차량 주행 시뮬레이터 기반의 Sensor Fusion Algorithm 검증 환경 구축 및 평가

솔루션 요약

개별적인 제품의 HILS 시스템의 통합과 센서 융합 기술 검증을 위한 새로운 HILS 장비 개발에 있어서 개발 비용 및 유지, 소프트웨어 보수 비용이 적게 드는 NI 솔루션을 선택하게 되었다.

차량 모델의 Real-Time 해석 및 고속 데이터 수집이 필요하기 때문에 NI CompactRIO 9081을 컨트롤러로 선정하였다. 이 모듈은 사용자 정의 I/O 타이밍, 컨트롤 및 처리를 위한 8 슬롯 Spartan-6 LX75 FPGA 섀시로 구성되어 있어 LKAS, SCC, ESC의 3가지 하드웨어와 CAN 통신을 가능하게 한다. 그리고 가속 센서의 시뮬레이션을 위한 정밀한 디지털 및 아날로그 컨트롤 신호의 출력을 구현하기 위하여 NI9201/9474/9481(AI/DO/Relay)등의 Module을 사용하였다. LabVIEW Real-Time 2011를 이용하여 차량 동역학 모델을 실시간으로 해석하였으며 고속 CAN 인터페이스인 NI 9862 Module을 이용하여 해석된 차량 데이터를 각 하드웨어와 통신하여 HILS를 구성하였다.

서론

향상된 운전자 보조 시스템(ADAS, Advanced Driver Assist System)은 차량, 운전자, 주변 환경을 인식하여, 운전자의 편의를 증진시켜주기 위하여 정보를 제공하거나 능동적으로 제어에 참여하는 시스템을 말한다. 센서 융합은 2개 이상의 서로 다른 소스의 데이터 또는 파생된 데이터를 결합하는 것을 뜻한다. 이러한 센서 융합은 센서 및 연산장치를 공유하여 인식 및 제어 성능을 향상시키고 단가 절감을 위한 시스템 통합에 필수적이라 할 수 있다.

본 솔루션은 NI CompactRIO 및 각종 NI H/W Module, LabVIEW 2011을 이용하여 차제자세제어장치(ESC, Electric Stability Control), Camera를 이용한 차선 유지 보조 장치(LKAS, Lane Keeping Assist System)과 Radar센서를 이용한 차간거리 제어시스템(SCC, Smart Cruise Control)의 센서 융합 알고리즘을 검증하기 위한 HILS를 개발이다.

본론

센서 융합 알고리즘 검증용 HILS는 LKAS 하드웨어와 SCC 하드웨어, ESC 하드웨어, CompactRIO(2EA), Motion Platform(Driving Simulator Cabin), Driving Simulator Controller로 구성되어 있다. 그림 1과 같이 NI 9862 Module을 통하여 LKAS는 차량 모션에 따른 VR 도로의 차선을 감지하여 그 정보를 SCC 및 차량 모델과 공유한다. SCC는 센서 융합 알고리즘을 거친 데이터를 이용하여 ESC로 감/가속 명령을 내려 차속을 제어한다. ESC에서 감/가속 명령이 나오며 각 바퀴의 브레이크 유압라인에 가해지는 압력은 유압 센서를 통하여 NI 9207 Module에 전달 되며 이 신호는 차량 모델에 피드백 되어 차량이 제동된다. 제동 시 차량 거동 데이터는 다른 NI 9862 Module을 통하여 Driving Simulator Controller로 전송되며 Driving Simulator Cabin을 통해 차량 거동을 운전자에게 피드백 한다.

그림 2는 HILS 소프트웨어 구성도를 나타내며 솔루션의 소프트웨어는 LabVIEW 2011을 기반으로 개발되었다. HOST PC에서 차량 거동에 필요한 조향, 제동 등의 제어를 수행하며 각종 데이터를 모니터링 할 수 있도록 소프트웨어를 구성하였으며 각 H/W로의 통신을 위한 CAN 통신 인터페이스 개발을 하였다. ESC 동작에 필요한 차량의 차속 센서와 Relay 시뮬레이션을 위하여 LabVIEW FPGA Module을 사용하여 구성하였으며 NI 9111 Module에서는 Relay 와 AO, NI 9082에서는 AI 와 DO로 구별하여 개발하였다.

그림 3는 Main HOST GUI 패널을 보여주고 있으며 이를 통하여 차속, Wheel Pressure, Yaw Rate, 엔진 RPM, 등을 모니터링 할 수 있으며 가속 페달, 브레이크 페달, 조향각, 기어 등의 차량 거동을 위한 제어도 가능하도록 구성되어있다. 또한 SCC 및 LKAS 작동에 필요한 HMI도 포함되어 On/Off 및 작동 상태 모니터링도 가능하다.

그림 4는 ESC, LKAS, SCC와 통신하는 CAN Interface Block Diagram을 나타내며 6개의 NI 9862 Module을 제어한다. X-NET을 사용하여 많은 차량 데이터와 복잡한 구조를 간편하게 제어할 수 있었으며 추후 수정 및 보완작업도 빠른 시간 내에 가능 할 것으로 예상된다.

그림 5는 FPGA Software Block Diagram을 보여 주며 개별 Module에서 동작한다. 차량 모델에서 계산된 차속을 입력 값으로 받아서 차속 센서를 시뮬레이션 하기 위한 Block과 브레이크 등, 가속 페달 센서의 시뮬레이션 Block으로 나누어져 있다.

결론

본 솔루션의 개발을 통하여 LKAS와 SCC의 센서 융합 알고리즘을 평가하는 차량 주행 시뮬레이터를 기반으로 시험 환경을 구축하였다.NI 솔루션을 통하여 차량 모델 시뮬레이션의 실시간 해석, LKAS/SCC/ESC H/W와 실시간으로 통신 및 계측, Driving Simulator의 실시간 제어를 통한 운전자 피드백까지 구현하였다. 또한 개발 기간 및 비용 단축 하였으며 LabVIEW 사용자 인터페이스를 이용하여 빠르고 쉽게 HILS를 제어할 수 있다. 개발된 솔루션으로 각 제품에 대한 개별적인 검증 시험이 가능할 것으로 예상되며 향후 새로운 ADAS System의 평가에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

부연 설명

■ 사용된 NI 제품 또는 타사 제품 기술

: LabVIEW, LabVIEW FPGA 모듈, LabVIEW Real-Time 모듈, NI CompactRIO-9081, NI CompactRIO-9082, NI CompactRIO-9012,     NI 9862, NI 9201 Module, NI 9474 Module, NI 9111 Module, NI 9481, NI 9263, SCANeR™(OKTAL)

필자 정보:

장 민규
만도
South Korea