14. 자동차 차체의 구성(프런트/센터/리어 플로어:언더바디,사이드 보디 판넬)

자동차 차체의 구성과 제조

1. 자동차 차체 개요

자동차는 여러 가지 부품과 재료로 이루어져 있으나, 무게와 재료의 대부분은 금속 재료로 이루어져 있다. 특히 자동차 차체는 강판으로 이루어져 있다. 엔진 관련 부품은 주철 계통이 주를 이루어 있으며, 일부 부품에 경량화를 위해 알루미늄도 사용되고 있다. 차체는 다른 부품이 장착되는 골격을 이루고 있다. 여기에 엔진과 섀시 관련 부품이 장착되고, 실내에는 크래쉬 패드(Crash pad)를 비롯한 자동차 앞뒤 시트와 문짝이 모두 차체에 장착이 된다. 또한 차체는 전후 좌우에 충돌 발생 시 운전자와 탑승자를 보호하는 충돌 완충의 역할도 하고 있다.

 자 이제 차체의 기능에 대하여 간략하게 살펴 보았다. 그러면 차체의 종류는 무엇이 있는지 알아 보도록 하자. 일반적으로 차체는 모노코크 차체(Monocoque body), 프레임 바디(Frame body),

스페이스 프레임(Space Frame body)로 나누어 진다.

 

그림 1. 차체의 종류

 

1.1 차체의 종류

1) 모노코크 차체(Monocoque body)

①모노코크 차체(Monocoque body) 구조 

모노코크 바디(Monocoque body)는 일체 구조로 된 차체이며, 차체의 각종 성능과 경량화에 유리하게 때문에 대부분의 양산 차량에 적용하고 있다. 현재 모노코크의 바디의 개발 추세는 차체의 각종 성능과 경량화를 위해 TWB와 고장력 강판 등을 적용하고 있다.

②모노코크 바디의 구성과 장단점

박판으로 섀시 부품을 직접 바디에 설치하는 것을 기본으로 하며, 설치부의 강성 확보 등을 위해서 부분적으로 멤버를 갖추거나 부분 프레임에 섀시 부품을 설치한 후 바디에 장착하는 방식이다.

▷ 모노코크 바디의 장점

차실을 낮게 할 수 있어서 차량의 높이를 낮출 수 있으며, 가공 시 점용접을 사용할 수 있어서 양산에 유리하다. 또한 경량화가 가능하여 굽힘과 비틀림 강성이 높은 장점이 있다.

▷ 모노코크 바디의 단점

바디 전체를 이용하여 강성 확보되므로 개조가 쉽지 않으며, 노면이나 엔진에서 발생하는 진동과 소음이 바디로 쉽게 전달되는 단점이 있다. 그리고 구조가 복잡해서 차량 사고 발생 시 차체 수리도 복잡하다.

 현재의 대부분의 승용 차량과 SUV에도 모노코크 구조를 적용하고 있다. 이유는 차량의 경량화와 승차감을 향상을 위해 모노코크 차체(Monocoque)가 절대적으로 유리하기 때문이다. 또한 현재의 차체 기술의 발전에 따라 고장력 강판, TWB, 접착제 본드 등을 적용하여 차체를 경량화 하면서도 강성을 오히려 강화 시키는 방향으로 가고 있다.

 

그림 2. 모노코크 바디(Monocoque Body)

2) 프레임 바디(Frame Body)

①프레임 바디(Frame Body)

일반적으로 프레임 바디(Frame Body)는 사다리 모양의 프레임에 엔진, 미션, 운전석 등등의 무거운 부품을 얹고, 윗쪽의 차체를 결합하는 구조입니다. 대부분의 하중은 프레임이 담당합니다. 

 

그림 3. 프레임 바디(Frame Body)

② 프레임 바디(Frame Body)의 구조와 장단점

▷ 프레임 바디(Frame Body)의 장점

튼튼한 뼈대가 있기 때문에 비틀림 강성이 강하고, 변형이 잘 일어나지 않습니다. 강성이 좋기 때문에 내구성도 좋다. 그래서 무거운 화물을 싣는 트럭 같은 차량은 모두 프레임바디를 씁니다. 모노코크바디의 경우, 차량의 전체적인 외형을 바꾸기 위해서는 모노코크바디 자체를 완전히 새로 설계해야 합니다. 그래서 돈을 적게 들이고, 새로운 차라는 느낌을 주기 위해서는 '페이스리프트'를 합니다. 자동차 외관만 살짝 바꾸어 변화를 준다. 그러나 프레임 바디(Frame Body)의 경우, 차량의 외관만 변경하여, 차량 전체를 새로 설계하지 않아도, 마음만 먹으면 하나의 프레임으로 완전히 다른 모양의 신차를 개발할 수 있다.

▷ 프레임 바디(Frame Body)의 단점

프레임 바디의 단점은 커다란 프레임이 밑에 있으므로, 최저 지상고가 낮아야 하는 승용차의 경우에는 실내를 넓게 만들기가 힘듭니다. 그리고 프레임은 대부분 두꺼운 강철재질로 만들기 때문에 모노코크 바디(Monocoque Body)에 비해서 무겁고, 연비가 나빠지는 결과를 낳습니다. 

 그래서 프레임 바디는 경우는 아의 모하비, 쌍용의 코란도 스포츠 그리고 렉스턴W가 같은 일 부 차량에 적용 되었다. 아무래도 프레임 바디의 특징은 SUV 혹은 짚 형태의 차량과 같은 오프로르와 좀더 무거운 화물을 적재하고 주행하는 최적화 되었다고 할 수 있다.

3) 스페이스 프레임(Space Frame)

스포츠카나 경기용 차의 전용 형식이다. 항공기 모양을 한 골격부재 형상으로 되어 있어 가장 가볍고 동시에 강성도 갖추어져 있다. 아래의 아우디의 스페이스 프레임을 보면 항공기 모양의 골격 구조에 차체 판넬로 이루어진 구조로 되어 있다. 이런 구조는 강성과 동시에 경량화를 동시에 달성할 수 잇다.

 

그림 4. 스페이스 프레임(Space Frame)

46. 자동차 언더 보디(Under Body)의 구조 [자동차 차체 구조]

언더 보디/FLOOR 플로어(Under Body)의 기능

모노코크(Monocoque) 보디의 자동차 언더 보디(Under Body)는 프레임 부착 차의 프레임에 상당하는 부분으로서 프런트 사이드 멤버(Front Side Member), 리어 사이드 멤버(Rear Side Member), 크로스 멤버(Cross Member), 플로어 판넬(panel)로 구성되어 있으며 엔진 및 서스펜션, 구동장치를 지지하는 역할을 한다.

멤버가 받는 외력은 자동차 언더 보디(Under Body)에서 보디 사이드에, 필러부가 받은 외력은 루프 등에 응력이 분산되므로 이러한 멤버류는 모노코크(Monocoque) 보디에 있어서 강도유지를 위한 대단히 중요한 재료이다. 따라서 사용되는 자동차 플로어(Floor)에서 사용되는 판넬(panel)은 외판에 비해서 두꺼운(1.4㎜ 전후) 고장력 강판을 사용하는 경우가 많다. 각 멤버의 배치는 차의 크기, 서스펜션의 형식 등에 따라서 약간 달리하고 있다.

 보통 언더 보디는 프런트 플로어, 센터 플로어, 리어 플로어로 이루어져 있다. 

먼저 아래 그림과 같은 프런트 플로어는 자동차의 앞부분의 후드 밑에 해당하는 부품으로 엔진 및 서스펜션, 앞 바퀴와 기타 구동과 관련된 거의 모든 장치를 이 부분에 장착한다. 프런트 플로어는 정면 충돌 시 차체의 충격을 흡수하는 역할도 한다.

 

 

 

그림1. 언더보디의 구조 1

 

그림2.  자동차 언더 보디(Under Body)의 구조2

 

위의 그림과 같이 센터 플로어(Center Floor)의 역할은 차체 앞 시트를 지지하고, 중앙에는 자동차 배기구가 지나가는 통로가 있다. 그리고 자동차 측면 충돌 시 바닥 측면을 지지하는 역할을 한다.

리어 플로어(Rear Floor)는 뒷좌석을 지지하고, 트렁크룸을 형성하고, 스패어 타이어를 보관하는 공간이기도 하다. 요즘은 여기에 하이브리드 자동차인 경우 대용량의 배터리를 저장하는 공간으로 쓰인다.

44. 자동차 프런트 보디(Front body), 프런트 플로어의 구조 [자동차 용어: 차체 구조]

자동차 프런트 보디(Front Body)는 라디에이터 서포트, 크로스 멤버, 사이드 멤버, 펜더 에이프런, 대시패널 등을 상호 접합 용접한 구조로서 보디에 설치되는 부품 중에서 가장 무거운 엔진이나 주행성능에 필요한 현가장치, 조향장치 등을 설치할 수 있도록 충분한 차체 정밀도와 강도 및 강성이 확보되어 있다.

사이드 멤버는 단면 형태를 크게 또는 강판을 두껍게 하거나 보강재를 추가해서 강도를 확보한다. 펜더 에이프런은 휠 하우스의 역할을 하면서 현가장치의 스트럿을 지지한다. 이를 위해 스트럿의 설치 부분은 두꺼운 패널로 보강하고 사이드 멤버나 대시패널에 결합시켜 서스펜션으로부터 받은 힘을 분산하고 있다.

대시패널은 실내와의 칸막이 역할을 하며 엔진이나 현가장치 등의 중량물을 지탱하는 중요한 부품이고, 멤버, 펜더 에이프런 외에 카울 패널, 프런트 필러, 플로어 등에 결합해서 강도를 확보하고 있다.

 

프런트 바디의 구조(프런트 플로아)

<그림 1> 프런트 보디의 구조1

 

교환 빈도가 높은 라디에이터 서포트, 펜더 에이프런 및 프런트 사이드 멤버 클로딩 플레이트 등의 서비스 부품은 사고 형태에 따라 손상된 부분만 교환할 수 있도록 분할 부품이 설정되어 있다.

FF차의 프런트 보디는 엔진, 현가장치, 조향장치 등이 설치되기 때문에 고하중에 견딜 수 있는 고강도 재료를 사용하거나 보강재를 추가함은 물론 특수한 접합방법을 사용해 FR차보다 높은 강도 및 강성을 확보하는 구조로 되어 있다.

엔진이 횡(橫)으로 놓인 FF차의 경우, 대시패널이나 사이드 멤버는 FR차와 비교해 다음과 같은 차이가 있다.

 

차체 플런트 플로아

<그림 2> 프런트 보디의 구조2

• 대시패널 로어 부분에 부착, 용접한 대시 로어 크로스에 엔진이나 스티어링 기어를 설치한다.

• 사이드 멤버 뒷부분에 스티어링 링케이지를 설치할 수 있는 큰 구멍이 있고 하부에 서스펜션 암을 설치하는 서스펜션 마운팅 멤버가 용접되어 있다.

47. 리어 플로어(Rear Floor)의 구조  [자동차 차체 구조]

자동차 차체 리어 플로어(Rear Floor)의 기능

차체 리어 플로어(Rear Floor)는 자동차의 아래쪽 뒷부분에 해당하는 부위로서, 승용차의 경우 트렁크룸을 형성하고, 자동차 뒷좌석을 지지하는 역할을 한다. 또한 후방 충돌을 흡수하는 역할을 한다. 리어 플로어(Rear Floor)에는 배기구 끝단을 최종 지지하는 공간이다.

자동차 차체 리어 플로어(Rear Floor)의 주요 판넬(Panel)들

차체 리어 플로어(Rear Floor)는 리어 플로어(Rear Floor), 리어 사이드 멤버(Rear Side Member), 익스텐션 리어 판넬(Extension Rear Panel), 백판넬(Back Panel)로 이루어져 있다. 리어 플로어(Rear Floor)는 스패어 타이어를 저장하는 공간이고, 리어 플로어(Rear Floor)를 형성하는 가장 큰 밑바닥의 판넬(Panel)이다. 리어 사이드 멤버(Rear Side Member)는 리어 플로어(Rear Floor) 양쪽을 조립되고 차체의 후방 충돌로 보호하는 주요 골격이다. 백판넬(Back Panel)은 자동차 가장 후면 뒷공간을 지지하고 구분하는 판넬(Panel)로서 트렁크 리드가 닫을 때 잠근 장치를 지지 준다. 또한 백판넬(Back Panel)은 양쪽 리어 콤비 램프(Rear Combination Lamp)가 장착되는 부위이다. 

자동차 차체 리어 플로어(Rear Floor)의 결합 구조

리어 플로어(Rear Floor)는 양쪽 측면의 사이드 판넬(Side Panel), 천장의 루프(Roof), 물건을 놓고 객실과 트렁크룸을 구분하는 패키지 트레이(Package Tray)와 조립된다. 그리고 마지막으로 볼트 체결로 트렁크 리드가 장착된다.

 이와 같이 차체 리어 플로어(Rear Floor)는 차체 바닥의 제일 뒷면을 차지하며, 객실과 트렁크룸을 구분하고, 뒷면의 후방 충돌을 흡수하는 중요한 역할을 한다.

그림1. 리어 플로어의 구조

45. 자동차 사이드 보디(Side Body)의 구조 [자동차 차체 구조]

자동차 사이드 보디는 자동차의 차체의 측면으로서 거의 대부분은 개구부로 구성되어 프런트 보디, 루프 등과 결합해 자동차 실내의 측면을 형성한다.

자동차 사이드 보디(Side body)의 주요 부품 구성

자동차 사이 보드의 주요 구성부품은 프런트(Front), 센터(Center), 리어(Rear)의 각 필러(Pillar)와 휠 하우스(Wheel House)를 포함한 쿼터 패널이며, 이들 부품의 위쪽으로는 사이드 루프 레일 및 루프 패널, 아래쪽으로는 사이드 실(Side sill) 및 플로어(Floor)에 결합되어 있기 때문에 주행 중 언더 보디에서 받은 하중을 보디의 상부에 분산함과 동시에 전, 후, 좌, 우 방향의 구부림이나 비틀림을 방지하는 역할을 한다.

사이드 보디(Side Body)의 역할

또한 도어의 지지, 객실 내외의 밀폐, 충돌 때 또는 추돌 때 객실 공간의 안전성 확보 등이 요구되는 중요한 부위이다. 이를 위해 각 부품에 아우터 패널(Outer panel)과 이너 패널(Inner Panel)을 결합한 폐단면 구조로서 강성을 높이고 충분한 강도를 확보해야 한다.

  

그림 1. 사이드 보디의 구조1

 

객실과 트렁크 공간이 일체로 된 해치백이나 왜건(Wagon)에서도 리어 필러부에는 뒷바퀴에서 받은 외력을 차체에 잘 분산시키기 위해 하드톱과 같은 모양으로 리어 필러와 휠 하우스를 연결하는 보강재가 설치되고, 백 필러는 강화된 폐단면 구조로 되어 있다.

  

그림 2. 사이드 보디의 구조2

 

 

12. 자동차 스타일에 따른 분류 [자동차 차체 종류 및 구분]

 

5. 자동차 차체 설계 시 차체의 역할 및 요구 성능