Nikkei Automotive_2024.7 (p60~63)

진화하는 충돌 안전 보디
스즈키 신형차에 1.5Gpa급 냉간프레스재 도입

최근 고강도의 고장력 강판(냉간프레스재)을 보디 골격에 적용하는 케이스가 증가하고 있다. 냉간프레스재는 성형 시 가열하지 않기 때문에 같은 강도의 핫스탬핑 강재(고장력 강판의 열간프레스재)에 비해 성형 코스트를 낮출 수 있다는 장점이 있다. 스즈키는 신형 경차 '스페시아(Spacia)/스페시아커스텀(Spacia Custom)'에 인장 강도가 1.5GPa급 냉간프레스재를 처음으로 사용. 신형 소형차 ‘스위프트(SWIFT)’에는 1.2GPa급까지의 냉간 프레스 강재를 사용했다.

스즈키의 울트라 하이트 왜건 타입의 신형 경차 ‘스페시아/스페시아커스텀’(이하, 신형 스페시아)은 인장 강도가 1.5GPa급의 고장력 강판의 냉간프레스재를 보디 골격에 적용했다. 같은 강도의 냉간프레스재를 채택한 것은 스즈키 차량으로는 처음이다.

1.5GPa급 고장력 강판은 냉간 프레스 성형이 어렵기 때문에 보디 골격에는 핫스탬핑 강재를 사용하는 경우가 많다. 신형 스페시아는 성형성이 좋은 소재(강재)를 사용함으로써 냉간 프레스로 성형할 수 있도록 했다. 소재는 일본제철(日本製鉄)이 나고야제철소(아이치 현)에서 생산, 냉간 프레스 성형은 베르소니카(시즈오카 현)가 맡았다.

냉간프레스재는 성형 시 가열하지 않기 때문에, 같은 강도의 핫스탬핑 강재에 비해 성형 코스트를 억제할 수 있다. 성형 공정으로부터의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있다는 장점도 있어, 향후 경차로도 적용이 확산될 가능성이 있다.

-- 두 개의 프론트 필러를 일체 성형 --
1.5GPa급 냉간프레스재를 적용한 것은 운전석 측의 프론트 필러이다. 신형 스페시아의 프론트 필러는 2개의 프레임으로 구성되어 있으며, 이 중 바깥쪽(전방)의 폭을 이전 세대의 스페시아/스페시아커스텀(이하, 이전 세대 스페이시아)보다 좁게 해 전방 시야를 좋게 했다. 하지만 바깥쪽 프론트 필러의 폭을 좁게 하면 전면 충돌 대응이 어려워진다.

이 때문에 2개의 프론트 필러를 1.5GPa급 냉간프레스재를 사용해 일체 성형했다. 이를 통해 바깥쪽 프론트 필러의 폭을 좁게 하면서 전면 충돌에 대응했다.

이전 세대 스페시아 차량의 프론트 필러(이너재)도 같은 구조로, 5개 부품을 용접해 제품으로 마무리했다. 이 중 2개의 프론트 필러에는 1.2GPa급과 980MPa급 등의 냉간프레스재를 사용했다. 신형 스페시아는 이 5개 부품을 1.5GPa급 냉간프레스재로 일체 성형. 이를 통해 성형 코스트도 절감할 수 있었다.

-- 보디 골격의 무게를 12kg 가볍게 --
신형 스페시아는 보디 골격을 가볍게 해야 한다는 과제도 있었다. 스즈키 사륜보디 설계부 제3 설계과의 기후나(木舟) 계장은 “첨단운전자보조시스템(ADAS)의 쇄신과 전동파킹브레이크(EPB) 등의 장비를 확충했기에 차량의 무게가 이전 세대 스페이시아보다 12 kg 무거워졌다”라고 말한다.
 

보디 골격에서의 980MPa급 이상의 고장력 강판 사용 비율(질량비)을 18%로 높이는 것으로 차량 무게의 증가분을 상쇄했다. 이전 대 스페시아의 사용 비율은 16%였다. 보다 강도가 높은 고장력 강판의 사용 비율을 늘리고, 해당 부품의 판 두께를 얇게 하여 실현했다.

구체적으로는, 운전석 측의 프론트 필러(이너재)는 전술한 것처럼 1.5GPa급 냉간프레스재로 일체 성형했다. 이 프론트 필러의 아우터재도 이전 세대의 980MPa급에서 1.2GPa급으로 바꿨다. 또한, 이전 세대 스페시아의 센터 필러는 980MPa급이었지만, 신형 스페시아는 1.2GPa급이다.

-- 엄격해진 측면 충돌 기준에 대응 --
또 다른 과제는 엄격해진 측면 충돌 기준(폴 측면 충돌 기준, 이하 폴 충돌)에 대한 대응이었다. 일본의 폴 충돌 시험에서는 전신주 등을 모방한 폴에 시험 차량의 운전석 측과 조수석 측의 측면을 충돌시킨다.

경차의 경우, 폴에 충돌하는 차속은 26km/h였지만, 국토교통성은 이 차속을 전체 폭이 1,500mm 이상의 차량과 같은 32km/h로 높였다. 2023년 1월 20일 이후 출시한 신형차부터 적용되고 있다. 기후나 계장은 “980MPa급 이상의 고장력 강판의 사용 비율을 높인 것 등을 통해 32km/h의 충돌 속도에 대응할 수 있게 되었다”라고 설명한다.

보디의 강성을 높이기 위한 환(環)형의 골격 구조 개선도 충돌 안전 대응에 기여했다.이전 세대 스페시아의 보디 골격도 환형 구조였지만, 신형 스페시아에서는 트렁크 도어의 개구부 주위와 센터 필러 주위, 사이드 도어 주위의 골격 모서리에 보강재를 추가해 매끄럽게 이어지도록 했다. 또한 접합부의 능선을 완만하게 했다.

-- 경량화와 충돌 안전 성능을 양립 --
한편, 스즈키의 신형 소형차 ‘스위프트’는 보디 골격에 대한 고장력 강판의 사용법을 재검토하는 것 등을 통해 경량화와 충돌 안전을 양립시켰다. 1.5GPa급 핫스탬핑 강재는 사용하지 않고 1.2GPa급까지의 냉간프레스재로 대응했다.

신형 스위프트에는 이전 세대 스위프트와 같은 플랫폼(PF)을 적용. 보디 골격(PF와 어퍼 보디)의 구조도 이전 세대 스위프트와 크게 바뀌지 않았다.

하지만 차량의 크기가 커진 것과 장비 확충 등으로 인해 차량의 무게는 이전 세대 스위프트에 비해 약 20kg 무거워졌다. 그래서, 고강도의 고장력 강판의 사용 비율을 늘려 보디 골격의 무게를 이전 세대 스위프트와 같도록 했다.

이전 세대 스위프트의 보디 골격에 적용하였던 고장력 강판은 980MPa급과 780MPa급 냉간프레스재가 중심이었다. 신형 스위프트에서는 이것들과 함께 1.2GPa급 냉간프레스재를 새롭게 채택했다. 스즈키 4륜차체설계부 외장설계그룹의 야마자키(山崎) 계장은 “보디 골격의 경량화 효과와 코스트의 밸런스를 위해 1.2GPa급을 채택했다”라고 설명한다.

고장력 강판의 구체적인 사용법을 보면, 1.2GPa급 냉간프레스재는 센터 필러 상부(뿌리 부분 이외)의 아우터재, 프론트 필러 상부의 아우터재와 이너재 등에 사용했다. 이전 세대 스위프트에서는 980MPa급 냉간프레스재를 사용하고 있던 부위이다.

980MPa급 냉간프레스재를 사용한 것은 사이드실과 프론트 필러 하부, 루프 사이드 레일, 센터 필러와 연결되는 루프 크로스 멤버, 앞부분(운전석 아래)과 후부(뒷좌석과 트렁크의 경계부)의 플로어 크로스 멤버, 범퍼 빔 등이다.

이전 세대 스위프트에서는 센터 필러와 연결되는 루프 크로스 멤버는 연강(270MPa급)제품, 프론트 필러 하부는 780MPa급 제품이었지만, 그 이외 부위의 강도는 이전 세대 스위프트와 같다.

780MPa급 냉간프레스재는 센터 필러와 연결되는 플로어 크로스 멤버와 센터 필러 상부의 이너재에 사용했다. 모두 이전 세대 스위프트와 같은 강도이다.

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