KR101536419B1

KR101536419B1 - 승용 차량용 연비 배출계수 산출식 단일화 방법

Info

Publication number: KR101536419B1
Application number: KR1020130117852A
Authority: KR
Inventors: 박용성; 김배수; 이종현; 정애라; 김자륭; 임종순
Original assignee: 교통안전공단
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-07-13
Also published as: KR20150039365A

Abstract

본 발명의 것을 특징으로 하는 승용 차량용 연비 배출계수 산출식 단일화 방법은 소형, 중형, 대형 차종별로 구분되고, 휘발유, LPG, 경유로 구분되며, 다른 각각의 연비 산출용 데이터를 산출한 후, y[연비(Fuel Economy)] ∝ X[차속]의 관계식으로 변환된 연비-차속 선도로부터 단일 연비산출식 y = B*(x²)+C*(x)+D가 산출됨으로써, 다양한 종류의 자동차의 구분 없이 모든 차종의 주행거리(Km)*차량기준중량(ton)/연료소모량(L)을 용이하게 산출할 수 있고, 특히 차량의 중량과 차속과 같은 계수만으로 대상 차량에 대한 주행거리(Km)*차량기준중량(ton)/연료소모량(L)이 즉시 파악될 수 있는 특징을 갖는다.

Description

승용 차량용 연비 배출계수 산출식 단일화 방법{Fuel Ratio Factor unification Method for Automobile and Navigation thereto}

본 발명은 자동차의 연비에 관한 것으로, 특히 공통으로 적용되는 연비 산출계수를 이용한 하나의 방정식에 의해 연비(Km/L)가 산출됨으로써 차종 구분 없이 적용될 수 있는 승용 차량용 연비 배출계수 산출식 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 연비산출계수 식을 적용하는 것은 매우 비효율적일 수밖에 없다.

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

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 경형, 소형, 중형, 대형 차종별로 연비산출계수를 개발한 후 각각의 경형, 소형, 중형, 대형 차종별로 연비 산출용 데이터를 획득한 후, y[연비(Fuel Economy)] ∝ X[차속]의 관계식으로 변환된 연비-차속 선도로부터 대상 자동차의 중량 단위의 단일 연비산출식 y = B*(x²)+C*(x)+D가 산출됨으로써, 다양한 종류의 배기량 혹은 중량에 따른 차종 구분 없이 모든 차종의 주행거리(Km)*차량기준중량(ton)/연료소모량(L)을 용이하게 산출할 수 있고, 특히 차량의 중량과 차속과 같은 계수만으로 대상 차량에 대한 주행거리(Km)*차량기준중량(ton)/연료소모량(L)이 즉시 파악됨으로써 주행 목적지까지의 연료소모량 예측을 통해 경제적인 주행도 용이한 승용 차량용 연비 배출계수 산출식 단일화 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 승용 차량용 연비 배출계수 산출식 단일화 방법은 배기량에 따라 경형, 소형, 중형, 대형 승용 차종별로 구분되고, 유종별로휘발유, LPG, 경유로 구분되며, 연비 산출 계수 개발시험모드를 적용해 차대 동력계에서 연비 산출 데이터가 각각 속도별로 측정되는 연비 산출계수 수집단계; 상기 연비 산출 데이터를 y[연비(Fuel Economy)] ∝ X[차속]의 관계식에 적용하여, 연비-차속 선도로 변환시켜주는 연비 산출계수 가공단계; 상기 연비-차속 선도를 차량 중량별 통합된 연비-차속 선도로 전환하고, 상기 차량 중량별 통합된 연비-차속 선도로부터 단일 연비산출식 y = B*(x²)+C*(x)+D가 산출되며, y = B*(x²)+C*(x)+D는 차량의 차속 구분 없이 적용되는 연비 산출계수 수립단계;로 구현되고, y = B*(x²)+C*(x)+D에서, x는 차속이고, B, C, D는 시험대상 차종에 따른 고유값으로 산출되며, y는 주행거리(Km)*차량기준중량(ton)/연료소모량(L)이며, 차량기준중량이란 공차중량과 적재중량의 합인 것을 특징으로 한다.

상기 차종이 휘발유 승용자동차일 때, y = -(0.0030~0.0050)x²+0.622x+2.4351이다. 상기 차종이 LPG 승용자동차일 때, y = -0.0034x²+0.5392x+1.0874이다. 상기 차종이 경유 승용자동차일 때, y = -0.0062x²+0.9049x+3.9743이다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 네비게이션에는 자동차용 연비 배출계수 산출식 단일화 방법이 적용되어 단일 연비 산출식이 생성되고, 상기 단일 연비 산출식에 의한 연비나 연료소모량이 화면으로 표시되며, 공차중량, 적재중량 및 차속은 차량으로부터 획득되거나 사용자에 의해 입력된다.

이러한 본 발명은 차종에 구분 없이 공통으로 적용되는 단일 연비 산출식으로부터 차량의 연비가 파악됨으로써 교통부문 온실가스 배출량의 약 95%정도를 발생시키는 자동차분야의 연료 소모율을 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 배기량에 따른 구분 없이 공통으로 적용되는 단일 연비 산출식을 이용해 중량이나 차속만으로 특정 차종의 연료소모량이 용이하게 파악되고, 특히 배기량에 따른 종류가 다양한 승용자동차(배기량에 따라 1.0, 1.6, 2.0, 2.4, 3.0, 3.5, 3.8리터)또는 경형, 소형, 중형, 대형 차종으로 분류되는 다양한 승용자동차의 연비를 각각의 중량에 따라 개별적으로 측정하지 않는 편리함을 제공해주는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 차종에 구분 없이 용이하게 연비가 파악될 수 있는 단일 연비 산출식을 예측 연료 소모량과 연계시킴으로써 주행차량의 상태에 따른 목적지 연료소모량이 용이하게 산출될 수 있고, 목적지 연료소모량 예측에 의한 경제적인 차량 운행이 달성되는 효과가 있다.

도 1a,1b,1c은 본 발명에 따른 승용 차량용 연비 배출계수 산출식 단일화 방법의 동작흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연비계수 산출을 위한 테스트 장비의 구성예이고, 도 3은 본 발명에 따른 승용자동차용 NIER모드의 예이며, 도 4는 본 발명에 따른 휘발유 승용자동차의 단일 연비 산출식으로 표현된 연비선도이며, 도 5는 본 발명에 따른 LPG 승용자동차의 단일 연비 산출식으로 표현된 연비선도이고, 도 6은 본 발명에 따른 경유 승용자동차의 단일 연비 산출식으로 표현된 연비선도이다.

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 승용 차량용 연비 배출계수 산출식 단일화 방법의 동작흐름을 나타낸다.

도 1a을 참조하면, S10은 연비 산출계수 단일화를 위한 차종을 선택하는 단계로서, 이를 위한 시험대상차량은 S11의 경형 승용자동차, S12의 소형 승용자동차, S13의 중형 승용자동차, S14의 대형 승용 자동차등이다. 하지만, 승용자동차의 분류는 배기량에 따라 1.0, 1.6, 2.0, 2.4, 3.0, 3.5, 3.8리터로 구분될 수 있다.

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

S21의 차대동력계와 S23의 배출가스 분석 장비를 포함한 테스트 장비의 구성은 도 2를 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 연료 소모량등이 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.

한편, S25의 시험모드 세팅에서는 환경부의 자동차 대기오염물질 배출계수 개발에 사용되어지는 시험모드인 NIER가 적용된다. 이러한 NIER모드는 승용 및 소형 승합, 화물 자동차 시험에 적합한 S25-1의 NIER 1, 3, 7, 9, 12, 14,15 모드가 적용되고, 각각의 모드에서 구체적인 시험조건은 모드차속(Km/h)과 총주행시간(sec) 및 총주행거리(Km)를 적용한다. 이러한 예는 도 3을 통해 예시된다.

S30은 시험조건을 설정하는 단계로서, 이 단계에서는 S31-1의 휘발유 승용자동차와 S31-2의 LPG 승용자동차 및 S31-3의 경유 승용자동차로 구분되고, 더불어 S32-1의 경형 승용자동차와, S32-2의 소형 승용자동차, S32-3의 중형 승용자동차 및 S32-4의 대형 승용자동차로 구분된다.

도 1b를 참조하면, S40은 승용자동차에 적용되는 연비 산출계수 단일화를 위한 자료를 취득하는 시험 수행 단계로서, 이 과정을 통해 S50의 연비선도 추출이 이루어진다.

S50의 연비선도 추출은 S51의 경형 승용자동차와, S52의 소형 승용자동차, S53의 중형 승용자동차 및 S54의 대형 승용자동차로 구분되고, 이들은 사용하는 연료인 휘발유나 LPG나 경유에 따라 시험이 수행된다.

이러한 시험에는 S25-1의 NIER 1, 3, 7, 9, 12, 14,15 모드로 수행된다.

S60은 NIER모드 시행결과 연비-중량선도가 획득된 단계이고, S60-1은 NIER모드 시행결과 연비-속도선도가 획득된 단계이다.

S60의 연비-중량선도는 S61의 휘발유 연비-중량선도, S62의 LPG 연비-중량선도, S63의 경유 연비-중량선도로 구분되며, S60-1의 연비-속도선도는 S61-1의 휘발유 연비-속도선도, S62-1의 LPG 연비-속도선도, S63-1의 경유 연비-속도선도로 구분된다.

도 1c를 참조하면, S70은 공통 연비인자를 도출하는 단계로서, 이를 통해 승용자동차의 종류에 관계없이 모두에 적용될 수 있는 단일 연비 산출식이 구해진다. 이를 위해 S80의 연비선도 매핑과 S81의 연비-차속 선도의 통합화를 거친 후 S82의 연비-차속 기본관계식이 수립된다. 통상, 연비-차속 기본관계식은 S83의 단일화된 연비계수의 평균화과정을 수행한다.

단일화된 연비계수의 평균화과정을 거치고 나면, S100과 같이 단일연비 산출식이 수립된다.

실험 결과, 상기 단일연비 산출식은 y[연비(Fuel Economy, Km.ton/L)] ∝ X[차속(Km/h)]의 관계로부터 y=x²+x+c(상수)로 구체화 된 연비-차속 기본관계식이 확립된 후, 2차방적식의 각 차수 인자가 승용자동차 각각의 고유값으로 계산됨으로써 y = B*(x²)+C*(x)+D로 수립된다. 이와 같이, 연비산출계수가 연비-차속을 통해 차량중량 당 연비로 변환됨으로서 y = B*(x²)+C*(x)+D의 단일식으로 통합된다. 이는 차량 중량 당 연비산출계수 통합단계로 정의된다.

그러므로, y = B*(x²)+C*(x)+D에서, x는 차속이고, B, C, D는 시험대상 차종에 따른 고유값으로 산출되며, y는 주행거리(Km)*차량기준중량(ton)/배기량(L)이며, 차량기준중량이란 공차중량과 적재중량의 합으로 정의된다.

도 4내지 도 6은 사용연료와 차종별로 각각 획득된 단일연비 산출식 y = (B)*(x²)+(C)*(x)+D의 예를 나타낸다.

도 4는 휘발유 승용자동차의 단일연비 산출식 y = B*(x²)+C*(x)+D의 경우로서, y = -(0.0030~0.0050)x²+0.622x+2.4351로 산출된 상태이다. 도 5는 LPG 승용자동차의 단일연비 산출식 y = B*(x²)+C*(x)+D의 경우로서, y = -0.0034x²+0.5392x+1.0874로 산출된 상태이다. 도 6은 경유 승용자동차의 단일연비 산출식 y = B*(x²)+C*(x)+D의 경우로서, y = -0.0062x²+0.9049x+3.9743로 산출된 상태이다.

한편, 도 1c를 참조하면, S200내지 S500은 운전자가 본 발명의 단일 연비 산출식을 이용하는 과정을 나타낸다.

S200은 단일 연비 산출식을 갖춘 네비게이션이고, 이를 통해 S300과 같이 운전자가 네비게이션에서 차량의 중량이나 차속을 선택하면, S400과 같이 네비게이션은 단일 연비산출식이 적용된 데이터 DB로부터 선택된 차량의 연료소모량을 검색하고, 이어 S500과 같이 그 결과를 네비게이션 화면에 표시하여 준다.

그러므로, 운전자는 자신의 차량이 목적지까지 소모하는 연료량을 간단하면서도 편리하게 파악할 수 있다.

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

Claims

승용차의 배기량에 따라 경형, 소형, 중형, 대형으로 구분되고, 연료 별로 휘발유, LPG, 경유로 구분되며, 연비 산출 계수 개발시험을 통해 차대 동력계에서 연비 산출 데이터가 각각 속도별로 측정되는 연비 산출계수 수집단계;
상기 차대 동력계의 제어부에서 상기 연비 산출 데이터가 y[연비(Fuel Economy)] ∝ X[차속]의 관계식에 적용되어, 연비-차속의 선도로 변환시켜주는 연비 산출계수 가공단계;
상기 연비-차속은 상기 연비 산출계수를 차량 중량 당 연비로 변환함으로서 y = B*(x²)+C*(x)+D의 단일식으로 통합되는 차량 중량 당 연비 산출계수 통합단계;로 구현되고,
y = B*(x²)+C*(x)+D에서, x는 차속이고, B, C, D는 연료에 따른 고유값으로 산출되며, y는 주행거리(Km)*차량기준중량(ton)/연료소모량(L)이며, 상기 차량기준중량은 상기 승용차의 공차중량과 적재중량의 합인 것을 특징으로 하는 승용 차량용 연비 배출계수 산출식 단일화 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 연료가 휘발유안 경우, y = -(0.0030~0.0050)x²+0.622x+2.4351인 것을 특징으로 하는 승용 차량용 연비 배출계수 산출식 단일화 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 연료가 LPG인 경우, y = -0.0034x²+0.5392x+1.0874인 것을 특징으로 하는 승용 차량용 연비 배출계수 산출식 단일화 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 연료가 경유인 경우, y = -0.0062x²+0.9049x+3.9743인 것을 특징으로 하는 승용 차량용 연비 배출계수 산출식 단일화 방법.
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