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벤츠의 안전기술2- 경험을 바탕으로 한 안전

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2007-12-17 18:47:45

본문

메르세데스는 안전기술의 대명사다. 지금까지 안전벨트와 ABS, ESP 등 20세기 개념의 수동 및 적극적 안전 기술의 개발 선구자로서 자동차 안전 기술을 리드해 왔고 지금도 변함없는 안전철학으로 업계의 벤치 마킹의 대상이 되고 있다. 이번호부터는 지난 12월 13일 중국 광동성 주해에서 아시아 기자단들을 대상으로 실사한 Safety Workshop2007에 소개된 메르세데스 벤츠의 안전 기술의 전반적인 내용을 순서대로 소개한다.(편집자 주)

자료제공 : 메르세데스 벤츠 코리아

승객 보호

비록 자동차 개발자들은 이미 100년 전부터 자동차를 안전하게 운전하는 것에 대해 생각해왔지만 승객 보호는 상대적으로 짧은 개발 역사를 가지고 있다. 실제로 승객 보호에 대한 개발은 1939년 8월 1일에 시작되었다. 다른 기술의 큰 성공과 마찬가지로 승객 보호도 메르세데스-벤츠의 진델핑겐 공장 외곽의 자그마한 목재 창고에서 작게 시작되었다. 당시 그 창고는 9mx12m 크기로 벨라 바레니(Béla Barényi)라는 젊고 재능이 뛰어난 조급한 성격의 엔지니어의 작업실이었다. 당시 그의 목표는 자동차 기술을 혁명적으로 발전시키는 것이었다. 그는 면접에서 당시 다임러-벤츠 상임위원회 의장이었던 빌헬름 하스펠(Wilhelm Haspel)에게 “미래 자동차의 액슬, 차체, 프레임, 스티어링은 지금의 것과는 모두 달라야만 한다”고 설명했다.

진델핑겐에서 바레니는 이러한 개발 목표를 실현할 수 있는 기회를 갖게 되었다. “모터 자동차를 위한 플랫폼 프레임” 이 그가 새로운 직원들을 위해 개발한 첫 번째 발명이었다. 이것은 “견고한 승객실”을 위한 강력한 토대를 제공하였으며 측면 충격 보호성을 향상시켰다. 이 새로운 디자인은 1941년 특허를 받게 된다. 이즈음 바레니의 아이디어는 이미 더 진전되고 있었다. 그의 비전은 “앞 뒤가 충돌 크럼플 존으로 둘러싸인 강력한 승객실”이었다. 이것은 간단하게 들리지만, 실제로 엄청난 양의 엔지니어링 디자인 노하우를 필요로 하는 작업이었다. 바레니는 프로젝트 시리즈를 통해 그의 목표에 가까이 다가갔다. 1952년, 그의 비전은 특허를 받게 되었고 더 나아가 지금까지도 수동적 안전의 토대를 이루고 있는 기본 원칙을 이루게 된다. 성공적인 충돌 실험 이후에 충돌 크럼플 존은 세계 최초로 W 111 시리즈의 220, 220 S, 220 SE를 통해 시리즈 제작에 들어갔다. 그때가 1959년이었다.

벨라 바레니는 메르세데스-벤츠 최초의 안전 엔지니어였다. 사실상 그 어느 곳에서도 최초였다. 수십 명의 엔지니어들의 그의 행적을 뒤따랐으며 그들 모두가 바레니가 그랬던 것처럼 교통 안전 개선의 필요성을 인식하게 되었다. 진델핑겐에 있는 메르세데스-벤츠 공장은 지금도 이 분야에 있어 선구적인 업적을 이뤄낸 중요한 곳으로 자리매김하고 있다. 1959년 10월, 바로 이곳에서 메르세데스-벤츠가 체계적인 안전 테스트를 실시하기 시작했으며 이 실험들을 통해 더 발전된 안전 시스템이 필요하다는 것을 알게 되었다.

이러한 전체 자동차 충돌 테스트는 그 당시로서는 선구자적인 출현이었다. 케이블과 스팀 로켓이 테스트용 자동차를 가속하는데 사용되었다. 전복 실험을 위해서는 기술진들이 “코르크 마개 뽑이형 램프”를 디자인했으며, 실험용 더미가 없을 때는 엔지니어들이 직접 실험에 뛰어들기도 했다. 그 후 마네킹이 실험에 사용되었으며 1968년부터는 실험용 더미를 사용하기 시작했다.

안전성의 스타가 되기 위한 60회의 충돌 테스트

메르세데스-벤츠의 안전 장치 개발은 지금까지도 충돌 테스트를 바탕으로 하고 있다. 매년 약 500 건의 충돌 테스트가 진델핑겐 개발 센터에서 실시되고 있다. 또한 약 50,000건에 달하는 실제와 유사한 컴퓨터 시뮬레이션 충돌 테스트가 매년 실시되고 있다. The new C-Class의 경우, 실제 도로 상황에서 매일 100건의 충돌 테스트를 거쳤을 뿐만 아니라 5,500건에 달하는 컴퓨터 상의 시뮬레이션 충돌 테스트를 통과했다. 이러한 테스트 프로그램은 현재 전 세계적으로 신차 등록 시 필요한 모든 충격 강도 기준치를 포함하고 있다.

• 유럽은 시속 56 km/h 에서의 전면 충격 테스트와 시속 50 km/h에서의 측면 충격 테스트를 법규화했다. 이에 따라 메르세데스-벤츠 또한 세가지 유럽 NCAP 충돌 기준을 만족시키는 실험과 함께 시속 64 km/h에서의 전면 충돌 테스트, 시속50 km/h 에서의 측 면 충돌 테스트와 시속 29 km/h에서의 측면 기둥 충돌 테스트를 실시하고 있다.

• 메르세데스-벤츠 승용차는 유럽 판매뿐만 아니라 전세계 판매를 목표로 하기 때문에 테스트 범위도 더욱 광범위하게 적용되어야 한다. 전세계 신차 등록에 관한 규제는 현재 24개에 달하는 충돌 기준치를 적용하고 있다.

• 메르세데스-벤츠는 또한 승용차에 대해 9가지 자체 충돌 테스트를 통해 안전성을 테스트하고 있다. 이러한 자체 테스트 의 몇몇 기준치들은 법적 기준치보다도 더 엄격하게 높은 수치를 달성해야 하는 것들도 있다. 메르세데스-벤츠의 자체 충돌 테스트에는 전복 테스트, roof-drop 테스트와 함께 특별한 전면 측면 후면 충돌테스트들이 있다. 이러한 테스트를 통과하는 것은 자동차 안전에 있어 최고의 자리를 차지하고 있는 메르세데스-벤츠의 삼각별을 달기 위한 중요한 통과 과정이다.

오늘날 메르세데스-벤츠 신규 승용차들은 총 36개가 넘는 각각의 충돌 테스트를 통과해야만 한다.

4단계 안전 기술

벨라 바레니의 목표와 독창적인 재능은 오늘날까지도 메르세데스-벤츠 개발 센터에 여전히 많은 흔적을 남기고 있다. 매일 수백 명의 엔지니어들이 어떻게 하면 좀 더 안전한 도로 교통을 가능하게 하기 위해 또한 운전 상황과 주행 상황에 따라 어떻게 안전 기술을 개발할지에 대해 고민하고 있다. 앞으로의 보호 및 지원 시스템은 법적인 규제나 기준치뿐만 아니라 실제 사고에 대한 방대한 데이터를 바탕으로 발전될 수 있을 것이다. 즉, 드라이빙의 모든 면모들, 승객 및 다른 도로 이용자들의 안전에 영향을 미치는 모든 요소들까지도 고려해야 한다는 것이다. 이에 따라 메르세데스-벤츠 안전 컨셉은 아래와 같은 4가지 단계로 나누어져 있다.

1. 안전운전
2. 위험 발생 시 위험을 피하고 경고하며 적절한 시간 내 지원한다.PRE-SAFE® 와 함께 사전에 행동한다.
3. 사고 발생 시
4. 사고 후 적절한 보호 조치를 취한다. 사고 후 더 심각한 상황을 피하고 신속한 지원을 제공한다.

다단계 충돌 크럼플 존

메르세데스-벤츠 엔지니어들은 요즘도 사고 조사를 계속 진행하고 있다. 충돌 실험과 그에 대한 현대적인 분석은 벨라 바레니의 크럼플 존을 더욱 발전시켰다. 오늘날 메르세데스-벤츠 승용차의 충격 보호는 다단계 컨셉을 기반으로 한다. 이것은 사고의 경중에 따라 전체적으로 또는 부분적으로 작동된다. The new C-Class의 경우, 4개의 독립적인 충격 흡수 면들이 있다. 이것은 충격이 차체의 넓은 면적에 걸쳐 퍼짐으로써 승객실에 전달되지 않도록 한다.

이와 함께 충격력을 사이드 스커트와 벌크 헤드 및 트랜스미션 터널로 분산시켜 주는 프론트에 장착된 강력한 알루미늄 크로스 멤버와 더욱 길어진 수직 멤버를 비롯해 고강도판 내부 지지 프레임 또한 최초로 load plane에 사용되었다.

C-Class 충돌 크럼플 존: 4개 플레인을 거치는 충격 에너지 흐름
1. 상부 H형 지지 플레인
2. 중앙 충격 플레인 – 횡방향 프로파일 및 세로형 멤버
3. 하부 충격 존 – 내장형 지지 프레임
4. 프론트 휠과 전면 사이드 스커트 앞에 위치한 충격 흡수 요소들

오프셋 전면 충돌 시, 앞쪽으로 더 늘어난 사이드 스커트가 휠을 보강하고 발 밑으로 들어오는 것을 막아준다. 또한 이것은 휠을 거치면서 추가의 충격 흡수를 해주기도 한다. 전륜 타이어의 위치와 보강력 요구 기준치를 충족시키기 위해 메르세데스-벤츠는 휠 아치 안에 특별한 지지대와 추가적인 충격 완화요소들까지 개발했다. 이 지지대는 사선으로 설계되어 승객실 아래로 전해지는 충격을 막아주는 역할을 한다.

메르세데스-벤츠는 스티어링 개발도 지속적으로 추진하고 있다. 에너지를 흡수하는 요소를 갖춘 스티어링 휠을 개발함으로써 전면 충돌 시 스티어링 칼럼이 100mm까지 줄어들 수 있도록 했다. 이로써 운전자는 감속 시간을 더 확보할 수 있게 된다.

하드코어 승객실

자동차 전면, 측면 및 후면에 장착된 여러 가지 지지 구조물 들이 충격 발생 시 치밀한 디자인계획에 따라 변형되며 충돌 에너지를 흡수하게 됨으로써 승객실은 쉽게 변하지 않는 이른바 “하드코어”로 남는 다는 것이 C-Class의 안전 컨셉이다. 심각한 사고에도 자동차는 약간만 변형될 뿐 보호된 승객실은 그대로 유지되는 것이다.

메르세데스-벤츠 엔지니어들은 graduated wall thickness 의 초강도 판을 더욱 집중적으로 사용하고 매우 견고한 플로어 조립 기술을 개발함으로써 이런 안전 승객실을 가능케 했다. 이것은 측면 충돌 시 충격력을 충격이 가해지지 않은 다른 쪽으로 전달할 수 있는 두 개의 연속적인 수직 멤버와 여러 개의 크로스 멤버 그리고 두 개의 트랜스미션 터널 지지대들로 구성되어 있다.

C-Class 모든 차체 패널 중 70%가 이러한 수준의 철판으로 제작되었으며 이는 자동차 개발에 있어 새로운 최고 수준이라 할 수 있다. 이 외에 눈길을 끄는 또 다른 요소는 최근 개발된 최첨단, 초강력 스틸 패널의 사용이다. 이것은 기존의 고강도 스틸에 비해 3-4배에 달하는 장력을 제공한다. 따라서 메르세데스-벤츠가 요하는 엄격한 안전 기준과 경량 엔지니어링을 충족시키는데 있어서 필수적인 요소라고 할 수 있다. 이러한 초강력 고강도 하이테크 알로이 판은 The new C-Class 무게의 20%를 차지하고 있다.

승용차 안전의 새로운 시대

메르세데스-벤츠는 지난 70여 년간 충돌 크럼플 존, 에어백, 벨트 텐셔너, 사이드백, 벨트 포스 리미터, 윈도우 백 및 그 외 여러 가지 수동적 안전 분야의 혁신적인 안전 기술들을 성공적으로 개발해왔다. 더 이상의 개선이 가능하지 않을 것 같았다. 따라서 승객 보호의 수준을 더욱 발전시키기 위해서는 새로운 컨셉이 필요했다. 또한 이미 메르세데스-벤츠는 2002년 PRE-SAFE® 라는 새로운 컨셉을 개발함으로써 자동차 안전에 새로운 시대를 열기 시작했다. 새로운 컨셉은 위험 상황이 닥쳤을 때 자동차와 승객이 다가 올 상황에 대응할 수 있도록 준비시키는 새로운 시스템이었다.

사전 예방 시스템을 디자인함에 있어서 메르세데스-벤츠 엔지니어들은 측면 또는 정면 역동성에 따라 위급한 주행 상황에 대한 대응을 달리했다. 상황에 따라 정교하게 차별화 되어 디자인된 사전 예방 장치들이 작동되는 것이다. 즉, 어떤 경우에든 목표는 충돌 시 안전 벨트와 에어백 등과 같은 안전 시스템들이 최대한의 보호를 제공할 수 있도록 하는 것이다.

• Brake Assist를 이용한 위급 또는 패닉 상황에서의 제동이 감지될 경우, PRE-SAFE® 는 운전자 및 앞 좌석 승객의 안전 벨트를 팽팽하게 당겨주고 앞 좌석과 대시보드와의 거리를 좀 더 떨어질 수 있도록 조정해주고 당겨진 앞 좌석은 최대한 뒤로 되돌려 놓는다. 이처럼 중요한 PRE-SAFE® 기능을 제공하기 위해 승용차에 장착된 앞 좌석 벨트 텐셔너에는 강력한 전자 모터가 내장되어 느슨한 상태의 벨트를 순식간에 당겨준다.

위급 또는 패닉 상황에서 제동 시, PRE-SAFE® 는 앞 좌석 시트의 현재 위치가 부적절할 경우 사전 예방 조치의 일환으로 보다 나은 자세로 이동시켜 준다(메모리 기능이 포함된 전동식 앞 좌석 시트 선택 시). 이 시스템은 앞 좌석 시트 쿠션과 등받이뿐만 아니라 시트의 H형 세팅 또한 조정한다. 시스템은 앞 좌석 위치를 조정함으로써 에어백이 보다 더 효과적으로 작동하고 어깨끈을 이용해 단단하게 몸을 고정시켜준다. 이에 따라 안전 벨트 밑으로 빠져 나가 부상을 당하게 되는 위험을 감소시킬 수 있다.

• 급격한 언더 스티어링 또는 오버 스티어링으로 인해 차가 미끄러지기 시작하면 PRE-SAFE®는 추가적인 안전 기능을 작동시킨다. 차가 미끄러지기 시작하면 사전 예방 조치의 일환으로 선루프와 사이드 윈도우가 닫힌다. 닫혀진 사이드 윈도우는 측면 충돌이나 전복 사고 발생 시 윈도우백이 보다 더 효과적으로 작동할 수 있도록 해준다. 이러한 보호 장치는 승객이 자동차 밖으로 튕겨 나가거나 밖에서 이물체가 날아 들어오는 위험을 감소시키는 역할을 한다.

선루프 또한 PRE-SAFE® 와 네트워크로 연결되어있다. 이는 사고 조사진들의 사례 조사 결과 열려진 선루프를 통해 승객들이 자동차 밖으로 튕겨져 나온다는 사실을 자주 발견했기 때문이다. 또한 사전 예방 조치로 선루프를 닫는 것은 밖에서 이물체가 차 내로 날아드는 위험을 줄여주는 역할도 한다.

메르세데스-벤츠 엔지니어들이 실시한 충돌 실험 결과에 따른 데이터 분석은 이러한 사전 승객 보호 조치가 얼마나 중요하고 효과적인지 보여주고 있다. 벨트 텐셔너를 예로 들어보자. 운전자와 앞 좌석 탑승객은 사전 예방 조치로 인해 최적의 자세로 시트에 보호되며 충돌로 인해 앞으로 튕겨 나가지 않고 머리나 목에 가해지는 무게로 인한 위험도 감소된다. 이러한 충돌 테스트를 통해 머리에 가해지는 중량은 30% 감소 되는 것으로 나타났으며 목에 가해지는 충격 중량은 40%까지 감소되는 것으로 연구진들은 밝혀냈다.

PRE-SAFE® 의 모든 사전 예방 조치는 원상 복귀가 가능하다. 만약 사고를 피하게 됐을 경우, 벨트를 팽팽하게 잡아당겼던 사전 조치는 자동으로 풀어지며 승객들은 시트 위치와 선루프를 원래 위치로 되돌릴 수 있다. 사전 승객 보호 시스템은 각 사전 조치 작동이 끝나는 즉시 다시 작동이 가능하다.

메르세데스-벤츠는 PRE-SAFE®가 실생활의 운전 상황에 대비한 승용차 안전이라는 장기적인 철학에 있어 논리적이고 일관적인 연속선 상에 있다고 본다. 자체 사고 조사자들의 축적된 지식을 바탕으로 한 PRE-SAFE® 는 능동적 안전과 수동적 안전의 차이를 매꿔 줄 수 있을 것이다. 또한 PRE-SAFE®는 앞으로 자동차 안전 발전에 있어 가장 우선되는 중요한 선결 과제 중 하나이다.

미래형 사전 충돌 분석형 PRE-SAFE®

메르세데스-벤츠는 PRE-SAFE® 의 개념을 앞으로 더 확대시켜 나갈 것이다. 이에 따라 충돌 발생 전의 순간을 최대한 활용할 수 있도록 해 승객 보호를 위한 사전 예방 조치들을 작동할 수 있도록 할 것이다.

진델핑겐의 안전 엔지니어들은 미래에는 어떤 유형의 사고가 일어날지 미리 정확하게 감지할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 어떤 방향에서 충돌이 다가올 것인지? 어떤 속도로 자동차가 달려 올 것인지? 이러한 데이터들은 CL-Class와 S-Class에 이미 적용된 최첨단 레이더 센서 기술을 이용해 수집 가능하다. 전자식 물체 인식 기술은 저장해 놓은 자료들을 통해 접근하는 자동차의 크기와 무게를 감지할 수 있는 또 다른 미래 기술이다.

사고가 일어나기 전, 매 순간 순간은 다가올 충돌에 승객이 적절하게 대비하는 데 있어 매우 중요한 시간들이다. 따라서 미리 선행된 충돌 분석들은 승객 안전을 향상시키고 PRE-SAFE®를 보충하는데 있어 필수적인 요소들이다.

사고 발생 직전 데이터 교환

무선 기술을 이용한 자동차와 자동차 간 커뮤니케이션은 메르세데스-벤츠 모델에 사용되고 있는 안전 시스템이 현재 벌어지고 있는 상황에 맞춰 적절하게 작동될 수 있도록 해준다. 가까운 거리에서 – 예를 들어 사고 발생 직전 – 미래 자동차는 자동차의 유형, 중량, 강도 및 구조와 관련된 데이터를 교환할 수 있게 함으로써 승객 보호 시스템이 현재 주어진 상황에 보다 정교하게 맞춰 작동할 수 있도록 해주게 된다. 이와 같은 데이터 교환은 이미 창고 또는 물류 분야에서 사용되고 있는 무선인식기술RFID(Radio Frequency Identification)를 활용, 가능하다.

맞춤형 안전 기술

메르세데스-벤츠의 또 다른 안전 기술 개발 목표는 개별성이다. 앞으로의 보호 시스템은 지금까지 보다 더욱 정교하게 승객의 키, 몸무게, 성별과 그 외 다른 척도에 맞춰 “맞춤” 안전 시스템을 개발하는 것이다. 이에 따라 PRE-SAFE® 기능은, 예를 들면, 앞 좌석 시트 자동 위치 조절 기능 등은 승객의 키에 맞춰 보다 정확하게 조정 가능하게 된다.
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