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자동차 칼럼-인체구조와 비교하는 알기 쉬운 자동차구조(1)오태석/교통안전공단 진주자동차검사소 소장
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승인 2017.09.27  18:38:00
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오태석/교통안전공단 진주자동차검사소 소장-인체구조와 비교하는 알기 쉬운 자동차구조(1)


사람의 인체는 다양한 기관계로 구성되어 있다. 인체의 기관계는 특정 기능을 위해 함께 작동하는 기관들을 하나로 묶은 것을 말하게 되는데, 자동차는 크게 외연기관에서 내연기관으로 발전하게 되었고 내연기관의 자동차는 인체의 구조와 기관계의 특정 기능까지 유사하다. 이로써 인체의 구조와 움직임을 자동차의 구조와 움직임으로 비교하여 더욱 알기 쉽게 자동차를 이해해보려고 한다.

▲자동차의 차체와 바디

자동차의 외관은 인체의 피부계와 골격계와 유사하다. 인체 기관계 중 피부계와 골격계는 자동차의 바디로 이해하기 쉬우며, 이에 속하는 자동차 바디는 모노코크 바디의 기준으로 크게 윈드실드, 보닛, 프론트 범퍼, 루프, 필러, 벨트라인, 캐릭터라인, 웨이스트라인, 사이드 스커트, 리어범퍼, 리어스포일러, 테일 게이트 등으로 이루어지게 된다. 시장경제성을 가진 자동차는 바디의 멋스러움과 예술적인 디자인을 통해 소비자의 구매 욕구를 증가시킨다. 그 외에도 공기저항계수를 낮추는 디자인을 설계하여 자동차의 연료소비율과 출력을 높이는 역할을 하고 충격으로부터 사람을 안전하게 보호하며 승차감과 운동 성능을 위해 적절한 강도를 가지고 있어야 한다.

현재 별도의 뼈대가 없이 외피만으로 이루어진 구조의 모노코크바디는 승차공간의 공간확보에 유리하고 가벼워진 차체의 무게에 비례하여 연비향상에 큰 장점을 두어 자동차제작사의 바디 구조로 많이 사용되고 있다.

▲자동차의 서스펜션 시스템

자동차의 서스펜션 시스템은 운전자의 의지대로 엔진의 출력을 제어하는 기능을 하므로 인체 기관계 중 근육계의 성질을 가진다. 자동차의 기술개발은 엔진의 출력에 집중되어 이루어졌고 오늘날의 엔진은 저배기량의 고출력 성능을 가지게 되었다. 이에 엔진의 성능이 좋아지면서 넘치는 운동성능을 적절히 제어하고 통제해야 할 필요성도 커진 오늘 서스펜션 시스템은 성능과 유지가 매우 중요하다. 서스펜션 시스템은 크게 충격흡수장치의 쇼크업 쇼바와 스프링으로 구성되는데 차량의 성격 구동 방식 등에 따라 더블 위시본, 맥퍼슨 스트럿, 멀티링크, 토선빔으로 나누어진다. 서스펜션 시스템은 운전자와 자동차의 특성에 따라 필요가 다양해 정확한 정답은 없지만 주행 중의 충격을 흡수하고, 제동 시에 발생하는 무게중심의 회전운동을 제어해 안정적인 운행성능을 유지하여야 한다.

외관상 눈에 보이지 않는 서스펜션 시스템은 충격을 흡수하기 위해 쇼크업 쇼바의 실린더 왕복운동 중 마찰로 인해 내부를 채우고 있는 기름의 온도가 높아져 점도와 윤활성이 저하되어 소음 발생, 주변부의 기름 누유가 일어나게 된다. 서스펜션 시스템의 안전한 운동성능을 위해 자동차 소유자는 소모성 교환부품임을 잊지 않아야 한다.
▲자동차의 전자제어 유닛

인체의 기관계중 신경계에 해당하는 자동차의 전자제어 유닛은 산업혁명 후 끊임없이 발전하는 자동차의 디지털기술에 해당하며 여러 가지 시스템을 동시다발적으로 제어하여 운전자의 편의와 안전, 자동차의 효율을 책임지는 마이크로컴퓨터이다. 크게 엔진제어유닛, 트랜스밋션제어유닛, 바디제어유닛 등으로 나뉘게 되며 자동차의 원활하고 안전한 주행을 위해 상호 간의 정보 교류로 데이터를 처리하게 된다. 정보 교류 또한 인체 신경계에 해당하는 척수와 신경의 역할을 하는 통신선을 구축하여 CAN 통신, LIN 통신, 플렉스레이 데이터 버스(Flex Ray)등을 이용해 자동차의 데이터를 주고받는다.

현시대의 마이크로컴퓨터의 통신 중 자동차의 신기술로 주목받는 플렉스레이 데이터 버스(Flex Ray)는 구동 장치시스템, 주행 다이내믹 시스템, 운전자 보조 시스템 및 안전 시스템의 용도로 사용되며 수동적 안전 시스템의 에어백에서의 사용을 위해 자동차 제작사 BMW에서 최초로 사용되었다. 데이터를 2채널로 동시에 전송함으로써 데이터 안전도를 확보하고 데이터의 전송을 시간제어 동기방식을 사용해 CAN 통신보다 더 빠르고 신뢰성이 높은 장점이 있지만, 고가의 비용으로 상용화 되어 소비자에게 다가오기까지 시간이 지연될 것으로 생각한다.

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