자동차 차체의 역할과 구조에 대한 이해

자동차 차체

자동차의 뼈대가 되는 차체

자동차의 차체는 영어로 Body라고 부르며, 차량의 가장 기본 뼈대 역할을 하는 구조입니다. 쉽게 말해, 우리가 흔히 생각하는 차량의 외부 형상의 대부분이라고 말할 수 있습니다. 이러한 차체의 구조는 크게 두 가지로 구분해 볼 수 있는데, 일체형 바디구조와 프레임 차체구조가 있습니다. 일체형 바디구조는 일반적으로 모노코크 바디 혹은 프레임리스 바디라고도 부르는데, 엔진과 서스펜션의 일부를 지지하기 위한 서브 프레임을 제외한 패널과 멤버류로 구성된 일체형 바디로 샤시 부품을 직접 마운팅 하는 구조를 말합니다. 이러한 일체형 바디구조의 장점은 외부에서 받는 응력이 바디 전체로 분산되기 때문에 차급별 최적 설계를 수행하면 중량 및 원가를 절감하는데 용이하고, 구조상 굽힘 및 비틀림 강성 또한 우수하며, 차량의 실내 공간을 확보하는 데 용이합니다. 그러나, 외부 충격에 의해 크게 변형된 경우에는 다시 원상태로 복구하는 것이 매우 힘들고, 일부분만 따로 개조하는 것도 쉽지 않다는 단점이 있습니다. 프레임 차체 구조는 차량 하부 전장에 걸쳐서 바디와 별개로 골격 역할이 가능한 두꺼운 판의 프레임을 구현해서 샤시 부품을 마운팅 하는 구조를 말합니다. 바디가 고무 마운트를 사이에 두고 프레임과 결합하고 있기 때문에 소음진동 측면에서도 우수하고, 바디와 프레임이 분리되어 있으므로 일부만 개소하는 것 또한 용이하다는 장점이 있습니다. 그러나, 이러한 프레임 차체 구조는 프레임이라는 구조가 별도로 생기는 것이기 때문에 차량의 전고가 높아지게 되고, 일체형 바디 구조에 비해 프레임 생산에 있어서도 대규모 설비가 요구된다는 단점이 있습니다.

차체의 여러 가지 유기적인 기능

차체의 기능은 크게 3가지로 요약해서 말할 수 있습니다. 가장 먼저, 차체는 안전하고 쾌적한 거주 공간의 제공 기능을 수행합니다. 우리가 주행 중에 사고가 발생했을 때, 자동차 차체는 외부 충격으로 직접적으로 충돌에너지를 받는 부분에 해당합니다. 그렇기 때문에, 차체가 충돌 시 에너지를 얼마나 잘 흡수하는지와 차체 구조의 견고성이 얼마나 뛰어난지에 따라 차량의 안전성이 결정된다고 해도 과언이 아닐 것입니다. 또한, 차체는 그 구조에 따라 소음진동 측면에서 큰 차이를 발생시킵니다. 앞서 설명한 일체형 바디구조의 경우에는 소음진동에 취약한데, 차체 구조를 어떻게 설계하는지에 따라 운전자에게 정숙성을 제공할 수 있는지 없는지 여부가 결정되는 만큼 매우 중요한 기능을 한다고 말할 수 있습니다. 또한, 차체 내부는 일차적으로 운전자가 영위할 수 있는 공간의 크기를 결정합니다. 특히나, 최근 전기차의 등장으로 인해서 엔진 대신 모터가 적용됨으로써 차체 형상도 변화하고, 이에 따라 같은 크기의 차량일지라도 차체 형상에 따라 내부 공간을 더 넓게 확보할 수 있게 되었습니다. 두 번째 기능으로는 엔진이나 모터와 같은 주행에 필요한 부품들을 탑재하는 기능을 합니다. 이러한 부품들은 자동차의 심장과 같은 역할을 하기 때문에, 노면이나 다른 외부 환경으로부터 이들을 보호해 줄 수 있도록 차체가 충분한 강성과 강도를 확보해야 합니다. 마지막으로, 차량의 미적 브랜드의 가치를 결정하는 기능을 합니다. 한 가지 예를 들자면, 자동차에 조금 관심이 있는 사람들 사이에서 가장 호평을 받았던 디자인 중 하나는 아우디의 C필라 디자인을 말할 수 있습니다. 사이드에서 트렁크로 이어지는 유연한 곡선이 주는 아름다움에 소비자들이 모두 칭찬을 받았습니다. 이처럼 자동차의 차체는 다양한 기능들을 수행하고 있고, 이러한 기능들은 상호 간에 유기적으로 연결되어 있습니다.

사이드 시스템과 플로어 시스템

자동차 차체의 세부 구조는 사이드 시스템과 플로어 시스템으로 구분할 수 있습니다. 먼저, 사이드 시스템은 외부와 내부로 나뉘게 됩니다. 외부는 말 그대로 우리가 차량을 봤을 때, 외부에서 보일 수 있는 부분이고 내부는 각 부품들을 고정하는 용도로 사용되는 부분을 말합니다. 사이드 시스템은 카울, 루프 레일, 패키지 트레이, 펜더, 레인풋 사이드 아우터 등으로 이루어져 있습니다. 간단히만 설명하면, 카울은 윈드 쉴드 글라스와 와이퍼 등을 지지해 주는 역할을 함과 동시에 실내로 수침입을 막고 차량의 실내로 외기가 잘 순환될 수 있도록 합니다. 루프 레일은 외판이 흔들리지 않도록 지지해 주는 역할을 합니다. 패키지 트레이는 리어 글라스를 지지하고, 시트백을 고정합니다. 레인풋 사이드 아우터는 충돌 시 승객실을 보호하는 메인 골조 역할을 합니다. 이러한 사이드 시스템은 고객에게 가장 먼저 보이는 부분이기 때문에 미적 아름다움을 반드시 고려하되, 플로어 시스템과 마찬가지로 강한 강성과 강도를 가지도록 제작됩니다. 그리고, 플로어 시스템은 차량의 하부를 말하는데, 크게 프론트 플로어 / 센터 플로어 / 리어플로어 / 백 판넬로 구분되며, FEM 캐리어나 프론트 범퍼빔, 언더커버 등과 같은 기타 부품들로 구성되어 있습니다. 플로어 시스템은 노면으로부터 올라오는 하중을 견딜 수 있도록 강한 강도와 강성을 가지고 있는 것이 특징입니다. 또한 다양한 마운트들이 적용되어 외부 소음들을 차단하게 됩니다. 이외에도 외부에서 들어오는 다양한 부정적인 요소(물/잡음/먼지 등)등을 차단해 쾌적한 실내 환경을 제공하는 것을 목표로 합니다. 앞서 말한 바와 같이 플로어 시스템이 다양한 기능들을 가지고 있지만, 가장 중요하게 요구되는 성능 중 하나는 안정 성능입니다. 플로어 시스템은 반드시 정면충돌 시 승객에게 전달되는 충격 하중을 최소화시킬 수 있도록 디자인되어야 합니다. 하중을 여러 방향으로 분산시킨다거나, 강도 분배를 적절하게 해서 변형 모드를 제어해 주는 방법 등이 사용됩니다.