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[이데일리 오토in 김하은 기자] 연이어 개최되는 모터쇼들을 살펴보면 자동차 산업의 기술 발전이 그 어느 때보다 빠르고, 혁신적인 기술들이 줄을 지어 공개된다. 특히 근래에 공개된 기술들은 자동차의 기초 기술이 아닌 원천 기술에서 융합, 혹은 파생되어 나온 세부 기술로 자동차에 대한 지식을 가지고 있는 사람이라도 새로운 기술을 인지하고 이해하며 기술의 트렌드를 따르는 것이 버거울 정도다.

이런 빠른 변화 때문일까? GM은 2017 디트로이트 오토쇼에서 GM이 집중하고 있는 기술에 대해 브리핑을 하고 그 동안 자신들이 쌓아 올린 기술의 상아탑을 선보이는 시간을 가졌다. 자동차 시장을 선도하는 GM은 2017년 지금 과연 무엇을 보고, 어디를 보고 있을까?

GM의 핵심 화두, 경량화

미국차라고 한다면 머리 속에 떠오르는 이미지가 무엇이냐는 질문을 하면 혹자가 서스펜션의 물렁함을 말하기도 하지만 대부분의 사람들은 ‘잘 모르겠지만 무겁고, 연비가 나쁘다더라’고 말한다. 결과적으로는 틀린 말은 아니다. 아주 과거, 그러니까 60~70년 대의 미국차들은 분명 큰 체격과 큰 배기량의 엔진 등으로 차량이 정말 무거웠기 때문이다.

시간이 흐르며 경량화와 구조의 개선 그리고 엔진 및 자동차 관련 개발 기술의 변화를 통해 최근에 등장한 미국의 차량들은 이전보다 확실히 가벼워졌고, 시장에서 경쟁하는 다른 차량들과 비교했을 때에도 무겁다고 말하기 어려운 수준이다. 그러나 GM은 여기에 그치지 않는다.

GM의 C02 글로벌 전략 및 에너지 개발 총괄 임원인 찰리 클라인(Charlie Klein)은 이번 기술 설명회를 통해 “자동차 개발에 있어 다양한 분야의 차량 경량화는 연비향상, 주행성능개선, 안전성향상, NVH개선 그리고 실내공간 확대 등 다양한 이점을 가지고 있기 때문에 GM은 경량화에 집중하고 있다”라며 조직의 새로운 신조인 ‘EVERY ENGINEER / PARK / GRAM MATTERS!’을 언급했다.

설계부터 시작되는 GM의 경량화

최근 GM의 차량들이 무게 절감을 강점으로 앞세울 수 있는 가장 근본적인 원인은 설계 단계부터 그램 단위의 경량화에 집중하기 때문이다. GM의 엔지니어들은 차체의 공간과 무게 배분 및 각종 설계를 보다 최적화 할 수 있는 컴퓨터 시뮬레이션을 활용한 차체 최적화 공정인 CAE(Computer Aided Engineering)을 활용한다.

이를 통해 엔지니어들은 구조 및 소재는 물론 공법의 변화에 따른 강성 및 무게의 변화를 컴퓨터 시뮬레이션으로 짧은 시간 안에 최대한의 자료를 수집, 파악할 수 있게 됐으며 이를 기반으로 최적의 안전과 성능 구현이 가능한 설계를 완성할 수 있게 됐다.

하지만 GM의 엔지니어들은 많은 시간 속에 발생하는 문제들을 짧은 시간 내에 파악할 수 있는 시뮬레이션을 수 없이 반복하며 완성도를 높였다. 그 결과 캐딜락 CT6의 경우에는 컴퓨터 시뮬레이션만 상으로 5,700년에 이르는 넘는 5천 만 시간을 시뮬레이션 분석했으며 올 뉴 말리부와 카마로는 각각 1,000만 시간과 900만 시간을 통해 최적화된 설계를 이뤄냈다.

소재에 대한 투자를 아끼지 않는 GM

최적화 된 설계 뒤에는 ‘소재’에 대한 투자로 이어진다. GM에 속한 브랜드들은 최근 초고장력 강판과 고장력 강판의 적용 빈도를 무척 높이며 강성 확보와 함께 무게 절감의 효과를 이끌어 내고 있다. 올 뉴 말리부나 최근 국내 시장에 데뷔한 올 뉴 크루즈 그리고 디트로이트 오토쇼에서 공개된 트래버스나 에퀴녹스 역시 다양한 초고장력 혹은 고장력 강판을 대거 적용했다.

프리미엄을 지향하는 캐딜락 라인업들은 차체에 알루미늄을 적용하여 차체 무게를 절감하기도 하는데 최근 데뷔한 CT6의 경우에도 차체의 62%를 알루미늄으로 구성했으며 알루미늄 외에도 11개의 다양한 소재를 적용하며 경량화에 집중했고 이전에 데뷔한 ATS와 CTS도 소재 및 구조에서 경량화를 이뤄냈다.

제조 공법이 무게의 차이를 만들다

GM은 최적의 설계, 다양한 경량 소재에 이어 경량 구조를 완성하는 공법에서도 경량화를 이뤄낼 수 있는 방법을 찾았다. 레이스카의 무게 절감처럼 ‘부하가 걸리지 않거나’ 불필요한 부분에 구멍을 뚫고 최적의 형태로 가공하는 절차를 통해 무게를 줄인 캐딜락 ATS를 시작으로 차체게 적용되는 수십 여 개의 알루미늄 파츠를 단 두 개의 파츠로 통합 제작하는 일체형 싱글 프레임인 BFI(Body Frame Integral)을 선사했다.

또한 차체를 구성하는 각 소재들을 접합하는 방법 역시 강판 용접, 알루미늄 용접, 알루미늄 레이저 용접, 강판 스팟 용접, 스크류, 접착제, 알루미늄 스팟 용접, 리베팅 등 소재 및 구조에 따라 최적의 공법을 선택, 적용하여 무게 절감과 강성 확보, 그리고 제조 원가의 절감 등 다방면의 개선을 이뤄냈다.

한편 GM은 캐딜락 CT6에서 처음 적용된 알루미늄-강판 저항 스팟 용접과 같이 공법 자체를 연구하기도 한다. 현대 알루미늄-강판 스팟 용접 공법은 캐딜락 CT6를 생산하는 햄트래믹 공장에서 적용되고 있으며 향후 캐딜락 브랜드를 비롯해 필요에 따라 GM에 속한 각 브랜드에도 전달, 운영될 예정이다.

한 가지 더, 알루미늄 섀시 기술의 만나다

찰리 클라인 GM C02 글로벌 전략 및 에너지 개발 총괄 임원은 주도한 경량화 기술에 대한 발표가 끝난 후에는 GM 그룹에 적용된 알루미늄 차체에 대한 설명이 이어졌다. GM 측은 알루미늄으로 제작되고, 혹은 알루미늄을 적용한 쉐보레 콜벳, 캐딜락 CT6 그리고 쉐보레 볼트 EV의 차체를 준비했다.

강력한 주행 성능과 매력적인 디자인을 갖춘 쉐보레 콜벳 C7 스팅레이는 설계 단계부터 알루미늄의 적용이 논의된 차량이다. 엔지니어들은 최고의 성능을 구현하기 위해 ‘더 가벼운 차체가 필요하다’라는 내부적 합의를 통해 알루미늄 파츠와 카본 파이버 등을 적용했고, 이를 통해 49kg의 무게 절감과 강성 개선을 통해 더욱 뛰어난 주행 성능을 완성하게 됐다.

이어서 캐딜락 CT6의 경우 엔지니어들은 ‘단순한 무게 절감 이상의 경량화’을 추구했다. 특히 효율성 개선과 함께 주행 성능 개선을 통해 최근 캐딜락의 강렬한 아이덴티티를 강조하고 싶었던 것이 그들의 의지였다. 알루미늄을 외판(Outer Panel)에 적용하고 초고장력, 고장력 강판을 내판(Inner Panel)에 구상하고 이를 구현하기 위해 모양의 동그란 자국이 남는 CT6 고유의 스팟 용접 방식이 적용됐다.

끝으로 1회 충전 시 383km를 달릴 수 있는 순수 전기차 쉐보레 볼트 EV 역시 차체에 알루미늄을 적용해 효율성을 개선했다. 차체 하부에 좁고 길게 적용되는 배터리팩을 보호하고, 무게를 덜어내기 위해 알루미늄 파츠와 초고장력, 고장력 강판 등 다양한 소재를 적용했다. 특히 긴 주행 거리를 위한 400kg의 배터리팩을 버티면서도 충격으로부터 보호할 수 있는 다재다능함을 구현하기 위해 GM의 엔지니어들은 최적의 설계에 집중했다.

지속 가능한 발전을 위한 경량화의 투자

경량화를 위한 다양한 노력과 투자를 통해 데뷔한 올 뉴 말리부는 전작 대비 136kg를, 올 뉴 트래버스 164kg를 또 올 뉴 카마로와 올 뉴 에퀴녹스는 기존 모델 대비 181kg의 절감을 이뤄냈다. 그리고 올 뉴 크루즈 역시 초대 크루즈 대비 113kg을 덜어냈는데 이를 합산하면 기존 모델 대비 평균 135kg 이상의 무게 절감 효과를 이뤄냈다.

이를 연간 판매 대수에 적용하며 1년에 무려 1억 L(2천8백만 갤런) 이상을 아끼게 된다. 이는 단순히 소비자들의 경제 사정을 좋게 만드는 것 외에도 지구의 자원을 보다 ‘오래 쓸 수 있는’ 또 하나의 지속 가능한 발전이라 할 수 있을 것이다.

한편 GM의 관계자는 GM의 경량화 기술의 발전과 지속적인 투자에 대해 “경량화는 자동차의 다양한 요소들을 개선할 수 있는 중요한 기술이다”라고 설명했다. 그리고는 “GM은 그 동안 경량화에 많은 투자와 집중을 해왔다”라며 “앞으로도 경량화에 계속 집중할 계획이다”라고 설명했다.

글 - 박낙호