영화 <매드맥스: 분노의 도로>와 <호프>의 공통점은 무엇일까요? 바로 관객의 시선을 사로잡는 강렬한 카체이싱입니다. 특히 <호프>에서는 경찰차가 거칠게 질주하고, 급격하게 방향을 틀며 추격을 이어갑니다. 차체가 크게 흔들리고 상대와의 거리가 아슬아슬하게 좁혀지는 순간마다 긴장감도 한층 높아지죠.

자동차가 빠르게 속도를 높이고 방향을 바꾸며 아슬아슬한 추격을 이어가는 카체이싱. 빠른 속도로 달리는 만큼 작은 충돌도 큰 충격으로 이어질 수 있습니다. 이때 속도만큼 눈여겨볼 것이 있습니다. 바로 충돌 순간 탑승자를 보호하는 자동차의 능력입니다. 이를 ‘충돌 안전성’이라 하는데요. 충돌 시 충격을 효과적으로 흡수하면서도 탑승 공간을 안전하게 지키는 것이 핵심이죠. 그리고 이러한 충돌 안전성을 좌우하는 중요한 요소가 바로 차체입니다. 그렇다면 탑승자를 보호하는 차체는 어떻게 만들어질까요?

충격은 흡수하고, 탑승 공간은 지키는 차체

자동차의 충돌 안전성은 충돌이 발생했을 때 탑승자의 생존 공간을 확보하고, 차체로 전달되는 충돌 에너지를 효과적으로 흡수·분산하는 능력을 뜻합니다. 이를 위해 차체의 모든 부분을 똑같이 단단하게 만들지는 않습니다.

범퍼, 사이드 멤버 등 충돌 부품은 충돌 시 눌리거나 굽혀지며 에너지를 흡수하도록 설계됩니다. 반면 탑승자 생존 공간을 확보해야 하는 부위에는 초고강도강이 적용되죠. 이처럼 차체에는 부위별 역할에 따라 강도와 변형 특성이 다른 자동차강판이 적재적소에 배치됩니다.

실제 충돌 전, 시뮬레이션으로 검증한다

차체에 적용된 자동차강판이 제 역할을 하려면 설계 단계에서 차체가 예상대로 변형되는지 확인해야 합니다. 그러나 설계를 검토할 때마다 개발 차량을 실제로 충돌시키기는 어렵겠죠. 그래서 개발 초기부터 유한요소해석(FEA)을 활용한 가상 충돌 시뮬레이션을 진행합니다. 컴퓨터상에 차체 구조와 소재의 특성을 구현해 차체와 충격을 받은 소재의 변형되는 모습을 분석하는 과정입니다.

가상 충돌 해석이 실제 실험을 완전히 대신하는 것은 아닙니다. 이후 시제품과 실제 차량을 대상으로 충돌 시험을 진행해 해석 결과를 확인하고 보완합니다. 가상 충돌 해석에는 소재 강판의 강도와 충격을 받았을 때 변형되는 특성을 담은 데이터가 필요합니다.

철강사가 충돌을 연구하는 이유

같은 차체 구조라도 강판이 빠른 충격에서 어느 정도의 힘을 견디고, 얼마나 변형되다가 찢어지는지에 따라 충돌 결과는 달라집니다. 따라서 정확한 충돌 해석을 위해서는 자동차강판이 실제 충돌 상황에서 어떻게 변형되는지에 대한 데이터가 필요합니다. 철강사는 이를 직접 시험해 소재의 충돌 특성을 확인하고 데이터로 축적하죠.

현대제철의 경우 고속 인장 시험으로 실제 부품에 가해지는 충돌 속도와 유사한 조건에서 강판이 어떻게 변형되는지 분석합니다. 파단, 굽힘 시험으로 소재가 찢어지거나 접히는 한계를 평가하고, 범퍼, 프런트 사이드 멤버, 센터 필러 등 충돌 부품은 낙하 충격 시험을 통해 변형 특성을 확인합니다.

이러한 시험 결과는 단순한 성능 평가에 그치지 않습니다. 가상 충돌 해석에서 실제 소재의 거동을 구현할 수 있도록 재료 모델로 정립되고, 물성 데이터베이스로 축적됩니다. 현대제철은 이렇게 확보한 데이터를 바탕으로 자동차 제조사에 차체 구조와 부위별 소재 적용 방안을 제안합니다. 이를 지원하는 것이 자동차 소재 솔루션 브랜드 H-SOLUTION*입니다. 차체 전반에 같은 강판을 적용하는 대신, 각 부위의 역할에 적합한 소재를 검토할 수 있도록 지원하는 것입니다.

*H-SOLUTION은 고장력강·핫스탬핑 등 소재부터 물성·성형·용접·방청·도장·부품화까지 아우르는 현대제철의 자동차 소재 솔루션 브랜드입니다.

소재로부터 시작하는 안전

자동차의 충돌 안전은 차체를 무조건 단단하게 만드는 것만으로 완성되지 않습니다. 충격을 흡수해야 하는 곳은 예측한 대로 변형되고, 탑승 공간은 끝까지 형태를 유지해야 합니다. 이를 위해서는 차체 구조 설계와 가상 충돌해석, 실제 차량 충돌 시험 그리고 충격을 받았을 때 소재의 변형을 설명하는 데이터가 함께 맞물려야 합니다.

현대제철은 자동차강판의 충돌 특성을 시험하고, 그 결과를 해석에 필요한 데이터로 축적해 자동차 제조사의 소재 적용을 지원하고 있습니다. 충돌의 순간 탑승자를 지키는 힘은 자동차가 도로에 나오기 훨씬 전, 각 부위에 맞는 소재의 역할을 설계하는 단계에서부터 시작됩니다.