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차체
차체(body)는 자동차의 겉모습과 사람 또는 화물을 싣는 내부 공간 구조이다. 일체형인 모노코크와 프레임형인 바디온프레임 방식이 있다.
개요
차체는 차대와 하나의 그룹으로 관리되며 기계 부품과 승객 및 화물을 수용하고 보호하도록 설계된 자동차의 외관 구조물을 말한다.[1] 구조적으로 독립된 프레임에 기관, 현가장치 등을 설치하여 차대를 조립한 다음, 그 위에 완성된 차체를 장착하는 방식이 오랫동안 사용되어 왔다. 그러나 이 방식은 무거워지는 데 비해 강도가 커지지 않기 때문에 오늘날에는 차체 자체를 충분한 강도를 가지는 상자로 만들고, 거기에 직접 기관이나 현가장치를 설치하는 단체구조 또는 일체구조를 사용하는 것이 많다. 그러나 미국에서처럼 한 차가 각종 차체를 가져야 하는 형식에서는 아직 독립 프레임을 사용하고 있다. 최근에는 안전성을 높이기 위해 차체를 더욱 견고하게 만드는 경향이며, 특히 신차에서는 차실 부분을 매우 견고하게 하고, 앞뒤는 약간 유연한 구조로 하여 충돌사고 등에서 충격이 흡수되도록 하고 있다.[2]
종류
모노코크
모노코크는 비행기에서 시작된 골격인데 처음에는 프레임 차체를 사용했다. 비행기의 공간을 넓히고 뼈대를 튼튼하게 하며 가볍게 하기 위해 개발하였다.[3] 모노코크는 자동차의 대량생산이 가능해짐에 따라 함께 발전해 왔다. 차체와 차대가 일체화된 구조로 인해, 생산 공정이 크게 줄어, 생산성도 높이고 제조원가도 크게 절감할 수 있었기 때문이다. 모노코크의 하부구조를 공유하는 것을 두고, ‘플랫폼을 공유한다’고말한다. 플랫폼을 공유하게 되면, 하나의 생산 라인에서 다종의 차량을 동시에 생산할 수 있기 때문에 생산성 향상에 크게 일조한다. 모노코크는 일체화 구조의 특성 상, 외력과 하중을 차체와 차대 전체가 부담하기 때문에 차체와 프레임을 별도로 사용하는 구조에 비해 중량을 크게 절감할 수 있다. 이러한 특성 덕분에 충돌 에너지를 흡수하는 설계가 용이하여 안전 측면에서도 유리하다. 뿐만 아니라, 구조 상 비틀림 강성이 높아서, 코너링 성능을 높이기에도 유리하다. 아울러, 공간을 차지하는 별도의 프레임이 존재하지 않기 때문에 실내 공간 확보에도 유리하다. 보디온프레임 방식에 비해 수직 하중을 버티는 능력이 현저히 부족한 것이 모노코크의 단점이다. 차체 전체에 가해지는 하중을 감당하기에 좋지만, 차체 한 방향에 집중적으로 하중이 걸리는 경우에 약하다. 이 때문에 차체에 외력이 가해질 경우 상대적으로 변형되기 쉽다. 차대와 차체가 합쳐져 있는 구조인 만큼, 차대의 변형이 차체의 변형으로 이어지는 경우도 많다. 이런 경우에는 작은 수준의 변형으로도 차체 전체에 영향을 끼칠 수 있으며, 안전한주행이 불가능한 상태에 빠질 수 있다.[4]
바디온프레임
바디온프레임은 사다리 모양의 프레임에 엔진, 미션, 운전석 등의 무거움 부품을 얹고 윗쪽의 차체를 결합하는 구조이다. 대부분의 하중은 프레임이 담당한다. 든든한 뼈대가 있기 때문에 비틀림 강성이 강하고 변형이 잘 일어나지 않는다. 강성이 좋기 때문에 내구성도 좋다. 그래서 무거운 화물을 싣는 트럭 같은 차량은 모두 바디온프레임을 쓴다. 바디온프레임의 경우, 차량의 외관만 변경하여 차량 전체를 새로 설계하지 않아도, 마음만 먹으면 하나의 프레임으로 완전히 다른 모양의 신차를 개발할 수 있다. 바디온프레임의 단점은 커다란 프레임이 밑에 있으므로, 최저 지상고가 낮아야 하는 승용차의 경우에는 실내를 넓게 만들기가 힘들다. 그리고 프레임은 대부분 두꺼운 강철재질로 만들기 때문에 모노코크보다 무겁고, 연비가 나쁘다.[5]
스페이스프레임
스페이스프레임은 경기장의 돔에서도 볼 수 있는 형태의 프레임이며 대부분 튜브를 용접해 만든 형태이다. 구조와 튜브의 재질에 따라 무게변화나 강도 변화가 있으며, 비틀림 대응 능력이 높고 하중도 잘 버틴다. 때문에 극한의 상황에서 운행되는 레이싱카에 주로 쓰이며, 수제작이 대량생산보다 용이한 점 때문에 대량생산이 어려워 스페이스프레임이 적용된 차량은 대체로 비싸다. 하지만 람보르기니나 맥라렌같은 슈퍼카 제작 업체들은 대량생산 보다는 소수의 자동차만 판매하는데, 자동화 시스템을 도입하는 것 보다 용접공의 월급이 더 쌀 정도로 자동화는 부담스럽고, 주요 고객들도 자동 용접으로 만드는 차보다 장인이 용접하고 조립된 차를 원해 현재까지도 애용되는 프레임이다.[6]
소재
철
플라스틱
철을 대신할만한 다양한 소재들이 오랜 시간을 거쳐 많이 개발되어 왔는데, 최근에는 새로운 소재인 플라스틱에 눈길을 돌리고 있다. 여기서 말하는 플라스틱은 우리가 일반적으로 사용하는 플라스틱이 아닌 다른 소재와 결합하여 강화한 복합 플라스틱을 말한다. 가장 흔히 볼 수 있는 복합 플라스틱은 유리섬유 강화 플라스틱이다. 가느다란 유리섬유에 열경화성 수지를 뿌려서 만드는 플라스틱으로 일반 플라스틱보다 훨씬 더 높은 강도를 가지고 있다. 카본 컴포지트 역시 이러한 플라스틱 중 하나이다. 정식 명칭은 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)으로 합성섬유나 수지를 탄화시킨 후 탄소를 추출해 섬유조직으로 만든 것이다. 그리고 이렇게 만들어진 카본 파이버를 강화물질로 사용해 플라스틱 수지로 굳힌 것이 카본 컴포지트이다. 카본 컴포지트는 철이나 알루미늄보다 가벼우면서 그보다 훨씬 더 우수한 강도를 지니고 있다고 하여 40년 전부터 포뮬러1과 같은 모터스포츠 분야에서 사용하기 시작했고, 그 전에는 우주 왕복선의 동체 등에 사용되었던 첨단 소재였다. 이렇게 이점이 많지만 카본 컴포지트를 일반적인 자동차에서 보기란 쉽지 않다. 최근에는 이를 활용해 차체나 자동차의 외장 패널을 만들기도 하지만, 그럼에도 여전히 보편적인 소재는 아니다. 이유는 바로 소재 자체의 가격이 비싸고 가공 과정 역시 일반 금속 소재에 비해 복잡하고 대량생산화 되어 있지 않기 때문이다.[7]
각주
- ↑ 참창 참창, 〈자동차 샤시(CHASSIS)의 뜻과 차체(BODY)에 대한 설명〉, 《티스토리》, 2021-08-25
- ↑ 〈자동차의 차체〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 수원양반, 〈자동차 차체의 스토리〉, 《티스토리》, 2017-08-16
- ↑ 박병하 기자, 〈(자동차 상식)자동차의 뼈대를 알아보자〉, 《모토야》, 2017-06-14
- ↑ 자동차 전문 교육 자동차 역사가, 〈14. 자동차 차체의 구성과 제조〉, 《티스토리》, 2016-05-04
- ↑ 〈자동차/뼈대〉, 《나무위키》
- ↑ 〈알아두면 쓸데 있는 신기한 자동차 차체 이야기〉, 《쌍용자동차 공식 블로그》, 2017-06-22
참고자료
같이 보기
