안녕하세요 내차사랑 블로그의 인디:D입니다. 


요즘 자동차의 추세는 ‘다이어트’입니다. 사람도 몸이 가벼워야 더 빨리 달릴 수 있듯이, 자동차도 가벼워지면 연비 효율도 높아지고, 더 빨리 달릴 수 있습니다. 이러한 이유로 자동차는 점점 더 날렵해지고 경량화되고 있는데요. 


오늘은 인디:D와 함께 자동차 경량화에 대해 알아보도록 하겠습니다. 




자동차 경량화, 그 효과는?  




자동차 경량화는 ‘에코 드라이브’에 해당합니다. 자동차 경량화 기술이 발전하기 전에는 “차량과 트렁크를 가볍게 하여 에너지를 절약하자”라는 운동이 있었는데요. 기술이 점점 발전하면서 차량 자체가 가벼워지고 있습니다. 


실제로 자동차에 관한 연구에 따르면 차량의 무게가 10% 줄면, 연비는 대략 5~7% 좋아지고 엔진과 부품에 가해지는 중량 부담이 줄어들어 가속력이 8%, 제동력이 약 5% 정도 향상됩니다. 당연히 차량의 중량이 가벼워지니 연비 효율도 좋겠죠? 


더불어 자동차 경량화에 대한 중요성이 부각되고, 기술개발이 이루어지면 친환경적이면서도 효율적인 ‘신소재’가 많이 개발되고 이는 자연스럽게 자동차 업계를 비롯한 국가의 발전에 도움을 주는 나비효과를 일으킵니다. 


기존에는 묵직하고 무거운 자동차가 ‘부’의 상징처럼 여겨져 왔기 때문에 1980년대부터 2010년경까지 평균 17~20kg씩 증가해왔습니다. 그러다 자동차 경량화에 대한 중요성이 인식되면서 2011년도부터 자동차 중량이 줄어들기 시작했는데요. 연비의 효율을 높이고 차량의 성능을 높이기 위한 신소재들이 적용되기 시작했습니다. 


이러한 노력으로 최근 출시된 고급 자동차를 보면 약 5~7년 전에 출시된 모델보다 100kg 이상 감량된 것을 확인할 수 있습니다. 


특히 ‘전기차’가 친환경자동차로 주목 받으면서 자동차 경량화의 중요성 또한 높아졌습니다. 전기차에 내장된 배터리의 무게가 수백 kg에 달하기 때문입니다. 아무리 배터리 무게를 줄이고 용량을 늘린다고 해도 한계가 존재하기 때문에, 전기차가 세계에서 살아남기 위해서는 ‘자동차 경량화’가 반드시 필요합니다. 




 자동차 경량화, 어떻게 하지?



 

지금부터는 자동차 경량화 방법에 대해 알아보겠습니다. 상식적으로 생각해보면, 자동차 중량을 줄이는 방법은 ‘가벼운 재료를 쓰는 것’이라고 생각되는데요. 

자동차 경량화는 크게 두 가지 방법으로 이루어집니다. 



자동차 경량화 – 가벼운 재료를 사용하자! 


먼저 첫 번째로 가벼운 재료로 자동차를 만드는 것입니다. 



1) 자동차 경량화 – 알루미늄 



 

알루미늄은 자동차 경량화에 따라 주목 받고 있는 재료 중 하나입니다. 무게는 철의 1/3 밖에 나가지 않지만, 철보다 충격 흡수 능력이 좋고, 주조성과 가공성이 뛰어나 경량화에 적합한 재료입니다. 


실제 포드는 2014년부터 차체에 알루미늄을 적용해 차량의 무게를 300kg가량 줄였습니다. 

반면, 용접이 어렵고, 강도가 약하며 가격이 비싸다는 점은 개선되어야 할 문제입니다. 특히 가격은 철의 4배에 달하기 때문에 상용화 하는 데는 어려움이 있는데요. 그래서 일부 고급 차량에만 사용되고 있습니다. 




2) 자동차 경량화 – 탄소섬유강화플라스틱 



( 이미지 출처 : 네이버 자동차 (RN30) )


탄소섬유강화플라스틱은 플라스틱에 탄소섬유를 넣어 강화한 복합적 소재로, 무게는 철의 1/2, 알루미늄의 70%로 매우 가볍습니다. 최근 많은 업체들이 경량화를 위해 탄소섬유강화플라스틱과 같은 플라스틱의 비중을 높이고 있는데요. 


현대자동차는 고성능 자동차인 ‘RN30’에 새로 개발한 신개념 경량 플라스틱을 대량 사용했습니다. 탄소섬유강화플라스틱은 가볍고 유연한데다가 튼튼하기까지 해서 많은 업체들이 소재로 채택하고 있습니다. 




3) 자동차 경량화 – 마그네슘 


마그네슘은 현재 사용되는 금속 중 가장 가벼운 소재로 철보다 60%, 알루미늄보다 30% 정도 더 가볍습니다. 하지만 열 용량이 작아 속도, 성형, 온도 등 공정하는데 여러 어려움이 있어, 균열이 발생하고 부식이 높은 등 해결해야 할 과제들이 많이 남아 있습니다. 




4) 자동차 경량화 – 클레이 나노 


클레이 나노 소재는 ‘몬모릴로나이트’라는 점토 광물을 초미세 입자 크기로 분산시켜 만든 신소재입니다. 클레이 나노는 무게가 가볍지만 강도가 강하기 때문에 외부로부터의 충격에도 강한 것이 특징입니다. 




자동차 경량화 – 설계와 공법 개선  



 

두 번째 방법은 설계와 공법을 개선하는 것입니다. 자동차에는 ‘차체’와 주행을 위한 주요 장치인 ‘샤시’가 있습니다. 그 외에 각종 장치가 프레임에 맞게 자리하면서 자동차의 기본 틀을 구성하는데요. 


이때 각 역할에 맞는 최적화된 설계와 공법을 개선하면 자동차 경량화가 가능합니다. 대표적으로 많이 사용되는 방법이 ‘부품 모듈화와 일체화’인데요. 일체화를 통해 부품 수량을 줄이고, 결과적으로 차량의 무게를 줄이는 방법입니다. 



1) 핫스탬핑 공법 


먼저 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의 고온에서 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급 냉각을 시켜 강도를 개선하는 공법입니다. 쉽게 말하면, 강판을 더욱 강력하면서도 가볍게 성형하는 기법으로, 차량 충돌 시 차체를 지탱하는 주요 부분에 적용시켜 차량 전체의 중량을 감소시킬 수 있습니다. 기존 소재에 비해 20~30% 가량의 경량화 효과를 얻을 수 있습니다. 




2) 맞춤형 블랭킹 


맞춤형 블랭킹은 서로 다른 재질과 두께를 가진 강판을 용도에 맞게 재단한 다음, 접합 부분을 레이저 용접으로 연결시키는 기술입니다. 맞춤형 블랭킹은 이미 많은 차량에서 사용되고 있으며, 약 10~20%의 경량화 효과를 가지고 있습니다. 




3) 하이드로 포밍 


하이드로 포밍은 강관(내부에 빈 공간이 있고 봉 형태를 띠는 철강제품을 총칭하는 말)을 일정한 형태의 금형에 고정한 후, 강관 내부에 고압의 액체를 밀어 넣어 형상을 그대로 유지하면서 강도를 높이는 가공방법입니다. 


하이드로 포밍 방법은 기존에 수많은 용접작업을 거쳐야 했던 일을 줄여주고, 일체형으로 제작할 수 있도록 도와주면서 15%의 부품 중량 감소 효과가 있습니다. 하이드로 포밍은 현재 엔진이나 조향장치 등에 많이 사용되고 있습니다. 


지금까지 자동차 경량화를 위한 방법에 대해 살펴보았습니다. 가벼우면서도 강도가 높은 신소재 적용부터, 최적화된 설계와 공법을 통한 중량감소까지 다양한 방법을 시도하고 있었는데요. 앞으로 얼마나 더 자동차가 경량화 될 지 벌써부터 기대가 됩니다:D


오늘 인디:D가 준비한 소식은 여기까지입니다. 인디:D는 다음에 더 유익한 소식을 가지고 찾아오겠습니다~!





                         

  

 

 

 

 


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Posted by DB손해보험 In:D

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