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가볍게 더 가볍게 경량화

자동차 부품의 경량화는 연비 향상과 친환경성이라는 두 마리 토끼를 잡기 위한 전략이다.
이전에는 몸집이 크고 단단해야 안전하다 생각했지만,
이제는 가볍게 그 무게를 줄여가며 친환경성에 가까이 다가서는 전략이 우세한 것이다.

성능과 연비, 환경을 생각하다

19세기의 자동차 디자인은 마차 모양이나 각진 형태가 많았다. 편한 이동 수단으로의 기능이 최우선이었기 때문이다. 그러나1930년대 들어 자동차가 속력을 낼 수 있게 되면서부터 공기저항을 덜 받는 유선형 디자인 으로 변하기 시작했고, 자동차 업체들은 빠르게 달리는 자동차를 만들기 위해 공기역학 연구에 들어갔다. 이후 에어로다이나믹스(Aerodynamics), 즉 달리는 자동차에 영향을 주는 공기 흐름에 대해 연구하는 공기 역학은 자동차의 성능 향상뿐만 아니라 연비 개선과 환경보호를 위해 매우 중요한 과제가 되었고, 모터스포츠와 유가 상승 촉매로 발전을 거듭해 왔다. 공기저항은 자동차 속도의 제곱에 비례한다. 시속 80㎞에서 160㎞로 속도가 2배 올라가면 공기저항은 4배 늘어난다. ‘공기저항계수(Cd : Coefficient of drag)’는 수치가 낮을수록 공기의 저항을 적게 받는다는 뜻이다. 공기저항계수를 10% 낮추면연비가 2% 정도 높아진다. 비용이 많이 드는 엔진 성능 개선이나 차체 무게 감량 대신 디자인 변화로 Cd 수치를 낮추는 것이 고성능 저연비 실현에 훨씬 효율적인 방법인 셈이다. 공기저항은 주행 안전성, 조향 기능, 고속 주행 시 소음, 차내 환기 성능, 엔진 및 제동장치의 성능 등 차량의 전반적인 주행 성능과도 밀접한 연관이 있다. 이 때문에 자동차 업체들은 자동차 위로 움직이는 공기 흐름을 시뮬레이션해 볼 수 있는 풍동 시설에 많은 투자를 한다. 풍동 시설 속에서 수차례 기류 검사를 거쳐 공기를 계산, 저항을 극복하는 최적의 자동차 모양을 만들어낸다. 하이브리드나 전기 등 연비를 강조한 대체 연료 차량에도 공기저항은 필연적인 요소이므로 디젤차량 운행 금지 등 환경을 위한 규제가 엄격해질수록 공기역학에 대한 연구 비중은 점점 더 커질전망이다.

AAF 시스템으로 친환경 효과 입증해

현대모비스는 2012년 ‘액티브 에어 플랩(AAF: Active AirFlap)’ 시스템을 개발, 공기역학 성능을 개선해 연비를 절감하고오염물질 배출량을 줄이는 효과를 입증했다. AAF 시스템은 전방 범퍼그릴 안쪽에 개폐 가능한 플랩(덮개)을 설치해 차량 상태 및 운행 조건에 따라 플랩을 자동으로 열었다 닫았다 하는 기능이다. 자동차가 달릴 때 범퍼 그릴을 통해 유입되는 외부 공기는 라디에이터에서 엔진 냉각수와 열교환을 하며 엔진 과열을 막는 중요한 역할을 한다. 하지만 실제 운행 조건에서는 외부 공기로 엔진을 냉각해야 하는 상황이 많지 않다. 오히려 엔진 냉각이 필요 없는 대부분 상황에서 외부 공기가 저항으로 작용해 공력 성능 및 연비에 악영향을 주는 일이 더 많다. 또한 엔진이 차가운 상태에서 시동을 걸자마자 불필요한 공기가 유입되면, 엔진이최적 온도에 도달하는 시간을 지연시켜 연비가 손실되고 오염물질 배출을 증가 시키게 된다. AAF 시스템은 이처럼 차량의 냉각이 필요 없는 경우 내부로 유입되는 공기를 차단해 주행 저항을 줄이고 공력 성능을 높여 연비를 향상하는 친환경·지능형 장치다. 이 시스템을 적용하면 연비가 2.3% 개선되고 예열 시간 단축으로 오염물질 배출량이 15% 줄어든다. 현대 YF쏘나타 하이브리드(HEV)에 국내 최초로 탑재된 AAF 시스템은 기아 니로에 적용되어 SUV 평균(0.33)보다 낮은 0.29Cd를 기록했고, 현대 아이오닉 일렉트릭과 기아 K5 플러그인 하이브리드(PHEV)에서는 세계 최저 수준의 공기저항계수인 0.24Cd를 실현했다. 냄새도 없고 보이지도 않는 공기가 자동차 기술을 이끌어 가는동력임을 알고 나면 차창 밖에서 불어오는 바람(공기저항)도 예사롭지 않게 느껴질 것이다. 공기역학은 앞으로 자동차 발전에더욱 크게 기여할 것이다.

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