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신형 쏘나타에 적용된 3세대 플랫폼, 충돌안전성은?

현대차가 새롭게 개발한 3세대 플랫폼은 역대 최고의 안전성을 자랑한다. 8세대 쏘나타가 안전할 수밖에 없는 이유는 이 플랫폼을 기반으로 하기 때문이다.

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8세대 쏘나타에는 혁신적인 부분이 굉장히 많다. 첨단 IT 기술과의 접목을 바탕으로 한 스마트 모빌리티 디바이스로의 진화, 사진으로 미처 담아내기 어려운 유려한 디자인, 안락하고 편안한 실내, 그리고 한 차원 진일보한 안전성까지. 



사실, 쏘나타 시리즈의 안전성은 새삼스러운 일이 아니다. 이미 7세대 LF 쏘나타 시절 국내외 안전도 평가에서 최고 등급을 받으며 그 안전성을 입증한 바 있다. 현대차의 새로운 3세대 플랫폼을 바탕으로 한 8세대 쏘나타는 이전보다 몇 단계 더 나아간 안전성을 자랑한다. 이러한 사실은 현대차 플랫폼개발실 연구원들과의 인터뷰를 통해 확인할 수 있었다. 다만 아직 국내외 안전 기관의 테스트가 진행되지 않았기 때문에 공인 결과는 좀 더 기다려야 나올 수 있다.



이런저런 이유 때문에 8세대 쏘나타의 안전성에 대한 소비자들의 관심이 높은 것이 사실이다. 그래서 8세대 쏘나타의 안전성에 관해 좀 더 자세히 알아보기로 했다. 이 튼튼하고 안전한 차의 기반이 된 3세대 플랫폼의 충돌안전성을 열정적으로 연구해 온 충돌안전해석2팀 권희상 책임연구원, 차체플랫폼개발팀 박지웅 책임연구원의 설명을 통해서 말이다. 

충돌에너지를 효과적으로 흡수해 분산시키는 3세대 플랫폼

3세대 플랫폼의 핵심은 승객이 받는 충돌에너지를 최소화하는 것이라고 말하는 권희상 책임연구원

“3세대 플랫폼은 과거 플랫폼 대비 최적화, 효율화, 강건성에 초점을 맞춰 개발했습니다. 미국 고속도로 안전보험협회(IIHS)의 주관으로 평가하는 스몰오버랩 충돌 시험(차량 전면부의 1/4만 충돌시키는 테스트로 여러 테스트 중 가장 가혹한 것으로 알려졌다) 기준으로 보면 그 차이가 명확하게 드러납니다.



”3세대 플랫폼의 충돌 안전성이 과거와 어떻게 달라졌는지 설명해달라는 질문에 대해 권희상 책임연구원은 위와 같은 대답을 내놨다. 그는 10년 이상 자동차 플랫폼의 안전성 향상을 위해 노력해 온, 이 분야의 전문가다. 그의 말을 좀 더 들어보자. 



“과거에는 승객실 강도를 최대한 올려서 충격을 버티는 구조에 중점을 뒀습니다. 하지만 3세대 플랫폼은 충돌에너지를 엔진룸에서 효율적으로 분산시켜 승객이 받는 최종 에너지를 최소화하는 방향으로 개발됐습니다. 이를 구현하기 위해 3세대 플랫폼은 3가지 대응방안을 준비했습니다.



”귄희상 책임연구원이 말하는 3세대 플랫폼의 대응방안은 다음과 같다. 여기서 말하는 방안은 스몰오버랩 충돌 시험을 기준으로 한다. 

3세대 플랫폼의 안전성은 와이드 크러쉬 박스와 우물 정(井) 형태의 서브프레임(검은색 부분)에 기초한다

첫째, 와이드 크러쉬 박스와 우물 정(井) 형태의 서브프레임으로 배리어(충돌테스트 시 차와 접촉하는 구조물)와의 오버랩 량(접촉면적)을 증대시켜 초반 충돌에너지 흡수율을 높였다. 동시에 서브프레임 변형에 의해 횡방향으로 일어나는 충격 에너지가 파워트레인까지 분산돼 전달되도록 유도했다. 쉽게 말해 차체 모서리를 통해 전달된 외부의 강한 충돌에너지가 차체 앞부분에 고르게 분산되도록 했다.



둘째, 강한 충돌 시 서스펜션 부품이 의도한 방향으로 분리되도록 설계했다. 이를 통해 외부 충격이 전달될 때 휠·타이어가 차체에서 자연스럽게 이탈되도록 유도한 것이다. 휠·타이어에 의해 승객실로 전달되는 충격 에너지를 최소화하기 위한 대책이다.



마지막으로 승객실 안전 강건성을 향상시키기 위해 타이어 충격을 직접 받는 힌지 필러(도어와 앞바퀴 사이의 공간) 부위의 강도를 효율적으로 배분하여 파단(부러짐)에 내성이 강한 구조로 만들었다.실제 사고에서는 스몰오버랩 시험 조건(64km/h의 속도로 충돌)보다 더 큰 하중이 발생할 수 있기 때문에 힌지 필러를 무조건 강하게 하면 오히려 부러짐에 취약할 수 있다. 힌지 필러가 부러질 경우 패널이 찢어지거나 도어 이탈 등으로 승객이 더 위험한 상황에 빠질 수 있기 때문이다. 

3세대 플랫폼의 핵심 기술, 슬라이드 어웨이 거동 

앞선 권희상 책임연구원의 설명 중에서 궁금한 부분이 생겼다. ‘과거에는 승객실 강도를 최대한 올려서 충격량을 버티는 구조에 중점을 뒀다’는 내용이다. 차체를 최대한 단단하게 만들어 충격에 대비하면, 그게 안전한 차가 아닐까? 하지만 그의 생각은 달랐다. 

슬라이드 어웨이 거동은 감가속도를 최소화해 탑승객이 받는 상해를 크게 줄여준다

“스몰오버랩 충돌 시 64km/h로 달리던 차량이 배리어에 막혀 속도가 순식간에 0km/h로 줄면서 회전하게 되면, 승객의 거동이 불안정해지는 문제가 있습니다. 이는 결국 에어백 등 구속장치 쪽에서의 큰 부담으로 귀결됩니다. 그러나 슬라이드 어웨이 거동이 발생하는 경우엔 승객의 거동이 보다 안정화 돼 상해가능성이 줄어들 수 있습니다.”



3세대 플랫폼이 자랑스럽게 내세우는 슬라이드 어웨이(Slide Away, 스몰오버랩 충돌 후 차가 크게 회전하지 않고 옆으로 미끄러지는 모습) 거동이 연출되는 것은 이런 목적이 있기 때문이다. 

강도와 강성이 뛰어난 3세대 플랫폼은 충돌에너지를 효과적으로 흡수하고 분산시킨다

설명만으로는 매우 쉬운 기술처럼 들린다. 하지만 차체 어느 한 부분의 강도가 약할 경우, 충돌에너지가 고르게 분산되지 않는다. 모든 충돌에너지 전달경로가 일정수준 이상의 강도 및 강성을 확보하여야 하며 각 경로가 강건하게 연결되어 있어야만 스몰오버랩 충돌 초기 시점에 차량의 거동이 횡방향으로 소폭 이동하며 미끄러지는 슬라이드 어웨이 거동 구현이 가능하다. 이로써 최종적으로 승객에게 전달되는 충돌에너지를 최소화할 수 있다. 약간 어려울 수도 있는 이 내용에 대해 박지웅 책임연구원은 쉬운 예를 들어 설명했다.



“농구공을 예로 들면, 공기가 어느 정도 꽉 차 있어야만 바닥에 튕겼을 때 위로 잘 튀어 오릅니다. 반면, 공기가 빠져 있으면 제대로 튀어 오르지 않고 바닥에 주저앉고 맙니다. 차체 골격도 마찬가지입니다. 전체적으로 일정 수준의 강도와 강성이 있어야만 차량이 외부 구조물에 부딪혔을 때 미끄러지듯이 나갈 수 있습니다.” 

다중골격 엔진룸 구조와 평균강도

다중골격 엔진룸 구조는 안전성, 경량화 등 여러 마리의 토끼를 동시에 잡은 기술이다

8세대 쏘나타가 이와 같은 안정적인 거동을 보여줄 수 있는 것은 3세대 플랫폼의 다중골격 엔진룸 구조 덕분이다. 사실, 지금까지 설명한 내용은 모두 다중골격 엔진룸에 대한 것이라고 해도 무방하다. 



다중골격 엔진룸은 무엇일까? 단어의 뉘앙스만 봐서는 엔진룸 주변부가 복잡해 정비 편의성이 떨어지고, 차체 앞부분이 무거워지는 등 단점이 많을 것 같다. 하지만 박지웅 책임연구원의 설명을 듣고 이 생각이 잘못 됐다는 것을 깨달았다.



“다중골격 엔진룸 구조에서는 추가된 골격 부분도 있지만, 이미 기존에 존재하는 골격의 경로를 수정하고 결합 구조를 개선하여 연결성을 증대시킨 부분이 많습니다. 따라서 정비 편의성은 기존과 동일합니다. 또한, 기존 차량 대비 골격 구조의 연결성이 개선되면서 일부 불필요한 내부 구조를 삭제할 수 있었기 때문에 오히려 엔진룸 구조물의 중량까지 소폭 감소시킬 수 있었습니다. 설계기술과 수많은 시뮬레이션을 통해 얻은 성과죠.”



가볍고 튼튼한 3세대 플랫폼의 다중골격 엔진룸 구조의 진가는 경쟁 차량인 일본 A모델과 8세대 쏘나타를 비교했을 때 두드러진다. 최신 쏘나타의 프론트 오버행 길이는 945mm로 앞바퀴굴림 자동차로서는 비교적 짧은 편이다. 반면, 경쟁차의 경우는 965mm다. 일반적으로 오버행이 길면 정면충돌 시 에너지 흡수율이 높다고 여겨지지만, 3세대 플랫폼은 다중골격 엔진룸 구조로 초반 에너지 흡수 효율을 높여 프론트 오버행 축소에 따른 단점을 극복했다. 



이처럼 에너지 흡수율이 높은데도 불구하고 쏘나타의 BIW(Body In White, 차체 골격을 의미) 중량은 323.3kg으로 경쟁 모델보다 40kg 이상 가볍다. 구조가 가벼우면서 충돌에너지를 효과적으로 흡수, 분산시키는 다중골격 엔진룸의 진가가 명확하게 드러나는 순간이다.



최근 들어 자동차 안전도를 설명하는 데 있어 또 하나 중요한 것이 바로 초고장력 강판의 적용 범위다. 보다 단단한 강판을 얼마나 많은 범위에 적절하게 적용했느냐가 차의 안전도를 판가름하는 기준으로 작용하고 있다. 

3세대 플랫폼은 강판의 전반적인 평균강도를 높여 8세대의 쏘나타의 안전성을 크게 높여준다

하지만 제조사가 내세우는 초고장력 강판 적용 범위를 그대로 믿을 수는 없다. 공통된 기준 없이 제조사마다 각기 다른 기준을 내세우고 있기 때문이다. 이 때문에 소비자들의 혼란만 가중되고 있다. 이런 점을 해소하고자 3세대 플랫폼에서는 ‘평균강도’라는 개념을 도입했다. 박지웅 책임연구원은 평균강도에 대해 다음과 같이 설명했다.



“평균강도란, BIW에 적용된 강판의 강도 수준을 설명하는 개념입니다. 8세대 쏘나타의 경우, 7세대 LF 쏘나타 대비 약 3% 가량 증대된 70.7kgf/mm2의 평균강도를 자랑합니다. 3세대 플랫폼의 초고장력강판은 동급의 경쟁 차량 대비 핫스탬핑 부품의 비율이 매우 높고, 대시 크로스 멤버, 리어 로어 멤버 같은 주요 변형억제 부위에 폭넓게 적용되었다고 말씀드리고 싶습니다.”



8세대 쏘나다보다 평균 강도가 3% 낮은 7세대 LF쏘나타만 해도 공인 기관 테스트를 통해 충돌 안전성이 경쟁 모델대비 동등 이상이라는 결과를 얻은 바 있어 이번 쏘나타의 강건성을 어렵지 않게 예상할 수 있다.



이런 변화 때문에 원가가 올라갈 수 있지만, 안전한 자동차를 만드는 데 꼭 필요한 부분이라 판단했기에 적용 비율을 대폭 올렸다는 것이 박지웅 책임연구원의 설명이다. 

변화하는 충돌시험 동향에 대한 선제적 대응

전 세계 안전도 평가기관의 기준은 날로 엄격해지고 있다. 따라서 플랫폼과 신차를 개발할 때, 미래의 안전 기준을 미리 예측하고 충족시켜야 한다. 연구원 입장에서 이런 예측이 분명 쉽지만은 않을 텐데, 실제 이 부분에 대한 고충은 없었는지 권희상 책임연구원에게 물었다. 



“충돌 시험은 지역별로 여러 기관에서 실시하는데, 유럽과 북미 지역은 실제 교통사고를 기반으로 충돌 가혹도를 높이거나 새로운 충돌 항목을 추가하고 있습니다. 현대차는 지역별로 변화하는 충돌 시험 동향을 수시로 파악하고 있으며, 유럽의 신옵셋(MPDB), Far-Side 측면충돌, 북미의 차기 NCAP 등 시행 예정인 충돌 항목에 대해 선제적으로 대응하고 있습니다.” 

세상에서 가장 안전한 차를 만들고 싶다는 권희상, 박지웅 책임연구원의 바람은 3세대 플랫폼과 8세대 쏘나타를 통해 실현됐다

마지막으로 권희상, 박지웅 책임연구원은 “8세대 쏘나타의 안전성은 전 세계 어떤 차와 견줘도 손색 없다”는 말을 전했다. 빈말이 아니다. 8세대 쏘나타의 근간이 된 3세대 플랫폼의 완성도가 뛰어나기에 나오는 근거 있는 자신감이다. 그 자신감처럼, 8세대 쏘나타가 승객들의 안전을 책임지는 듬직한 자동차로 오랫동안 사람들의 기억에 남기를 바라본다.

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