자동차 구조 - 4

앞선 글에서 자동차 바디의 개략적인 분류 방법을 알아보았다. 본 글에서는 자동차의 차체를 3 분류로 나누어 알아볼 것이다.

자동차는 주로 금속 재료로 이루어져 있고 차체는 강판으로, 엔진 관련 부품은 주철로, 경량화를 위해 알루미늄 소재가 사용되고 있는데 바디는 전체 차량 중량의 50%에서 많게는 70%까지 차지하기 때문에 연비나 효율 측면에서의 경량화에 있어 중요한 포션을 차지한다. 바디는 샤시를 제외한 차량의 외관으로 이해하면 제일 직관적이고 기본적으로는 내장품 및 승객을 충돌로부터 보호하는 기능을 한다고 이해하면 좋을 것이다.

 

바디는 통상 모노코크 바디 (Monocoque Body), 프레임 바디 (Frame Body), 스페이스 프레임 (Space Frame)으로 분류할 수 있으며 각 종류별로 장단점에 따라 승/상용차, 경주용차에 채택되어 사용되고 있다.

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1. 모노코크 바디 (Monocoque Body)

- 구조

모노코크 바디는 일체형 구조로 된 차체로, 경량화에 초점을 맞추어 설계하였기 때문에 대부분의 양산차량에서 그 효율성이 인정되어 적용되고 있다. 차체는 국부적인 강도와 강성을 만족해야하며 모노코크 타입에서는 경량화 측면에서 일정 강도를 확보하기 위해 고장력판과 TWB를 채택하여 사용하는 추세이다.

*TWB(Tailor Welded Blank, 양복 재단과 같이 다양한 재질과 두께의 철판을 필요한 형상으로 절단 및 용접 후 프레스 성형을 하여 부품을 제작하는 특수 제조 공법)

 

- 구성

박판으로 샤시 부품을 직접 바디에 결부시키고, 설치 및 연결부의 강성 확보를 위해 부분적으로 멤버를 붙이거나 부분 프레임에 샤시를 결합하고 다시 해당 프레임을 바디에 장착시키는 방식으로 구성된다.

 

- 장점

경량화로 인해 동일 중량 대비 굽힘과 비틀림 강성이 높고, 차실을 낮게하여 차량의 전고를 낮출 수 있다. 가공 시 점용접을 사용하여 생산 시간을 낮추어 양산에 유리하다.

 

- 단점

하나의 부위만 이용하여 강성을 확보하는 것이 아닌 바디 전체를 이용하여 필요 강성을 확보하므로 개조가 쉽지 않고, 노면과 엔진으로부터의 진동/소음이 쉽게 전달된다. 구조가 복잡한 편이라 사고 시 수리가 어려운 편이다. 일반적으로 페이스리프트(외관만 살짝 바꾸어 변화를 줌)를 통해 외관에 변화를 준다.

 

- 종합

현재는 승용차와 SUV 차량에서도 모노코크 바디를 채택하고 있는데, 차량의 경량화는 승차감과 연비와 직결되며 모노코크 바디가 이러한 장점을 가지고 있기 때문이다. 또한 신재료의 개발로 High Tensile Steel이나 TWB, 접착 본드 등의 사용으로 보다 경량화를 다양한 방법으로 진행하고 있으며 강성을 확보하고 강화하는 방향으로 발전하고 있다.

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2. 프레임 바디 (Frame Body)

- 구조

사다리 모양의 프레임에 엔진, 미션, 운전석 등의 무거운 부품을 결합하고 위에 차체를 결합하는 구조이다. 대부분의 하중은 프레임과 휠이 떠받치고 있다.

 

- 장점

프레임을 튼튼하게 설계하여 비틀림 강성이 강하고 변형에 유리하다. 강성이 좋기 때문에 내구도 양호하며, 내구성을 가장 중요한 니즈로 하는 화물차, 버스 등에 채택되어 사용된다. 모노코크 바디와 달리 전체 바디가 아니라 프레임 위쪽의 바디만 바꾸면 동일 프레임을 사용할 수 있기 때문에 하나의 프레임으로 다양한 신차에 적용해 볼 수 있다.

 

- 단점

큰 프레임이 밑에 있기 때문에 플로어의 높이가 낮아야하는 승용차에서는 실내 공간을 확보하기가 어렵다. 프레임은 통상 두꺼운 강철로 제작하여 모노코크 바디에 비해 무겁고, 연비가 나빠진다. 다만 무거운 화물을 견디는 동시에 최적의 연비를 내기에는 프레임 바디가 더 적절하다고 할 수 있다.

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3. 스페이스 프레임 (Space Frame)

- 구조 및 장단점

항공기 모양의 골격 부재 형상으로 되어 있어 가장 가볍고 강성도 확보되어 있다. 경량화가 가장 중요한 이슈인 스포츠카에서 주로 채택하고 있다. 가장 큰 장점은 경량화와 일정 강성을 확보할 수 있는 구조라는 점이고 단점은 일반적으로 승객과 화물이 실려 있는 상태에서는 내구를 확보하기 어렵고 충돌에 비교적 취약, 고장력 강의 특성상 비용이 많이 들고 수리도 그만큼 어렵다는 점이 있다.