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)



13. 모노코크 보디(Mono (monocoque body)의 구조

자동차 학습/자동차 개발 및 설계 2016.04.13 19:58 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

13. 모노코크 보디(Mono (monocoque body)의 구조

모노코크 보디의 독립된 프레임이 없고 박강판으로 제작된 멤버류를 보디의 일부로 해 조립한 것이다. 여기에 엔진, 현가장치, 조향장치 등을 직접 부착한 구조이며 현재 승용차 보디의 주류를 이루고 있다.

모노코크 보디의 대표적인 것에는 계란 껍질형의 구조가 있다. 구조가 계란 형태로 되어 있기 때문에 껍질 자체는 얇아도 이를 손가락으로 누르면 간단히 갈라지거나 깨어지지 않는다.

이것은 누르는 힘이 껍질 전체에 퍼져 부분적으로는 작은 힘으로만 작용하기 때문이다. 이와 같은 구조를 ‘외피구조’라고 말하고 비행기의 구조가 이것에 가깝다고 볼 수 있다. 즉, 모노코크의 원래 의미는 ‘계란’ 등의 모양을 한 껍질 구조를 가리키며 멤버 등의 보강재를 필요로 하지 않는 ‘응력 외피구조’를 의미한다.

그렇지만 실제의 자동차 보디에는 승객의 탑승을 위한 도어부(Door), 시계확보를 위한 윈도부(Window), 또한 엔진 룸(Engine room), 트렁크 룸(Trunk Room) 등의 큰 개구부가 필요한 것 외에도 엔진이나 섀시를 부착하기 위해 이들의 주위에는 적당한 멤버나 보강재를 용접해 구조상 필요한 강도를 갖추고 있다.

따라서 순수한 의미로는 ‘응력 외피구조’라고 칭할 수 없기 때문에 세미 모노코크 보디라든가 단일 구조물이라 칭하는 경우가 있다.

구조의 개요는 승객이나 적재물에 의한 부하, 구동 계통에서의 부하, 앞뒤 서스펜션 부착부의 부하 등에 대응하기 위한 모양을 하기 위해 얇은 강판으로 제작하는 멤버류의 판 두께 형상, 단면 형상 등을 강도, 강성, 안전확보 등의 복잡한 요소를 고려해 결정하고 이를 보디 실에 스포트 용접으로 접합한 것이 있다.

또한 각종 부하를 효율적으로 잘 전달 분산시키는 라멘 구조라고 칭할 수 있다. 라멘 구조는 여러 종류의 멤버(부재)를 강하게 접속해 외력에 저항하는 구조로 되어 있지만 여기에서 말하는 강접은 변형 전과 변형 후의 접합부 각도가 변하지 않는 모양을 한 접합 방법을 말한다.

문(門)의 상부에서 외력이 가해진 경우 상부 보의 변형은 좌, 우 기둥과의 접합이 강접 되어 있어 접합각도가 불변하고 구조체가 일체로 되어 저항을 받기 때문에 점선 모양으로 변형이 이루어진다.

모노코크 보디의 기본은 개구부가 몇 개 되지 않게 접합한 것이라고 할 수 있다. 하지만 자동차의 보디는 엔진 룸, 도어, 트렁크 룸 등 개구부가 많아 이러한 개구부의 보강을 위해 강성을 필요로 하는 주위에는 골격부품(예: 레인포스먼트,reinforcement)을 가지고 있다. 따라서 자동차의 모노코크 보디는 실 구조와 골격부품을 상호 결합한 형태라 할 수 있다.

이러한 모노코크 보디는 차의 일부에 가해진 하중이나 충격은 보디 전체에 분산되며 또한 보디는 충격을 받았을 때 객실부의 안전성을 확보하기 위해 충격 흡수 부위(손상되기 쉬운 장소)를 각각 임의의 장소에 설치한 충격 흡수 구조로 되어 있다.

모노코크 보디의 특징

1) 장점

• 일체구조로 구성되어 있기 때문에 경량(輕量)이다.

강성이 높고 얇은 강판을 여러 가지 형상으로 프레스 성형해 스포트 용접으로 접합시키면 차체 자체를 경량화 하면서 큰 강성을 얻을 수 있다.

• 단독 프레임이 없기 때문에 차고를 낮게 하고, 차의 무게중심을 낮출 수 있다.

모노코크 보디는 독립된 프레임이 아니기 때문에 바닥을 낮게 해 객실 공간을 넓게 할 수 있고 또한 차의 무게 중심이 낮아지므로 주행 안전성이 좋다.

• 정밀도가 높고 생산성이 좋다.

프레임과 같은 후판의 프레스나 용접 가공이 필요 없다. 대부분 작업성이 좋은 박판 가공과 열변형이 거의 없는 스포트 용접으로 가공이 가능하기 때문에 자동차 생산라인에서는 멀티풀 스포트 용접(자동 동시 용접)을 많이 사용함으로써 생산성을 현저히 향상시킬 수 있다.

• 충돌 때 충격 에너지의 흡수효율이 좋고 안전성이 높다.

박판으로 조립되어 있기 때문에 충돌 때와 같이 큰 외력이 가해진 경우 국부적인 변형이 크고 객실 부위의 영향은 적다.

2) 단점

• 소음이나 진동의 영향을 받기 쉽다.

엔진이나 서스펜션 등이 직접적으로 차체에 부착되어 진동, 소음이 직접 보디에 전달되기 쉽기 때문에 방진, 방음의 설비적 배려가 필요하다.

• 일체 구조이기 때문에 충돌에 의한 손상의 영향이 복잡해 복원수리가 비교적 까다롭다.

• 박판 강판을 사용하고 있기 때문에 노면에 가까운 부품은 부식으로 인한 강도의 저하 등에 대한 충분한 대책이 필요하다.





 

티스토리 툴바