[논문]OBD-II 인터페이스를 이용한 자동차 CO2 배출량 추정

정경권; 최우승

doi:10.9708/jksci.2011.16.12.167

OBD-II 인터페이스를 이용한 자동차 CO2 배출량 추정
Estimation of Vehicle's CO2 Emission using OBD-II Interface 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.16 no.12, 2011년, pp.167 - 174

정경권 (전자부품연구원) , 최우승 (경원대학교 글로벌교양학부)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 차량의 CO2 배출량을 추정하기 위한 방법들을 설명하였다. 전 세계적으로 에너지와 환경의 중요성이 부각되고 있으며 자동차 부문의 기술개발에서도 이 점이 크게 강조되고 있다. 특히 CO2는 지구 온난화에 영향을 미치는 온실가스로 배출 규제 대상이 되고 있다. 차량의 주행 거리에 따른 CO2 배출량 추정 방법, 기후 변화 위원회(IPCC))에서 제시한 CO2 배출량 추정 방법, MAF(Mass Air Flow)와 옥탄의 화학반응식을 이용한 CO2 배출량 추정 방법 등에 대해서 설명하고 각각의 방법들의 성능을 비교하였다. 각각의 CO2 추정 방법들에 대한 성능을 확인하기 위해 실차를 이용하여 약 5km의 도로를 주행하면서 OBD-II 포트로 차량의 진단 정보를 획득하고, 주행 거리, 연료 소모량을 구하였다. 정속 주행에서는 비슷한 CO2 배출량 결과를 얻었고, 급가속 주행에서는 IPCC 방식과 화학반응식 방식이 보다 현실적인 배출량 결과를 보임을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper described the estimation methods of CO2 emission of vehicles. The important of energy and environment has emerged in the world, and the field of vehicle's development as well. CO2 was particularly the object of emission-regulation that caused of global warming. There are performance comparison methods by driving mileage, International Panel on Climate Change (IPCC) and chemical equation for the combustion of Octane. We took the measurement by getting data through OBD-II port from vehicle covered 5 km on road. We got the diagnosis information, specific mileage and fuel consumption in this experiment. We are able to expect similar CO2 emission by the methods in the normal speed driving. Also, we can make more realistic approach of CO2 emission by the method of estimation by IPCC and chemical equation for the combustion of Octane in rapid acceleration driving.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 OBD-II 인터페이스를 통해 제공받을 수 있는 MAF 값을 이용하여 주행 중인 CO2의 배출량의 예측이 가능함을 입증하는데 초점이 맞추어 연구가 수행되었다.
본 논문에서는 차량으로부터 수집되는 진단정보와 연료에 포함된 옥탄의 화학반응식을 이용하여 차량의 CO2 배출량을 추정하는 방식을 검토한다.
본 논문에서는 차량의 CO2 배출량을 추정하기 위한 방법들에 대해서 살펴보았다. 주행 거리에 따른 차량의 CO2 배출량 추정 방법, IPCC 계산법을 이용한 차량의 CO2 배출량 추정 방법, 차량 정보와 옥탄의 화학반응식을 이용한 차량의 CO2 배출량 추정 방법 등에 대해서 각각의 원리에 대해서 살펴보았고, 이 세 가지 방법들을 실제 도로 주행 구간(5Km)에 적용하여 각각의 방법으로 실제 차량(제네시스 3.
본 논문은 차량의 CO2 배출량을 저감하기 위한 방편으로 차량 운전자에게 주행 중에 CO2 배출량 정보를 실시간으로 제공하는 방법을 비교하여 더욱 효율적인 계산 방법을 유도하고자 한다. 차량의 주행 거리에 따른 CO2 배출량 추정 방법, 기후변화위원회(IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제시한 CO2 배출량 추정 방법, MAF(Mass Air Flow)와 옥탄의 화학반응식을 이용한 CO2 배출량 추정 방법 등에 대해서 설명하고 각각의 방법들의 성능을 비교한다.
이런한 문제점들을 개선하기 위해서 본 논문에서는 차량의 진단정보를 이용하여 연료 소모량을 추정하고, 가솔린 연료의 화학 반응식을 통해 계산할 수 있는 방법을 검토한다.

가설 설정

783kg/ℓ이다. 연소율은 완전연소로 가정하여 0.99로 한다.

제안 방법

3(2009년식, 자동변속기, 가솔린) 차량을 이용하여 그림 5와 같이 서울 상암동 주변 5km 경로를 여러 번 반복 주행하면서 OBD-II에서 차랑 정보를 측정하고, CO2 배출량을 계산하였다. 1차 주행은 5km 구간을 정속주행하고, 2차 주행은 동일한 5km 구간을 급가속을 하여 계산 방법에 따른 CO2 배출량을 비교하였다.
차량의 주행 거리에 따른 CO2 배출량 추정 방법, 기후변화위원회(IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제시한 CO2 배출량 추정 방법, MAF(Mass Air Flow)와 옥탄의 화학반응식을 이용한 CO2 배출량 추정 방법 등에 대해서 설명하고 각각의 방법들의 성능을 비교한다. 각각의 CO2 추정 방법들에 대한 성능을 확인하기 위해 실차를 이용하여 약 5km의 도로를 정속주행과 급가속 주행을 하면서 결과를 분석한다.
이것은 미국 LA 시가지를 달리는 상황을 가정하고 출발, 가속, 감속, 정지 등을 반복하는 시뮬레이션 방법이다. 그림 1과 같은 샤시 다이나모미터에서 모의주행 코스(총 주행 거리 17.85km, 평균 주행속도 31.2km/h, 최고 속도 91.2km/h, 정지 횟수 23회, 총 시험시간 42.3분의 조건)를 모의 주행을 하면서 배기가스를 채집, 분석하는 테스트를 하게 된다[4-5].
제네시스 3.3(2009년식, 자동변속기, 가솔린) 차량을 이용하여 그림 5와 같이 서울 상암동 주변 5km 경로를 여러 번 반복 주행하면서 OBD-II에서 차랑 정보를 측정하고, CO2 배출량을 계산하였다. 1차 주행은 5km 구간을 정속주행하고, 2차 주행은 동일한 5km 구간을 급가속을 하여 계산 방법에 따른 CO2 배출량을 비교하였다.
국내에서도 자동차부문에서의 CO2 배출저감의 기본 정책방향을 설정하고 기술적 저감대책으로 연비개선 자동차 보급, 경차보급 확대, 대체연료 자동차 도입 등이 제시되고 있다. 차량의 배기가스 측정은 샤시 다이나모미터(Chassis Dynamometer)에서 정해진 주행패턴으로 차량을 모의주행하면서 배기가스를 포집하여 성분을 확인한다. 이를 통해서 차량 제조사에서는 거리당 배출되는 CO2 정보를 제원으로 제공한다.
본 논문은 차량의 CO2 배출량을 저감하기 위한 방편으로 차량 운전자에게 주행 중에 CO2 배출량 정보를 실시간으로 제공하는 방법을 비교하여 더욱 효율적인 계산 방법을 유도하고자 한다. 차량의 주행 거리에 따른 CO2 배출량 추정 방법, 기후변화위원회(IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제시한 CO2 배출량 추정 방법, MAF(Mass Air Flow)와 옥탄의 화학반응식을 이용한 CO2 배출량 추정 방법 등에 대해서 설명하고 각각의 방법들의 성능을 비교한다. 각각의 CO2 추정 방법들에 대한 성능을 확인하기 위해 실차를 이용하여 약 5km의 도로를 정속주행과 급가속 주행을 하면서 결과를 분석한다.

대상 데이터

본 논문에서의 시험 차량으로 사용한 제네시스 3.3(2009년식, 자동변속기)은 차량 제원에 CO2 배출량이 233g/km로 명기되어 CO2 추정에 이 값을 활용할 수 있다[6].

이론/모형

MAF를 이용하여 얻어진 연료의 질량을 CO2의 질량으로 변환하기 위해서 옥탄(Octane, C8H18)의 화학반응식을 이용한다[8].
여기서 석유환산계수는 “국내에너지이용합리화법” 개정안(2006년 7월)의 지침을 토대로 하고 탄소배출 계수는 IPCC 지침내용을 활용한다.

성능/효과

두 번째, 차량의 CO2 배출량 추정 방법으로는 IPCC 방법을 예상할 수 있다. 즉 유엔 정부 간 기후변화위원회(IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change)가 제안안 계산법을 이용하여 CO2 배출량을 추정할 수 있으며 식(1)과 같이 표현된다[7]
본 논문에서는 차량의 CO2 배출량을 추정하기 위한 방법들에 대해서 살펴보았다. 주행 거리에 따른 차량의 CO2 배출량 추정 방법, IPCC 계산법을 이용한 차량의 CO2 배출량 추정 방법, 차량 정보와 옥탄의 화학반응식을 이용한 차량의 CO2 배출량 추정 방법 등에 대해서 각각의 원리에 대해서 살펴보았고, 이 세 가지 방법들을 실제 도로 주행 구간(5Km)에 적용하여 각각의 방법으로 실제 차량(제네시스 3.3)의 CO2 배출 추정량을 비교 분석하였으며 동시에 차량정보를 이용한 CO2 추정방법이 정차 구간(0km/h)에 대한 고려를 반영할 수 있어 더욱 유용한 방법임을 확인할 수 있었다.
주행 거리 방식은 그림 7(a)에서 속도가 0km/h인 정지 구간에서는 주행 거리가 없기 때문에 CO2 배출량이 없는 것으로 계산되지만 이러한 정지 구간에서의 공회전 상황에서도 엔진은 동작하면서 연료를 소모하고 있기 때문에 CO2가 배출되고 있다. 주행거리 방식은 1.26kg, IPCC 방식은 1.43kg, 화학반응식 방식은 1.27kg의 결과를 얻었다.

후속연구

자동차와 관련된 에너지, 온난화가스, 유해배출가스 문제를 해결하기 위해서 국내외적으로 기존 내연 기관자동차의 고효율화 및 저배기화, 현행 연료유의 주류를 차지하는 휘발유, 경유, 액화석유가스의 품질 기준 강화, 환경 친화 대체연료의 적용 및 신 원동기의 개발 등을 활발히 추진하고 있다. 내연기관 자동차에서 배출되는 유해 배기가스인 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물, 입자상물질은 연료 품질기준의 지속적인 강화, 자동차 배출가스 규제 강화에 따른 엔진 연소개선이나 후처리장치의 적용 등에 따라서 향후 10년에 걸쳐 대폭 개선될 것으로 전망된다. 그러나 에너지와 온실가스 문제는 여전히 풀기 어려운 과제로 남을 가능성이 높기 때문에 금세기에는 연비개선 신기술의 도입 또는 대체연료의 적용 등이 중요한 이슈가 될 것이다.
주행 중인 차량의 CO2 배출량을 추정할 수 있는 방법으로는 차량의 주행 거리에 따른 CO2 배출량 추정 방법, IPCC에서 제안하는 연료 소모량에 따른 추정 방법이 실생활에서 활용 가능한 방법이라 할 수 있을 것이다.
추가적으로 샤시 다이나모미터에서의 배기가스 테스트 등은 막대한 시설비가 소요되어 일반인들이 1, 2년의 주기적인 차량 정비 검사 등을 통해 접해 볼 수 있는 방법으로 실생활에서 활용하기에는 한계가 있다.
향후 주행 차량의 정확한 CO2 배출량을 추정하기 위해 센서를 적용한 방법들과 비교 분석하여 추정 값의 정밀도를 더욱 높이는 방안에 대한 연구가 진행되어야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자동차와 관련된 에너지, 온난화가스, 유해배출가스 문제를 해결하기 위해서 국내외적으로 무엇을 활발히 추진하고 있나?	자동차와 관련된 에너지, 온난화가스, 유해배출가스 문제를 해결하기 위해서 국내외적으로 기존 내연 기관자동차의 고효율화 및 저배기화, 현행 연료유의 주류를 차지하는 휘발유, 경유, 액화석유가스의 품질 기준 강화, 환경 친화 대체연료의 적용 및 신 원동기의 개발 등을 활발히 추진하고 있다. 내연기관 자동차에서 배출되는 유해 배기가스인 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물, 입자상물질은 연료 품질기준의 지속적인 강화, 자동차 배출가스 규제 강화에 따른 엔진 연소개선이나 후처리장치의 적용 등에 따라서 향후 10년에 걸쳐 대폭 개선될 것으로 전망된다.
	차량의 배기가스 배출량을 측정하기 위한 대표적인 방법은 무엇이 있나?	차량의 배기가스 배출량을 측정하기 위한 대표적인 방법으로는 미국의 EPA(Environmental Protection Agency)에서 만든 FTP-75(Federal Test Procedure)가 있다. 이것은 미국 LA 시가지를 달리는 상황을 가정하고 출발, 가속, 감속, 정지 등을 반복하는 시뮬레이션 방법이다.
	FTP-75는 어떤 방법인가?	차량의 배기가스 배출량을 측정하기 위한 대표적인 방법으로는 미국의 EPA(Environmental Protection Agency)에서 만든 FTP-75(Federal Test Procedure)가 있다. 이것은 미국 LA 시가지를 달리는 상황을 가정하고 출발, 가속, 감속, 정지 등을 반복하는 시뮬레이션 방법이다. 그림 1과 같은 샤시 다이나모미터에서 모의주행 코스(총 주행 거리 17.

참고문헌 (10)

Yongtae Kim, Hokil Lee, Jeongho Kang, Sung Bin Han, Yonjong Chung, "Relationship between $CO_{2}$ emission and fuel consumption rate according to used fuels at driving mode," Journal of Energy Engineering, Vol. 17, No. 4, pp. 227-232, 2008.
Jeong Bae Lee, Sung Soon An, "Automobile Industry and Information Technology," Korean Society of Computer Information, Vol. 16, No. 2, pp.21-26, 2008.
E.TZIRAKIS, K. PITSAS, F. ZANNIKOS, S. STOUR NAS, "VEHICLE EMISSIONS AND DRIVING CYCLES: COMPARISON OF THE ATHENS DRIVING CYCLE (ADC) WITH ECE-15 AND EUROPEAN DRIVING CYCLE (EDC)," Global NEST Journal, Vol. 8, No. 3, pp 282-290, 2006.
Z.D. Ristovski, E.R. Jayaratne, L. Morawska, G.A. Ayoko, M. Lim, "Particle and carbon dioxide emissions from passenger vehicles operating on unleaded petrol and LPG fuel," Science of The Total Environment, Vol. 345, No. 1-3, pp. 93-98, 2005.

상세보기
K. Kelly, L. Eudy, and T. Coburn, "Light-Duty Altern ative Fuel Vehicles: Federal Test Procedure Emissions Results," Technical Reports, National Renewable Energy Laboratory, 1999.
Hyundai Motor Company, http://www.hyundai.com/kr/
IPCC, http://www.ipcc.ch/
Energy Education Programs, http://www.energyeducation.tx.gov/
OBD-II, http://en.wikipedia.org/wiki/On-board_diagnostics/
ElmScan, http://www.scantool.net/

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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