54. 모노코크타입 [자동차 용어: 차체/상용차체 생산기술]

자동차 용어/차체 용어 2018.01.07 21:41 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

54. 모노코크타입 [자동차 용어: 차체/상용차체 생산기술]

차체 Floor와 샤시 프레임이 일체형 구조로 되어 있는 차량 형태이다.


14. 자동차 차체의 구성과 제조

자동차 학습/자동차 개발 및 설계 2016.05.04 17:33 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

자동차 차체의 구성과 제조

1. 자동차 차체 개요

자동차는 여러 가지 부품과 재료로 이루어져 있으나, 무게와 재료의 대부분은 금속 재료로 이루어져 있다. 특히 자동차 차체는 강판으로 이루어져 있다. 엔진 관련 부품은 주철 계통이 주를 이루어 있으며, 일부 부품에 경량화를 위해 알루미늄도 사용되고 있다. 차체는 다른 부품이 장착되는 골격을 이루고 있다. 여기에 엔진과 섀시 관련 부품이 장착되고, 실내에는 크래쉬 패드(Crash pad)를 비롯한 자동차 앞뒤 시트와 문짝이 모두 차체에 장착이 된다. 또한 차체는 전후 좌우에 충돌 발생 시 운전자와 탑승자를 보호하는 충돌 완충의 역할도 하고 있다.

 자 이제 차체의 기능에 대하여 간략하게 살펴 보았다. 그러면 차체의 종류는 무엇이 있는지 알아 보도록 하자. 일반적으로 차체는 모노코크 차체(Monocoque body), 프레임 바디(Frame body),

스페이스 프레임(Space Frame body)로 나누어 진다.

 

그림 1. 차체의 종류


1.1 차체의 종류

1) 모노코크 차체(Monocoque body)

①모노코크 차체(Monocoque body) 구조 

모노코크 바디(Monocoque body)는 일체 구조로 된 차체이며, 차체의 각종 성능과 경량화에 유리하게 때문에 대부분의 양산 차량에 적용하고 있다. 현재 모노코크의 바디의 개발 추세는 차체의 각종 성능과 경량화를 위해 TWB와 고장력 강판 등을 적용하고 있다.

②모노코크 바디의 구성과 장단점

박판으로 섀시 부품을 직접 바디에 설치하는 것을 기본으로 하며, 설치부의 강성 확보 등을 위해서 부분적으로 멤버를 갖추거나 부분 프레임에 섀시 부품을 설치한 후 바디에 장착하는 방식이다.

▷ 모노코크 바디의 장점

차실을 낮게 할 수 있어서 차량의 높이를 낮출 수 있으며, 가공 시 점용접을 사용할 수 있어서 양산에 유리하다. 또한 경량화가 가능하여 굽힘과 비틀림 강성이 높은 장점이 있다.

▷ 모노코크 바디의 단점

바디 전체를 이용하여 강성 확보되므로 개조가 쉽지 않으며, 노면이나 엔진에서 발생하는 진동과 소음이 바디로 쉽게 전달되는 단점이 있다. 그리고 구조가 복잡해서 차량 사고 발생 시 차체 수리도 복잡하다.

 현재의 대부분의 승용 차량과 SUV에도 모노코크 구조를 적용하고 있다. 이유는 차량의 경량화와 승차감을 향상을 위해 모노코크 차체(Monocoque)가 절대적으로 유리하기 때문이다. 또한 현재의 차체 기술의 발전에 따라 고장력 강판, TWB, 접착제 본드 등을 적용하여 차체를 경량화 하면서도 강성을 오히려 강화 시키는 방향으로 가고 있다.

 

그림 2. 모노코크 바디(Monocoque Body)

2) 프레임 바디(Frame Body)

①프레임 바디(Frame Body)

일반적으로 프레임 바디(Frame Body)는 사다리 모양의 프레임에 엔진, 미션, 운전석 등등의 무거운 부품을 얹고, 윗쪽의 차체를 결합하는 구조입니다. 대부분의 하중은 프레임이 담당합니다. 

 

그림 3. 프레임 바디(Frame Body)

② 프레임 바디(Frame Body)의 구조와 장단점

▷ 프레임 바디(Frame Body)의 장점

튼튼한 뼈대가 있기 때문에 비틀림 강성이 강하고, 변형이 잘 일어나지 않습니다. 강성이 좋기 때문에 내구성도 좋다. 그래서 무거운 화물을 싣는 트럭 같은 차량은 모두 프레임바디를 씁니다. 모노코크바디의 경우, 차량의 전체적인 외형을 바꾸기 위해서는 모노코크바디 자체를 완전히 새로 설계해야 합니다. 그래서 돈을 적게 들이고, 새로운 차라는 느낌을 주기 위해서는 '페이스리프트'를 합니다. 자동차 외관만 살짝 바꾸어 변화를 준다. 그러나 프레임 바디(Frame Body)의 경우, 차량의 외관만 변경하여, 차량 전체를 새로 설계하지 않아도, 마음만 먹으면 하나의 프레임으로 완전히 다른 모양의 신차를 개발할 수 있다.

▷ 프레임 바디(Frame Body)의 단점

프레임 바디의 단점은 커다란 프레임이 밑에 있으므로, 최저 지상고가 낮아야 하는 승용차의 경우에는 실내를 넓게 만들기가 힘듭니다. 그리고 프레임은 대부분 두꺼운 강철재질로 만들기 때문에 모노코크 바디(Monocoque Body)에 비해서 무겁고, 연비가 나빠지는 결과를 낳습니다. 

 그래서 프레임 바디는 경우는 아의 모하비, 쌍용의 코란도 스포츠 그리고 렉스턴W가 같은 일 부 차량에 적용 되었다. 아무래도 프레임 바디의 특징은 SUV 혹은 짚 형태의 차량과 같은 오프로르와 좀더 무거운 화물을 적재하고 주행하는 최적화 되었다고 할 수 있다.

3) 스페이스 프레임(Space Frame)

스포츠카나 경기용 차의 전용 형식이다. 항공기 모양을 한 골격부재 형상으로 되어 있어 가장 가볍고 동시에 강성도 갖추어져 있다. 아래의 아우디의 스페이스 프레임을 보면 항공기 모양의 골격 구조에 차체 판넬로 이루어진 구조로 되어 있다. 이런 구조는 강성과 동시에 경량화를 동시에 달성할 수 잇다.

 

그림 4. 스페이스 프레임(Space Frame)



7. 알루미늄 합금 차체에 사용하는 이유와 강재 차체와 비교

1. 알루미늄 합금 차체 사용 이유

자동차 중량은 안전성과 운전 성능 등을 향상시키기 위해 증가했으나, 이와 반비례하여 연비의 악화를 가져다 주었다. 경량화, 고강성, 안정성 향상을 목표로 알루미늄 차체가 개발되고 있으며, 이것은 알루미늄과 다른 금속을 일정 비율로 혼합하여 제작하면 차체의 요구 성능을 만족 시키고, 연비 개선 및 환경 규제 대응에 유리하다.

2. 알루미늄 차체의 구조

1) 모노코크(Monocock) 구조

강재에서 가장 많이 사용된다.

2) 스페이스 프레임 구조

압출 성형재를 이용한다.

3) 하이브리드 구조

모노코크와 스페이스 프레임 구조로 주조, 프레스 성형, 압출 성형의 3가지 방법을 조합해서 제조한다

3. 알루미늄 합금 차체 특성

경량화가 핵심이며, 지구 온난화, 배기가스, 연비 규제 등의 대안이다. 이전까지는 알루미늄 합금이 주조법에 의한 부품 생산이 주였으나 판재나 압출품 등을 이욯한 차체 적용이 증가하였다. 가공이 용이하여 폭 넓은 성형 공법이 가능하며 압출 성형재, 다이캐스트 성형재가 대표적이다.

4. 가공 방식

1) 압출 성형재

연속 가공 가능하며, 부품의 단품을 자유롭게 설계할 수 있고, 각각의 부품에 대하여 적합하고, 강성이 높은 골격으로 제작 가능하여 부품수 축소가 가능하다.

2) 다이캐스트 성형재

복잡한 형상이라도 한 개의 성형하여 가볍고, 적합한 고강성 차체를 제작할 수 있다.

5. 장단점

1) 장점

비중이 작아 차체의 경량화 가능, 가공이 용이하여 폭 넓은 성형방법을 이용한다. 안전성과 재활용성이 용이하다.

2) 단점

연성이 낮아 성형성이 안 좋다. 열 변형이 크다. 재료 가격이 고가여서 수리 비용이 높다.


3. 모노코크 바디(Monocock Body) [자동차 전문 용어: 개발/차체/차체설계]

1. 개요

승용차의 차체는 크게 3가지로 대별되면 일체 구조, 프레임 장착 구조, 스페이스 프레임 구조가 있다. 이 중에서 모노코크 바디는 일체 구조로 된 차체이며, 차체의 각종 성능과 경량화에 유리하게 때문에 대부분의 양산 차량에 적용하고 있다. 현재 모노코크이 바디의 개발 추세는 차체의 각종 성능과 경량화를 위해 TWB와 고장력 강판 등을 적용하고 있다.

2. 모노코크 바디의 구조

박판으로 섀시 부품을 직접 바디에 설치하는 것을 기본으로 하며, 설치부의 강성 확보 등을 위해서 부분적으로 멤버를 갖추거나 부분 프레임에 섀시 부품을 설치한 후 바디에 장착하는 방식이다.

1) 장점

차실을 낮게 할 수 있어서 차량의 높이를 낮출 수 있으며, 가공 시 점용접을 사용할 수 있어서 양산에 유리하다. 또한 경량화가 가능하여 굽힘과 비틀림 강성이 높은 장점이 있다.

2) 단점

바디 전체를 이용하여 강성 확보되므로 개조가 쉽지 않으며, 노면이나 엔진에서 압력되는 진동과 소음이 바디로 쉽게 전달되는 단점이 있다. 그리고 구조가 복잡해서 차량 사고 발생 시 차체 수리도 복잡하다.




 

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