차량 경량화 전략 기술 (복합소재, 차체최적화, 연비향상)
전기차, 하이브리드차, 자율주행차 등 미래차 시장에서 성능과 효율을 동시에 확보하기 위한 가장 기본적인 조건 중 하나는 바로 차량경량화기술입니다. 차량 무게는 주행 성능, 충돌 안전성, 에너지 효율에 직접적인 영향을 주며, 이에 따라 복합소재적용, 차체구조최적화, 연비향상전략이 통합적으로 추진되고 있습니다. 이 글에서는 미래차 경쟁력 확보를 위한 경량화 기술 전략을 중심으로 네 가지 핵심 키워드를 분석합니다.
1.
차량경량화기술과 제조 효율성 향상
가벼운 만큼 빠르고, 효율적인 자동차
차량경량화기술은 단순히 차체 무게를 줄이는 것을 넘어, 소재 선택, 설계 구조, 생산 공정 전반에 영향을 미치는 기술입니다. 차량 무게 10% 감소 시 연비는 6~8% 향상되고, 이산화탄소 배출량도 비례해 줄어들기 때문에, 친환경차에서 특히 중요한 요소로 부각되고 있습니다. 전기차의 경우 배터리 무게가 크기 때문에 경량화 기술 없이는 효율적인 주행이 불가능합니다.
현대차, 기아, BMW, 테슬라 등 주요 기업들은 알루미늄, 마그네슘, 초고장력강(UHSS), 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 등 고기능 경량 소재를 적극적으로 도입하고 있으며, 동시에 부품 통합 설계를 통해 부품 수를 줄이는 전략도 함께 추진하고 있습니다. 예를 들어, 현대차는 ‘일체형 서브프레임’, ‘이중 기능 차체 패널’ 등을 적용해 경량화와 강성 확보를 동시에 달성하고 있습니다.
@ 차량경량화기술은 무게를 줄이는 동시에, 강성·안전·효율을 모두 확보하는 다기능 전략입니다.
2. 복합소재적용과 소재 기술 고도화
가볍고 강한 소재가 핵심이다
복합소재는 두 가지 이상의 물질을 조합하여 단일 소재보다 더 우수한 성능을 구현하는 기술입니다. 특히 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 유리섬유복합재(GFRP), 섬유기반 열가소성복합재(TPC) 등이 자동차 차체, 서스펜션, 휠, 루프 등에 적용되며 큰 주목을 받고 있습니다. 이러한 소재는 무게를 줄이면서도 충격 흡수력과 강성을 높이는 데 효과적입니다.
현대차와 현대모비스는 탄소섬유를 활용한 서브프레임, 프런트 멤버 등의 구조 부품을 개발하고 있으며, BMW는 i시리즈에 CFRP 차체를 대규모 적용해 경량화에 성공했습니다. 다만 복합소재는 생산 비용이 높고 성형 시간이 길어 대량 생산에 불리하다는 단점이 있었지만, 최근에는 열가소성 복합재와 하이브리드 소재 개발로 빠른 성형과 저비용화도 실현되고 있습니다. 이와 함께 리사이클링 가능한 복합소재 개발도 활발히 이루어지고 있어 친환경 측면에서도 주목받고 있습니다.
@복합소재적용은 미래차의 ‘강하고 가벼운’ 구조를 실현하는 열쇠입니다.
3. 차체구조최적화와 설계 기반 경량화
단순화된 구조가 가장 강하다
차량 무게를 줄이기 위해 소재만 바꾸는 데는 한계가 있습니다. 차체구조최적화는 CAD/CAE 기반의 시뮬레이션 기술을 활용해 차량의 강성과 충돌 안전성을 유지하면서 불필요한 부품과 중복 구조를 제거하는 설계 전략입니다. 이는 설계 초기부터 경량화를 고려한 ‘경량 설계 접근법’을 의미합니다.
현대차는 GDi 서브프레임 경량화, 구조 일체형 배터리 하우징, 차체 통합형 부품 배치 등을 통해 약 50~80kg의 무게 절감을 달성하고 있으며, 테슬라는 알루미늄 기가캐스팅 기술을 통해 차체 부품 수를 70% 이상 줄여 조립 시간과 무게를 동시에 절감하고 있습니다. 또한, 모듈화 설계와 플랫폼 기반 구조도 경량화에 기여하고 있으며, 디지털 트윈 기술을 활용한 사전 검증을 통해 생산 단계에서의 오류 가능성도 줄이고 있습니다.
@ 차체구조최적화는 ‘설계에서 시작되는 경량화’의 본질적인 접근입니다.
4. 연비향상전략과 에너지 효율 극대화
무게 줄이면, 연비도 올라간다
경량화의 궁극적인 목적 중 하나는 연비향상입니다. 내연기관차는 물론 전기차·수소차 등 모든 파워트레인에서 차량 무게는 에너지 소비에 직접적인 영향을 줍니다. 연비향상전략은 경량화뿐 아니라 공기저항 감소, 타이어 저마찰화, 열관리 최적화, 회생제동 강화 등 다양한 기술 요소와 함께 구현됩니다.
현대차그룹은 ‘에너지 로스 최소화’를 목표로, 경량화와 함께 공기역학 최적화 기술을 도입하고 있습니다. 예를 들어, 아이오닉 6은 Cd 0.21의 세계 최고 수준 공기저항 계수를 달성했으며, 경량 차체와 히트펌프 시스템까지 조합하여 1회 충전 주행거리를 극대화했습니다. 또한, 17인치 저저항 타이어, 회생제동 레벨 조절 시스템 등을 통해 실제 운전 조건에서도 연비 향상 효과를 확보하고 있습니다.