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신형 포르쉐 911의 혁신적인 차체 설계 기술

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글 : 김상준(sjk@global-autonews.com)
승인 2019-04-16 18:55:58

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포르쉐 AG(Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG)가 지난 제네바 모터쇼에서 공개한 신형 911 카레라 카브리올레 적용된 혁신적인 차체 설계 기술을 발표했다. 신형 911 카레라 카브리올레에는 이전보다 더 혁신적인 경량화 부품들이 사용된다. 더 많은 알루미늄과 상대적으로 적은 스틸 구성의 새로운 복합 구조를 통해 더욱 진화된 복합 설계는 안정성, 강성 및 안전 측면에서 어떠한 타협도 없이 다시 한번 911의 차체 무게를 7퍼센트 가까이 줄였다.

 

포르쉐 엔지니어들은 차량 전복 시 탑승자를 보호하는 A–필러에, 하이브리드 설계를 적용한 플라스틱 소재를 사용하는 새로운 접근법을 적용했다. 이 혁신적인 해결법은 기존의 초고강도 스틸로 만든 강화 튜브를 대체하며 새로운 하이브리드 플라스틱 소재 강화재를 사용하여 전체 무게를 2.7 킬로그램까지 줄이고 무게 중심을 낮추는 효과가 있다. 이를 통해 신형 911은 스포츠카의 뛰어난 핸들링 다이내믹을 제공한다.

 

복합 재료는 오가노 시트(Organo sheet), 다이캐스트 립(Die-cast Ribs), 구조 폼(Structural Foam) 세 가지 요소로 구성된다. 오가노 시트는 사전 조립식으로, 유리 섬유 강화 플라스틱으로 만든 고도로 견고한 반제품이다. 해당 시트들은 911 카브리올레에 사용하기 위한 다단 공정의 일부로 절단되고 개량되며, 다이캐스트 플라스틱으로 만든 리브 패드가 장착된다. 마지막 공정 단계로 추가적인 구조 폼 층에는 하이브리드 요소가 더해진다. 이 층은 도장 공정 중에 열이 가해지면 구조 폼이 팽창되며, A-필러 단면 내 강화재를 단단하게 고정시키는 역할을 한다. A-필러 자체는 붕소강과 같은 초고강도 강판으로 구성되어 있다.

 

신형 911의 경량화 설계와 진화의 핵심은 바로 알루미늄 사용량의 증가다. 프런트와 리어 에이프런을 제외하고, 전체 차체 표면은 경량 합금으로 제작된다. 알루미늄 시트만으로 제작된 새로운 도어 디자인은 안정성과 품질 저하 없이 차체의 무게를 획기적으로 줄인다. 전체 중량에서 약 12 킬로그램이 감소된 알루미늄으로 제작된 쿠페의 측면 차체는 포르쉐의 수준 높은 기술력을 증명한다. 경량 합금은 시트 제작 시에 강판에 비해 찢어질 위험이 높기 때문에 보다 적합한 도구와 공정을 개발해야 하는 도전 과제가 있었다.

 

고강도 스틸 이외에도 프런트 및 리어 부분과 내외부 도어 실, 플로어 패널 등의 차체에는 압출 알루미늄 프로파일이 더 많이 사용되었다. 알루미늄 압출재 함량은 3퍼센트에서 25퍼센트로 증가했고, 더 많은 다이캐스트 알루미늄이 프런트 스프링 스트럿 마운트, 리어 터널 하우징, 리어 파트, 쇽업쇼버 마운트 등에 광범위하게 사용되었다. 복잡하고 기하학적인 요소들이 하나의 단일 부품으로 생산될 수 있는 것이 다이캐스팅의 큰 장점이다. 더 이상 보강재 또는 나사 연결부를 개별적으로 제작하고 용접할 필요가 없어, 부품들은 더 가벼워지고 생산 단계가 생략되어 효율도 높아졌다.

 

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지금까지 알루미늄 다이캐스트 부품의 한 가지 단점은 다이캐스팅 작업 이후 필요한 열 처리 과정이었다. 예를 들어, 충돌 성능을 위해 중요한 소재 특성을 제작하기 위한 필수 과정이다. 열 처리는 생산 공정 중 별도의 에너지와 시간 소비가 발생되는 단계이다. 하지만, 신형 911은 도색 공정 동안 발생하는 온도를 이용해 다이캐스트 부품을 마감한다.

 

재료 및 생산 공정은 용접, 결합, 클린칭, 나사 연결 등 이상적인 접합 기술로 정의되고, 신형 911의 차체 조립에는 적어도 열 가지 이상의 방법이 적용되었다. 그 한 예로, 알루미늄과 스틸 구성의 부품 제작을 위한 접시머리 볼트를 이용한 마찰 용접이 대표적이다. 마찰을 통해 접시머리 볼트가 스틸 부품과 접합되고, 스틸 볼트는 빠르게 알루미늄에 압착되어 강한 연결부가 형성된다.

 

신형 911의 차체는 다종 소재로 구성되며, 이전 모델에서 시작한 경량화 전략을 발전시켜 지능형 경량 디자인 단계로 더 진화했다. 이와 함께 더욱 견고한 차체를 가진 911 쿠페는 이전 모델에 비해 비틀림 및 굽힘 강성이 향상되어 노면이 다른 도로에서도 흔들림 없는 스포티한 주행을 유지한다.

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