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충돌시험
충돌시험(衝突試驗, Crash Test)은 충돌테스트라고도 하며 차량의 충돌 안전성을 알아보기 위해 고정된 벽이나 기둥 모양에 충돌하여 테스트를 진행하는 것이다.
개요
자동차 제조사에서 디자인과 성능만큼이나 중요하게 여기는 부분은 바로 자동차 안전성이다. 이를 위해 차량 출시 전 자동차 안전성을 시험하는 여러 가지 테스트를 진행하는데 실제로 차량이 충돌했을 때 운전자와 차량 탑승자나 보행객의 안전을 얼마만큼 보장할 수 있는지 확인하는 충돌테스트가 대표적이다.
자동차 충돌테스트는 차량의 여러 방면에서 충격을 가하는 테스트부터 낙하, 전복 등의 극한 상황까지 실험하여 얻은 데이터를 기반으로 자동차의 안전도를 평가한다. 자동차 제조사에서는 이러한 평가 데이터를 반영하여 더 안전하고 튼튼한 신차를 개발하고 있다.[1]
역사
우리는 자동차를 여러 가지 요소로 나누어 평가한다. 디자인, 엔진의 성능, 코너링 실력, 승차감, 연비, 편의 사양, 가성비 등, 중요하게 여기는 기준도 사람마다 다르고 또한 수치로 표시되지 않는 많은 요소들이 주관적 판단에 의해 평가되기 때문에, 각자의 취향이나 목적에 따라 차를 좋게 평가하기도, 혹은 나쁘게 평가하기도 한다.
그런데 브랜드와 차종을 불문하고, 사적인 감정을 배제하고 지극히 객관적인 기준에 의해 평가되는 요소가 있다. 바로 안전성이다. 다른 요소들에 대한 평가는 사람에 따라 갈릴 수 있지만, 안전성은 호불호가 갈릴 수 없는 부분이다. 또한 사람의 생명이 직결된 만큼 타협할 수도, 타협해서도 안 되는 요소이기도 하다.
기관의 힘으로 빠르게 달리는 자동차의 탄생은 자연스럽게 교통사고의 증가로 이어졌지만, 자동차의 안전성을 평가하기 시작한 지는 100년도 채 되지 않았다.
사람이 아닌, 차를 구하기 위한 테스트
충돌 테스트라 하면 사고 시 탑승객의 안전이나 차에 치인 보행자의 안전을 위해 시작됐을 거라고 생각하기 쉽지만, 처음에는 사람이 아닌 자동차를 구하기 위한 테스트였다. 사실 초기의 자동차는 지금과는 비교도 안 될 정도로 품질이 조악했기 때문에, 주행 도중 차가 고장 나거나 분해되면서 일어나는 사고가 많았습니다. 반면 차량의 성능이 지금보다 훨씬 떨어졌고, 도로 위의 차량 대수도 훨씬 적었기 때문에 충돌 사고로 인한 인명 피해는 그리 많지 않았다.
때문에 최초의 자동차 충돌 테스트는, 엄밀히 이야기하자면 "우리 차가 얼마나 튼튼한지" 증명하기 위한 시험에 가까웠다. 빠른 속도로 벽을 들이받아도 망가지지 않을 정도로 튼튼한 차라면 예상치 못한 고장으로 사고가 날 일도 없을 것이라는 의미였다. 그래서 20세기 초까지만 해도, 자동차 회사들은 '충돌 안전성'이 아닌, '충돌 내구성'을 중시했다.
1934년 최초의 충돌 테스트
1934년에 GM가 밀포드 프루빙 그라운드에서 차량을 굴려 벽에 들이받는 테스트를 한 것이다. 구체적으로 어떤 차종을 어떻게 테스트했는지는 알려지지 않았지만, 이 테스트는 세계 최초로 제조사가 공식적으로 진행한 충돌 테스트로 알려졌다. 이 밖에도 당시 기록들을 보면, 자동차를 언덕에서 굴러 떨어뜨린 뒤 주행하는 등, 지금 기준으로는 다소 엽기적으로 느껴지는 테스트들이 이뤄졌다.
하지만 자동차가 사고의 충격을 흡수하지 않고 멀쩡하게 버틴다는 건, 안에 탄 사람에게 충격이 고스란히 전해진다는 뜻이다. 더군다나 자동차의 성능이 향상되고 속도가 빨라지면서 단단한 고강성 차체로 사고를 겪으면 심각한 인명 피해가 발생한다는 사실이 확인되면서 결국 차량이 사고 시 충분히 충격을 흡수해 주는, '크럼플 존(crumple zone)'을 설정하는 것이 탑승자를 지키는 가장 효과적인 방법이라는 결론에 도달하게 된다.
시신을 통한 테스트
문제는 인류가 지금껏 경험해 본 적 없는 자동차 교통사고에서, 인체의 어떤 부위가 어떻게 손상되는지 전혀 정보가 없었다는 것이다. 때문에 과학자들은 기증받은 시신을 사용해 다양한 사고 상황을 재현하며 인체에 미치는 영향을 연구했다. 비로소 현대적이고 체계적인 충돌 안전성 연구가 시작된 것이다.
하지만 시신을 통한 테스트는 도덕적인 문제 외에도, 개인마다 체형이나 골격에 편차가 있는 데다 사후경직이나 부패로 시신이 변형되면서 객관적인 연구가 불가능하다는 문제가 있었다. 또 죽은 자는 말이 없기 때문에 표면적으로 드러나지 않는 인체 변화를 확인하기 어려웠다.
사람이 직접 탑승한 테스트
그래서 1950년대가 되면 아예 사람이 직접 자동차나 시험 장치에 탑승해 충돌 테스트를 시행했다. 말 그대로 '인간 모르모트'가 된 셈입니다. 이들은 충돌 사고와 비슷하게 가속 후 급정지하는 로켓 썰매를 수백 번씩 타면서 인체의 변화를 관찰하고, 무거운 금속 공을 가슴이나 얼굴에 떨어뜨려 보고, 심지어 유리조각을 얼굴에 분사해 유리창이 깨졌을 때의 부상을 재현하기도 했다. 이렇게 초창기 충돌 안전성 연구는 보다 안전한 도로를 만들고자 했던 과학자들의 열정 덕에 지속될 수 있었다.
사람을 대신한 더미 등장
하지만 아무리 지원자를 받아도 이런 가혹한 시험을 계속할 수는 없었다. 그래서 사람을 대신해 인체의 손상을 계측할 수 있는 충돌 테스트용 더미(dummy)가 도입되었다. 최초의 더미 '시에라 샘(Sierra Sam)'은 1949년 항공기 테스트용으로 개발됐다. 하지만 자동차 충돌 테스트용으로 쓰기에는 필요한 사양이 달랐기에, 이듬해 GM과 포드를 위한 최초의 충돌 테스트용 더미 'VIP-50'이 출시되었다. 더미의 도입과 발전을 통해, 비로소 과학적인 충돌 테스트 시대가 열린 것이다.
과학적인 충돌 테스트 시대
더미의 도입을 통해 충돌 테스트가 수월해지면서, 제조사들은 안전성 개선을 위해 적극적으로 충돌 테스트를 실시하기 시작하였다. 이 과정에서 알게 된 연구 결과들을 바탕으로 자동차의 다양한 안전 장비들이 개발되고 도입되는데, 가령 충돌 시 몸이 튕겨져 나가지 않도록 돕는 안전벨트, 내장재로 인한 부상을 최소화하는 에어백, 경추 부상을 막는 헤드레스트 등이 상용화된 데에는 충돌 테스트의 공이 컸다.
테스트 자체도 시간이 갈수록 체계화되었다. 초창기 충돌 테스트는 단순히 벽을 정면으로 들이받는, 이른바 풀 프론탈 임팩트(full frontal impact) 테스트만 이뤄졌다. 하지만 교통사고에는 워낙 다양한 경우의 수가 있고, 제조사들은 제시된 충돌 테스트를 통과할 수 있을 만큼의 안전성 만을 갖추는 경우가 많았기 때문에, 테스트 방식은 보다 가혹하게 바뀌었다.
수동적 안전성을 넘어 종합 안전도 평가로
날이 갈수록 더욱 강화되고 첨단화된 안전도 평가가 이뤄지면서 오늘날 자동차는 과거 어느 때보다 안전해졌다. 간혹 구형차와 신차를 서로 충돌시켜 안전도를 비교하는 시험 결과를 볼 수 있는데, 그런 테스트를 통해 지난 수십 년간 자동차 안전도가 얼마나 눈부시게 향상됐는지 알 수 있다.
오늘날 충돌 테스트는 자동차의 안전성을 가장 직관적으로 확인할 수 있는 중요한 지표로 여겨진다. 충돌 테스트와 같이 사고가 발생했을 때 인명을 보호하는 성능을 수동적 안전성(passive safety)이라고 하는데, 최근에는 안전성에 대한 요구치가 높아지면서 아예 사고가 일어나지 않도록 위기 상황을 회피하는 능동적 안전성(active safety)에 대한 평가도 병행되고 있다.
오늘날 많은 국가에서는 새로 출시되는 차들의 수동적·능동적 안전성을 종합적으로 평가하는 시스템을 운영하고 있는데, 그것이 바로 '신차 안전도 평가(New Car Assessment Program, NCAP)'이다.
NCAP의 메인이벤트는 충돌 테스트지만, 그 외에도 보행자를 충격했을 경우 보행자의 부상도를 평가하는 보행자 안전성 평가, 최근 신차에 탑재되고 있는 각종 첨단 운전자 보조 기능(ADAS)의 성능 평가 등이 추가되는 추세인데, ADAS 성능 평가는 보행자나 자전거가 튀어나왔을 때 작동하는 긴급 제동 기능, 차로를 이탈하지 않도록 보조하는 차로 유지 보조 기능 등이 그 대상이다.
전동화와 자율주행이 대두되고 있는 요즘, 안전도 평가의 범위는 더욱 넓어지는 추세이다. 전기차 배터리의 화재·폭발 안전성이 더욱 강조되고, 자율주행 시스템의 안전도 평가 또한 병행돼야 하기 때문이다. 특히 완전 자율주행 시대에는 탑승객들이 기존의 자동차와는 전혀 다른 자세로 탑승하고, 차량의 형태 또한 달라질 것이기 때문에 이에 대응할 수 있는 새로운 충돌 테스트 및 안전도 평가 기준이 수립될 전망이다.[2]
종류
충돌테스트는 정부의 관련 법규에 따른 테스트가 있으며 제조 메이커 자체에서 경쟁력 확보 차원에서 더 많은 다양한 테스트를 진행하고 있다.
정면 충돌테스트
- 평가 방법 : 충돌 속도 56km/h, 고정벽 정면충돌 시 차량 내 탑승객 충돌안전성 평가
- 탑승객 : 운전자석, 전방탑승자석 및 2열 탑승자석 모두 성인 여성 인체모형(5% ile Hybrid III dummy ) 착석
- 측정 인체 상해 : 머리, 목, 가슴, 상부 다리
부분정면 충돌테스트
- 평가 방법 : 충돌 속도 64km/h, 40% 오프셋 변형 벽 정면충돌 시 차량 내 탑승객 충돌 안전성 평가
- 탑승객 : 운전자석 및 전방탑승자석 성인 남성 인체모형(50% ile Hybrid III dummy) 착석, 2열 탑승자석에 6세, 10세 어린이 인체모형(Q6, Q10 dummy) 착석.
- 측정 인체 상해 : (성인) 머리, 가슴, 상부 다리, 하부 다리 , (어린이) 머리, 목, 가슴
측면 충돌테스트
- 평가 방법 : 충돌 속도 60km/h, 1400kg 이동벽, 90도 직각 측면 충돌 시 차량 내 탑승객 충돌 안전성 평가
- 탑승객 : 운전자석 성인 남성 인체모형 (50% ile WorldSID dummy) 착석, 2열 탑승자석에 6세, 10세 어린이 인체모형(Q6, Q10 dummy) 착석
- 측정 인체 상해 : (성인) 머리, 가슴, 가슴, 복부, 치골 , (어린이) 머리, 목, 가슴
어린이 충돌테스트
- 평가 방법 및 탑승객 : 부분정면 및 측면 충돌 시 2열 탑승자석에 6세, 10세 어린이 인체모형(Q6, Q10 dummy) 착석
- 측정 인체 상해 : 머리, 목, 가슴
기둥측면 충돌테스트
- 평가 방법 : 충돌 속도 32km/h, 기둥 75도 사각 측면 충돌 시 차량 내 탑승객 충돌 안전성 평가
- 탑승객: 운전자석 성인 남성 인체모형 (50% ile WorldSID dummy) 착석
- 측정 인체 상해 : 머리, 가슴, 복부, 치골
좌석 안전성 테스트
- 평가 방법 : 후방 추돌 시 차량 내 탑승객의 목 상해 평가, 1열 운전자석 및 탑승좌석은 정적 및 동하중 평가 실시, 2열 탑승좌석은 정적 평가만 실시.
- 탑승객 : 운전자석, 전방탑승 자석(BioRID II dummy), 2열 탑승좌석에 정적 평가용 인체모형(H-point Machine) 착석
- 측정 인체 상해
- 1열 운전좌석 및 탑승좌석 : (정적 평가) 머리 지지대 높이 및 후방 간격, (동하중 평가) 목 가속도, 전단력, 인장력, 모멘트.
- 2열 탑승좌석 : (정적 평가) 머리 지지대 높이 및 후방 간격
좌석 안전띠 경고장치 테스트
- 운전좌석, 전방탑승좌석의 안전띠 착용 여부를 모니터링하여 미착용 시 초기, 중간 및 최종 경고 제공 여부를 확인한다.
첨단 에어백 장치 테스트
- 운전좌석은 에어백 정적 전개 시험을 시행하여 인체모형의 상해 값을 측정하고, 전방탑승좌석은 제작사에서 제공하는 시험성적서를 검토하여 에어백 성능 요건을 확인한다.
스몰 오버랩 충돌테스트
- 미국 고속도로 안전협회 (IIHS)에서 시행하는 충돌 테스트 방법으로 차량의 앞부분의 극히 일부분(25%) 정도를 고정된 벽에 64km/h로 충돌시키는 테스트이다. 프런트 사이드 멤버를 대부분 빗겨나가며 보통은 프런트 사이드 멤버와 연결된 구조물을 넣어 대응하거나 충돌 시 빗겨나가며 탑승자에게 최소한의 충격을 전달하게 함으로서 대응하게 된다.
후면 충돌테스트
- 공식적으로는 NHTSA와 볼보 자체 기관만 시행하고 있으며, 안전도 측정과는 무관한 테스트이다 보니 일부 차종에 한해서만 실시된다는 것이 특징이다. NHTSA는 시속 80km/h로 후면을 들이받는 테스트만 진행 중이며, 볼보 측은 시속 50~88kmh의 다양한 속도로 후면을 들이받는 테스트를 진행 중이다. NHTSA의 경우 FMVSS 규정에 따라 충돌 후 연료가 새어 나오는지 여부만 테스트한다. 즉, 차가 탑승 공간까지 박살이 난 경우일지라도 연료 탱크만 멀쩡하면 합격이다.
긴급 제동 장치 테스트
- 차량 모양, 사람 모양, 자전거 모양 등을 활용하여 자동차의 긴급 제동 시스템의 성능을 실험한다.
전복 테스트
- 전복 상황을 가정한 충돌테스트이다. 안전밸트의 착용의 중요성을 알려주는 테스트이다.
어마어마한 충돌테스트
- 시속 80km 기둥 구조물 충돌테스트
- 시속 100km 충돌 테스트
- 이 정도 속도에서 고정된 벽에 충돌하는 것은 중상 또는 사망이기 때문에 일반적으로 이 정도 속도에서는 충돌테스트는 일반적으로 하지 않는다.
- 시속 120마일(시속 193km 충돌테스트)
- 이 정도의 속도도 일반적으로 테스트하지 않는다. 차가 절반으로 찌그러질 정도이다. 차량이 고정된 벽에 193km/h로 충돌했다면 높이 146m[9]에서 수직 낙하해서 동일한 고정된 벽에 부딪히는 것과 같다. 이러한 극한의 상황에서는 고정된 벽에 충돌 후 차량이 파손되지 않아도 충격량이 어마어마하여 탑승객의 생명을 보장하지 못한다. 만일 찌그러지면서 충격을 흡수하는 물체나 차량과 부딪히면서 순식간에 정지하는 것이 아니라 어느 정도 감속하는 시간이 있다면 충격 시 받는 힘의 크기가 줄어들기 때문에 생존 가능성이 높아진다. 이는 사람으로 치면 15미터 높이에서 지면에 떨어지는데 단단한 콘크리트 바닥에 그대로 낙하하여 사망하는 것과 차량 지붕에 낙하하여 차량이 찌그러지면서 충격을 흡수해서 중상을 입는 것과 구조용 에어쿠션에 낙하해서 생존하냐의 차이가 된다.
기타 테스트
- 도로 구조물 충돌테스트
- 보행자 안전 테스트
- 보행자에 대한 안전 테스트를 진행하는 방식이다. 진행 방식에 따라 두 가지로 나뉘는데, 다리 부상과 머리 부상을 측정한다.
- 차대차 충돌테스트
- 고정된 벽에 충돌하는 테스트 방식은 동일한 차량에 비슷한 탑승객이 탑승할 때와 똑같은 속도로 충돌할 때와도 같다. 그래서 충돌테스트에 따라서는 무거운 차 vs 가벼운 차 식으로 진행하게 된다.
- 화물트럭 후면 범퍼 추돌 테스트
- 화물트럭 후면에 위치한 범퍼 추돌 위치에 따른 추돌 테스트이다. 트럭 후면 범퍼에 정확히 충돌하면 차량의 프런트 사이드 멤버에 의해서 차 내부까지 밀려들어오는 걸 막을 수 있으나 후면범퍼가 부실하거나 비스듬히 추돌하여 뒤 범퍼가 꺾이면서 트레일러 안으로 그대로 밀려들어가거나 트럭 뒤 범퍼가 없는 상황에서는 A필러 부분부터 그대로 부딪히므로 말 그대로 끔 살 수준이 돼버린다.[3][4]
동영상
각주
- ↑ 불스원, 〈안전운전을 위한 자동차 충돌 테스트 바로 알기!〉, 《불스원 블로그》, 2020-09-11
- ↑ 피카미디어, 〈생명을 구하는 사고, 자동차 충돌 테스트의 역사〉, 《네이버 포스트》, 2021-09-07
- ↑ 〈충돌 테스트〉, 《나무위키》
- ↑ 냉동인간, 〈(NCAP)자동차 안전도 평가제도 _1.충돌안전성 평가방법〉, 《네이버 블로그》, 2021-04-04
참고자료
- 〈충돌 테스트〉, 《나무위키》
- 불스원, 〈안전운전을 위한 자동차 충돌 테스트 바로 알기!〉, 《불스원 블로그》, 2020-09-11
- 피카미디어, 〈생명을 구하는 사고, 자동차 충돌 테스트의 역사〉, 《네이버 포스트》, 2021-09-07
- 냉동인간, 〈(NCAP)자동차 안전도 평가제도 _1.충돌안전성 평가방법〉, 《네이버 블로그》, 2021-04-04
같이 보기
