토요타자동차가 2013년에 발표한 글로벌 플랫폼 TNGA(Toyota New Global Architecture)가 완성됐다. 새 글로벌 플랫폼은 코스트 절감 효과를 극대화 한다는 취지이며 TNGA 플래닝 디비전이 개발을 맡았다. TNGA에서 나오는 신차는 이전보다 보닛의 높이가 낮아지며 이에 따라 무게 중심도 낮아지게 된다. 그리고 보다 소비자에게 어필할 수 있는 스타일링도 채용된다. 승차감과 핸들링, 제동 성능도 향상되는 것은 물론이다.

오늘날 글로벌 플레이어들은 비용 저감을 위한 다양한 방안을 고안해 내고 있다. 대표적인 것이 모듈러 플랫폼과 모듈러 엔진이다. 두 부문 모두 모듈러(Modular) 개념이 도입되어 비용저감을 위한 획기적인 전기를 마련했다. 나아가 다양성, 즉 세분화가 생명인 시대에 대응하고자 하는 기술로서의 역할도 수행하고 있다.

 
차체 부문에서 모듈러 플랫폼 개념을 가장 먼저 도입한 것은 폭스바겐 그룹이다. MQB, MLB, MSB 등 세 개의 플랫폼으로 그룹 내 10개에 달하는 브랜드의 모든 모델들을 커버한다. 여기에 NSF라고 하는 개발 도상국용 차를 위한 플랫폼이 별도로 있다. 그러니까 네 개의 플랫폼으로 연간 1,000만대 이상의 자동차를 생산한다는 얘기이다. 이는 1910년대를 전후한 포드의 대량 생산 기법, 1980년대 전후의 토요타의 생산기법에 이은 또 다른 차원의 비용저감 기술이다.

오늘날 대부분의 자동차회사들은 모듈러 플랫폼을 개발했거나 개발하고 있다. 폭스바겐의 모듈러 플랫폼을 비롯해 르노닛산의 CMF(Common Module Family), 마쓰다의 커먼 아키텍처(Common Architecture), FCA의 CUS-Wide 등이 대표적이다. 물론 프리미엄 브랜드들도 플랫폼을 모듈러화 하거나 축소하고 있다.

토요타는 라인업의 특성상 기존 30개가 넘는 플랫폼을 통합해야 할 필요성이 있었다. 그 전략이 바로2015년 3월 26일 발표한 TNGA이다. TNGA란 부품와 차체로서의 성능을 높이고 다양한 차종에 부품과 차체를 공유하는 활동을 말한다. 부품 공유화로 얻은 비용을 부품 고성능화와 내외장 및 디자인에 투자해 경쟁력을 높인다는 것이다.

TNGA는 강성을 기존 대비 30~65% 높였다. 차체 골격 구조의 교정과 고장력 강판 사용 확대, 그리고 토요타의 독자 기술에 의한 LSW(Laser Screw Wellding)를 차체 용접에 채용하는 등 비틀림 강성을 크게 높였다. 비틀림 강성은 플랫폼의 서스펜션 연결부를 고정해 측정하는 것으로 강성 증대와 주행안전성 및 충돌 안전성 등의 향상과 연결되어 있다.

TNGA를 베이스로 개발하는 모델의 차체 중량을 20% 덜어낸 것도 중요한 내용이다.  20%의 경량화는 연비성능을 높여 준다. 토요타에 따르면 TNGA의 엔진은 열효율이 40% 이상을 넘고 하이브리드용 엔진은 42%에 달한다. 현재 앳킨슨 사이클을 사용하는 가솔린 엔진의 38.5%보다 한층 효율이 좋은 것이다. 일반 토요타의 엔진은 열효율이 최대 37% 정도이다.

주요 부품 및 파워트레인은 보다 적극적으로 공유하게 된다. 이를 통해 개발 공정의 효율을 최대 30% 개선할 수 있다. 최대 부품 공유는 80%까지 높이는 게 목표이다. 지금까지는 토요타의 기준에 따라 토요타와 렉서스의 개발이 진행됐지만 앞으로는 일부 부품을 다른 메이커들이 사용하고 있는 글로벌 기준에 맞춰 개발된다.
토요타가 우선 TNGA는 C세그먼트에 해당하는 2015년 말 출시예정인 프리우스부터 채용된다. 이 플랫폼은 고장력 강판의 사용비율을 높여 충돌 안정성을 높였다. 언더 보디의 고장력 강판의 사용면적을 77% 늘려 강성은 30~65% 향상됐다.

충돌 안전성 향상에 관해서는 전면 충돌시의 하중을 차량 전면 상하 2단계로 흡수할 수 있도록했다. 기존에는 범퍼부에 받은 하중을 그 뒷 부분에 있는 프레임으로 분산하도록 했다. 새 플랫폼에서는 범퍼 아래 배치된 보행자 다리 보호용 부재에도 하중을 받아 뒤쪽으로 전달한다. 멀티로드패스(Multi road pass)라고 하는 충돌흡수구조를 보다 진화시킨 형태라는 설명이다.

충돌도 기존에는 전방, 후방, 측면으로 세 부분으로 구성되어 있었으나 앞쪽 경사 부분으로부터의 충돌안전에도 대응하도록 했다. 이를 위해 차 앞 부분 좌우 각에 프레임을 추가했다. 충돌시 하중을 받으면 동시에 주위 프레임에 하중을 분산시켜 실내 공간을 보호하기 위함이다.

차체에 채용된 고장력 강판의 강도는 590~980MPa급이 중심인데 두 개의 앞 좌석 발 부분부터 뒷 좌석에 걸쳐 앞뒤로 1.5GPa급의 핫 스탬프재를 사용했다. 기존 590MPa급의 고장력 강판을 핫 스탬프재로 대체한 것이다.

 

하이브리드 라인업을 강화한다는 토요타의 전략에 맞게 TNGA는 HEV를 전제로 설계했다. 뒷 좌석 아래 공간에 2차 전지를 배치한다. 하이브리드 시스템의 배터리는 출력밀도를 높임과 동시에 회생량을 늘려 소형화할 수 있다.

TNGA 대응차는 엔진과 변속기 등의 탑재 위치를 낮추기 위해 중심고에서 약 30mm, 보닛 후드 높이에서 60mm  정도 낮추었다. 이는 주행성을 향상시킬 뿐 아니라 앞쪽 시계를 넓혀 안전성과 쾌적성을 높이는 효과도 기대할 수 있다.

배터리를 트렁크에 탑재하지 않기 때문에 수납공간을 확보할 수 있다. 특히 계기판 주변에는 TNGA에 대응한 부품이 많다. 앞 시트의 골격과 패드, 자동변속기와 수동변속기의 시프트 레버, 주차 브레이크 레버와 페달 등이다. 이들 부품을 차종과 세그먼트를 넘어 공유한다.

부품 공유화에 더해 운전자의 시트 포지션에 관한 내용도 간과할 수 없다. 운전 자세와 승차감, 시인성, 운전 감수성 등이 가장 좋은 히프 포인트를 세단과 SUV 등 차의 특성에 따라 5개로 나누어 설정했다. 세그먼트를 넘어 부품을 공유화해도 승차감과 조작성 등은 타협하지 않는다는 설계 마인드다.

기존의 방식에서는 플랫폼만으로 소분류까지 합하면 약 100개 차종이 있었다. 엔진의 종류도 기본 형식, 배기량, 연비와 출력, 플랫폼과 구동방식, 세계 각국의 배기가스 규제에의 대응 등으로 800종으로 확대했었다. 때문에 설계의 변경 등이 있으면 엔진과 플랫폼 등에 반영될 필요가 있고 새로운 규제에 대응하는 것만으로도 큰 작업이 필요해 부담이 됐다.

TNGA에서는 그런 복잡한 과정을 줄일 수 있고 그로 인해 규제 대응도 신속하게 할 수 있다는 이점이 있다. 더불어 시장에 따라 다른 라인업을 구성하는데도 유연하게 대처할 수 있다. 다양화라는 명제로 해소할 수 있다는 것이다.

토요타는 TNGA 플랫폼을 2015년 중에 발표 예정인 앞바퀴 굴림방식(FF) 중형차부터 도입해 FF컴팩트카와 대형차, 뒷바퀴 굴림방식 차종에도 각각에 대응하는  새 플랫폼을 순차적으로 전개해 2020년경에는 전 세계 판매 대수의 절반 정도에 도입한다는 계획이다.

 
한편 차체 플랫폼과 파워트레인 간 연계를 통해 새롭게 개발함으로써 고성능·고연비를 추구함과 동시에, 핸들링 성능도 높인다. 엔진의 열효율이나 트랜스미션의 전달 효율을 향상시킴으로써, 파워트레인 시스템 전체 (엔진 및 트랜스미션)로 연비는 약 25%, 동력 성능은 약 15% 이상 향상시킨다.

또한, 하이브리드 시스템(엔진을 포함한 시스템 전체)에서는 구동 유닛의 배치 재검토나 모터/인버터/배터리의 소형화, 고효율화를 도모함으로써 연비를 15% 이상 높인다. 토요타는 신 파워트레인 유닛을 2015년부터 도입하고, 하이브리드 시스템, 트랜스미션, 엔진을 순차적으로 쇄신해 갈 계획이다.

토요타자동차는 20세기 말 생산 기술의 혁명이라고 하는 토요타주의를 창조했다. 토요타주의의 핵심은 혁신적인 생산 기술을 통한 비용 저감이다. 1980년대 기준 GM이 연간 500만대를 생산하는데 80만명의 인원을 필요로 했다면 토요타는 400만대를 생산하는데 7만명으로 해결했다. 이후 전 세계 대부분의 자동차회사들은 오늘날까지 토요타주의에 입각해 자동차를 생산하고 있다.

토요타의 TNGA는 연간 1,000만대 이상을 생산 판매하는 양산 브랜드들은 품질의 평준화와 비용저감이라는 두 마리 토끼를 잡아야 한다는 과제를 해결하기 위한 전략의 일환이다. 파워트레인의 효율성 향상과 맞물려 양산 브랜드의 숙제를 해결할 수 있을 지 관심을 끌고 있다.