최근 자동차 차체에 안전을 위한 다양한 기술이 적용되고 있다. 에어백이나 사각지대 정보시스템 등 다양한 안전 부가 장치가 추가되고는 있지만 무엇보다 자동차 안전의 1차적 수단은 바로 자동차의 뼈대이기 때문이다.

정면, 측면, 후방 충돌 때 충격을 흡수하거나 분산시키기 위해 더 튼튼하고 질긴 강판을 개발하거나 힘의 전달 역학을 활용해 탑승자를 보호하는 것이 핵심 목표다. 이를 위해 더 잘 찌그러지면서도 안 찌그러지는, 조화로운 조합을 구현한 자동차 개발 노력이 각 브랜드마다 이어지고 있다.

14일 자동차 업계에 따르면 자동차의 골격을 이루는 차체는 잘 찌그러져야 안전하다. 그러면서도 안 찌그러져야 한다. 유연성과 강성 모두 갖춰야 한다는 것이다. 외부 충격이 탑승자에게 전달돼 부상을 당하는 피해를 막으려면 잘 찌그러져 충격을 흡수하면서도 일정 충격은 견뎌내야 한다는 말이다.

차량 2대가 충돌했을 때 많이 부서진 차량 승객은 충격을 적게 받긴 하지만 너무 잘 부서지는 구조라면 승객이 탑승한 안전 구역까지 충격이 밀려들어와 더 큰 부상으로 이어질 수 있다. 연필을 손가락 사이에 낀 채 부러뜨리려 할 때 부러지지 않으면 손가락이 매우 아픈 원리와 같다.

이에 따라 자동차에서 프레임과 패널은 질긴 재질과 강한 재질이 적절히 배합돼 있는 어우러짐 구조가 상당히 중요한 요소가 되고 있다.

차체에 가해지는 충격 부위별로 살펴보면 정면 충돌 때는 힘이 범퍼와 패널을 거쳐 차량으로 파고 들어온다.(그림1) 충격은 정면 엔진 캐리어와 스프링, 측면 사이드 캐리어를 거쳐 분산된다. 힘이 전달된 사이드 캐리어는 하부 패널과 A필러(앞유리와 옆유리 사이 틀)를 통해 후방으로 힘이 밀어내 소멸시킨다.

측면 충돌 때는 차 문짝과 B필러(앞문과 뒷문 사이 틀)를 통해 좌석의 안전 룸을 손상시키지 않고 전장과 하부 틀을 이용, 충격을 반대편으로 옮긴다.(그림2) 따라서 B필러는 초고강도 재질이 요구된다. 후방 충돌 때는 천장과 후방 사이드 패널, 도어, C필러를 통해 좌석을 보호한다.(그림3) 스페어 타이어를 보관하는 리어 캐리어는 힘을 좌우로 분산시켜 연료탱크로 직접 충격이 가해져 폭발 등 2차 피해가 발생하지 않도록 한다.

이같은 원리를 바탕으로 각 자동차 브랜드마다 뼈대에 안전 철학을 담고 있다. BMW의 경우 차체 강성과 유연성을 높이고 가벼운 차량 구현을 위해 멀티 레이어 기술을 적용하고 있다. 각기 다른 성질의 얇은 강판을 여러 겹 덧대어 강성과 유연성을 구현하는 것이다. 강판 1장에 비해 더 얇은 강판을 여러 겹 덧대기 때문에 각기 다른 강판 특성을 활용할 수 있고 무게도 줄일 수 있다. BMW 5시리즈와 7시리즈 차에 멀티 레이어 기술이 접목돼 있다.

폭스바겐의 뉴 파사트는 전면 충돌 시 탑승자 영향을 최소화하기 위해 충격 에너지를 흡수할 수 있도록 설계한 것은 물론, 고강도 B필러가 측면 충격 방지 빔 역할을 한다. 특히 다수 차들이 스폿(spot) 용접을 하고 있지만 폭스바겐은 레이저 용접 기술을 이용, 차체 강성과 유연성의 조화를 최적화했다. 바느질에 비유하면 스폿 용접이 띄엄띄엄하는 홈질이라면, 레이저 용접은 촘촘한 박음질과 비슷하다.

혼다는 어코드와 더불어 CR-V 및 시빅 등 전 차종에 실제 충돌 상황을 충분히 고려한 독자적인 충돌안전 기술 G-Con(G-Control)을 구현했다. 전방으로부터의 충격에 대해 상대 차량이 충격을 흡수하지 못하거나 어긋나면서 추가적으로 발생할 수 있는 충격을 방지하고, 그 충격을 보다 넓은 면으로 분산시키도록 해 승객을 보호하는 시스템이다. 보디 골격에 고강도 고장력 강판을 채용, 전방위 충돌 에너지 흡수 효율이 높은 구조로 설계한 게 특징이다.

차량을 낮게 배치하는 특징이 있는 스바루는 정면 충돌 사고가 나면 엔진과 변속기가 차체에서 분리돼 탑승자가 있는 차량 내부로 침범하지 않도록 하고 있다. 무게 중심이 낮은 만큼 지붕에 더 튼튼한 철판을 사용하기도 한다.

닛산은 존 보디 구조를 가지고 있다. 탑승자를 보호하는 세이프티 존을 충격을 흡수하는 크러셔블 존이 앞뒤에서 보호하는 형식이다.

최근 출시한 뉴 알티마도 차량 전면과 후면에 크러셔블 존을 구성해 충격 흡수를 보강한 존 보디 구조를 갖추고 있다. 렉서스는 컴퓨터를 통한 강도 해석과 테스트 드라이버의 의견 등을 종합해 스폿 용접과 레이저 용접, 판 두께 최적화를 통해 강성이 14% 증가한 고강성 차체를 사용한다.

장석범 기자 bum@munhwa.com

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