The increased use of fossil fuels due to increased vehicle ownership and increased population has accelerated environmental pollution and global warming. In order to solve this problem, eco-friendly vehicles have been developed. Within eco-friendly vehicles, micro electric vehicles are designed to reduce vehicle mass while maintaining a good level of mobility. Interior space utilization is very important in micro electric vehicles so in-wheel motors have been implemented in order to optimize passenger cabin space.
Electric vehicles, especially those with in-wheel motors can experience different types of fault than conventional vehicles. For vehicles that have independent 4-wheel drive and in-wheel motors, a motor fault can occur. In this case, the vehicle can continue to drive but the faulty motor generates a drag force and the vehicle could lose stability. This can cause an accident with nearby vehicles or vehicles on the other lane. A collision can be avoided with the use of fault tolerant control. Fault tolerant control is characterized by being able to operate the vehicle continuously under a fault, possibly at a reduced level of performance rather than failing completely.
In this thesis, a fault tolerant control method is presented by constructing an algorithm that distributes torque to three wheels to prevent vehicle drift out on one motor fault condition. In order to verify the presented algorithms, a simulation was conducted; Matlab/Simulink® was used to implement the algorithms and CarSim® was used to confirm vehicle behavior. The simulation results under straight acceleration and constant straight acceleration driving conditions confirm that a vehicle with the proposed algorithm could accurately follow the desired path within a minimum error range, and thus prove that the proposed fault tolerant control algorithms can improve the safety of electric vehicles with in-wheel motors.
인구의 증가에 따른 차량의 증가와 화석연료 사용 증가로 인하여 지구온난화와 환경오염이 가속화되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 효율이 중요시되고 친환경 에너지를 사용하는 차량들이 개발되고 있다. 전기에너지를 사용하는 친환경 차량 중 교통 체증을 줄이고 도심 내 이동성이 좋은 마이크로 모빌리티가 주목을 받고 있다. 마이크로 모빌리티는 실내 공간 확보를 위하여 공간 활용성이 매우 중요하며, 최근 차량의 휠 내부에 모터를 장착하여 모터 공간을 없앤 차량들이 개발되었다. 인휠 모터를 장착할 경우 구동력이 분산되고 네 개의 바퀴를 독립적으로 제어하여 차량의 성능을 높일 수 있다.
어떤 결함이 발생하였을 때 차량 시스템 전체에 큰 문제를 일으키지 않는다면, 어느 정도 주행이 가능하도록 조치를 취하는 것을 결함 대응 제어라 한다. 인휠 모터를 장착하여 네 바퀴가 독립적으로 제어되는 차량에서는 하나의 모터가 고장 나는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우 주행은 가능하지만 구동력으로 작용하던 바퀴가 저항으로 작용하여 차체에 모멘트를 작용하게 되며, 불안정해진 차량은 옆 차선을 침범하여, 사고를 유발할 수 있다. 이는 인휠 모터를 장착한 전기자동차의 여러 결함 모드 중 적은 발생으로도 큰 사고를 야기할 수 있는 심각한 문제이다. 따라서 이를 방지하기 위하여 모터가 고장 났을 때 이를 확인하고, 대응하기 위한 결함 대응 제어가 필요하다.
이 논문에서는 하나의 모터가 고장 났을 때 모터의 고장을 확인하는 방법을 소개하고, 고장이 나지 않은 세 개의 모터 토크 배분을 통해 차량이 옆으로 미끄러지는 것을 보완하는 제어 알고리즘을 제시한다. 위에서 제시한 알고리즘을 검증하기 위하여 Matlab/Simulink®로 알고리즘은 구현하고, 이 때 차량 거동을 확인하기 위하여 차량 시뮬레이션 프로그램인 CarSim®을 사용하였다. 여러 조건에서 시뮬레이션한 결과 제시한 알고리즘을 적용하였을 때 사람이 조향 가능한 오차범위 내에서 주어진 경로를 더 정확하게 따라가는 것을 확인 하였다. 따라서 제안한 결함 대응 제어 알고리즘은 인휠 모터를 장착한 전기자동차의 안전성 향상에 기여할 것이다.
