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문제 정의
- 본 연구에서는 국토교통부에서 기획하고 타타대우상용차에서 제작한 중형저상버스인 LF-40의 차량 중량별 연료경제성을 평가하였다. 승차인원 30명(착좌 10명, 입석 20명)으로 제작되어진 LF-40에 대하여 공차(Curb), 반적차(HVW), 적차(GVW) 상태로 구분하여 각각의 중량조건에 대한 연료경제성을 비교 분석하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 국토교통부와 타타대우상용차에서 진행 중인 중형저상버스 표준모델 개발 과제의 성과물인 중형저상버스 표준차량(LF-40)을 이용하여 대형 차대동력계 기반 WHVC 및 NIER-06, 60kph정속 주행모드 수행 시 연료소비율에 대한 영향성 비교평가는 다음과 같다.
- 본 연구에서는 국토교통부에서 기획하고 타타대우상용차에서 제작한 중형저상버스인 LF-40의 차량 중량별 연료경제성을 평가하였다. 승차인원 30명(착좌 10명, 입석 20명)으로 제작되어진 LF-40에 대하여 공차(Curb), 반적차(HVW), 적차(GVW) 상태로 구분하여 각각의 중량조건에 대한 연료경제성을 비교 분석하였다.
- 시험 셀 환경은 온도와 습도를 제어하며 온도는 산업통상자원부 고시 중 하나인 “자동차의 에너지 소비효율, 온실가스배출량 및 연료소비율 시험방법 등에 관한 고 시”에 의거하여 셀 온도를 25 ℃로 제어하며, 습도는 연비 측정의 정확성을 높이기 위해 50%±1%로 시험 셀의 습도를 제어하였다.
- 본 연구에서 사용한 주행저항 데이터는 JFCM을 이용 환산식을 사용하지 않고 실도로 타행주행을 통하여 계산된 주행저항데이터를 사용하였다. 실도로 타행주행을 통하여 취득한 속도-시간 감속 데이터를 바탕으로 주행저항을 계산하기 위해 GPS 차속측정 장비를 이용해 실제 도로 시험을 진행하였다. 타행시험방법은 KS R ISO 1052-1의 규정에 준하여 주행로 위의 평균풍속이 10 m/s이하 조건에서 진행하였다.
대상 데이터
- 연료경제성을 평가하기 위해 사용한 세 모드 중에서 운행거리가 가장 짧고 도심 주행을 모사하다 보니 정지와 가감속의 비율이 높아 전체적인 연료경제성 평가 결과로 볼 때 가장 하위의 결과를 나타내고 있음을 알 수 있다. NIER 모드는 06모드 외에 가속주행모드인 07모드도 있으나 국내의 대도시 시내버스 운행모드를 대표하고 있으므로 본 연구에서는 06모드를 이용하였다.
- 본 연구에 사용된 시험차량은 Table 1의 제원을 갖는 중형저상버스를 사용하였다. 시험장치는 대형 차대동력계와 연료경제성 평가 시 발생하는 배기가스의 분석을 위해 전유량희실터널방식의 배기분석계를 사용하였다.
- 본 연구에서 사용한 주행저항 데이터는 JFCM을 이용 환산식을 사용하지 않고 실도로 타행주행을 통하여 계산된 주행저항데이터를 사용하였다. 실도로 타행주행을 통하여 취득한 속도-시간 감속 데이터를 바탕으로 주행저항을 계산하기 위해 GPS 차속측정 장비를 이용해 실제 도로 시험을 진행하였다.
- 본 연구에서는 미국, 유럽, 일본 및 호주의 도로패턴을 복합한 WHVC 사이클과 국립환경과학원에서 국내 도심주행 주행패턴을 분석하여 만든 NIER사이클 중 06번 사이클(NIER-06)그리고 정속 60 km/h 모드를 사용하였다. 시험 사이클의 특징은 Table 4~5와 같다.
데이터처리
- 각 주행방향(남-북)별로 측정한 속도-시간 감속데이터의 평균값을 이용하여 주행저항을 산출하였으며, 그 결과는 Fig. 5와 같다.
이론/모형
- 본 연구에 사용된 시험차량은 Table 1의 제원을 갖는 중형저상버스를 사용하였다. 시험장치는 대형 차대동력계와 연료경제성 평가 시 발생하는 배기가스의 분석을 위해 전유량희실터널방식의 배기분석계를 사용하였다. 시험장치에 대한 상세한 내용 및 사양은 Table 2~3과 같다.
- 실도로 타행주행을 통하여 취득한 속도-시간 감속 데이터를 바탕으로 주행저항을 계산하기 위해 GPS 차속측정 장비를 이용해 실제 도로 시험을 진행하였다. 타행시험방법은 KS R ISO 1052-1의 규정에 준하여 주행로 위의 평균풍속이 10 m/s이하 조건에서 진행하였다. 도로 상의 기후조건이 급변한 경우는 계속적인 반복시험을 통해 오차를 최소화 하였다.
성능/효과
- 1) WHVC모드에서 측정된 연비는 CVW의 경우 평균 7.23km/L, HVW의 경유 평균 7.91km/L, GVW의 경우 평균 7.39km/L로 측정되었다.
- 2) NIER-06모드에서 측정된 연비는 CVW의 경우 평균 6.53km/L, HVW의 경우 평균 6.14km/L, GVW의 경우 평균 5.49km/L로 측정되었다.
- 3) 60kph 정속모드에서 측정된 연비는 CVW의 경우 평균 10.79km/L, HVW의 경우 평균 11.19km/L, GVW의 경우 평균 10.47km/L로 측정되었다.
- 4) 중형저상버스 표준모델(LF-40)의 주행모드와 적재 조건별 연비측정 결과는 국내 경쟁차량에 비해 약 5% 정도의 연비차이를 보이고 있다.
- 5) 차량의 제작 시 설계 중량에 비해 약 500kg이 초과되었고, 차량의 전체적인 크기가 커져 전투영면적이 커진 것이 원인으로 파악되며, 무게의 경우 현재 각 파트의 과설계 부분을 도출하여 살빼기를 진행하고 있다.
- 마지막으로 Fig 16은 60 km/h 정속 주행모드를 이용하여 측정한 연료경제성 평가 결과를 나타내고 있다. 60 km/h 정속 주행모드에서는 다른 시험모드와 다르게 공차상태 보다 반적차의 연비가 높은 것으로 측정되었다. 추후 배출가스 데이터의 분석이 필요할 것으로 판단된다.
- 또한 급격한 가감속과 정지구간이 적고 전체적으로 중속의 비중이 높은 지방도의 경우는 고속도로구간과 비슷한 연비를 나타내는 것을 확인 할 수 있었다. 그리고 차량의 적재조건에 따라 공차대비 반적차는 3.4%, 공차대비 적차는 12% 정도의 연비차이를 보이고 있으며, 반적차와 적차 조건의 경우 약 8.3%정도의 연비차이를 보이고 있음을 확인하였다.
- 7%를 차지하여 전체 평균연비에 가장 많은 영향을 미치고 있다. 또한 급격한 가감속과 정지구간이 적고 전체적으로 중속의 비중이 높은 지방도의 경우는 고속도로구간과 비슷한 연비를 나타내는 것을 확인 할 수 있었다. 그리고 차량의 적재조건에 따라 공차대비 반적차는 3.
- 8 km/h급에 해당되는 NIER-06모드의 추종성 결과는 Fig 12~14에 나타내었다. 시험에 사용한 중형저상버스는 국토교통부의 상용차량속도제한에 따라 100 km/h로 최고 속도 제한이 걸려 있는 상태이지만 NIER-06모드의 최고속도는 약 70 km/h 수준이므로 추종성 결과와 같이 적재조건과 무관하게 전 구간에서 추종성이 아주 양호한 것을 확인 할 수 있었다.
- 8 km/h이지만 정지구간을 제외한 주행구간의 평균차속은 30 km/h가 된다. 연료경제성을 평가하기 위해 사용한 세 모드 중에서 운행거리가 가장 짧고 도심 주행을 모사하다 보니 정지와 가감속의 비율이 높아 전체적인 연료경제성 평가 결과로 볼 때 가장 하위의 결과를 나타내고 있음을 알 수 있다. NIER 모드는 06모드 외에 가속주행모드인 07모드도 있으나 국내의 대도시 시내버스 운행모드를 대표하고 있으므로 본 연구에서는 06모드를 이용하였다.
- 9~11과 같다. 예상했던 바와 같이 공차상태에서의 연비가 가장 우수하며, 전체적으로 가감속과 정지구간이 많은 도심주행구간은 연료경제성이 떨어지지만 주행거리가 전체적으로 짧아 모드 전체를 볼 때 연료경제성에 미치는 영향은 크지 않으며, 가속구간이 많은 고속도로구간은 전체 싸이클 주행거리의 59.7%를 차지하여 전체 평균연비에 가장 많은 영향을 미치고 있다. 또한 급격한 가감속과 정지구간이 적고 전체적으로 중속의 비중이 높은 지방도의 경우는 고속도로구간과 비슷한 연비를 나타내는 것을 확인 할 수 있었다.
- 각 중량조건과 무관하게 모든 구간에서 사이클에 대한 추종성이 양호하다는 것을 알 수 있다. 이것으로 볼 때 실도로 주행을 통한 주행저항력의 산출이 환산식에 비해 환경온도, 습도, 풍향, 풍속 등의 환경조건이 열악하지만 측정오차를 줄이기 위해 반복시험을 진행하여 취득한 데이터의 정확도가 환산식과 거의 동등수준이며, 실도로 주행저항력을 사용하여 연료경제성평가를 진행한 결과의 신뢰도가 상당히 높다는 것을 알 수 있다.
후속연구
- 본 연구에 사용된 차량은 양산모델이 아니며, 양산으로 가기 위한 표준 1호차 수준이므로 양산모델로 갈수록 연료경제성은 좋아 질 것으로 판단되며, 향 후 3호 혹은 4호차량을 이용하야 재평가를 진행하여 비교할 예정이다.
- 60 km/h 정속 주행모드에서는 다른 시험모드와 다르게 공차상태 보다 반적차의 연비가 높은 것으로 측정되었다. 추후 배출가스 데이터의 분석이 필요할 것으로 판단된다.
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