연비 좋아지고 주행성능도 뛰어나 최대 화두로

차체, 전체 중량의 40% 차지, 알루미늄 쓰면 약 140㎏ 감량… 배기량 줄여도 성능 더 좋아져

탄소섬유·마그네슘 주목 받고 1㎏ 줄이려 접착제 바꾸기도… "전기차 시대, 무게가 경쟁력"

다음 달 국내에 출시되는 메르세데스-벤츠의 수퍼카 'SL63 AMG'는 벤츠의 양산 모델로는 최초로 차체 전체를 알루미늄으로 제작했다. 덕분에 차량 무게를 1895㎏에서 1770㎏으로 125㎏이나 줄였다. 아우디도 오늘 8월 국내에 들여오는 고성능 모델 S8의 무게를 종전 모델 2100㎏에서 1975㎏까지 줄였다.

더 혁신적인 건 BMW의 전기차 i3와 i8이다. 소형 모델인 i3는 1250㎏, i8는 보조엔진이 달린 수퍼카임에도 1480㎏이다. 이 차들은 차체를 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP·Carbon Fiber-reinforced Plastic)으로 만들어 '수퍼 다이어트'에 성공했다.

자동차 업계에 필사적인 다이어트 경쟁이 벌어지고 있다. 파워 못지않게 연비(燃費)와 이산화탄소 배출 규제 등 '지속가능성'이 자동차 산업의 주요한 이슈가 되고 있기 때문이다.

◇차 무게 줄여라…알루미늄·마그네슘·탄소섬유 총동원

1994년 아우디가 대형세단 A8의 차체에 알루미늄을 적용해 차량 무게를 줄인 신차를 출시했을 때 그리 큰 주목을 받지는 못했다. 알루미늄을 사용해도 차량 강성(强性) 등 안전이 확보될 수 있을 것인지 의구심이 남아 있었고, 가격이 비싸진다는 약점이 있었다. 이후에도 자동차에 장착되는 장비가 늘어나고 힘 좋고 잘 나가는 차에 대한 선호가 높아지면서 차량 무게는 계속 늘어났다. 실제로 아우디의 중형 세단인 A6의 경우, 1996년 1635㎏(2.5TDI·4륜 구동 수동변속기·유럽 기준)이었던 것이 2004년에는 1875㎏까지 올라갔다.

하지만 최근에는 자동차 경량화가 선택이 아니라 필수 사항이 됐다. 엔진 배기량을 줄여도 성능은 오히려 향상되는 비결도 바로 경량화에 있다.



▲ 이미지를 클릭하시면 그래픽 뉴스로 크게 볼 수 있습니다. / 조선닷컴

감량 경쟁이 가장 활발하게 벌어지고 있는 것은 공차 중량의 40%를 차지하는 차체(body)다. 초고강력 강판 등을 활용해 좀 더 얇은 철판을 사용해도 충분한 안전성을 확보할 수 있도록 하는 것은 기본이다. 강철 사용 자체를 줄이는 경쟁이 본격화되고 있다.

알루미늄 프레임은 강철 구조의 일반 차체에 비해 승용차 무게를 약 120~140㎏까지 감량할 수 있다. 문제는 알루미늄을 사용하면서도 비틀림 강성 등 차체 안정성을 확보해야 한다는 점이다. 알루미늄 소재도 주조(鑄造)를 해서 사용하느냐, 여러 토막을 붙여 사용하느냐, 또 얇은 판으로 밀어 사용하느냐에 따라 성질이 다 달라진다. 이 때문에 적정한 부위에 적정한 성격을 가진 소재를 적용하기 위해 피나는 연구를 계속하고 있다.

아우디는 1994년부터 알루미늄 차체 차량을 양산했다. 최근 발표한 A6에는 알루미늄과 강철을 결합한 '알루미늄 하이브리드 차체'를 만들었다. 벤츠는 'SL63 AMG'의 차체를 모두 알루미늄으로 만들기 위해 2007년 1월 독일 브레멘 공장에 전담 연구팀을 만들어 38개월간 연구를 거듭했다.

최근 미래형 첨단 소재로 주목받는 소재는 탄소강화섬유다. BMW는 10년 전부터 탄소섬유 개발에 착수했다. 2년 전에는 탄소섬유 전문기업 SGL그룹과 함께 SGL오토모티브카본파이버스란 합작사를 설립했다. 공장은 미국 워싱턴주의 모세스 레이크에 있다. 마뉴엘 자티그(Sattig) BMW 기술담당 매니저는 "배터리를 동력으로 움직이는 친환경차는 엔진보다 무게가 더 많이 나가기 때문에 차체 무게를 훨씬 가볍게 만들어야 한다"면서 "전기차 플랫폼은 알루미늄, 운전석 등 차체는 탄소섬유로 구성하는 게 앞으로 대세가 될 것"이라고 말했다.


▲ (왼쪽)메르세데스-벤츠 SL63 AMG의 알루미늄 차체(body), BMW M3에 적용되는 탄소강화섬유 차체(body). /메르세데스-벤츠·BMW 제공

◇속 비우기, 본드 무게 줄이기… 피눈물나는 다이어트

차체뿐 아니라 자동차에 들어가는 부속 하나하나도 1g이라도 무게를 줄이기 위한 다이어트 경쟁이 계속되고 있다. 부품의 속을 비우는 중공(中空) 구조 같은 게 대표적인 예다. 쇠막대기 같은 보강재는 안쪽 공간을 비우면 무게를 줄일 수 있다. 초고강력 강판으로 충분한 강성(强性)을 확보하기 때문에 안전성은 염려하지 않아도 된다고 자동차 업체들은 설명한다.

심지어 자동차 서스펜션에 많이 사용되는 스프링의 안쪽 공간을 비우기도 한다. 대원강업이 지난해 서울모터쇼에서 선보인 승용차용 코일 스프링은 철봉처럼 안쪽이 비어 있는 중공 구조다. 대원강업 관계자는 "중량이 20% 정도 줄어들고 강성은 오히려 더 강화됐다"고 설명했다.

비중(比重)이 1.74로 산업계에서 실용화된 금속 중 가장 가벼운 마그네슘에 대한 관심도 높아지고 있다. 자동차 시트 프레임(지지대) 등 몇몇 부위에 마그네슘을 적용하는 차량이 늘어나는 추세다.

자동차 경량화를 위한 접착제 연구도 활발하다. 금속 용접 대신 접착제를 사용하면 차 무게를 줄일 수 있기 때문이다. 접착제 전문업체 헨켈 관계자는 "자동차 도어 하나에 용접 무게 250g씩만 줄여도 문짝 4개를 합치면 1㎏이 된다"며 "작은 것들이 모여 큰 감량(減量)을 가능하게 해 준다"고 말했다.

대림대 김필수 교수는 "엔진 효율을 높이고 공기역학 디자인에 힘쓰는 것도 중요하지만, 새로운 소재로 획기적으로 무게를 줄이는 게 차량 효율을 높이는 지름길"이라며 "세계 주요 자동차 업체들과 경쟁하려면 국내 업체들도 신소재 연구에 더욱 박차를 가해야 한다"고 말했다.

비즈조선 김덕한 기자