더 줄이고 더 빼고… 차체가 가벼워야 적게 먹고 오래 달린다
다이어트에 목숨을 거는 건 비단 현대인뿐만이 아니다. 차도 몸무게를 빼기 위해 끊임없이 노력한다. 자동차 제조사가 차량 무게를 줄이려는 이유는 분명하다. 차체 중량을 10% 줄이면 연비는 약 3%, 가속 성능은 8%, 방향조종 능력은 19%가 향상된다. 이산화탄소 배출은 3% 이상 줄어든다. 무게가 줄다 보니 엔진부터 변속기, 제동장치의 내구성이 좋아지는 것은 덤이다. 요즘처럼 환경 규제가 심해진 상황에선 친환경적이면서도 성능 좋은 차라는 이미지까지 구축할 수 있다. 흥미롭게도 자동차의 다이어트는 사람의 다이어트와 흡사한 점이 많다.
대중적인 차에 다이어트 열풍이 분 건 그리 오래되지 않았다. 과거엔 생각할 수 있는 여력도 능력도 없어서다. 초기 자동차 소재는 마차용 목재였다. 저렴하고 가공도 쉬웠지만 목재는 사고가 나면 끝이었다. 사람들은 나무보다 튼튼한 소재를 찾았고 결국 철을 이용했다. 65%에 달하던 나무 이용은 1910년대 초반 그 비중이 25%까지 하락했다. 자동차가 대량생산시대를 맞으면서 철은 오랫동안 사랑받았다. 대공황과 수차례 고유가라는 위기가 닥쳐 무겁다는 단점이 부각됐지만 저렴한 가격, 풍부한 공급 능력, 우수한 가공성 면에서 철을 대체할 대안이 없었다. 물론 지금도 마찬가지다.
셀 수 없을 만큼 많은 다이어트 방법처럼 자동차 회사가 이용하는 다이어트 소재도 다양하다. 그중 하나는 알루미늄이다. 30여년 전인 1983년 혼다는 차체 전체를 알루미늄 합금으로 바꾸는 획기적인 도전을 했다. 이른바 ‘NSX 프로젝트’다. 프레임은140㎏, 총중량은 200㎏이나 줄이는 쾌거를 올렸지만 무리한 다이어트가 화근이 됐다. 1980년대 당시의 용접기술로는 생산 공장이 아닌 일반 정비소에선 알루미늄 합금을 붙일 수 없었다. ‘사고 나면 고칠 수 없는 차’라는 소문이 돌면서 급기야 보험사들은 NSX의 보험 가입을 거부하기까지 했다. 쓰라린 기억이지만 결국 혼다는 철과 알루미늄 합금을 접합하는 기술을 개발했고, 이 기술을 지난해 자사 어큐라 RLX에 적용했다.
알루미늄은 가볍지만 강도가 약하다. 단점을 보완하고자 마그네슘, 규소, 망간 등을 적절히 섞는데 그 양에 따라 성질이 판이해진다. 알루미늄 합금 프레임을 쓰면 철을 쓸 때보다 약 120~140㎏까지 무게를 줄일 수 있다. 최근 알루미늄 합금을 잘 이용하는 브랜드는 아우디다. 스포츠카 TT는 물론 A6, A7 등 양산용 모델도 알루미늄과 철을 혼용해 만든다. 7세대 아우디 A6는 이전 모델 대비 135㎏을 뺐다. A6 3.0 TDI 콰트로는 135㎏, A6 3.0 TFSI 콰트로는 80㎏가량 무게를 줄였다. 올 뉴 레인지로버와 올 뉴 레인지로버 스포츠도 100% 알루미늄 합금으로 차대를 만든다. 스포츠유틸리티(SUV)차량으로는 세계 최초다. 이 덕에 기존 3세대 모델과 비교해 무려 420㎏을 줄였다.
탄소섬유강화플라스틱(CFRP)도 각광받는 다이어트 소재다. 강철의 4분의1 정도 무게지만 강도는 10배, 탄성률은 7배에 달한다. 심지어 알루미늄보다도 30% 정도 가볍다. 이런 특성 덕에 항공기부터 선박의 구조재료는 물론 골프 샤프트와 테니스 라켓, 낚싯대 등에도 광범위하게 활용된다. 전 세계 CFRP 시장의 40%를 일본계 기업 도레이가 점유하고 있는데 최근에는 국내 화학 업체들도 도전장을 내는 추세다. 이미 30년 전부터 F1 레이싱 머신에 이용되는 소재이지만 양산형 모델에 쓰이는 양은 극히 제한적이다. 좋긴 하지만 워낙 고가인 데다 양산성이 떨어지기 때문이다. 이 분야에서는 BMW가 앞서 간다. 이미 10여년 전부터 프리미엄 모델인 M시리즈 등에는 CFRP를 활용한 차량 지붕이나 휠을 사용한다. 이달 말에 국내 판매를 개시하는 전기차 i3에도 CFRP를 적용했다.
그럼에도 대세는 아직 철이다. 알루미늄과 CFRP는 철에 비해 가격이 각각 최고 3배와 20배가량 비싸기 때문이다. 단 과거처럼 무쇠를 쓰기보다는 강도를 높여 얇아도 강한 고장력강판을 이용한다. 현대·기아차도 이 중 하나다. 지난해 출시된 신형 제네시스는 기존 강판보다 무게가 10% 정도 가벼우면서도 강도는 30% 정도 늘린 고장력강판을 전체 차량의 절반 이상에 적용했다. 신형 쏘나타 역시 고장력강을 절반 이상 썼다. 그럼에도 제네시스나 쏘나타의 중량이 과거 모델보다 무거워진 것은 어떤 이유일까. 현대기아차는 차체는 가벼워졌지만 각종 안전시설과 편의장치를 추가했기 때문이라고 설명한다. 강판이 고강도화되면 철판 두께를 줄여도 차체 강도를 유지할 수 있으므로 경량화가 가능해진다. 이론적으론 강도를 극대화해 두께를 줄이는 방법이 있지만 그럴 수만은 없다. 무리하게 강도를 늘리면 잘 늘어나지 않아 가공성이 떨어지기 때문이다. 강도와 가공성 두 마리 토끼를 잡는 것이 최근 철강회사의 숙제다.
사람들이 저마다 실천하기 쉬운 다이어트 방법을 선택하듯 자동차회사도 각자 선호하는 다이어트법이 있다. 예를 들면 일본이나 우리나라 자동차회사는 차 뼈대를 만들 때 고장력강이나 초고장력강을 이용하는 방법을 애용한다. 비용도 비용이지만 높은 기술력을 자랑하는 자국 철강회사가 있다는 점이 이유다.
균형을 고려하지 않은 채 무작정 체중만 줄였다가는 탈이 난다는 점도 인간의 다이어트와 비슷하다. 자동차의 경량화에는 사실 아주 제한적인 전제조건들이 붙어 있다. 무조건 차량에 들어가는 소재를 가볍게 해 무게를 줄이는 게 상책은 아니라는 이야기다. 기본적으로 자동차는 안정적인 접지력을 갖도록 하기 위해 차의 출력 특성에 맞게 구동축을 일정 중량 이상으로 눌러 줘야 한다. 특히 후륜구동 방식의 자동차는 동력 전달에 적합한 최소 중량을 확보하지 못하면 제 성능을 발휘할 수 없다. 전륜구동과는 달리 후륜구동 차들이 앞뒤 무게 배분을 50:50으로 맞추려고 노력하는 이유다. 이 때문에 후륜구동 차들은 구조적으로 무거울 수밖에 없는 엔진룸 쪽의 부품을 경량화 소재로 바꾸는 데 적극적이다.
균형 잡힌 다이어트도 중요하다. 폭스바겐의 7세대 골프는 머리부터 발끝까지 균형 있게 군살을 뺀 사례다. 비싼 소재를 쓰기보다는 엔진, 전자장치, 주행장치, 상부구조 등을 바꿔 약 100㎏을 감량했다. 차체 등 상부구조에서 37㎏, 주행장치 26㎏, 엔진 22㎏, 특수장치 12㎏, 전자장치 3㎏을 뺐다. 다 더하면 109㎏에 달하지만 변화 과정에서 늘어난 살(추가 장치)도 있어 실제 뺀 몸무게는 100㎏이다. 폭스바겐코리아 관계자는 “감량한 100㎏ 안에는 대시보드의 소재 전체를 바꿔 0.4㎏, 에어컨 열교환기를 교환해 7㎏을 감량한 것까지 포함됐다”면서 “자동차업체들이 얼마나 다이어트에 매달리는지를 볼 수 있는 대표적인 예”라고 설명했다.
요즘 들어 상대방을 배려하는 자동차 다이어트 바람도 불고 있다. 차량 충돌 시 충격을 자체적으로 흡수하고 휘어지는 소재를 이용하는 방식이다. 중량이 무겁고 단단하기만 한 소재로 전체 자동차를 구성하면 그 차는 안전할지 몰라도 충돌 시 충격이 보행자나 상대방 차에 고스란히 전달되기 때문이다. 자동차 보닛의 일정 부분에 일부러 가볍고 유연한 소재를 쓰는 것도 이런 개념 중 하나다. 고민을 본격적으로 시작한 것은 1990년대 후반으로 비교적 역사가 짧지만 박수받을 만한 다이어트법이다.
유영규 기자 whoami@seoul.co.kr
