얼굴 인식 성능을 확보했으며 , 딥러닝 기반의 영상 인식 기술을 활용해 사전 등록된 얼굴인지를 명확하게 판단 등록된 얼굴 정보는 차량 내에서 암호화를 거쳐 안전하게 저장되므로 유출될 위험이 없으며 , 운전자가 원할 경우 언제든지 삭제가 가능합니다 . 페이스 커넥트는 향후스템 : 운전자의 주행을 도와주는 기능 운전자 주차 보조 시스템 : 운전자의 주차를 도와주는 기능 ADAS FCA- ESA 전방 충돌방지 보조 - 회피조향 보조 LKA 차로 이탈방지 보조 BCA 후측방 충돌방지 보조 ISAL 지능형 속도 제한 보조 SEA 안전하차 보조 DAW 운전자 주의 경고 BVM 후측방 모니터 FCA 전방충돌방지보조 출처 : https://gsw.hyundai.com/manualV2/cnts/view/SHOP ( 현대 자동차 기술정보 사이트 – G90 3.5T-GDI 정비 매뉴얼 )2. 운전자 맞춤형 기술 ADAS 시스템 개요 및 작동 원리 하나의 기능을 위해 여러 개의 센서가 동시 작동하는 센서 퓨전기술 출처 : https://gsw.hyundai.com/manualV2/cnts/view/SHOP ( 현대 자동차 기술정보 사이트 – G90 3.5T-GDI 정비 매뉴얼 )2. 운전자 맞춤형 기술 ADAS 시스템 개요 및 작동 원리 1. 전방카메라 2. 측방카메라 (SVM) 3. 전측방 레이더 4. 전방 초음파센서 5. 전방 카메라 (SVM) 6. 전방레이더 7. 전측방 초음파 센서 카메라 전측방레이더 전방레이더 전방레이더 1. 후방카메라 (SVM) 2. 운전자보조 주차 제어기 (ADAS_PRK) 3. 후측방 초음파 센서 4. 후방 초음파 센서 5. 후측방 레이더 ADAS_PRK ADAS_DRV_1.5 광각 후방카메라 출처 : https://gsw.hyundai.com/manualV2/cnts/view/SHOP ( 현대 자동차 기술정보 사이트 – G90 3.5T-GDI 정비 매뉴얼 )2. 운전자 맞춤형 기술 ADAS 시스템 개요 및 작동 원리 각자의 감지 센서가 범위를 가짐 주행보조 모듈 주차 보조 모듈2. 운전자 맞춤형 기술 운전자 주차 보조 시스템 제약 사항이 보여주는 의미 차량이랑 레이더 범위 합성해서 간략하게 인지 불안 요소가 존재한다 . 보완이 필요하다 . 일부러 제한을 걸어놓은 경우도 있다 .(ex: 휠 얼라이먼트가 틀어진경우 )0000000000759593. 새로운 운전자 맞춤형 기술 운전자의 뇌파 정보를 통해서 작동 실제 교통 상황에서 뇌파 신호가 운전자의 건강상태와 주행환경에 따라 어떻게 반응하는지 유효한 데이터를 확보했음을 의미 경기도 공공버스 시범 사업으로 1 년간 효과 입증시험 운전자의 주의력 회복시간이 장치 미사용시 보다 3 배 빠르게 적용됨 출처 : 현대자동차그룹 뉴스룸 2022.04.18 오전 08:51 (UTC+09:00) 인포테인먼트 전망 : 스마트 캐빈과 엠브레인3. 새로운 운전자 맞춤형 기술 주행성능 관련 전망 : E- 코너 시스템 적용 모듈과 필러 모듈 4 륜구동 인휠 시스템 각각의 바퀴에 모터가 들어감 동력 효율 전비 향상 항속거리 증대 주행성능 개선 특수 모션 구현 ( 크랩 ) – 속도 제한 설정 편의성 증대 예상 차량 실내 공간 확장 23 년까지 4 개의 E- 코너 모듈을 통합 제어하여 실차 기능 구현이 가능한 ‘ 스케이트보드 모듈 ‘ 계발 계획 25 까지 자율주행 제어기술과 접목해 PBV 모빌리티 솔루션을 제공하는 것으로 목표 참조 : https://www.Hyundai.co.kr/story/CONT00000000000121343. 새로운 운전자 맞춤형 기술 새로운 모빌리티 개념 : SDV( Software Defined Vehicle ) EV9 SDV(Software Defined Vehicle) 시대를 열다 1.FoD 서비스 적용 2.HDP(Highway Driving Pilot) 3. 기아 커넥트 스토어 4. 무선 OTA(Over-the-air) 5. 제어기 통합 스마트폰 앱 구매 같은 개념 다양한 운전자 맞춤형 기술 적용 사용 편의 주행 편의 데이터 활용 출처 : https://www.hyundai.co.kr/live/unlock-the-software-age3. 새로운 운전자 맞춤형 기술 주행중 접근 차량 알림 ARHUD 디자인 컨셉 제안 시인성 증가 1. 차량과 보행자 기타 물체까지 모두 인식해서 운전자에게 정보를 제공하는 방식 윤이섭 , 최적지에 도달하는 도구로서의 차량에서 생활 밀착형 이동수단으로의 진화가 시작됨 자동차 옵션의 구독화와 클러스터 관련 앱 개발 경쟁이 시작될 것으로 예상됨 운전자의 안전을 고민한 운전자 맞춤형 기술 덕분에 교통 사고율 감소 예상 지속적인 보안 취약 요소 확인과 제거가 필요해 보임 차량 제어 계통 묘듈화에 의한 Fail safe 와 Fail operational 분야를 구분하고 적용할 필요성이 매우 커 보임 . 정비 방식의 변화 OBD 컴퓨터의 존재 여부가 확인 될 것으로 전망 기존에 없었던 센서 CALIBRATION 에 대한 기술을 습득하는 것이 필요해 보임 . 모듈화 되면서 고장탐구 방법과 정비작업 형식이 매우 편리해 질 것으로 전망 . 기존 정비방식에서 오는 수리 비용에 비해 묘듈화 교체로 인해 수리비용이 더 커질 것으로 판단됨에 따라 차량 유지관리 비용의 부담이 더 커질 것으로 보여 짐 모듈 자체를 교체 폐기하는 것이 아니라 모듈을 교체 한 후 떼어낸 모듈을 수리 순환 하는 방식으로 정비 방식이 변경 될 것으로 보임4. INSIGHT 중간 프로젝트를 통해 운전자 편의 기능에 대해서 생각해 볼 수 있는 계기가 되었다 . 초창기의 자동차는 장거리를 걷거나 , 자전거와 같은 육체적 힘 전달을 통해 이동하는 것에 대해 불편함이 있었고 , 이를 해결하기 위한 개인 이동 수단으로 발명되었다 . 이것만 보아도 어떠한 발명을 통해 제작하는 것은 인간의 불편에서 시작된다고 생각한다 . 시간이 흘러 전동 창문 , 전동 시트 , 와이퍼 속도 조절과 같은 기계적 문제에 대하여 전자 장치를 더한 옵션이 만들어졌으며 , 최근에는 운전자가 승차하면 자동으로 홍채 또는 안면을 인식하여 , 시트를 자동 조절하거나 , 운전자가 탑승하지 않은 상태에서 리모컨을 통한 차량 조작도 가능하며 , 운전을 하는 중에도 주행 , 주차 보조 기능들이 많다 . 이를 보았을 때 최근 개발됐거나 개발 중인 기능에는 불편으로 시작된 것도 있지만 , 인간으로서의 실수를 대비하여 큰 사고를 막는 기능도 있으며 , ow}
모터와 발전기BLDC 모터의 동작 원리 BLDC 모터 : Brushless DC motor 특징 : 기계적 스위치 ( 브러쉬 와 정류자 ) 를 없앰 → 기계적 스위치를 전자적인 스위치로 바꾸어 놓음 동작 시키는 힘 : 자기의 흡인력과 반발력에 의한 토크 생성 → 흡인과 반발이 지속 되면서 회전시킴 구동 방법 : 전류 시키는 전자 회로로 구동 시킴 60º 마다 스위칭BLDC 모터의 동작 원리 홀 소자 구동 회로 – 일반적인 채용 방식 브러시리스 모터의 경우 정확한 시간에 전류하지 않으면 회전자가 정상적으로 회전 할 수 없음 회전자의 회전 위치를 센서로 검출하여 구동회로의 전류 타이밍과 회전 위치를 연동BLDC 모터의 동작 원리 센서리스 구동 장점 : 위치 검출 센서의 외란 민감성과 복잡한 배선을 개선 유기전압 방식의 센서리스 구동 운전시 단속적으로 사용되지 않는 코일에 유도되는 역기전력을 검출하여 회전자 위치를 검출 단점 회로의 시정수 → 검출지연 → 회전속도 제한 빠른 가감속 제어에 부적합 운전 시에만 회전자 회전 방향 검출 가능 회전방향을 알아내는 시동제어 : 임의로 한번 돌려보고 검출 - 작은 기전력에서 검출해야 하므로 추가 회로 필요 .BLDC 모터의 동작 원리 1. BLDC motor 는 브러쉬 없이 어떻게 동작할 수 있는지 설명하라 . 브러쉬 리스 모터는 기계적 스위치를 전자적인 스위치로 바꾸어 놓아 기계적 스위치 ( 브러쉬 와 정류자 ) 를 없앤 형태의 모터이다 . 이 브러시 리스 모터를 돌리는 힘은 자기의 흡인력과 반발력에 의해 토크가 생성된다 . 자기의 당기는 흡인력과 밀어내는 반발력이 연속적으로 작용하면서 회전하게 된다 . 하지만 전류가 들어간다고 해도 정류해주는 구성품이 없으면 회전 할 수 없기 때문에 정류를 해주는 방식을 구동회로를 통해서 회전할 수 있게 만들었다 . 2. BLDC motor 가 회전각 센서를 필요로 하는 이유를 설명하라 . 하지만 브러쉬리스 모터가 구동회로만 갖췄다고 동작 하는 것은 아니다 . 브러쉬 리스 모터는 회전 위치에 맞게 구동 회로가 전류해주지 못하면 자기 흡인력과 반발력을 제대로 적용시킬수 없기 때문에 , 회전각 센서가 필요하다 . 3. 별도의 센서를 설치하지 않고 동작시키는 sensorless 방식의 동작 원리 및 장단점을 서술하라 . 복잡한 회로가 필요한 홀소자를 사용하지 않아 , 혹독한 환경에서도 모터를 설치 할 수 있고 , 구동회로와배선은 4 개 ( 코일 3 상과중성점 ) 이므로 떨어진 위치에 구동회로를 설치하는 것도 그다지 곤란하지 않다 . 하지만 기전력을 검출하는 회로에 시정수가 있기 때문에 사용 가능한 회전 속도가 제한 받는다 . 일정 속도를 유지하는 운전이라면 그다지 문제가 없지만 , 가감속을 반복하는 제어에는 적합하지 않다 . 그리고 기전력은 회전자가 회전하지 않으면 발생하지 않기 때문에 운전을 시작해보지 않으면 회전 방향을 알 수 없다 . 그래서 시동 할 때는 임의의 타이밍에서 스위칭을 하여 구동하고 발생한 기전력에 의해서 회전 방향을 검출 , 센서가 없어 구동회로가 단순화 할 것 같지만 실제로는 시동의 제어나 근소한 기전력에서 회전방향을 검출할 필요가 있으므로 구동회로가 복잡하게된다 .유니 버셜 모터 ( 교직 양용 모터 ) 교직 양용 모터 : 교류에도 직류에도 사용 가능한 모터 주변의 가전제품에도 채용되는 형태 , 기본적인 구조는 직류 정류자 모터와 구조가 같다 . 교류에 사용되는 정류자형 모터 가장 일반적인 것이 단상 직권 정류자 모터 브러시와 정류자에 의한 단점이 존재 단상직권 정류자 모터 권선형 직류 정류자 모터와 동일 : 직류 전원의 극성을 반대로 하여도 같은 방향으로 회전 , 때문에 교류에서도 동작가능 직류용으로 만들어진 직류직권 모터는 계자코일에 의한 철손의 가능성이 적기 때문에 대책을 실시할 필요가 없다 .유니 버셜 모터 ( 교직 양용 모터 ) 4. 유니버설모터란 무엇이며 동작원리 및 장단점은 무엇인가 ? - 유니버셜모터란 교류에서도 직류에서도 사용가능한 교직양용 모터이다 . 모터가 회전하는 도중에 교류의 극성이 변하면 계자 전류가 역방향으로 되어 계자 자극이 반전하지만 , 동시에 전기자 전류도 역방향이 되므로 , 회전자는 같은 방향으로 계속해서 회전한다 . 특성은 직류직권 정류자 모터와 기본적으로 같다 . 시동 토크가 크고 교류모터에서 많이 이용되는 유도 모터보다 고속회전이 용이하고 소형에서도 높은 출력이 얻어진다 . 부하가 커지면 회전속도가 내려가고 토크가 커지므로 취급하기 쉽고 전압으로 회전속도를 제어 할 수 있다 . 계자 또는 전기자의 극성 역전으로 쌍방향 구동이 가능하게 된다 . 교류 모터는 대개 시동에 의한 대책이 필요하지만 단상직권 정류자 모터는 자기시동이 가능하다 . 전원주파수의 2 배로 토크가 맥동하지만 50/60Hz 라면 그다지 문제가 되지 않는다 . 단점으로는 정류자와 브러시가 있으므로 직류정류자 모터와 마찬가지로 전기 노이즈나 기계 노이즈가 발생한다 , 교류의 전원 극성의 반전에 의한 토크의 맥동도 생기므로 소음이 커지게 되는 경우가 많다 . 그리고 고회전에 의한 발열이 커지므로 장시간 연속회전은 적합하지 않다 . 효율도 그다지 크지 않다 . 직류라면 문제가 되지 않지만 , 교류에서는 인덕턴스의 영향으로 역률이 낮아진다 . 그리하여 채용되는 용도는 어느 것이든 연속사용시간이 짧은 것들 뿐이다 .유도모터 케이지형 유도모터 구성 : 케이지모양의 도체와 회전자 철심 철심 : 적층 철심으로 바깥 주위의 도체에 매몰된 슬롯이 설치 회전축 : 거의 스테인리스 슬롯 : 전기가 잘 통하는 알루미늄이나 구리로 만들어진 봉 ( 로터바 or 도체바 ) 특성 : 회전축에 평행한 로터바와 비교해보면 토크는 감소하지만 직류정류자 모터의 스큐와 마찬가지로 회전각도에 대하여 전자력을 발생하는 범위가 넓게 분산되기 때문에 토크 변동을 줄일 수 있다 . 실제로는 회전자 철심이 없어도 회전자로서 기능 할 수가 있다 . 철심이 있으면 관성모멘트가 커지므로 회전이 원만하게 되지만 가감속의 응답성은 저하한다 . 모터 전체로 생각해보면 무겁다 . 철심이 있으면 로터바 주위의 자속밀도가 높아지므로 유돟전류가 커지고 토크가 증대한다 , 회전자가 견고해지는 장점도 있으므로 철심이 채용 . 케이지형 회전자는 구조가 단순하기 떄문에 비용이 들지 않고 매우 견고하게 할 수 있다 . 브러시가 필요한 권선형 회전자에 비교해서 노이즈도 작고 보수가 용이하지만 시동토크가 작고 중대형기에는 시동에 대한 대책이 필요하다 .유도모터 권선형 유도모터 구성 : 도체로 코일을 사용 . 적층철심인 회전자 철심에 슬롯이 설치되고 코일이 삽입 철심 : 적층 철심 1 차코일 2 차 코일 : 고정자코일 1 차 코일 ( 권선 ), 회전자 ( 로터 ) 코일 2 차코일 전류를 흐르게하는 정류자가 없고 그 대신에 슬립링이 설치 → 슬립링에 접해 있는 브러시를 통해서 외부로 전류를 내 보낼 수 있음 . 코일 형태 : 삼상코일이 많고 , 형권코일이 분포권이됨 . 3 상코일은 스타결선 또는 델타 결선으로 결선되어 슬립링에 연결 , 브러시에 리드선이 있어 모터케이스 외측의 단자에 접속 특성 : 슬립링과 브러시가 서로 스치기 때문에 노이즈가 발생하여 보수가 필요하게 된다 . 구조가 복잡해 비용이 들지만 2 차코일의 회로를 제어에 이용 할 수 있는 장점을 가지고 있다 . 브러시로 연결된 2 차 코일의 회로에 저항기를 접속하면 시동토크를 크게 할 수 있다 . 저항기를 이용 , 2 차코일의 전류를 조정하면 회전속도를 제어 할 수 있다 . 시동시에만 2 차저항제어를 하고 시동후에는 브러시를 올려서 2 차코일을 단락시키면 , 케이지형 회전자로서 기능시킬 수 있다 .유도모터 단상 유도모터 원리 : 단상 교류를 이용한 자계 반복 → 교번 자계 교번 자계 안에서 유도모터용 회전자를 회전시키면 회전자에 유도 전류가 흘러 토크를 얻을 수 있어 계속해서 회전 할 수 있다 . 교번자계의 주기 = 주파수 → 단상교류로 교번자례를 만든경우 , 그의 동기속도는 단상교류의 전원 주파수를 60 배 한 것 . 두 회전자계가 만드는 토크의 합이 회전을 발생함 . 시동 대책이 필요유도모터 단상 유도모터 종류 분류 기준 : 시동을 위한 대책에 의해 분류 분상 시동형 단상 유도 모터 콘텐서 모터 외취코일형 단상 유도 모터BLDC 모터의 동작 원리 5. 케이지형 유도모터에 비해 권선형 유도모터가 가지는 장점을 서술하시오 . 권선형 회전자에 비교해서 노이즈도 작고 보수가 용이하지만 시동토크가 작고 중대형기에는 시동에 대한 대책이 필요하다 . 구조가 복잡해 비용이 들지만 2 차코일의 회로를 제어에 이용 할 수 있는 장점을 가지고 있다 . 브러시로 연결된 2 차 코일의 회로에 저항기를 접속하면 시동토크를 크게 할 수 있다 . 저항기를 이용 , 2 차코일의 전류를 조정하면 회전속도를 제어 할 수 있다 . 시동시에만 2 차저항제어를 하고 시동후에는 브러시를 올려서 2 차코일을 단락시키면 , 케이지형 회전자로서 기능시킬 수 있다 . 6. 단상교류로는 일반적으로 회전자계를 얻을 수 없다 . 하지만 가정용 전기장치 내의 교류모터는 대부분 단상교류를 사용한다 . 단상교류모터의 작동원리 및 종류에 대해 서술하라 . 교번자계 안에서 유도모터용 회전자를 회전시키면 회전제에 유도전류가 흘러 토크를 얻을 수 있어 계속해서 회전 할 수 있다 . 회전방향 이외의 조건이 전부 같은 회전자계기 , 같은 축위에 겹치게 되면 교번자계가 생긴다 . 여기에서부터 교번자계의 자속은 서로 역방향으로 회전하는 회전자계로 분해하는 것이 가능하게 된다 . 단상교류 모터의 종류는 시동을 위한 대책에 의해 분류되는데 , 분상 시동형 단상 유도모터 , 콘덴서 모터 , 외취 코일형 단상 유도 모터가 있다 .{nameOfApplication=Show}
모터 발전기 기초 전기자와 계자 Lonrentz Force 개념 : 모터의 동작 원리 또는 전자기력 (electromagnetic force) 이라 함 이 현상을 가장 쉽게 이해 할 수 있는 방법을 플레밍이라는 사람이 손으로 표현을 했는데 , 전류의 방향에 따라 힘의 방향과 자기장의 방향을 쉽게 이해 할 수 있다 . 로렌츠 힘 전자력의 크기 F = BIL F : 전자력 (N) B : 자속밀도 (T) I: 전류 (A) L : 유도체의 길이 (m) 즉 전자력은 자속밀도 , 전류 , 유도체의 길이의 곱이다 . 전자기력 : 전하가 전기장 / 자기장 내에서 받는 힘 로렌츠 힘 벡터 값으로 표현 F = q(E + v x B) 로렌츠 힘 어디에 쓰나 ? 어떻게 쓸까 ? 로렌츠 힘 – 어디에 쓰는가 ? 모터의 작동원리 = 로렌츠 힘 플레밍의 왼손 법칙 모터는 무엇인가 ? 에너지를 받아들여 “ 일 ” 을하는 기계 전기 에너지로부터 회전력을 얻는 기계 모터는 어디에 쓰는가 ? 1. 자동차의 시동모터 2. 고인물을 빼주는 배수펌프 3. 유압 발생기 등 각종 압력 발생기 모터를 쓰는 결정적 이유 !!!!! 인간이 일 하기 싫어서 ! 계속 손으로 돌리면 힘드니까 ! 로렌츠 힘 적용 비밀은 방향 로렌츠 힘 적용 핵심은 방향이다 3 상 전원 3 상 모터 회로도 해당 장비 매뉴얼 만약 회전방향이 정확하지 않다면 3 개중 2 개의 리드선을 바꾸어라 로렌츠 힘 적용 핵심은 방향이다 모터의 입력 전원 방향에 따라서 회전 방향이 달라진다 . 모터 장착 설치시 입력회로를 정확히 파악해야 한다 . 스위치 하나만으로 모터의 방향을 바꿀 수 있을까 ? 3POINT 스위치를 사용하면 충분히 가능 . 전동드라이버 , 전동 라쳇의 방향 선택 한 기준으로 스위치가 좌 우로 위치를 변경하여 회로를 구성하는 원리 - 모터를 사용하는 기구를 설계하기 위해서는 모터가 어떤 방향으로 회전할지 정해야 하는데 그 결정적 힌트가 바로 로렌츠 포스다 . WHAT IS JUOLE HEATING? WHAT IS JUOLE HEATING? 줄 히팅 : 저항열 도체를 통과하는 전류가 열을 발생 시키는 현상 . 저항 열은 전류와 저항에 영향을 미치고 , 저항이 크던 , 전류가 크던 , 증가하게 된다 . 정확히는 저항보다 전류가 커질 때 저항열의 증가폭이 더 크다 . EX) I=2, R=2 → P= 2X2X2=8 I=3, R=2 → P= 3X3X2=18 I=2, R=3 → P= 2X2X3=12 WHAT IS JUOLE HEATING? 저항열을 컨트롤 하기 위한 조건은 ? 전류와 저항의 영향을 받는다 . 그럼 … 어떤 조건이 가장 컨트롤 하기 쉬울까 ? 전류 : 적은 값으로도 크게 , 자유롭게 변경가능 . 전류를 어떻게 바꾸나 ? 전압을 변경 하는 방법이 가장 쉬움 저항 : 물질을 바꾸는 방법은 한번 선택하면 변경불가 저항의 미세 컨트롤 : 형체를 전류가 흐르기 힘들도록 만들기 ex) 꼬불꼬불 가장 쉬운 방법은 전압을 변경하는 방법이다 . 전류 I =
우리는 과연 차를 온전히 믿을 수 있을까 ?우리는 과연 차를 온전히 믿을 수 있을까 ? 소개 센서 센서 자동차 기술 변화 ( 초기 – 1910 년대 – 현재 ) 센서 퓨전 딥러닝 전망 INSIGHT1. 소개 과거부터 지금까지 기계에는 다양한 목적으로 센서를 장착했고 현재 인간은 더 큰 꿈을 가지고 센서를 개발하고 장착하고 있다 . 센서의 목적은 안전이며 , 차량 편의기술의 최종단계 자율주행까지 센서 기술이 접목 되는 상황이다 . 게다가 , 한가지 센서를 독립적으로 사용하기보다 센서와 어떠한 장치를 유기적으로 동작해 , 운전자의 안전에 기여하고 있다 . 이러한 기술을 모두 접목하여 미래의 우리는 자율 주행하는 차량에 몸을 온전히 맡길 수 있을까 ?2. 센서 센서 (senor) 란 ? - 열 , 빛 , 온도 , 압력 , 소리 등의 물리적인 양이나 그 변화를 감지하여 알려주는 부품이나 기구 센서 회로도 연료 필터 수분 센서 워터 템퍼레이쳐 센서2. 센서 자동차 기술의 변화 (1900) 외형의 변화 최초의 자동차의 형태는 기능에 충실한 디자인이며 , 후에 나온 차량의 디자인은 좀 더 자동차 처럼 4 개의 바퀴를 사용하고 , 전방에 조명까지 장착되었다 . 세계 최초의 자동차 올즈모빌 커브드 대시2. 센서 최초로 자동차 속도계가 장착됨 (1902) 속도 계기판과 전방 라이트 , 커버가 장착됨 오일 프레셔 스위치 개발 (1915) 및 장착 활성화 (1920) 필요에 따라 추가 기능이 확장되는 시기로 외형과 물리적 편의와 안전 장치들의 개발이 활발 해진 것으로 보이며 , 대량 생산이 시작된 시기이다 .2. 센서 현재자동차에는 - 동승석 덕트 센서 , 무게감지 센서 , 레인센서 , 실내온도센서 , 실외 온도 센서 , 오토 디포거 센서 , 오토 라이트 , 포토센서 , 운전석 덕트 센서 , 운전석 사이드 충돌 감지 센서 ( 리어 , 프론트 ), 운전석 벨트 버클 센서 , 운전석 전방 충돌 감지센서 , 이베퍼레이터 센서 , 전자식 오일 펌프 온도 센서 ( 리어 , 프론트 ), 충전되었으며 , 엄청나게 많은 센서를 장착함으로써 운전자의 편의를 도모하고 운전자의 차량 오 사용으로 일어나는 결함을 예방하고 , 주행 및 주차시 운전자의 부주의로 인한 사고를 줄일 수 있게 되었다 . 내연기관 차량과 전기자동차에 장착되는 일부 센서들은 기능과 용도가 다르기 때문에 , 내연기관의 센서까지 포함하면 위의 예시보다 훨씬 더 많은 수의 센서가 차량에 장착되고 있다 . 참조 : EV6(CV) 전장회로도 부품 인덱스2. 센서 기아 자동차 기술정보 사이트 - https://gsw.kia.com/kmc/index.tiles2. 센서 센서 퓨전 (senor fusion) 말그대로 센서를 융합하는 기술 다른 형태의 정보를 인식하는 센서를 복합적으로 활용해 특정한 기능의 정확도를 얻으려는 노력 Why? 하나의 센서를 활용하여 시시각각으로 변화 하는 차량의 외부의 환경을 정확하게 인식하고 동작하게 하는데 한계가 있었다 . Finally! 어러개의 센서를 융합 및 동작까지 제어 하는 센서 퓨전 기술 출현 ! 가장 익숙하면서도 , 아닌 것 같지만 센서 퓨전의 일종 예 (example) : 후방 충돌 방지 센서 (radar) + 후방 카메라 (camera) → 후방을 보는 카메라 기능과 후방 장애물 감지를 동시에 합쳐 시각과 청각으로 거리와 장애물을 인식하게 하고 사람에게 동작하도록 한 기술 하지만 , 이 두가지 센서의 융합은 결국 동작을 인간에게 직접 하도록 하는데 있어 편의성 및 안전 신뢰성에 한계가 있음 . 하지만 20 년 동안 가장 유용했고 , 인지하기 쉬운 대표적인 센서 퓨전의 예시 .2. 센서 현재의 센서 퓨전 (senor fusion) 기술 ADAS(Advanced Driver Assistance System) : 첨단 운전자 보조 시스템 ADAS 는 이 명칭 자체가 기술이 아니라 , 운전자가 안전하고 편리하게 주행 할 수 있도록 도와주는 모든 기능을 말한다 . 후방카메라와 후방충돌방지 장치를 융합한 것을 센서 퓨전이라고 한다면 , 운전자의 운전을 보조해주는 경고 BVM 후측방 모니터2. 센서 현재의 센서 퓨전 (senor fusion) 대표사례 FCA(Forward Collision-Avoidance Assist) : 전방 충돌방지 보조 전방 카메라 전방 레이더 전측방 레이더 차량 동작 제어 전방 카메라와 전측방 레이더 , 전방 레이더의 감지동작을 통해 앞서 가던 차량과 충돌이 예상되면 작동하여 , 차량 제동을 도와준다 . 다양한 충돌 상황을 적용해 점차 신뢰성을 높이고있다 . Ex) 자차 고속 대응기능 , 추월 시 대향차 대응기능 , 회피 조향 보조기능 . 참조 : https://www.hyundai.co.kr/story/CONT00000000000162272. 센서 현재의 센서 퓨전 (senor fusion) 대표사례 LKA(Lane Keeping Assist) : 차로 이탈방지 보조 전방 카메라 ( 차선 상황 감지 ) 전방 레이더 ( 거리와 속도 감지 ) 초음파 센서 ( 장애물 감지 ) 차량 동작 제어 주행 중 차량이 차로를 벗어나지 않도록 도와주는 기능 특정 시속 이상에서 운전자가 방향 지시등을 켜지 않고 차로를 이탈하려고 하면 스티어링 휠을 제어해 차로를 이탈하지 않도록 도와주며 , 운전자가 스티어링 휠에서 손을 놓았을때 ‘ 핸들을 잡으십시오 ' 라고 경고 문구를 내보낸다 . 참조 : https://www.hyundai.co.kr/story/CONT00000000000162272. 센서 현재의 센서 퓨전 (senor fusion) 기술과 딥 러닝까지 더한다면 ? ADAS FCA 전방충돌방지보조 FCA- ESA 전방 충돌방지 보조 - 회피조향 보조 LKA 차로 이탈방지 보조 BCA 후측방 충돌방지 보조 ISAL 지능형 속도 제한 보조 SEA 안전하차 보조 DAW 운전자 주의 경고 BVM 후측방 모니터2. 센서 딥러닝 (Deep learning) 이란 ? 컴퓨터가 스스로 외부 데이터를 조합 , 분석하여 학습하는 기술 , AI(Artificial Intelligence) 기술의 핵심과 전부 딥러닝 머신 러닝 주행을 한다 : 차량에 장착된 센서들이 주행 환경을 감지 및 동작 제어 차가 말을 하고 , 말을 알아 듣는다 : 음성인식센서와 음성방출 장치 및 음성인식 센서와 연결된 동작 제어 자율주행 차량은 센서 퓨전과 머신 러닝의 합작품이다 . 초음파로 차량과 주변 물체의 속도와 거리를 측정하는 레이더 센서 전후측방의 상황의 시각정보를 획득 할 수 있는 카메라 카메라의 단점을 보완하는 라이다 ( 정밀한 3D 지도 생성 ) 주행상황을 학습한 후 차량 동작제어로 직접 피드백 할 수 있는 반응회로 학습한 데이터를 저장하는 저장장치 그래픽 상황을 처리하는 GPU 가 필요하다 . 카메라와 라이다 GPU 데이터2. 센서 현재 차량에 딥 러닝이 적용된 사례 운전자 맞춤형 ADAS 기술 인공지능 음성인식3. 전망 센서 퓨전과 딥러닝의 전망 아이오닉 5 기반의 레벨 4 자율주행 자동차 운영 예정 2023 년 하반기에 완전 자율주행 라이드 헤일링 서비스 운영 예정 → 어느정도 안전성이 확보된 진보된 자율주행 차량의 운행 서비스 탄생 , 호출 서비스 예정 이 서비스를 출시하는 이유 ? 라스베이거스 : 다른 장소 보다 훨씬 다양한 주행환경을 갖춘 장소 즉 , 자율주행을 위한 데이터 학습에 집중 → 센서 개발 보다 데이터 학습에 더 집중 해야 할 시기 데이터 학습 수단을 이미 확보했음을 의미 출처 : 현대 자동차 브랜드 저널 , https://www.hyundai.com/kr/ko/brand/brandstory/campaigns/ioniq5-robotaxis4. INSIGHT 과거부터 현재까지 다양한 센서가 개발 되었고 , 이 센서들은 모두 어떤 상황을 사용자에게 인지하거나 , 기계 자체가 스스로 인지 즉시 동작하도록 만들어 제품의 품질이 높아지고 있다 . 이로써 사용자의 오작동에 의한 기계 손상을 미리 예방할 수 있는 좋은 환경이 구축되었다 . 더 나아가서 이 센서들을 활용해서 자동차를 제어함으로써 운전자의 편의를 확보하거나 , 운전자의 부주의에 의한 사고를 예방할 수 있게 되었다 . 이러각정보 확보를 하는 장치는 차량 자체적으로는 외부 환경을 파악하고 동작제어를 실행시키는 자극 요소이며 , 이 자극 흡수 장치 없이는 외부 환경을 파악해 차량 스스로 안전 주행 환경을 확보하는 우리의 ‘ 꿈 ’ 자율주행 차량에 도달 할 수 없다는 뜻으로 해석 할 수 있다 . 지금의 센서 퓨전 시대의 이전부터 차량에는 다양한 센서가 장착되었고 , 차량의 운용 안전성 확보에 기여했지만 , 정비성 측면으로는 차량의 작은 결함을 한가지 더 늘렸다고 볼 수 있다 . 즉 지금 센서 퓨전과 딥러닝 기술 , 전자화 , 모듈화로 인해서 정비성이 올라갔음에도 차량 결함 가지수는 과거 대비 급격하게 증가했고 , 이 요수리 부품 가지수는 절대로 후퇴 할 수 없을 것으로 보인다 .4. INSIGHT 뿐만 아니라 연료계통과 제동장치 , 그리고 방향을 선택하는 스티어링까지 머신 러닝의 영역에 포함된 만큼 돌발적인 결함을 보완하는 물리적 장치 구축이 필요해 보인다 . 지금의 연료계통은 ECU 를 통해서 전기적 신호로 연료량을 조절하여 엔진을 컨트롤하게 되는데 , 전기적 오류가 발생하면 매우 치명적이며 , 스위치형 미션 또한 편의성과 공간 확장성 , 디자인을 보면 매우 좋은 형태이지만 , 전기적 결함에 의한 오작동을 막기에는 한계가 있다 . 2023 년에 현대 자동차는 아이오닉 5 를 기반으로 레벨 4 자율주행 서비스를 제공한다고 밝혔다 . 다른 곳보다 주행 환경이 매우 다양한 라스베이거스에서 운용 하는 것을 목표로 호출 서비스까지 예고했다 . 즉 , 현재의 물리적 입력장치인 센서들 가지고도 자율주행을 구현 할 수 있음을 의미하며 , 어느정도 안전성을 확보하고 지금의 기술로도 데이터를 확보하는데 이상이 없음으로 해석할 수 있다 . 지금의 스마트 크루즈 컨트롤 시스템을 사용했던 경험을 토대로 생각하면 , 지금의 모빌리티의 편의성은 엄청난 진보를 거듭하고 있음을 느끼고 있으며 , 우려했던 것 보다 안전했고 , 현재 기술의 한계를 사용자에게 솔직하게 표현하고 있음을 명확하게 알 수 있었다 . 지금ow}