2020.05.08 현대케피코
자동차 회사가 차량 경량화에 주목하는 이유
연비 향상과 이산화탄소 배출 절감에 도움을 주는 차량 경량화에 대해 알아봅니다.
최근 자동차들 사이에서 다이어트 열풍이 불고 있습니다. 세계 유명 완성차 브랜드들은 차량 경량화 기술 개발에 온 힘을 쏟으면서 1g이라도 더 자동차의 몸무게를 줄이고자 도전하고 있는데요. 그 일환으로 플랫폼 변화부터 경량 소재 개발, 심지어는 접착제까지 무게를 줄여가고 있습니다. 그렇다면 왜 자동차 회사들은 ‘경량화’에 심혈을 기울이는 것일까요? 그 궁금증을 Q&A로 살펴봅니다.
Q1. 자동차 경량화는 왜 필요한가요?
전 세계는 지금 환경규제가 추세입니다. 특히 자동차는 규제의 영향을 많이 받는데, 이러한 사회의 요구에 부응하기 위해 자동차 업계는 연비 효율성 증가나 하이브리드 차량 개발 등에 힘을 쏟고 있습니다. 이 일환으로 자동차 경량화도 함께 연구가 진행되고 있는데요. 자동차 연료 소비의 약 23%는 차량의 중량과 연관이 있다고 합니다. 무거울수록 연료 소비가 늘어난다는 뜻이죠. 따라서 자동차의 무게를 줄이는 것은 연비 향상, 이산화탄소 배출 절감 두 마리 토끼를 한꺼번에 잡을 수 있는 방법입니다.
Q2. 자동차가 가벼워지면 구체적으로 어떤 효과가 있나요?
차량 경량화는 연비향상 외에도 여러 가지 성능이 개선되는 장점이 있습니다. 예를 들어 1,500kg 승용차의 무게를 약 10% 줄일 경우, 연비는 3.8%, 가속 성능은 8% 증가합니다. 제동 거리는 5% 줄어들며, 배기가스 배출량은 2.5~8.8% 감소합니다. 또한 차체 내구 수명은 1.7배 더 늘어나는 효과가 있습니다.
Q3. 무게가 가벼워지면 주행 안정성이 떨어지진 않나요?
경량화를 통한 연비 향상과 주행 안정성은 언뜻 공존하기 힘든 것처럼 보입니다. 하지만 차량의 무게가 가벼워지면 오히려 핸들 조향 능력이 좋아진다는 실험 결과가 있는 만큼, 무게와 주행 안정성은 비례하지 않습니다. 또한 완성차 업체들은 각고의 노력을 통해 소재나 부품을 개선하여 경량화는 물론, 주행 안정성까지 모두 성취하는 신제품을 선보이고 있습니다. 지난해 말 출시된 기아자동차 3세대 K5가 대표적입니다. 3세대 K5의 차체 중량은 기존 모델 대비 20kg 이상 가벼운 차체를 자랑합니다. 또한 기존 플랫폼보다 무게중심이 낮은 3세대 플랫폼으로 교체하여 보다 더 안정감 있는 주행을 가능하게 했습니다.
Q4. 가벼운 소재를 사용하면 모두 경량화라고 할 수 있을까요?
단순히 소재가 가벼워졌다고 해서 경량화라고 부르지는 않습니다. 가벼워진 만큼 튼튼하고 단단하게 만들어야 진정한 ‘경량화’가 되는 것이죠. 핫스탬핑 기술(Hot Stamping)은 금속 소재를 고온(900~950℃) 가열 상태에서 프레스 성형을 한 후 급랭시켜 가볍고 강한 부품을 제조하는 공법인데요. 이 과정에서 가공 전에 비해 5배 정도 더 강도가 높아집니다. 이 강판은 주로 탑승객 공간 주변이나 엔진룸 등 충돌에 많은 신경을 기울여야 하는 부분에 활용됩니다. 특허청에 따르면 국내에서 초고장력강판 부품을 성형하는 핫스탬핑 공법과 관련된 특허 출원이 2011년을 기점으로 매년 50건 이상씩 이뤄지고 있다고 합니다. 그만큼 경량화의 기술적 완성도가 올라가고 있다는 뜻입니다.
Q5. 경량화에 쓰이는 소재들은 무엇이 있나요?
경량화 소재는 이미 여러 가지가 활용되고 있습니다. 특히 BMW, 아우디, 렉서스 등에서 활용하고 있는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 기존 자동차에 주로 활용됐던 강철과 비교했을 때 약 1/2 정도 무게가 적지만 인장강도는 철에 비해 10배 정도 높은 것이 특징입니다. 국내에서는 현대자동차가 경량화 소재로 탄소섬유강화플라스틱뿐만 아니라 알루미늄, 클레이 나노, 클래드 메탈 등을 활용하고 있습니다. 제네시스 G70는 알루미늄을 후드(-9.1㎏)와 앞 서스펜션(-6.7㎏), 뒤 서스펜션(-5.2㎏) 등 차체 곳곳에 활용해 29.7㎏을 줄였지만, 미국 2020 IIHS ‘최고 안전한 차’에 선정되는 등 안전성에서 최상위 등급을 받은 바 있습니다.