일본산업뉴스요약

도요타 3열 시트 EV 렉서스 TZ
차체 곳곳에 적용된 저소음 설계

도요타자동차가 공개한 3열 시트 SUV형 전기차(EV) ‘렉서스 TZ’(이하 TZ). 운전자로부터 3열 시트 승객까지 자연스러운 대화를 나눌 수 있는 조용한 실내 공간을 구현하기 위해 차량 바디(이하 차체) 곳곳에 저소음 설계를 적용했다. 미국과 중국을 주요 시장으로 겨냥함과 동시에, 2026년 겨울 일본 시장 진출을 목표로 개발은 최종 단계에 접어들었다.

저소음화의 기본은 차체 강성을 높이는 설계에 있다. 우선 차체의 기본 골격에는 모듈러 설계를 적용한 ‘도요타 뉴글로벌 아키텍처(TNGA)’ 플랫폼 중 중·대형 차량용 ‘GA‑K’를 채택했다. 이를 바탕으로 TZ에 최적화된 플랫폼을 설계했다.

현재로서는 EV 이외의 차량에 채택할 계획은 없지만, 하이브리드차(HEV)나 플러그인HEV, 엔진차에도 적용 가능한 이른바 ‘멀티 패스웨이(전방위) 플랫폼’으로 완성하고 있다. 고강성 및 저중심의 기본 설계를 추구한 이 플랫폼을 기반으로, 도요타는 차체 강성을 한층 더 강화하는 설계를 추가했다.

-- 접착제·제진재를 다량 사용 --
차체 상부(어퍼 바디)의 접합에는 레이저 용접과 접착제를 사용했다. 레이저 용접에는 레이저 원형 스캔 용접 방식인 ‘LSW(Laser Screw Welding)’을 채택했다. 원격 레이저 로봇을 이용해 강판의 한쪽 면에서 레이저를 원형으로 스캔하고, 용융된 강판을 유동(流動) 제어하면서 견고하게 접합하는 방식이다. 일반 스폿 용접보다 좁은 간격(피치)으로 강판을 접합할 수 있는 이 기술을 통해 용접점을 늘렸다. 또한 구조용 접착제를 사용해 강판 간의 접합을 보강하고 있다.

이 구조용 접착제를 어퍼 바디에만 국한하지 않고 차체 전체에 걸쳐 많이 사용한 것도 TZ의 특징 중 하나다. 차체 측면(사이드 바디)과 후면 끝단(리어 바디)에서는 구조용 접착제를 이중으로 도포하여 차체의 비틀림 강성을 높였다.

그리고 차체 하부(언더 바디)에 있는 플로어에는 부위별로 요구되는 특성에 맞춰 두 종류의 구조용 접착제를 사용했다. 주요 골격 부위에는 강성을 높이기 위한 구조용 접착제(고강성 접착제)를 도포하고, 승객에 가까운 부위에는 진동을 감소시키기 위한 구조용 접착제(고감쇠 접착제)를 발랐다. 이를 통해 플로어의 강성과 감쇠성을 모두 향상시켰다.

강성과 경량화를 동시에 달성하기 위해 주요 골격 부재에는 인장 강도가 뛰어난 고장력 강판과, 가열된 강판을 프레스 가공해 만든 핫스탬핑재를 적극 사용했다. 프론트 후드는 알루미늄 합금제다. 보통은 한 곳에서 프론트 후드를 잠그지만, TZ는 좌우 두 곳에서 고정하는 트윈 후드 록 구조를 채택했다. 이를 통해 고속 정속 주행 시 프론트 후드의 진동을 저감하도록 배려했다.

-- ‘승차감’을 만족시키면서 보강 --
도요타자동차는 렉서스 차량에서 공통적인 ‘승차감’을 추구하는 활동을 전개하고 있다. 이 활동에서는 약 40개 항목의 테마를 다루고 있으며, TZ는 그 중 ‘차체 토대 만들기’ 관점에서 차체 강성 강화에 집중했다. 보강 부위는 (1) 프론트 엔드, (2) 리어 엔드, (3) 플로어 전방, (4) 플로어 후방이다.

(1)의 프론트 엔드에서는 라디에이터 서포트와 프론트 사이드 멤버의 접합을 기존에는 한 장의 보강재로 수행했다. 이에 반해 보강재를 한 장 더 추가하여, 앞뒤 두 곳에서 두 부재를 견고히 지지하면서 접합해 강성을 높였다.

(2)의 리어 엔드에서는 리어 사이드 멤버와 리어 필러의 접합을 기존에는 전방의 보강재 한 장으로 처리했다. TZ에서는 후방에 보강재를 한 장 더 추가하고, 앞뒤 두 곳에서 지지·접합해 강성을 높였다.

(3) 플로어 전방에서는 벌크헤드(격벽)와 플로어 터널이 교차하는 부위에서, 벌크헤드 측에 부착하는 가로 방향의 긴 보강재의 높이 방향 폭을 아래쪽으로 늘려 넓혔다. 이를 통해 벌크헤드 측의 변형을 억제했다.

(4) 플로어 후방에서는 플로어 터널과 플로어 크로스가 교차하는 부위에 ‘コ’ 형태의 보강재를 덧댐으로써 강성을 높이고 있다.

이처럼 렉서스 차량에 요구되는 승차감을 충족시키면서, TZ에서는 차체 강성을 더욱 강화했다.

-- 유체역학을 활용 --
엔진 구동음이 없는 EV에서는 주행 시 발생하는 풍절음을 줄이는 것도 중요하다. 이를 억제하기 위해 도요타자동차는 원인을 근본적으로 차단하는 ‘근원 대책’에 나섰다. 구체적으로는 공기역학 시험용 목업과 수치 유체역학을 활용한 해석을 통해 부품 형태를 최적화하고 저소음 설계를 진행했다.

사이드 미러에서는 공기가 박리되지 않고 흐르는 정류화(整流化)를 실현했다. 이를 통해 공기 저항을 줄임과 동시에 풍절음도 억제했다. 또한 위아래로 움직이는 유리를 지지하는 홈이 있는 고무 부품인 글래스런에는 진동을 흡수하는 제진 타입을 채택하여 유리의 진동을 줄였다.

그리고 유리의 플러시 서피스화도 설계에 반영했다. 이는 차체 측면을 구성하는 유리 부품들, 구체적으로는 리어 유리와 쿼터 유리, 리어 픽스 유리에, 디비전 바(칸막이)를 포함한 4장의 단차를 없애, 마치 한 장의 큰 유리로 가공한 것처럼 ‘일면화(一面化)’하는 설계를 말한다. 이를 통해 공기 저항을 줄여 풍절음을 감소시켰다.

부품 형태 변경으로는 완전히 줄일 수 없었던 풍절음은 차체 측의 제진 설계를 통해 억제했다. 차체 각 부위의 진동이나 소음 특성을 분석하여 골격 내부에 고강성 발포재와 제진 발포재를 채워 넣거나, 고감쇠 접착제를 도포하거나 제진 시트를 부착했다. 이를 통해 강판의 진동을 억제하고 풍절음을 차단했다.

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