모노코크(Monocoque)는 별도의 구조체 없이 차체를 하나의 견고한 박스처럼 만들어 차량을 제작하는 방식을 말한다. 별도의 뼈대 없이 외피만으로 이루어진 구조를 의미하기도 하며, 항공기 구조에 사용되던 방식이었다. 아랍어로 하나를 뜻하는 모노(Mono)와 프랑스어의 껍질을 뜻하는 코크(Coque)의 결합어이다. 일체형 차체 구조 또는 유니바디(Unibody)라고도 불린다.
이탈리아 고급 자동차 제조사인 란치아(Lancia)를 설립한 빈센조 란치아(Vincenzo Lancia)는 자동차를 전혀 모르는 경리사원으로 일하면서 어깨너머로 배워 자동차 기술자가 되었다. 당시 생각도 못 했던 현대적인 자동차 구조를 발명해 자동차공학에 혁신을 일으킨 천재적인 자동차 기술자이기도 하다. 1921년 말에 내놓은 새 모델 람다(Lambda)는 빈센조의 최대 히트작인 란치아의 명성을 떨치게 했고, 후에 이 자동차는 전설적인 자동차로 남게 되었다. 1차 세계대전이 끝난 직후에 빈센조 란치아는 배를 타고 여행을 하던 중 바닷물의 부력과 절대적인 관계를 가지고 있는 배의 설계구조에 대해 깊은 흥미를 갖게 되었다. 그는 순간 이 구조법을 자동차에 이용하면 어떨까 하는 생각을 가지게 되었으며, 지금까지 만들어 온 차량들은 플레임(Frame)이라는 사다리형 쇠뼈 대위에 차체를 얹어 외부에서 받는 모든 진동과 차체의 비툴림을 방지해 주는 마차식 구조이다. 또한, 오랜 연구 끝에 배의 구조기법을 적용한 람다라는 새 모델을 만들어 세계에서 최초로 뼈대가 없는 순수한 철판 구조의 모노코크식 자동차를 탄생시켰다.[1] 모노코크의 구조는 튼튼한 외피로 몸을 지탱하는 게나 곤충과 같은 외골격 생물에 비유할 수 있다. 바디온프레임보다 역사는 짧지만, 등장 이후 엄청난 기세로 보급되고 있는 방식이며, 저렴한 대중 차에서부터 높은 사양의 슈퍼카에 이르기까지 많은 모노코크 구조를 채용하고 있다. 세계 최초로 모노코크 구조를 채용한 차량은 이탈리아의 고급 자동차 제조 기업인 란치아가 1922년부터 1931년까지 생산한 람다부터이다. 람다는 모노코크 구조와 양산 차량으로는 세계 최초의 독립 현가 방식의 서스펜션을 채용하는 등 획기적인 자동차로 널리 알려져 있다. 람다의 등장 이후 자동차 공학에 큰 영향을 끼쳤으며, 당시 실제 차량의 기술적 진화를 단숨에 10년 앞당겼다고 평가될 정도이다. 또한, 람다는 상업적으로도 큰 성과를 거두었고, 10년 동안 시리즈 9까지 생산되기도 했다.[2]
모노코크는 강성이 높아 비틀림과 휨에 강하고, 가벼워 경량화 및 충격 흡수력이 높다는 장점이 있다. 또한, 넓은 실내 공간을 확보했으며, 승차감 또한 뛰어나다. 모노코크 구조는 바디와 프레임이 일체화되어 있기 때문에 강성이 높고, 보강재의 의한 보조도 필요 없어 바디온프레임(Body on Frame) 구조보다 차체를 가볍게 만들 수 있다. 또한, 달걀 껍질처럼 바디 전체에 충격을 분산할 수 있기 때문에 충돌 안전성이 높다. 실내 공간을 넓게 확보할 수 있고 프레임과 바디를 따로 만들어 생기는 진동도 적기 때문에 승차감이 뛰어나다는 장점도 있다.[2]
모노코크 구조는 충돌에 의한 차체 변형 및 왜곡으로 주행이 불가할 수 있으며, 약간의 변형으로도 바디 전체에 영향을 줄 수 있다는 단점이 있다. 모노코크 구조는 충격 흡수력이 높지만, 충돌에 의해 바디 일부에 강한 충격을 받게 되면 쉽게 왜곡되어 버리는 단점을 가지고 있다. 또한, 바디 전체가 구조재를 겸하고 있어 약간의 왜곡으로도 차량 전체에 영향을 미치게 되고 주행에 악영향을 미칠 수 있는 단점도 가지고 있다. 바디가 왜곡될 수 있는 모노코크 구조의 자동차는 최악의 경우에는 달릴 수 없게 되어버릴 수도 있다. 오프로드 차량과 군용 차량의 경우에는 어느 정도 바디 왜곡이 발생 되도 프레임에 문제가 없다면 문제없이 달릴 수 있는 래더 프레임 구조가 채용되고 있다.[2]
모노코크 바디는 도로의 충격을 차체로 잘 분산시키고 동시에 충격을 흡수하는 능력이 뛰어나 승차감이 우수하다는 장점이 있다. 별도의 프레임이 없기 때문에 침범하는 실내공간도 없어서 차량의 실내를 넓게 뽑아낼 수도 있다. 승용차와 SUV 등 차량의 형태에 제약이 없이 사용이 가능하여 대부분의 신차는 모노코크 바디를 형식을 채택하고 있다. 하지만, 모노코크 바디는 일체형 차체 형식을 하고 있기 때문에 바디온프레임에 비해 강성이 약하고 사고 시 차체가 변형될 수 있다. 사고를 당한 경우에는 모노코크 차량의 차체가 변형되어 원상태로의 완벽한 복구가 어렵다. 바디온프레임의 경우에는 뼈대인 프레임을 자동차의 하부에 덧댄 차량의 형식이다. 마차 시대부터 사용되어 온 가장 전통적인 차체 구조로 사다리꼴의 프레임에 파워트레인과 차량의 바디를 올리는 형식이다. 대표적인 바디온프레임 차량은 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz)의 G클래스(G-Class), 지프(Jeep) 랭글러(Wrangler), 닛산(Nissan) 패트롤(patrol), 기아자동차㈜(KIA Motors) 모하비(Mohave) 등이 있다. 바디온프레임의 장점은 높은 강성에 있으며, 충격의 흡수를 차량의 바디가 아닌 하부 프레임이 담당하기 때문에 노면 충격에 대한 내구성이 우수하다. 또한, 모노코크와 반대로 사고가 발생했을 경우에도 차량의 프레임과 바디를 분리해서 수리가 가능하기 때문에 정비성이 우수하다는 장점이 있다. 내구성이 강한 바디온프레임 차량은 그에 따른 단점도 가지고 있다. 철로 이루어진 프레임은 무거운 중량 덕분에 연료 효율과 운동성능이 떨어진다. 효율이 떨어지는 프레임 바디 차량은 갈수록 거세지는 환경 규제 앞에서 점점 설 자리를 잃어가고 있어 몇 안 되는 바디온프레임 차량도 후속 모델을 모노코크 형식으로 바꿔 출시하고 있는 추세이다.
출시되는 모든 승용차는 모노코크 바디를 사용하고 있으며, 포드는 과거 승용차 모델에 프레임 바디의 플랫폼을 적용시킨 바 있다. 1978년부터 2011년까지 사용한 포드는 팬더(Panther) 플랫폼은 승용차 역사상 가장 늦게까지 사용된 바디온프레임 플랫폼이다. 포드의 승용차인 크라운 빅토리아(Crown Victoria) 및 링컨 타운카(Lincoln Town Car) 등이 이 플랫폼을 사용했고, 견고한 프레임 바디를 가진 크라운 빅토리아는 오랜 기간 미국의 대표 경찰차로 활약했다. 본래 SUV는 험한 길을 다니는 오프로드와 짐을 싣는 용도로 개발되어 강성이 높은 바디온프레임이 필수였다. 1980년대에서 1990년대의 SUV 대부분은 프레임 바디를 가진 차량이지만, 이후 모노코크 차체를 가진 도심형 SUV가 속속 출시되어 SUV는 오프로드보다 온로드를 달리는 차량으로 더욱 발전했다. 바디온프레임과 모노코크는 각자의 장단점은 있고, 기술의 발전으로 인해 모노코크 바디로도 충분한 강성의 확보가 가능하다. 가격과 시간 및 효율을 중시하는 제조사의 입장에서는 모노코크 바디가 유리하고, 오프로드 성능을 강조해야 하는 제조사라면 바디온프레임의 형태가 더욱 유리하다. 이에 사용 목적에 대한 선호도와 판단의 소비자의 결정에 달렸다.[3]
- ↑ 채영석, 〈구시대 20년 앞선 차 '란치아 람다' 비사-1〉, 《글로벌오토뉴스》, 2011-03-03
- ↑ 2.0 2.1 2.2 카앤조이 reze2010, 〈모노코크 구조(바디)란? 구조와 장단점을 알아봅니다!〉, 《티스토리》, 2017-03-23
- ↑ KCC오토그룹, 〈모노코크 바디와 프레임 바디, 성능 우위는 누구일까?〉, 《일분》, 2018-11-27
참고자료[편집]
- 카앤조이 reze2010, 〈모노코크 구조(바디)란? 구조와 장단점을 알아봅니다!〉, 《티스토리》, 2017-03-23
- KCC오토그룹, 〈모노코크 바디와 프레임 바디, 성능 우위는 누구일까?〉, 《일분》, 2018-11-27
- 채영석, 〈구시대 20년 앞선 차 '란치아 람다' 비사-1〉, 《글로벌오토뉴스》, 2011-03-03
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