표제지
목차
요약문 5
Ⅰ. 서론 10
1.1. 연구배경 10
1.2. 연구목적 및 필요성 14
Ⅱ. 타이어 미세먼지의 최신 연구 동향 16
2.1. 비배기 배출의 정의 16
2.2. 비배기 배출의 원인(인자) 17
2.3. 내연기관자동차(ICEV)와 전기자동차(EV)의 비배기 미세먼지 배출 현황 21
Ⅲ. 타이어마모 관련 UNECE GRPE 연구 26
3.1. 타이어 분야의 UNECE GRPE TF TA 연구동향 26
Ⅳ. 타이어마모 메커니즘 연구 동향 33
Ⅴ. 실도로 주행을 통한 타이어 마모 먼지 실험 41
5.1. 타이어 마모 실험 선행 연구 41
5.2. 실험 차량 43
5.3. 타이어 마모실험 측정방법 45
5.3.1. 타이어-도로 마모 입자(TRWPs) 측정 45
5.3.2. 타이어 마모량의 측정 46
5.3.3. 주행실험을 위한 지역별 도로선정 및 주행 실험 방법 47
Ⅵ. 지역별 실도로 주행을 통한 TRWPs 실험 결과 49
6.1. 부산-포항 구간, 주행 실험 49
6.2. 부산-김해 구간, 주행 실험 52
6.3. 실도로 주행 데이터를 활용한 차량동력계 실도로 환경 구현 실험 57
6.4. 부산-울산 구간, 실험 조건에 따른 입경별 평균 질량농도 비교 61
6.5. 주행시험장(PG)을 이용한 C-Segment차량과 타이어 마모 시험 결과 비교 63
6.6. 지역별 실도로 주행 데이터를 기반으로 TRWPs의 입자 분석 66
Ⅶ. 교통환경연구소의 비배기 미세먼지 연구방향 설정 로드맵 제안 71
Ⅷ. 결론 74
Ⅸ. 참고문헌 77
Ⅹ/Ⅸ. 부록 82
Table 1.1. 차량, 주행 및 도로특성과 기상 조건이 비배기 배출물에 미치는 영향 22
Table 1.2. 회생제동시스템(RBS)에 의한 브레이크 미세먼지 배출량 산정 24
Table 3.1. ETRTO, IDIADA, JASIC에서 제안한 시험방법 요약 28
Table 5.1. 비배기 미세먼지 측정 차량 제원 44
Table 5.2. 실도로 주행구간의 제원 47
Table 6.1/Table 6.2. 차량동력계 실험조건 58
Table 6.2/Table 6.3. 비배기 미세먼지 측정 차량 제원 63
Fig. 1.1. 세계 자동차 시장 전망 10
Fig. 1.2. 서울 도심 플라스틱 미세먼지 확인..."타이어가 원인"(MBC뉴스데스크, 2021.08.20.) 11
Fig. 1.3. 전기차 타이어의 비밀 '모순된 성능'(MoneyS(산업), 2021.08.21.) 11
Fig. 1.4. ICEV vs. EV의 출력성능 비교(EVPOST, 2018.09.09) 11
Fig. 1.5. 승용차의 전동화..PM 배출량 감소가 가능한가? 11
Fig. 1.6. EURO 7 규제에 적용되는 자동차 배기가스 배출에 대한 새로운 규칙 11
Fig. 1.7. 타이어 미세먼지의 이동 경로 12
Fig. 1.8. 타이어에서 발생된 미세플라스틱의 이동비율 12
Fig. 1.9. 타이어 마모에 영향을 미치는 인자 13
Fig. 1.10. 외부요인에 의한 타이어 마모 인자 구분 13
Fig. 1.11. 차량 크기 및 하중별 비배기 미세먼지 배출량 13
Fig. 1.12. 다양한 차종별, 배기/비배기 배출물의 비교 14
Fig. 1.13/Fig. 1.12. 자동차 비배기 미세먼지 연구를 위한 연구 내용 요약 15
Fig. 2.1. 자동차 비배기계 마모입자의 구분 16
Fig. 2.2. 타이어 마모에 영향을 미치는 요인 17
Fig. 2.3. 타이어 마모율 및 중량에 영향을 미치는 요인 17
Fig. 2.4. 타이어 마모 인자가 (a)마모 실험과 (b)이론 모델 조건에서 타이어 마모에 미치는 영향 17
Fig. 2.5. 국내 선행연구사례-주행 속도에 따른 타이어 미세먼지 농도 18
Fig. 2.6. 같은 제조사의 타이어 TWR 별 질량 손실 비교 19
Fig. 2.7. 다른 제조사의 동일한 TWR 질량 손실 비교 19
Fig. 2.8. 타이어 마모지수(TWR)에 따른 PM10, PM2.5 질량농도 측정결과 19
Fig. 2.9. 타이어 마모지수에 따른 PN 기여도 측정결과 19
Fig. 2.10. 차량 주행 속도에 따른 도로 마모 입자 측정 결과 20
Fig. 2.11. 통제된 4차선 도로에서 환경 조건(습도)에 따른 재비산 먼지 배출량 측정 20
Fig. 2.12. 지역별, 도로 주변의 환경 조건(풍속, 강우)에 따른 재비산먼지 배출계수 측정 결과 21
Fig. 2.13. 전 세계 전기자동차(BEV, PHEV) 판매량 차종별 구성 비율 23
Fig. 2.14. 내연기관자동차와 전기자동차의 평균 중량 비교 및 자동차 분류 체계 24
Fig. 2.15. 다양한 측정 방법에 다른 국가별 도로 재비산 먼지 추정량 비교 25
Fig. 3.1. 타이어 마모 시험법 개발을 위한 (a) LEON-T프로젝트 착수 및 (b) TF TA 발촉 제안 26
Fig. 3.2. ETRO, 타이어 마모율 개발(TA-01-03) 26
Fig. 3.3. IDIADA, 타이어 마모율 개발을 위한 주행강도지수(DSN) 활용(TA-01-05) 27
Fig. 3.4. JASIC, 타이어 마모 실험을 위한 실내 드럼방식 시험방법 및 시험기 구축(TA-01-02) 27
Fig. 3.5. ADAC, 15,000km 실도로 군집주행으로 평가한 타이어 마모량(TA-02-02) 29
Fig. 3.6. IDIADA, 타이어 마모 실험을 위한 실내 드럼방식 시험방법 및 시험기 구축(TA-04-06) 29
Fig. 3.7. ETRTO, 트레드 깊이, 차량 중량, 외부온도 등에 따른 타이어 마모 신뢰도 평가(TA-03-02) 30
Fig. 3.8. Emission Analytics, 타이어 마모 실험 및 마모량 평가(TA-05-04) 31
Fig. 3.9. KATECH, 내부 드럼 시험법을 적용한 타이어 마모 시험 방법 제안(TA-10-02) 31
Fig. 3.10. 타이어 마모 표준 타이어 선정을 위한 타이어 제원 및 실험 참여기관 정보(TA-10-04) 32
Fig. 4.1. 차량동역학 관점에서 자동차 및 타이어에서 발생하는 운동의 개념도 33
Fig. 4.2. 대표적인 타이어 이상 마모 현상 34
Fig. 4.3. 고무 소재에서 나타나는 물리적 마모 메커니즘 과정과 마찰/마모 상관관계 35
Fig. 4.4. 일반적인 마모 메커니즘의 4종류 36
Fig. 4.5. 타이어 회전 시 점착마모에 의한 마모패턴(Schallamach Pattern) 형성 방향 36
Fig. 4.6. 일반적인 고무 소재에서 나타나는 마찰 슬라이딩과 스틱-슬립에의한 미세돌기 형상 37
Fig. 4.7. Micro-Vibration과 Stick-Slip Oscillation 38
Fig. 4.8. 반복적인 슬라이딩에 의한 피로 마모의 생성 과정 38
Fig. 4.9. 회전 속도가 다른 2개의 소재에서 반복적인 동작(변형, 하중)으로 발생하는 피로 마모 과정 39
Fig. 4.10. 표면의 상태(Macrotexture, Microtexture)가 타이어 마찰에 미치는 영향 39
Fig. 4.11. Treadwear(a~c), 도로거칠기(d~f) 및 습도(g~i)에 의한 마모형태 40
Fig. 5.1. UNECE TF TA 실도로 마모실험 차량 41
Fig. 5.2. UNECE TF TA 실도로 마모실험 경로 41
Fig. 5.3. 실도로 주행 시 C1 타입 타이어 3종의 마모율 42
Fig. 5.4. 주행시험장(PG) 시 C1 타입 타이어 3종의 마모율 42
Fig. 5.5. 타이어 마모실험 측정방법 43
Fig. 5.6. 실도로 주행 실험용 비배기미세먼지측정차량(2021 국립환경과학원 제작) 43
Fig. 5.7. 차량의 CAN FD 네트워크를 활용한 주행데이터 모니터링 프로그램 44
Fig. 5.8. DustTrak, OPS 등을 포함한 비배기계 미세먼지 측정 차량의 제어 및 모니터링 시스템 45
Fig. 5.9. 입자유동가시화(PIV)를 통한 TRWPs의 샘플링관 위치 46
Fig. 5.10. 실험 차량의 미세먼지 분석을 위한 측정/분석 장치 구성 46
Fig. 5.11. 타이어 마모율 평가를 위한 측정 방법 47
Fig. 5.12. 실도로 주행 타이어 마모 실험 구간 48
Fig. 6.1. 부산-포항 구간, 실도로 주행을 통한 타이어 길들이기 과정에서 타이어 마모율 변화 결과 49
Fig. 6.2. 실험용 타이어의 길들이기 실험 전, 후 트레드 표면의 상태 비교 50
Fig. 6.3. 부산-포항 구간, 실도로 주행을 통한 타이어 길들이기 과정에서 타이어 마모율 변화 결과 50
Fig. 6.4. 부산-포항 구간, 실도로 주행을 통한 타이어 길들이기 과정에서 타이어 마모율 변화 결과 51
Fig. 6.5. 부산-포항 구간, 실도로 주행실험 측정주기를 283 km와 1,000 km로 환산하여 비교한 결과 및 IDIAD의 마모율 실험 결과(측정주기 1000 km) 51
Fig. 6.6. 부산-김해구간, 야간 정속주행 조건에서 타이어 마모율 실험 결과 52
Fig. 6.7. 주위온도에 따른 타이어 마모율 변화와 폐타이어 성분 분석을 통한 NR, SBR 조성비 53
Fig. 6.8. 부산-김해구간, 정속주행 조건에서 도로 표면 온도에 따른 입경별 평균 질량 농도 비교 54
Fig. 6.9. 부산-김해구간 타이어 마모율 실험 결과 54
Fig. 6.10. 타이어 마모에 영향을 주는 인자 55
Fig. 6.11. 부산-김해구간, 정속주행 조건에서 도로 표면 온도에 따른 입경별 평균 질량 농도 비교 56
Fig. 6.12. 부산-김해구간, 정속주행 조건에서 도로 표면 온도에 따른 입경별 평균 질량 농도 비교 56
Fig. 6.13. 국립환경과학원에서 보유한 차량동력계 및 롤러의 표면 거칠기 비교 57
Fig. 6.14. 차량동력계를 이용한 주행 모사를 위한 실도로 주행 속도 프로파일 58
Fig. 6.15. 부산-포항 구간, 롤러 표면 거칠기에 따른 실험 후 타이어 표면의 비교 59
Fig. 6.16. 부산-포항 구간에서 롤러 표면 거칠기에 따른 입경별 평균 질량 농도 분포 결과 비교 60
Fig. 6.17. 매끄러운 롤러에서 주행 구간에 따른 입경별 평균 질량 농도 분포 결과 비교 60
Fig. 6.18. 매끄러운 롤러에서 주행 구간에 따른 실험 후 타이어 표면의 비교 61
Fig. 6.19. 부산-울산 구간, 동계(2023년 1월)와 춘계(2022년03월)기간 실도로 정속주행 실험 결과 비교 61
Fig. 6.20. 계절별 실도로 주행 시 포집된 TRWPs의 입자들의 상태 비교 62
Fig. 6.21/Fig. 6.20. 부산-울산 구간, 실험조건별 평균 질량 농도와 평균 농도 비교 62
Fig. 6.22/Fig. 6.18. 주행시험장(PG)에서 정속주행 조건으로 실험한 차량별 타이어 마모율 결과 비교 63
Fig. 6.23/Fig. 6.19. IDIADA, 주행시험장(PG) 시 C1 타입 타이어 3종의 마모율 64
Fig. 6.24/Fig. 6.20. KIAPI 주행시험장의 고속주회로 트랙구조 64
Fig. 6.25/Fig. 6.21. 주행시험장(PG), 정속주행 조건에서 실험 후 LF와 RF 타이어 숄더부 마모 상태 비교 65
Fig. 6.26/Fig. 6.22. 주행시험장(PG)에서 1회차 주행 바퀴 수에 따른 평균질량농도 비교 66
Fig. 6.27/Fig. 6.23. 다양한 주행 조건에 따른 TRWPs 평균질량농도분포 비교 67
Fig. 6.28/Fig. 6.24. 도로 거칠기에 따른 PM10의 크기를 가지는 타이어 마모 입자 68
Fig. 6.29/Fig. 6.25. 주행시험장(PG), 정속주행 실험에서 샘플링 된 PM2.5의 크기를 가지는 도로마모입자 69
Fig. 6.30/Fig. 6.26. 부산-김해 구간, 교통정체 조건에서 샘플링 된 PM2.5의 크기를 가지는 연소 미립자오염물질 69
Fig. 6.31/Fig. 6.27. 브레이크 패드 그루빙(Grooving)에 퇴적된 브레이크 마모입자 70
Fig. 7.1. UNECE GRPE PMP Group 브레이크 비배기계 관련 진행 결과 요약(2014년~2022년) 71
Fig. 7.2. UNECE GRPE & GRBP TF TA Group 타이어 비배기계 관련 진행 결과 요약(2014년~2022년) 72
Fig. 7.3. 장단기 비배기계 미세먼지 연구방향 설정 로드맵(2023년 2월 수정) 73