차량 제동조건에 따른 브레이크 분진 배출량 분석 = Analysis of Brake Wear Particle Emission under Various Vehicle Braking Conditions

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 최근 대기환경 문제의 주요 원인으로 부각되고 있는 자동차 비배기 배출원(Non-exhaust emissions) 중 브레이크 마모 분진의 발생 특성을 규명하고자 수행되었다. 이를 위해 WLTP-Brake Cycle을 기반으로 한 다이나모미터 시험을 실시하였으며, UN GTR No.24 표준 측정법에 따라 PM10 및 PM2.5 입자수(Particle Number) 데이터를 수집하였다. 특히 기존의 사이클 전체 누적 배출량 분석에서 벗어나, 총 303개의 개별 제동 이벤트를 자동 탐지 및 추출하여 제동 조건 변화에 따른 분진 배출 특성을 이벤트 단위로 정량화하였다. 연구의 주요 분석 변수로 제동 온도, 초기 속도, 감속도, 제동 에너지를 설정하고 사분위수 기반의 구간화를 통해 상관관계를 분석하였다. 분석 결과, 모든 변수가 배출량에 영향을 미치지만 그중에서도 제동 에너지(Braking energy)가 분진 발생을 결정짓는 가장 지배적인 인자임을 확인하였다. 회귀 분석 결과, 제동 에너지 단일 변수만으로도 전체 PM 변동의 약 70%를 설명할 수 있는 것으로 나타났다. 구체적으로 110kJ 이상의 고에너지 제동 이벤트는 21kJ 미만의 저에너지 이벤트보다 PM10 및 PM2.5 배출량을 약 75배 이상 증가시켰으며, 단위 시간당 배출 강도 역시 1.15 particles/s에서 28.22 particles/s로 기하급수적으로 상승하였다. 또한 초기 속도와 감속도가 증가함에 따라 배출량이 단조 증가하는 경향을 보였으며, 특히 90℃ 이상의 고온 조건에서 마찰재의 열화와 산화로 인해 입자 배출이 촉진됨을 확인하였다. 본 연구는 제동 이벤트 기반 분석을 통해 브레이크 분진 발생 특성에 대한 이해를 확장하였으며, 이는 향후 도심 내 미세먼지 저감을 위해 회생 제동 최적화 및 고에너지 제동 상황을 억제하는 예측 제동 전략 수립이 필수적임을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study analyzes event-level brake emissions (PM10, PM2.5) using WLTP-based dynamometer tests to identify key driving factors. By segmenting 303 discrete braking events, the research quantifies how specific conditions influence particle-number (PN) metrics. Results indicate that while temperature and deceleration affect emissions, braking energy is the dominant variable. High-energy events(≥110kJ) produced approximately 75 times more $PM_{10}$ than low-energy events (<21kJ), with emission intensity rising from 1.15 to 28.22 particles/s. Regression analysis confirms that braking energy is the strongest predictor of PN emissions. These findings suggest that reducing high-energy braking through regenerative or predictive braking is essential for effective urban emission mitigation.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구 배경 및 필요성 1
• 2. 연구의 목적 및 범위 2
• 3. 선행 연구 분석 3
• II. 시험 장치 및 방법 6
• 1. 시험 장치 구성 6
• 2. 시험 방법 7
• 3. 브레이크 분진 배출량 분석 방법 8
• 4. 제동 조건 정의 및 구간 설정 9
• 1) 제동 온도 설정 기준 10
• 2) 초기 속도 설정 기준 10
• 3) 감속도 설정 기준 11
• 4) 제동 에너지 설정 기준 11
• Ⅲ. 제동 조건에 따른 분진 배출량 분석 결과 13
• 1. 제동 이벤트 추출 방법 13
• 2. 제동 온도에 따른 브레이크 분진 배출량 분석 15
• 1) 제동 온도에 따른 PM10 배출량 분석 16
• 2) 제동 온도에 따른 PM2.5 배출량 분석 17
• 3. 초기 속도에 따른 브레이크 분진 배출량 분석 19
• 1) 초기 속도에 따른 PM10 배출량 분석 21
• 2) 초기 속도에 따른 PM2.5 배출량 분석 22
• 4. 감속도에 따른 브레이크 분진 배출량 분석 24
• 1) 감속도에 따른 PM10 배출량 분석 26
• 2) 감속도에 따른 PM2.5 배출량 분석 27
• 5. 제동 에너지에 따른 브레이크 분진 배출량 분석 29
• 1) 제동 에너지에 따른 PM10 배출량 분석 30
• 2) 제동 에너지에 따른 PM2.5 배출량 분석 31
• 3) 제동 에너지와 PM의 상관관계 분석 33
• Ⅳ. 결론 및 제언 35
• 1. 연구 결과의 요약 및 정량적 결론 35
• 2. 연구의 의의 및 향후 연구 제언 37
• 참고문헌 38
• 영문초록(Abstract) 40
• 부록(Appendix) 41