KR101536418B1 - 상용 차량용 온실가스 배출계수 단일화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 상용 차량용 온실가스 배출계수 단일화 방법은 자동차 배기량이나 중량별로 화물자동차와 승합자동차가 구분되고, 경유와 CNG로 구분되며, 다른 각각의 온실가스 산출용 데이터를 획득한 후, y[온실가스배출량] ∝ X[차속]의 관계식으로 변환된 온실가스-차속 선도로부터 단일 온실가스 산출식 y = A*(x^b),y = B*(x²)+C*(x)+D가 산출됨으로써, 다양한 종류의 자동차의 구분 없이 모든 차종의 온실가스발생량(g)/[차량기준중량(ton)*주행거리(km)]을 용이하게 산출할 수 있고, 특히 차량의 중량과 차속과 같은 계수만으로 대상 차량에 대한 온실가스발생량(g)/[차량기준중량(ton)*주행거리(km)]의 발생정도가 즉시 파악될 수 있는 특징을 갖는다.

Description

상용 차량용 온실가스 배출계수 단일화 방법{Exhaust Emission Factor unification Method for Commercial Automobile}

본 발명은 자동차용 온실가스에 관한 것으로, 특히 공통으로 적용되는 온실가스 배출계수를 이용한 하나의 방정식에 의해 온실가스가 산출됨으로써 차종 구분없이 적용될 수 있는 상용 차량용 온실가스 배출계수 단일화 방법에 관한 것이다.

전 세계적으로 온실가스 국가 감축목표가 할당됨으로써 국내에서는 온실가스 배출량 감축의 기본 틀인 녹색성장기본법이 제정되었고, 이를 기반으로 수송부문 온실가스 배출이 법규로서 관리되고 있다.

이로 인하여 에너지부문 온실가스 배출량의 약 17%를 구성하는 수송부문의 감축 방안으로서, 자동차, 철도, 항공, 해운 등 수송부문 온실가스 배출량 중 약 95%정도를 발생시키는 자동차분야에서는 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.

국내특허공개 10-2005-0120981(2005년12월26일)

하지만, 자동차는 승용, 화물 및 승합 차종별 배기량 혹은 중량에 따라 경형, 소형, 중형, 대형 등과 같은 종류가 있고, 각 차량의 배기량 혹은 중량별로 온실가스 배출계수 식을 적용하는 것은 매우 비효율적일 수밖에 없다.

그러므로, 차량 크기에 따른 여러 자동차의 구분이 없이 승용, 화물, 승합 차종별 하나의 온실가스 배출계수 산출식을 이용하면 온실가스 배출계수 적용시 매우 효율적으로 적용할 수 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 자동차 배기량,, 차종 혹은 중량별로 온실가스 배출계수를 개발한 후 각각의 배기량, 차종 혹은 중량별로 온실가스 산출용 데이터를 획득한 후, y[온실가스배출량] ∝ X[차속]의 관계식으로 변환된 온실가스-차속 선도로부터 대상 자동차의 중량 단위의 단일 온실가스 산출식 y = A*(x^b)과 y = B*(x²)+C*(x)+D가 산출됨으로써, 차종에 구분 없이 모든 차종의 온실가스발생량(g)/[차량기준중량(ton)*주행거리(km)]을 용이하게 산출할 수 있고, 특히 차량의 중량과 차속과 같은 계수만으로 대상 차량에 대한 온실가스발생량(g)/[차량기준중량(ton)*주행거리(km)]의 발생정도가 즉시 파악될 수 있는 상용 차량용 온실가스 배출계수 단일화 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상용 차량용 온실가스 배출계수 단일화 방법은 자동차 배기량이나 적재가능 중량별로 화물자동차와 승합자동차가 구분되고, 경유와 CNG로 구분되며, 온실가스 배출계수 개발시험모드를 적용해 차대 동력계에서 CO2, CH₄, N₂O 데이터가 각각 속도별로 측정되는 온실가스 배출계수 수집단계; 상기 CO2, CH₄, N₂O 데이터를 y[온실가스배출량] ∝ X[차속]의 관계식에 적용하여, CO2-차속 선도, CH₄-차속 선도, N₂O-차속 선도로 각각 변환시켜주는 온실가스 배출계수 가공단계; 상기 CO2-차속 선도, 상기 CH₄-차속 선도, 상기 N₂O-차속 선도가 차량 중량별로 각각 통합된 선도로 전환하고, 상기 차량 중량별 통합된 선도로부터 단일 온실가스 산출식 y = A*(x^b)과 y = B*(x²)+C*(x)+D가 산출되며, y = A*(x^b)과 y = B*(x²)+C*(x)+D는 상기 차량의 특정 차속에서 상기 CO2, 상기 CH₄, 상기 N₂O의 배출량 변화에 따라 각각 다르게 적용되는 온실가스 배출계수 수립단계;로 구현되고, y = A*(x^b)과 y = B*(x²)+C*(x)+D에서, x는 차속이고, A, B, C, D, b는 시험대상의 차종에 따른 고유값으로 산출되며, y는 온실가스발생량(g)/[차량기준중량(ton)*주행거리(km)]이며, 차량기준중량은 공차중량과 적재중량의 합인 것을 특징으로 한다.

상기 차량의 특정 차속은 65.0Km ~ 66.0Km 영역이다.

상기 차종이 화물자동차일 때 A는 200~250이고, b는 -0.3 ~ -0.4이며, C는 0.2~0.3이고, D는 30 ~ 40이다. 상기 차종이 경유 승합자동차일 때 A는 250~300이고, b는 -0.3 ~ -0.4이며, C는 -0.02 ~ -0.03이고, D는 50 ~ 60이다. 상기 차종이 CNG 승합자동차일 때 A는 300~350이고, b는 -0.3 ~ -0.4이다.

상기 CH₄ , 상기 N₂O의 단일 온실가스 산출식에는 상기 차량의 특정 차속에따른 구분 없이 y = A*(x^b)가 적용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 네비게이션에는 자동차용 온실가스 배출계수 단일화 방법이 적용되어 단일 온실가스 산출식이 생성되고, 상기 단일 온실가스 산출식에 의한 CO2, CH₄, N₂O배출량이 화면으로 표시되며, 공차중량, 적제중량 및 차속은 차량으로부터 획득되거나 사용자에 의해 입력된다.

이러한 본 발명은 차량 배기량에 구분 없이 공통으로 적용되는 단일 산출식으로부터 차량의 온실가스발생량(g)/[차량기준중량(ton)*주행거리(km)]이 파악됨으로써 다양한 종류의 차종에 대한 온실가스 배출량을 산출하는데 효과적일 수 있다.

또한, 본 발명은 배기량에 따른 구분 없이 공통으로 적용되는 단일 온실가스 산출식을 이용해 중량이나 차속만으로 특정 차종의 온실가스 발생량이 용이하게 파악되고, 특히 다양한 중량을 갖는 화물자동차(2.5톤, 3.5톤, 4.5톤, 7.5톤, 9.5톤, 11.5톤)와 승합 경유자동차(25인승, 45인승, 47인승, 69인승) 및 승합 CNG 자동차(51인승, 58인승)의 온실가스를 각각의 중량에 따라 개별적으로 측정하지 않는 편리함을 제공해주는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 차종에 구분 없이 용이하게 온실가스발생량(g)/[차량기준중량(ton)*주행거리(km)]이 파악될 수 있는 단일 온실가스 산출식을 네비게이션과 연계시킴으로써 주행차량의 상태에 따른 목적지 온실가스 발생량이 용이하게 산출될 수 있고, 목적지 온실가스발생량(g)/[차량기준중량(ton)*주행거리(km)] 예측에 의한 경제적인 환경오염 방지가 구현되는 효과가 있다.

도 1a,1b,1c은 본 발명에 따른 상용 차량용 온실가스 배출계수 단일화 방법의 동작흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 시험대상차량의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 온실가스 배출계수 산출를 위한 테스트 장비의 구성예이고, 도 4는 본 발명에 따른 시험조건의 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 NIER 시험모드의 예이고, 도 6a,6b,6c,6d는 본 발명에 따른 화물자동차의 반적 중량 조건에서 온실가스 선도의 예이며, 도 7a,7b,7c는 본 발명에 따른 화물자동차의 중량 조건별 온실가스 평균선도의 예이고, 도 8은 본 발명에 따른 화물자동차의 단일 온실가스 산출식으로 표현된 온실가스 선도이며, 도 9는 본 발명에 따른 단일 온실가스 산출식이 중형 및 대형 화물자동차에서 산출된 예이고, 도 10은 본 발명에 따른 화물자동차의 단일 온실가스 산출식이 Non-CO₂인 CH4와 N2O에 대해 각각 산출된 예이며, 도 11a,11b,11c는 본 발명에 따른 승합자동차의 반적 중량 조건에서 온실가스 선도의 예이며, 도 12는 본 발명에 따른 승합자동차의 단일 온실가스 산출식이고, 도 13a,b는 본 발명에 따른 승합자동차의 단일 온실가스 산출식이 Non-CO₂인 CH4와 N2O에 대해 각각 산출된 예이며, 도 14는 본 발명에 따른 CNG 승합자동차의 단일 온실가스 산출식이고, 도 15는 본 발명에 따른 승합자동차의 단일 온실가스 산출식이 Non-CO₂인 CH4와 N2O에 대해 각각 산출된 예이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 상용 차량용 온실가스 배출계수 단일화 방법의 동작흐름을 나타낸다.

도1a에서, S10은 온실가스 배출계수 단일화를 위한 차종을 선택하는 단계로서, 이 단계에서 차종은 모든 종류의 자동차를 포함하지만 시험 차량으로는 중대형차량을 선택한다. 이러한 이유는 실제적으로 중대형 화물차 및 버스에 대한 배출계수 개발이 미흡한 실정이고, 특히 실제 자동차로부터 배출되는 온실가스의 상당부분을 차지하는 것이 중대형차량이므로 이들 차량의 온실가스 배출량 효율 개선이 우선적으로 이루어질 필요성이 있음에 기인된다.

이를 위한 시험대상차량은 S11의 화물자동차, S12의 승합 경유자동차, S13의 승합 CNG 자동차등이며, 도 2는 이러한 시험대상차량의 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 화물자동차는 2.5톤, 3.5톤, 4.5톤, 7.5톤, 9.5톤, 11.5톤 타입이다. 승합자동차는 경유 및 CNG 차량으로 구분되며, 25인승의 중형과 45인승, 47인승, 51인승, 58인승, 69인승의 대형차량으로 구분된다.

통상, 총 중량이 3.5~10톤이고, 적재용량이 1~5톤인 2.5톤, 3.5톤 화물자동차는 중형으로 분류하고, 승차인원이 16~35인에 포함된 25인승의 중형승합으로 차량1, 36인 이상 승차 가능 차량은 대형승합으로 45인승 차량2, 47인승의 차량3, 58인승의 CNG 차량1, 51인승의 CNG 차량2, 69인승의 차량4로 구분하여 준다.

한편, S20은 시험을 위한 테스트 장비 세팅 단계로서, 이 단계에서는 S21의 차대동력계 세팅, S23의 배출가스 분석장비 세팅, S25의 시험모드 세팅으로 구분된다.

S21의 차대동력계와 S23의 배출가스 분석장비를 포함한 테스트 장비의 구성은 도 3을 통해 제시된다.

도시된 바와 같이, 테스트 장비에는 시험조건과 시험절차 및 결과산출을 위한 메인 컨트롤러(10)와, 시험대상차량(100)을 운행하여 주고, 롤러에 걸리는 부하와 타이어 동하중반경등의 데이터와 함께 출력과 토크등을 검출하는 차대 동력계(20)와, 시험대상차량(100)의 운행에 의한 배출가스를 모아주는 시료채취기(30)와, 시료채취기(30)로 공기를 희석시켜주는 공기정화기(40)와, 배출가스로부터 시험대상차량(100)의 온실가스를 포함해 연료소모량등이 분석되는 배출가스 분석기(50)가 포함된다.

특히, 상기 차대동력계(20)는 150kN의 최대 축하중 및 150km/h의 최고속도 조건을 충족할 수 있는 Meidensha의 MEIDACS - DY6200P 모델이 적용되고, 상기 배출가스 분석기(50)는 국내형식승인을 취득한 호리바사의 MEXA-7200D 모델이 적용된다.

또한, S25의 시험모드 세팅에서는 환경부의 자동차 대기오염물질 배출계수 개발에 사용되어지는 시험모드인 NIER가 적용된다. 이러한 NIER모드는 중대형 화물자동차 및 승합차 시험에 적합한 S25-1의 NIER 1, 3, 7, 9, 12, 14 모드와 시내버스 시험에 적합한 S25-2의 NIER 1, 3, 6, 7, 9, 12 모드가 적용되고, 각각의 모드에서 구체적인 시험조건은 모드차속(Km/h)과 총주행시간(sec) 및 총주행거리(Km)를 적용한다.

한편, S30은 시험조건을 설정하는 단계로서, 이 단계에서는 S31의 화물자동차 중량 설정과 S32의 승합자동차 중량 설정이 이루어진다.

일례로, 화물자동차 중량 설정은 S31-1의 공차 중량과 S31-2의 반적 중량 및 S31-3의 완적 중량으로 구분되며, 승합 자동차 중량 설정은 S32-1의 반적으로 구분된다.

이러한 차량 중량은 도 4를 통해 제시된 바와 같이 적제중량측정이 화물자동차와 승합자동차로 구분되어 달리 적용되며, 제시된 예와 같이 시험 결과는 화물 자동차 및 승합자동차의 적재용량을 최대허용적재용량의 반적(50%)조건을 기준으로 한다. 이를 위해 화물자동차는 적재가능용량의 반적상태에서의 차량 총중량을 적용하고, 승합자동차는 승차가능인원의 반적(1인 65kg)상태에서의 총중량을 적용한다.

도 1b에서, S40은 화물자동차나 승합자동차에 적용되는 온실가스 계수 산출의 단일화를 위한 자료를 취득하는 시험 수행 단계로서, 이 단계에서는 S50의 화물자동차에 대한 온실가스 선도 추출과 S60의 승합자동차에 대한 온실가스 선도 추출로 구분되어 수행된다.

본 실시예에서, 상기 온실가스는 CO2, CH₄, N₂O를 포함한다.

S50에서는 선택된 하나의 화물자동차(화물자동차1로 명명함)에 대한 시험이 수행되는 단계이고, 이는 NIER 모드로 수행된다.

이러한 NIER모드는 도 5에 제시되며, 이로부터 화물자동차(중대형 트럭)에는 NIER 1, 3, 7, 9, 12, 14 모드가 적용되고, 각각의 모드에서 구체적인 시험조건은 모드차속(Km/h)과 총주행시간(sec) 및 총주행거리(Km)를 적용함을 알 수 있다. 이때, 예시된 모드차속(Km/h)과 총주행시간(sec) 및 총주행거리(Km)의 구체적인 데이터는 NIER 규정에 준하는 값을 의미한다.

S50의 NIER 1, 3, 7, 9, 12, 14 모드 수행 결과는 S51의 공차조건과 S52의 반적조건 및 S53의 완적조건으로 구분되어 각각 획득되고, 이들 데이터로부터 S54의 온실가스-중량선도1와 S55의 온실가스-차속선도1이 각각 획득된다.

이러한, 선도는 CO2, CH₄, N₂O에 대해 각각 획득된다.

한편, S50내지 S55의 과정이 완료되고 나면, 이어 다른 종류의 화물자동차(화물자동차2,...,n으로 명명함)에 대해서도 동일한 과정을 수행하며, 이는 S50-1내지 S55-1의 단계로 수행된다.

이러한 S50-1내지 S55-1의 단계에서 수행되는 과정은 S50내지 S55의 단계에서 수행되는 과정과 동일하며, 그 결과로부터 S54-1의 온실가스-중량선도2,...,n과 S55-1의 온실가스-차속선도2,...,n이 각각 획득된다.

이러한, 선도는 CO2, CH₄, N₂O에 대해 각각 획득된다.

한편, S60에서는 선택된 하나의 승합자동차(승합자동차1로 명명함)에 대한 시험이 수행되는 단계이고, 이는 NIER 모드로 수행된다.

이러한 NIER모드는 도 5에 제시되며, 이로부터 승합자동차(중대형 버스)에는 NIER 1, 3, 7, 9, 12, 14 모드가 적용되고, 승합자동차(시내버스)에는 NIER 1, 3, 6, 7, 9, 12 모드가 적용되며, 각각의 모드에서 구체적인 시험조건으로는 모드차속(Km/h)과 총주행시간(sec) 및 총주행거리(Km)가 동일하게 적용됨을 알 수 있다.

이때, 예시된 모드차속(Km/h)과 총주행시간(sec) 및 총주행거리(Km)의 구체적인 데이터는 NIER 규정에 준하는 값을 의미한다.

S60의 NIER 1, 3, 7, 9, 12, 14 모드나 NIER 1, 3, 6, 7, 9, 12 모드 수행 결과는 S61의 반적조건으로 구분되어 각각 획득되고, 이들 데이터로부터 S64의 온실가스-중량선도1A와 S65의 온실가스-차속선도1A가 각각 획득된다.

이러한, 선도는 CO2, CH₄, N₂O에 대해 각각 획득된다.

이어, S60내지 S65의 과정이 완료되고 나면, 다시 다른 종류의 승합자동차(승합자동차2,...,n으로 명명함)에 대해서도 동일한 과정을 수행하며, 이는 S60-1내지 S65-1의 단계로 수행된다.

이러한 S60-1내지 S65-1의 단계에서 수행되는 과정은 S60내지 S65의 단계에서 수행되는 과정과 동일하며, 그 결과로부터 S64-1의 온실가스-중량선도2A,...,n과 S65-1의 온실가스-차속선도2A,...,n이 각각 획득된다.

이러한, 선도는 CO2, CH₄, N₂O에 대해 각각 획득된다.

도 1c에서, S70은 공통 온실가스 산출 인자를 도출하는 단계로서, 이를 통해 화물자동차와 승합자동차의 종류에 관계없이 모두에 적용될 수 있는 단일 온실가스 산출식이 구해진다. 이를 위해 S80의 화물자동차 온실가스 선도 매핑과 S90의 승합자동차 온실가스 선도 매핑이 수행된다.

S80의 화물자동차 온실가스 선도 매핑과정은 S81의 공차/반적/완적별 온실가스 -차속 선도의 통합화과정과, S82의 차속별 분류 과정과, S83의 온실가스 -차속 기본관계식이 수립됨으로써 단일화된 온실가스 계수가 도출되는 과정과, S84의 평균화되는 과정으로 구분된다.

S81의 공차/반적/완적별 온실가스-차속의 통합화과정에는 y[온실가스배출량(g/Km)] ∝ X[차속(Km/h)]의 관계가 적용되고, 도 6은 상기와 같이 확득된 온실가스-중량선도1,...,n와 온실가스-차속선도1,...,n중 반적중량의 화물자동차1,...,n에 대한 통합화 예로서, 온실가스는 CO2인 경우를 나타낸다.

도 6a는 화물자동차(반적중량조건)에 대한 시험 결과로부터 획득되어 CO2를 g(중량)/Km(주행거리)로 계산할 수 있는 CO2-중량선도이고, 도 6b는 화물자동차(반적중량조건)에 대한 시험 결과로부터 획득되어 CO2를 g(중량)/ton,Km(차중량,주행거리)로 계산할 수 있는 CO2-중량선도이다. 도 6c는 화물자동차(반적중량조건)에 대한 시험 결과로부터 획득되어 CO2를 g(중량)/Km(주행거리)로 계산할 수 있는 CO2-차속선도이고, 도 6d는 화물자동차(반적중량조건)에 대한 시험 결과로부터 획득되어 CO2를 g(중량)/ton,Km(차중량,주행거리)로 계산할 수 있는 CO2-차속선도이다.

그러므로, S81의 CO2-차속의 통합화과정으로부터 y[온실가스배출량(g/Km)] ∝ X[차속(Km/h)]의 관계식이 y=x²+ x+c(상수)로 구체화됨으로써 CO2-차속 기본관계식이 도출되고, 이로부터 2차방정식의 각 차수 인자가 계산된다.

S82의 차속별 분류 과정에서는 S81의 CO2-차속의 통합화과정으로부터 구체화된 CO2-차속 기본관계식 A*(x^b)와 y = C*(x)+D(상수) 로 구분된다.

본 실시예에서, A*(x^b)와 y = C*(x)+D(상수)로 구분하는 기준은 차속이 증가함에 따라 온실가스 배출량이 감소하다 다시 증가하는 구간에서 적용된다. 이 구간은 NIER 12번의 평균속도인 약 65.4Km/h 이하의 차속과 65.4Km/h 이상의 차속이 적용된다. 또한 A*(x^b)와 y = C*(x)+D(상수)의 함수식으로 선정된 이유는 평균차속이 증가하면서 온실가스 배출량이 0으로 수렴하는 형태인 지수함수 y=Ax^b로 형성되다가 배출량이 가장 적은 지점인 NIER 12번 모드(약 65km/h) 지점부터 배출량이 증가하기 때문에 y = C*(x)+D(상수)와 같은 함수식이 형성됨에 따른 것이다.

이는, CO2의 배출 특성에 기인된다. 일례로, 2.5톤부터 7.5톤까지의 중형급 자동차에서 CO₂배출량은 평균차속이 65.4Km/h 미만까지 감소하는 경향을 보이다 64.5Km/h 이후부터는 다시 증가하는 경향을 보였고, 9.5톤과 11.5톤의 대형급 자동차에서 CO₂배출량은 차속이 증가함에 따라 65.4km 이후에서도 CO₂가 계속적으로 감소하는 경향에 기인된다. 이로부터, CO₂ 배출량(g/km)의 차속에 대한 회귀식이 y=x²과 y=x+c1(상수)로 구분될 필요성이 실험적으로 증명되었다.

S83의 단일화된 CO2 계수 인자 도출 과정에서는 S82에서 구분된 y=x²과 y=x+c1(상수)에 대한 각 차수 인자가 계산되고, 이는 도 7을 통해 구체적인 예로 제시된다. 이하 설명은 온실가스 배출량(g/km)이 CO2-차속을 통해 차량중량 당 온실가스 배출량으로 변환됨으로서 차속이 기준 차속보다 작은 경우는 y = A*(x^b)이고, 차속이 기준 차속보다 크거나 같은 경우는 y = B*(x²)+C*(x)+D의 단일식으로 통합된다. 이는 차량 중량 당 온실가스 배출량 통합단계로 정의된다. 또한, 상기 기준차속은 평균차속인 65.4Km/h을 의미한다.

도 7a는 공차 화물자동차 조건일 때, 64.5km 미만의 차속에서 y=x²가 y = A*(x^b)로 도출되고, 64.5km 이상의 차속에서 y = B*(x²)+C*(x)+D가 y = C*(x)+D로 도출된 경우를 나타낸다. 도 7b는 반적 화물자동차 조건일 때, 64.5km 미만의 차속에서 y=x²가 y = A*(x^b)로 도출되고, 64.5km 이상의 차속에서 y = B*(x²)+C*(x)+D가 y = C*(x)+D로 도출된 경우를 나타낸다. 도 7c는 완적 화물자동차 조건일 때, 64.5km 미만의 차속에서 y=x²가 y = A*(x^b)로 도출되고, 64.5km 이상의 차속에서 y = B*(x²)+C*(x)+D가 y = C*(x)+D로 도출된 경우를 나타낸다.

도 8(가)는 중형 화물자동차의 공차/반적/완적 조건일 때, 65.4km 미만의 차속에서 y=x²가 y = A*(x^b)로 도출되고, 65.4km 이상의 차속에서 y = B*(x²)+C*(x)+D가 y = C*(x)+D로 도출된 경우를 나타낸다.

도8(나)는 대형 화물자동차의 공차/반적/완적 조건일 때, 65.4km 미만의 차속에서 y=x²가 y = A*(x^b)로 도출되고, 65.4km 이상의 차속에서 y = B*(x²)+C*(x)+D가 y = C*(x)+D로 도출된 경우를 나타낸다.

S84의 단일화된 CO2 계수 인자 평균화과정에서는 공차조건과 반적조건 및 완적조건일 때 도출된 CO2-차속 기본관계식 y = A*(x^b)과 y = C*(x)+D로부터 계산된 각 차수 인자 값과 상수 값을 평균화해줌으로써 구해지고, 이들 평균값이 단일화된 인자로 정의될 수 있다.

도 9는 화물자동차일 때 64.5km 미만의 차속에서 y = A*(x^b)가 y=(200~250)V^-0.3~-0.4로 평균화되고, 64.5km 이상의 차속에서 y = C*(x)+D가 y=(0.2~0.3)V+(30 ~ 40)로 평균화된다. 이때, V는 차속이다.

그러므로, y = A*(x^b)과 y = B*(x²)+C*(x)+D에서, x는 차속이고, A, B, C, D, b는 시험대상의 차종에 따른 고유값으로 산출되며, y는 온실가스발생량(g)/[차량기준중량(ton)*주행거리(km)]이며, 차량기준중량은 공차중량과 적재중량의 합으로 정의된다.

그리고, 도 10은 온실가스인 CH₄(또는 N₂O)에 대한 기본관계식 y=x²으로부터 계산된 각 차수 인자 값과 상수 값을 평균화해줌으로써 구해지고, 이들 평균값이 단일화된 인자로 정의될 수 있음을 나타낸다.

또한, 도 10은 화물자동차일 때 CH₄ -차속 또는 N₂O -차속의 통합화과정으로부터 y[온실가스배출량(g/Km)] ∝ X[차속(Km/h)]의 관계식이 y=x²+x+c(상수)로 구체화됨으로써 CH₄ 나 N₂O의 배출량(g/km)의 차속에 대한 회귀식은 y=x²로 적용됨을 나타낸다.

이로부터, CH₄(또는 N₂O)에서는 S82의 차속별 분류 과정이 적용되지 않는데, 이는 CH₄와 N₂O의 배출량(g/km)은 CO2와 마찬가지로 중량이 큰 자동차 일수록 배출량이 커지지만, 배출계수 곡선의 특성은 차속이 증가함에 따라 65.4km 이후에도 CH₄와 N₂O가 계속적으로 감소하는 경향을 나타냄에 기인된다.

도10a는 중형 화물자동차일 때 y=x²가 y = A*(x^b)(CH₄)로 평균화되고, y = A*(x^b)(N₂O)로 평균화된 상태이다. 도10b는 대형 화물자동차일 때 y=x²가 y = A*(x^b)(CH₄)로 평균화되고, y = (A)*(x^b)(N₂O)로 평균화된 상태이다.

한편, S90의 승합자동차 온실가스 선도 매핑과정은 S91의 반적/완적별 온실가스-차속 선도의 통합화과정과, S92의 차속분류과정과, S93의 S90의 온실가스-차속 기본관계식이 수립됨으로써 단일화된 온실가스 계수가 도출되는 과정으로 구분된다.

S91의 반적/완적별 온실가스-차속의 통합화과정에는 y[온실가스배출량(g/Km)] ∝ X[차속(Km/h)]의 관계가 적용되고, 도 11은 상기와 같이 확득된 온실가스-중량선도1,...,n와 온실가스-차속선도1,...,n중 반적중량의 승합자동차1,...,n에 대한 통합화 예로서, 온실가스는 CO2인 경우를 나타낸다.

도 11a는 승합자동차(반적중량조건)에 대한 시험 결과로부터 획득되어 CO2를 g(중량)/ton,Km(차중량,주행거리)로 계산할 수 있는 CO2-중량선도이다. 도 11b는 CNG 승합자동차(반적중량조건)에 대한 시험 결과로부터 획득되어 CO2를 g(중량)/ton,Km(차중량,주행거리)로 계산할 수 있는 CO2-차속선도이다.

그러므로, S91의 CO2-차속의 통합화과정으로부터 y[온실가스배출량(g/Km)] ∝ X[차속(Km/h)]의 관계식이 y=x²+ x+c(상수)로 구체화됨으로써 CO2-차속 기본관계식이 도출되고, 이로부터 2차방정식의 각 차수 인자가 계산된다.

S92의 차속별 분류 과정에서는 S91의 CO2-차속의 통합화과정으로부터 구체화된 CO2-차속 기본관계식 y=x²+ x+c(상수)가 차속을 기준으로 하여 y=x²과 y=x+c1(상수)로 구분된다.

본 실시예에서, 승합자동차는 64.5Km/h 차속을 기준으로 y=x²과 y=x+c1(상수)로 구분되어 적용되는데, 이는 화물자동차의 CO2일 때와 동일한 이유에 기인된다. 반면, CNG 승합자동차는 차속에 관계없이 y=x²가 적용되는데, 이는 경유와 다른 CNG의 연료 특성에 기인된다.

이로 인해, S93의 단일화된 CO2 계수 인자 도출 과정에서는 S93-1의 경유 승합자동차와 S93-2의 CNG 승합자동차로 구분된다.

S93-1의 경유 승합자동차에 대한 단일화된 CO2 계수 인자 도출 과정에서는 S92에서 구분된 y=x²과 y=x+c1(상수)에 대한 각 차수 인자가 계산되고, 이는 도 12를 통해 구체적인 예로 제시된다.

도 12는 경유 승합자동차 조건일 때, 65.4km 미만의 차속에서 y=x²가 y = A*(x^b)로 도출되고, 64.5km 이상의 차속에서 y = B*(x²)+C*(x)+D가 y = C*(x)+D로 도출됨을 알 수 있다.

일례로, 65.4km 미만의 차속에서 y = A*(x^b)가 y=(250~300)V^-0.3~-0.4로 평균화되고, 65.4km 이상의 차속에서 y = C*(x)+D가 y=(-0.02 ~ -0.03)V+(-50 ~ -60)으로 평균화된다. 이때, V는 차속이다.

그러므로, y = A*(x^b)과 y = B*(x²)+C*(x)+D에서, x는 차속이고, A, B, C, D, b는 시험대상의 차종에 따른 고유값으로 산출되며, y는 온실가스발생량(g)/[차량기준중량(ton)*주행거리(km)]이며, 차량기준중량은 공차중량과 적재중량의 합으로 정의된다.

한편, CH₄(또는 N₂O)에서는 S92의 차속별 분류 과정이 적용되지 않는데, 이는 화물자동차의 CH₄와 N₂O의 경우와 동일한 이유에 기인된다. 그러므로, CH₄(또는 N₂O)의 -차속의 통합화과정으로부터 y[온실가스배출량(g/Km)] ∝ X[차속(Km/h)]의 관계식이 y=x²+x+c(상수)로 구체화됨으로써 CH₄ 나 N₂O의 배출량(g/km)의 차속에 대한 회귀식은 y=x²로 적용된다.

도13a는 중형 승합자동차일 때 y=x²가 y = A*(x^b)(CH₄)로 평균화되고, y = A*(x^b)(N₂O)로 평균화된 상태이다. 도13b는 대형 승합자동차일 때 y=x²가 y = A*(x^b)CH₄)로 평균화되고, y = A*(x^b)(N₂O)로 평균화된 상태이다.

한편, S93-2의 CMG 승합자동차에 대한 단일화된 CO2 계수 인자 도출 과정에서는 S92에서 구분된 y=x²에 대한 각 차수 인자가 계산되고, 이는 도 14를 통해 구체적인 예로 제시된다.

도14는 CNG 승합자동차 조건일 때, 차속의 구분 없이 y=x²가 y = A*(x^b)로 도출됨을 알 수 있다.

일례로, 차속 구분 없이 y = A*(x^b)가 y=(300~350)V^-0.3~-0.4로 평균화된다. 이때, V는 차속이다.

그러므로, y = A*(x^b)에서, x는 차속이고, A, b는 시험대상의 차종에 따른 고유값으로 산출되며, y는 온실가스발생량(g)/[차량기준중량(ton)*주행거리(km)]이며, 차량기준중량은 공차중량과 적재중량의 합으로 정의된다.

또한, 도15는 CNG 승합자동차일 때, CH₄(또는 N₂O)의 -차속의 통합화과정으로부터 y[온실가스배출량(g/Km)] ∝ X[차속(Km/h)]의 관계식이 y=x²+x+c(상수)로 구체화됨으로써 CH₄ 나 N₂O의 배출량(g/km)의 차속에 대한 회귀식은 y=x²로 적용됨을 나타낸다. 이는 화물자동차의 CH₄(또는 N₂O)와 동일한 이유에 기인된다.

그러므로, CNG 승합자동차일 때 y=x²가 y = A*(x^b)(CH₄)로 산출되고, y = A*(x^b)(N₂O)로 산출된다.

한편, 도1c에서 S100은 단일 온실가스 산출식이 수립되는 단계로서, 이를 통해 단일 CO2 산출식, 단일 CH₄ 산출식, 단일 N₂O 산출식이 정의된다.

일례로, 화물자동차와 경유 승합자동차의 CO2-차속 기본관계식은 y = A*(x^b)로 전환되고, y = C*(x)+D로 전환됨으로써 단일 CO2 산출식이 정의되며, CNG 승합자동차의 연비-차속 기본관계식은 y = A*(x^b)로 전환됨으로써 CNG차종 단일 CO2 산출식이 정의된다.

또한, 화물자동차와 경유 승합자동차 및 CNG 승합자동차의 CH₄ -차속 기본관계식 및 N₂O -차속 기본관계식은 y = A*(x^b)로 전환됨으로써 단일 CH₄ 산출식과 단일 N₂O 산출식이 각각 정의된다

여기서, A는 2차 온실가스 계수이고, C는 1차 온실가스 계수이며, D는 상수 온실가스 계수이고, b는 차수계수로 정의되며, 이들은 모두 해당 차종의 중량에 따른 각각의 고유값이다.

본 실시예에서, A, b, C,D의 평균화된 값은 평균화되기 전의 각각의 값에 대한 오차허용범위를 수용한다. 일례로, 중형 화물자동차의 경우, A는 평균적으로 약 19% 이하가 허용되고, b는 평균적으로 약 2%이하가 허용되며, C는 평균적으로 약 30% 이하가 허용되고, D는 평균적으로 약 7% 이하가 허용된다. 하지만, 오차허용범위는 실험 조건 및 주변 환경에 따라 적절히 보정될 수 있다.

그러므로, y = A*(x^b), y = C*(x)+D에 차종의 중량별 각각의 계수를 대입하여 데이터 맵으로 구축됨으로써, 차량의 중량 또는 차속만으로 차종별 또는 중량별 CO2배출량, CH₄ 배출량, N₂O 배출량이 손쉽게 각각 구해질 수 있다.

한편, 도1c를 참조하면, S200은 단일 온실가스 산출식이 활용되는 단계로서, 일례로 네비게이션의 적용이나 스마트 폰의 적용을 들 수 있다. 필요에 따라 단일 온실가스 산출식을 이용한 예측 CO2,NH4, N2O 데이터DB는 중량별 개개 값으로 구분되거나 또는 평균값으로 구축될 수 있다.

S200내지 S500은 운전자가 본 발명의 단일 온실가스 산출식을 이용하는 과정을 나타낸다.S200은 단일 연비 산출식을 갖춘 네비게이션이고, 이를 통해 S300과 같이 운전자가 네비게이션에서 차량의 중량이나 차속을 선택하면, S400과 같이 네비게이션은 단일 온실가스 산출식이 적용된 데이터 DB로부터 선택된 차량의 CO2나 NH4나 N2O를 검색하고, 이어 S500과 같이 그 결과를 네비게이션 화면에 표시하여 준다.

그러므로, 운전자는 자신의 차량이 목적지까지 발생하는 온실가스 배출량을 간단하면서도 편리하게 파악할 수 있다.

10 : 메인 컨트롤러 20 : 차대 동력계
30 : 시료채취기 40 : 공기정화기
50 : 배출가스 분석기 100 : 시험대상차량

Claims (8)

1. 상용차가 화물자동차와 승합자동차로 구분되고, 연료 별로 경유와 CNG로 구분되며, 온실가스 배출계수 개발시험을 통해 차대 동력계에서 CO2, CH₄, N₂O 데이터가 각각 속도별로 측정되는 온실가스 배출계수 수집단계;
   상기 차대 동력계의 메인컨트롤러에서 상기 CO2, CH₄, N₂O 데이터가 y[온실가스배출량] ∝ X[차속]의 관계식에 적용되어, CO2-차속의 선도, CH₄-차속의 선도, N₂O-차속의 선도로 각각 변환되는 온실가스 배출계수 가공단계;
   상기 CO2-차속, 상기 CH₄-차속, 상기 N₂O-차속은 상기 온실가스배출량(g/km)을 차량중량 당 온실가스 배출량으로 변환함으로서 상기 차속이 기준 차속보다 작은 경우는 y = A*(x^b)이고, 상기 차속이 상기 기준 차속보다 크거나 같은 경우는 y = B*(x²)+C*(x)+D의 단일식으로 통합되는 차량 중량 당 온실가스 배출량 통합단계;로 구현되고,
   상기 y = A*(x^b)과 y = B*(x²)+C*(x)+D에서, x는 차속이고, A, B, C, D, b는 연료에 따른 고유값으로 산출되며, y는 온실가스발생량(g)/[차량기준중량(ton)*주행거리(km)]이며, 상기 차량기준중량은 상기 상용차의 공차중량과 적재중량의 합이며, 상기 기준 차속은 65.4Km/h 인 것을 특징으로 하는 상용 차량용 온실가스 배출계수 단일화 방법.
   
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3. 청구항 1에 있어서, 상기 상용차가 화물자동차일 때 A는 200~250이고, b는 -0.3 ~ -0.4이며, C는 0.2~0.3이고, D는 30 ~ 40인 것을 특징으로 하는 상용 차량용 온실가스 배출계수 단일화 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 상용차가 경유 승합자동차일 때 A는 250~300이고, b는 -0.3 ~ -0.4이며, C는 -0.02 ~ -0.03이고, D는 50 ~ 60인 것을 특징으로 하는 상용 차량용 온실가스 배출계수 단일화 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 상용차가 CNG 승합자동차일 때 A는 300~350이고, b는 -0.3 ~ -0.4인 것을 특징으로 하는 상용 차량용 온실가스 배출계수 단일화 방법.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 CH₄ , 상기 N₂O의 단일식에서는 상기 상용차의 특정 차속에 따른 구분 없이 y = A*(x^b)가 적용되는 것을 특징으로 하는 상용 차량용 온실가스 배출계수 단일화 방법.
   
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