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전기자전거의 잠금 방지 제동 시스템 검증을 위한 테스트벤치 구축
자동차 및 건설 산업에 잠재적 응용 사례를 갖는 접근 방식
"우리는 처음에는 이전에 그런 적이 없었기 때문에 Speedgoat와 Simulink를 연동하기가 어려울 것이라고 생각했습니다. 하지만 MathWorks 및 Speedgoat의 이용 가능한 인터페이스 라이브러리와 문서 덕분에 예상보다 훨씬 쉬웠습니다."
주요 성과
- HIL 테스트벤치는 실험실 환경에서 전기자전거의 ABS에 대한 안전하고 신뢰할 수 있고 재현 가능한 검증을 가능하게 하여 도로 테스트에서 급제동과 관련된 위험을 완화합니다.
- 완벽하게 사용자 정의 가능한 자전거 모델은 모든 유형의 전기자전거 또는 중량 분포에 맞게 조정할 수 있으며, 다양한 제조업체의 기존 ABS 시스템을 통합하는 것도 가능합니다.
- HES-SO 팀은 자동차 및 건설기계 분야에 적용할 수 있는 전문 지식을 얻었습니다.
HIL 테스트벤치 설정(위)과 검증 결과(아래).
전기자전거는 다양한 개인 및 사업 응용 사례로 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 이러한 차량에 대한 안전은 중요한 사안이기 때문에 전기자전거 산업에서는 ABS(잠금 방지 제동 시스템) 기술을 채택하기 시작했습니다. 그러나 전기자전거에 ABS를 테스트하는 것은 어려운데 특히 도로 검증의 초기 단계에서는 더욱 그렇습니다. 앞바퀴가 잠긴 상태에서 급제동을 하면 라이더에게 위험을 초래할 수 있기 때문입니다.
이러한 과제를 극복하기 위해 스위스의 HES-SO Fribourg(Fribourg School of Engineering)의 Emmanuel Viennet 교수는 실험실에서 전기자전거의 ABS를 안전하고 신뢰할 수 있고 재현 가능한 검증을 가능하게 하는 HIL(Hardware-in-the-Loop) 테스트벤치를 구축하기로 결정했습니다. Viennet 교수의 팀은 방정식을 처음부터 작성하여 전기자전거의 Simulink® 플랜트 모델을 만들었습니다. 브레이크 캘리퍼에 대한 힘 전달, 브레이크 디스크와 패드 사이의 마찰 계수, 서스펜션 동작에 대한 파라미터는 ABS가 비활성화된 실제 자전거에서 수행한 측정을 통해 확인되었습니다. 연구팀은 시뮬레이션된 앞바퀴 속도, 감속도, 종방향 가속도가 실제 자전거에서 얻은 결과와 거의 일치한다는 것을 발견했습니다. 이 검증된 Simulink 모델로부터 코드가 생성되고 ABS 하드웨어와 연동되는 Speedgoat® 실시간 머신에 다운로드되었습니다.
물리적 테스트벤치에는 공압 실린더로 작동되는 유압식 전면 브레이크 레버가 있는 핸들바가 포함되어 있습니다. 센서는 브레이크 캘리퍼의 힘을 감지하는 가상 전기자전거에 대한 유일한 입력으로 사용됩니다. 전기 모터와 실시간 모델 신호로 구동되는 포닉휠은 앞바퀴 회전을 시뮬레이션하여 ABS에 필요한 속도 센서 신호를 생성합니다. 또한, 실시간 모델은 Speedgoat I/O 드라이버 라이브러리를 사용하여 전기자전거 가속도를 계산하고 CAN 메시지를 통해 ABS 하드웨어로 전송하여 내장된 관성 측정 장치를 시뮬레이션합니다.
이 자전거 모델은 완벽히 사용자 정의가 가능하므로, 모든 유형의 전기자전거 또는 중량 분포에 맞게 조정할 수 있습니다. 다양한 공급업체의 기존 ABS 시스템과 통합이 가능하며 테스트 자동화가 가능합니다. 전기자전거 제작자와 ABS 제조업체는 이를 사용하여 수많은 테스트 사례에 대해 정량적이고 안전하며 재현 가능한 방식으로 성능을 빠르게 검증할 수 있습니다. HES-SO 팀이 얻은 전문 지식은 향후 자동차 및 건설 기계 산업의 개발 프로젝트에 활용될 예정입니다.
