초록 ▼

Ⅳ. 연구 결과
1) UN ECE의 WP. 29의 오염 물질 및 에너지 분과 산하의 Heavy Duty Hybrids 워킹 그룹에서 대형 하이브리드 자동차의 배출가스 시험 방법으로 국제 표준 시뮬레이션 모델을 통해 하이브리드 차량의 WHVC 모드 주행시에 구동되는 엔진 운전점(토크, 엔진회전수)을 도출하고, 이를 엔진동력계 시험의 주행모드로 입력하여 배출가스를 측정하는 HILS 시험 방법과 하이브리드 동력시스템의 변속기 전단 또는 후단에서 동력계에 설치하여 WHVC 모드 주행을 통해 배출가스를 측정하는 Powertrain 시험

Ⅳ. 연구 결과
1) UN ECE의 WP. 29의 오염 물질 및 에너지 분과 산하의 Heavy Duty Hybrids 워킹 그룹에서 대형 하이브리드 자동차의 배출가스 시험 방법으로 국제 표준 시뮬레이션 모델을 통해 하이브리드 차량의 WHVC 모드 주행시에 구동되는 엔진 운전점(토크, 엔진회전수)을 도출하고, 이를 엔진동력계 시험의 주행모드로 입력하여 배출가스를 측정하는 HILS 시험 방법과 하이브리드 동력시스템의 변속기 전단 또는 후단에서 동력계에 설치하여 WHVC 모드 주행을 통해 배출가스를 측정하는 Powertrain 시험 방법을 개발하여 제안하고 있으며, 2015년에 GTR최종안이 승인될 예정이다

2) WP.29 에서 대형 하이브리드 자동차의 시험을 위해 제안한 국제 표준 시뮬레이션 모델에 대해 상세 분석을 수행하였으며, 국내 하이브리드 개발 차량의 개발 동향에 맞춰 국내 환경에 적합한 병렬형 및 직렬형 하이브리드 버스 해석 모델 개발을 수행하였다. 이를 통해 국제 표준 시뮬레이션 모델의 국내 적용 가능성을 검토하였다. 개발된 하이브리드 해석 모델에 가상 HCU 및 HEV BUS 모델을 적용하여 적용성과 신뢰성을 확인하였다.

4) 대형 하이브리드 자동차의 HILS 시험 방법 적용을 통해 도출된 엔진 속도/부하 프로파일을 적용하여 엔진 동력계에서 배출가스 및 CO₂ 배출량을 측정하였으며, 동급 내연기관 차량 및 기존 엔진 동력계 시험 결과, 차량 동력계 시험 결과와의 비교를 수행하였다.
- HILS 시험 방법을 통해 도출된 엔진 운전 영역은 기존의 WHTC 시험 운전 영역과 비교하여 고속, 고부하 운전 영역으로 이동됨을 확인 하였다.
- 하이브리드 차량용 6L급 엔진에 대하여 엔진 동력계에서 HILS 시험을 통해 도출된 하이브리드 운전 프로파일을 적용하여 시험을 수행하였다. 동일 엔진의 WHTC 모드 시험결과와 비교 하여 일산화탄소, 탄화수소는 감소하고 질소산화물은 증가하는 경향이 도출되었고 이는 하이브리드 운전으로 주요 엔진 동작점이 고회전/고부하 영역으로의 변화에 기인한다. 동급 내연기관 차량에 적용되는 11L 급 엔진 시험 결과와 비교 시, 모든 배출가스의 배출량이 감소하였다. 또한 CO₂ 배출량은 하이브리드 자동차용 6L급 엔진의 WHTC 시험 및 동급 내연기관 자동차용 11L급 엔진 시험결과와 비교하여 낮은 배출량을 나타내었다.
- 하이브리드 차량은 동급 내연기관 차량과 비교하여 연비가 향상됨을 본 연구결과 및 기존 연구의 대형 차대동력계 시험 결과를 통해 확인 할 수 있었으며, 평균적으로 CO₂는 27.4%, 연비 36.7%가 개선됨을 확인하였고, 질소산화물 및 일산화탄소는 대폭 감소하였으며, 탄화수소는 소폭 증가하였다.

5) 국내 대형하이브리드 자동차의 배출가스 인증 시험 방법으로 WP. 29에서 제안하는 현행개정 사항을 도입하기 위해서는 표준 차량 변수 적용, HILS 시스템 구성 방법 및 검증 방법, 구성 부품 시험 그리고 인증용 시험 모드의 한계 및 제작사의 지원 필요성 등의 다양한 제약사항에 대한 구체적인 검토가 필요하며, 이에 대한 시험 변수, 주행 모드 및 시험절차 등에 대한 보완 및 추가 검토가 요구된다. 또한 중장기적인 대형하이브리드 자동차의 배출가스 관리 방안이 필요하며, 이를 위해 주행 시험이 가능한 대형하이브리드 자동차의 경우 실차(차대동력계 또는 실도로)기반의 개별 시험 방법과 병행하고, 단기적으로는 기존엔진 인증시험 방법(WHTC)과 실제 도로주행 배출가스 시험 방법(PEMS) 병행하는 방법을 제안하였다.

6) 대형 상용차에 대해 실제도로 배출가스 규제 도입과 하이브리드 자동차의 운행 특성으로 인해 대형 하이브리드 자동차의 실도로 배출가스 규제가 요구되고 있으며 이를 위한 방안으로 PEMS, 엔진 동력계와 HILS 시스템의 연계를 통한 실도로 배출가스 규제의 연계 방안의 검토가 필요하다. 실제 도로에서 하이브리드 자동차의 주행 정보를 수집하여 대표화된 주행 경로 및 주행 모드(속도/경사 프로파일)를 도출하고, 도출된 주행 모드에 대해 HILS 주행을 수행하여 엔진 시험 모드를 도출하여 엔진 동력계에서 시험을 통한 실도로 모사 엔진 평가 시험이 가능하다. 이 경우 시험의 재현성 및 반복성을 확보할 수 있으며, 다양한 초기 운전 조건에 대한 엔진 주행 모드의 도출이 가능하므로, 실제 도로 배출가스 규제에 대해서도 도출된 개별 차량의 실도로 주행 모사 엔진 운전 모드를 활용한 시험 방법의 적용 가능성에 대한 검토가 필요하다.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목 차 ... 7
• 그 림 목 차 ... 9
• 표 목 차 ... 12
• I. 서론 ... 13
• 1. 연구 배경 ... 13
• 2. 연구 목적 ... 16
• Ⅱ. 연구내용 및 방법 ... 17
• 1. 연구 내용 ... 17
• 1.1 UN ECE WP. 29의 대형하이브리드 시험방법 분석 ... 17
• 1.2 국내 대형하이브리드 개발 동향 파악 및 HILS를 이용한 평가 ... 19
• 1.3 대형하이브리드 자동차 배출가스 인증을 위한 시험 방법안 제시 ... 19
• 2. 연구 방법 ... 20
• 2.1 연구 추진체계 ... 20
• Ⅲ. 연구결과 및 고찰 ... 21
• 1. UN ECE WP. 29의 대형하이브리드 시험방법 분석 ... 21
• 1.1 WP. 29의 개발동향 및 대형하이브리드 자동차용 GTR 최종안 분석 ... 21
• 1.2 HILS 시뮬레이션용 모델 분석 및 국내 적용성 검토 ... 38
• 1.3 WP. 29, 일본 및 국내 대형하이브리드자동차 제작사에서 운용중인 HCU HILS 기반 시험방법 및 응용사례 비교 분석 ... 57
• 2. 국내 대형하이브리드 개발 동향 파악 및 HILS를 이용한 평가 ... 58
• 2.1 WP. 29의 국제 표준 규정 및 국내 대형하이브리드 개발 동향을 고려한 시뮬레이션 모델 개발 ... 58
• 2.2 가상 HCU 및 가상 HEV BUS 모델 구성을 통한 개발된 모델의 적용성 및 신뢰성 검토 ... 64
• 2.3 대형 하이브리드 자동차를 대상으로 HILS 시스템 구성 및 이를 이용한 배출가스 및 CO2 분석 ... 65
• 2.4 하이브리드 운전을 통한 엔진 작동점 변화가 배출가스 변화에 미치는 영향 분석 ... 75
• 3. 대형하이브리드 자동차 배출가스 인증을 위한 시험 방법안 제시 ... 79
• 3.1 WP. 29 GTR 규정 및 평가시험 결과를 토대로 인증시험 방법안 제시 ... 79
• 3.2 최근 국내 적용 예정인 대형차 실도로 배출가스 규제(PEMS) 동향이 반영된 HILS 시험방법 보완 전략 검토 ... 85
• Ⅳ. 결 론 ... 87
• Ⅴ. 기대성과(활용방안) 또는 향후계획 ... 89
• 1. 기대성과 및 활용방안 ... 89
• 2. 향후계획 ... 89
• ⅤI. 별첨 ... 90
• 1. 대형 하이브리드 자동차의 배출가스 시험 방법(안) ... 90
• 2. WP. 29 제안 HV 모델 세부 구조 및 입출력 변수 ... 123
• 끝페이지 ... 132