Deep-dive Analysis · 심층 분석

K1·K2 계수의 검증

TP1·TP2로 기준점 출력을 산출할 때 곱하거나 나누는 K 계수는 대부분 제작사가 제공합니다. 그렇다면 형식승인기관은 이 값을 어떻게 믿고 검증할까요? UN GTR 21·UN R177 원문이 요구하는 검증 체계를 정리했습니다.

📄 이 페이지는 UN GTR 21 (DEVP) 분석과 UN R177 규정 이해의 보조 심층분석입니다. K 계수는 시스템 출력의 정확도를 좌우하는 핵심 입력값이며, GTR/R177은 이를 제작사가 검증 가능한 형태로 제공하고 당국이 검증하도록 요구합니다.

근거: UN GTR 21 (ECE/TRANS/180/Add.21) §6.1.1.2·§95~97·§6.10 · UN R177 8.1.1.2·8.10·8.11

1왜 검증이 필요한가

K 계수가 틀리면 기준점 출력 전체가 틀린다.

기준점 출력은 두 절차로 산출됩니다. TP1은 전기 입력에 K1(전기 변환효율)을 곱하고, TP2는 축 출력을 K2(기계 변환효율)로 나눠 기준점으로 환산합니다. 즉 K는 측정 지점의 값을 "엔진 출력축에 상응하는 기준점"으로 옮기는 환산 계수이며, 이 값의 정확도가 곧 결과의 정확도입니다.

TP1: R = (U×I/1000 − P_DCDC − P_aux) × K1 | TP2: R = (2π × n × T /1000) / K2

문제는 이 K 계수를 대부분 제작사가 제공한다는 점입니다. 그래서 GTR/R177은 제작사가 "검증 가능한(verifiable) K 계수를 모든 경우에 제공"하고, 형식승인기관이 이를 검증하도록 명시합니다(§6.1.1.2 / R177 8.1.1.2).

왜 "검증 가능"을 못박았나: 초기 원형 표준(ISO 20762)은 차종과 무관한 고정 기본값(예: K1 = 0.85)을 허용했습니다. 이 기본값이 실제 차량 효율과 어긋나면서 TP1과 TP2 결과가 불일치하는 주요 원인이 됐고, 검증 1단계에서 큰 차이로 드러났습니다. 그래서 GTR은 기본값을 버리고 차량별로 검증 가능한 K로 전환했습니다.

분석 — 개선사항 ① 검증 가능 K 의무화 번역본 — (b) 검증 가능 K 계수

2K1 — 전기 변환효율 (인버터 + 전동기)

정의: 전동기(들)의 기계적 출력 ÷ 인버터의 전기 입력전력. 인버터 스위칭 손실과 전동기 동손·철손·기계손을 포괄하는 전기→기계 변환의 종합 효율입니다.

항목	내용
대상	인버터, 전동기, 또는 이 둘의 조합(모터 시스템)
검증 표준	ISO 21782, SAE J2907 또는 동등 표준으로 전기 변환효율을 결정·검증
검증 주체	제작사 제공 → 형식승인기관이 표준 근거로 검증

K1은 이미 확립된 시험법이 있다. 전기 구동부품의 효율 시험은 국제·국내 표준으로 정립돼 있어, 제작사가 제출한 K1을 표준화된 방법으로 재현·확인할 수 있습니다. 이것이 K2와 결정적으로 다른 점입니다.

ISO 21782 시리즈 웹 확인

Electrically propelled road vehicles — Test specification for electric propulsion components (전기추진 도로차량 — 전기추진 부품 시험규격).

전동기·인버터·DC/DC 컨버터 및 그 조합(모터 시스템)의 성능·작동부하 시험을 규정하는 다부 구성 표준. 결과의 재현성을 확보해 부품 성능·신뢰성을 공정하게 비교하는 것을 목표로 함. Part 1은 일반 시험조건·정의, Part 6은 전동기·인버터의 작동부하 시험을 다룸.

SAE J2907 웹 확인

Performance Characterization of Electrified Powertrain Motor-Drive Subsystem (전동화 파워트레인 모터-드라이브 서브시스템 성능 특성화).

전기 구동 서브시스템(ETDS)의 성능을 실험실 통제조건·제작사 제공 설정에서 재현 가능하게 측정하는 방법. 토크-속도·냉각·모터 온도 데이터를 생성해 최대출력 속도를 찾고 신고 출력값을 검증. 차외(out-of-vehicle) 특성화이며, 차내 시험은 짝 표준인 J2908이 담당.

참고: ISO 21782-1은 2019년 초판 후 2023년 개정판이 있고, SAE J2907은 2018년판(J2907_201802)과 2023년 개정(J2907_202308)이 확인됩니다. 특정 차량에 적용할 정확한 판(edition)·발행연도는 형식승인 문서에서 지정된 것을 따라야 합니다.

번역본 — (e) 복수 인버터 측정

3K2 — 기계 변환효율 (기어박스): 표준 부재가 쟁점

K1과 달리, K2에는 표준화된 시험법이 없다.

정의: 차축/휠 허브의 출력 ÷ 기어박스 입력. 기어 물림·베어링·오일 처닝(churning) 등 감속기 손실을 반영하는 기계 변환효율입니다.

핵심 쟁점 (§95): GTR 21은 K1과 달리 K2에 대한 표준 시험법이 존재하지 않는다고 명시합니다. 그래서 K2는 표준 인용만으로 검증할 수 없고, 공학적 측정 또는 교차검증에 의존해야 합니다.

방법	내용	근거
① 벤치 측정 (VDA 권고)	시험대(벤치)에서 기어박스의 입력 전력과 출력 전력을 측정해 출력 ÷ 입력으로 효율을 산출하는 공학적 방법	GTR §96
② 동등 방법	"측정 출력 ÷ 측정 입력, 또는 제작사 요청·형식승인기관 승인 시 기타 동등한 방법"	R177 8.1.1.2
③ 교차검증(역산)	아래 별도 설명	GTR §97

교차검증법 — TP1으로 K2를 역산 (§97): 정확한 K1을 이미 확보한 상태에서 TP1을 수행하면 그 기준점 출력을 신뢰할 수 있습니다. 그러면 TP2 결과가 TP1 결과와 같아지도록 K2를 역으로 산출할 수 있습니다. 즉 잘 정의된 K1이 K2의 결정·검증 수단이 되는 것입니다. 이 방법은 K2 결정뿐 아니라 시험 결과의 내부 정합성 검증에도 쓸 수 있습니다.

분석 — ISO 채택과 검증 번역본 — 검증 1단계 차이의 원인

4검증 계산 — 수식 기반 절차

표준·방법을 실제 "숫자"로 검증하는 계산식.

형식승인기관은 제작사가 제공한 K를 독립적으로 측정하거나 역산해 대조합니다. 아래가 그 구체 계산식입니다. 기호: U=전압[V], I=전류[A], n=회전수[min⁻¹], T=토크[N·m], P_axle=축 출력[kW].

A. K1 벤치 검증 — 전기→기계 효율 직접 측정

인버터 입력 전력과 전동기 축 출력을 벤치에서 동시 측정해 효율을 산출(ISO 21782·SAE J2907 조건). K1은 "전기입력을 기계 기준점 출력으로 환산"하는 계수이므로:

K1(측정) = P기계출력 / P전기입력 = (2π · n · T / 60) / (U · I)

P전기입력 = U·I, P기계출력 = 2π·n·T/60. 판정: |K1(제작사) − K1(측정)| ≤ 허용오차 이면 제작사값 인정.

B. K2 벤치 검증 — 기계 입출력 효율 직접 측정

표준 시험법이 없으므로, 기어박스 입력축과 출력축(차축)의 토크·회전수를 동시 측정하는 벤치법이 1차 수단(VDA 권고 §96):

K2(측정) = P출력 / P입력 = (2π · n_out · T_out) / (2π · n_in · T_in) = (n_out · T_out) / (n_in · T_in)

R177 8.1.1.2: "측정 출력 ÷ 측정 입력, 또는 승인된 동등 방법". 판정은 A와 동일하게 제작사값과 대조.

C. 교차역산으로 K2 검증 (§97) — TP1 = TP2 등식

정확한 K1로 TP1을 수행하면 신뢰할 수 있는 기준점 출력 R을 얻습니다. 같은 차량에서 TP2 축 출력을 측정하면 두 절차가 같은 R을 내야 하므로 K2를 역산할 수 있습니다:

TP1: R = (U · I / 1000) · K1 (기준점 출력, kW) TP2: R = P_axle / K2 ∴ K2(역산) = P_axle / R = P_axle / [ (U·I/1000) · K1 ]

단일 기준점 기준. 이 K2(역산)를 제작사 제공 K2와 대조 → 일치하면 상호검증 성립. (검증 1단계 TP1·TP2 불일치를 줄이는 핵심 논리.)

번역본 — 검증 1단계 차이의 원인

D. 내부 정합성 검증 (§6.10 / R177 8.11) — 물리 한계

결과가 물리적으로 가능한지 자동으로 거릅니다. 기준점↔노면 사이 함축 하류효율은 1(손실 0)을 넘을 수 없습니다:

η하류 = P동력계(8~10초 평균) / P지속(sustained) ≤ 1

η하류 > 1 이면 (효율 100% 초과 = 불가능) → 결과 기각. K 계수 또는 측정 오류의 신호.

번역본 — (k) 내부 검증 기준

E. 최종 수용 판정 (R177 8.10) — ±5%

제작사 신고값과 기술기관 측정값의 편차가 5% 이내면 신고값을 인정합니다:

| P신고 − P측정 | / P측정 ≤ 5%

검증 흐름 요약: ① 문서(전력흐름 기술서)로 기준점·측정점 타당성 확인 → ② K1은 표준 벤치(식 A), K2는 벤치 입출력(식 B) 또는 TP1 역산(식 C)으로 독립 산출·대조 → ③ 내부 정합성 η≤1(식 D)로 물리 검증 → ④ ±5%(식 E)로 최종 수용.

5형식승인기관의 검증 레버

기관이 제작사 데이터를 무비판적으로 받는 것이 아니라, 여러 단계의 검증 장치가 겹겹이 작동합니다.

① 하이브리드 전력흐름 기술서 §6.1.1.1

제작사는 동력 경로·측정점·기준점·K 계수를 적용한 부품을 문서로 제출. 기관은 이를 근거로 기준점과 측정점의 타당성을 확인.

② K의 독립 검증

K1은 ISO 21782/SAE J2907(또는 동등 표준)로, K2는 벤치 측정 또는 TP1 교차역산으로 제공값을 독립적으로 확인.

③ 내부 검증 규칙 효율 ≤ 1

함축 하류효율 = 동력계 8~10초 평균출력 ÷ 지속 시스템출력 ≤ 1 이어야 함(§6.10 / R177 8.11). 효율 100%를 넘는(물리적으로 불가능한) 결과를 자동으로 걸러냄.

④ 결과 대조 ±5%

R177 8.10: 제작사 신고값이 기술기관 측정값과 ±5% 이내면 신고값을 인정. 벗어나면 측정값을 채택/재검토.

정리: 제작사가 K를 "제공"하더라도, ① 문서 타당성 확인 → ② 표준·벤치·역산에 의한 K 독립 검증 → ③ 효율 ≤ 1 물리 정합성 검사 → ④ 측정값과 ±5% 대조라는 4중 레버로 걸러지므로, 검증 가능성이 담보되지 않은 K는 승인 과정을 통과하기 어렵습니다.

번역본 — (i) 동력흐름 기술서 (k) 내부 검증 기준

6요약 — K1 vs K2

구분	K1 (전기 변환효율)	K2 (기계 변환효율)
정의	전동기 출력 ÷ 인버터 입력전력	차축/휠 허브 출력 ÷ 기어박스 입력
대상 부품	인버터 + 전동기 (또는 조합)	기어박스(감속기)
적용 절차	TP1 (곱)	TP2 (나눔)
표준 존재	있음 ISO 21782 / SAE J2907 / 동등	없음 표준 시험법 부재 (§95)
검증 방법	표준 시험으로 효율 결정·검증	벤치 입·출력 측정, 또는 TP1 교차역산(§97), 또는 승인된 동등 방법
검증 주체	제작사 제공 → 형식승인기관 검증 (§6.1.1.2 / R177 8.1.1.2)

출처 · 참고 링크

← TP1·TP2 시험 절차 각국 개요 →