자동차 신기술 알아보기 - AUDI의 경량화 기술

Aluminum Body 조립은 80% 자동화
– 이물질 접합 기술도 연구 – 

아우디의 경량화 기술

 독일 Audi 사는 2009 년 9 월에 Neckarsulm 공장 내에 있는「알루미늄 및 경량 설계 센터」를 공개했다. 알루미늄 합금을 시작으로 CFRP(탄소섬유 강화 수지)라고 하는 경량 소재의 재료 기술, 접합 기술을 개발하고 있어, 장래의 실용화를 예상한 저 COST 화에도 임한다. Audi 사는 1993 년의 Frankfurt Motor Show 에서 발표한, 알루미늄 합금에 의한 Space Frame 구조를 가지는「ASF Concept」의 발표 후, 그 기술을 실용화하기 위한 연구 시설로서「알루미늄 센터」를 설립했다. 그 후, 알루미늄 이외의 경량 소재나, 경량화를 위한 설계도 연구하게 되어, 현재의 명칭으로 변경되었다. 현재, 주력하고 있는 것은, ①알루미늄 합금의 양산 기술, ②마스네슘 합금 응용의 확대, ③강도가 다른 강재의 적정한 활용, ④CFRP 나 GFRP(Glass 섬유 강화 수지)등의 응용, ⑤이러한 다른 경량 소재끼리의 접합-이다. 양산 기술에 관해서는, 알루미늄 합금의 접합 공정의 자동화와 저 COST 화가 중심이 된다. Neckarsulm 공장에서는 [A8]나「R8」이라는 Space Frame 구조의 모델을 제조하고 있지만, 1994 년의 초대 A8 생산시에는 Body 조립의 자동화는 25%에 지나지 않았다. 그러나, Self Tapping 나사, Punching Rivet, 접착이라고 하는 공정의 자동화를 진행시키는 것으로, 현행 A8 에서는 80%의 Space Frame 조립 공정이 자동화되어 있다. 회장에서는 다른 소재끼리의 접합 기술도 많이 전시되었다. 예를 들면, 「R8 Spider」에서는, A-Pillar로 알루미늄 합금제 밀어내기 재의 내부에 고장력 강철을 압입하고 있다. 이것에 의해서 차량이 전도했을 때에도 충분한 Pillar의 강도를 확보하고 있다. 저 COST 화를 실현할 수 있는 기술로서는, Rotor 부 만을 주철로 하고, 그 외의 부분을 알루미늄 합금으로 한 Brake Disk 가 새롭다. Disk 주조시에 주철제의 Rotor를 형내에 Insert 해 두어, 알루미늄과 합체시킨 하이브리드 구조다. 그림 4(b)에서는 왼쪽에서 주철품, Hybrid 품, Carbon Ceramic 품이 있지만, 주철품이 19.1 kg, Carbon Ceramic 품이 8.6 kg 인것에 비해, Hybrid 품은 13.4 kg 가 된다. 1, 2 년 이내에, 「A4」 Class의 시판 모델까지 폭넓게 탑재할 예정이다. 이 외에, 알루미늄 합금과 CFRP를 코킹으로 접합하는 기술 등도 공개되었다.

경량화 기술들

CMT 용접으로 인한 접합

Audi 사는, Aluminum·Space·Frame 구조 이외의 Model 에서도 알루미늄 합금의 적용을 늘리고 있어 최근의 활용 예로서는 SUV「Q5」의 Cross Member, Back Door, Front Hood라고 하는 대형 부품에 적용했다. 또, 동시에 열간 성형에 의한 고장력 강철을 병용 해, Q5 에서는 White Body를 355 kg까지 경량화했다고 한다. Q5의 Back Door는 8.5 kg로 경량이지만, 형상이 복잡하기 때문에, 복수의 알루미늄 부품을 MIG (Metal Inert Gas) 용접으로 접합하고 있다(그림 5). 게다가 Back Door의 일부에 사용되고 있는 강철 제품의 부품과 알루미늄을 접합하는데, CMT 용접은 Wire의 공급 제어를 치밀 화하여 용접 전류값을 내려, 모 재료의 과열을 억제시키는 용접 방법. MIG 용접에 비해 Sputter의 발생을 줄일 수 있어 용접 품질을 향상할 수 있는 것 외에, 가공에 의한 변형이 작아서, 얇은 소재나 다른 소재의 접합이 가능하다고 하는 특징을 가지고 있다. Audi 사는 R8의 일부 등에 CFRP를 이용하고 있지만, 탄소섬유의 배향을 최적화하고 강도를 높이면서 저 COST 화를 도모하고 있다고 말해, 수년 후에는 탑재 차종이나 채용 부품이 증가할 가능성이 높다. 기술 전시 이외에는, 경량 기술을 담은 시작차의 시승도 실시했다. 「A5」에 CFRP 제 Front Hood 나 알루미늄 합금제 Door, 일부에 CFRP 를 이용한 Wheel 등의 경량 부품을 장착해 차량 질량을 1310 kg까지 경량화했다(그림 6). 엔진은 직분 2.0 L의 Turbo Charger 첨부로, 비교를 위해 늘어놓았던 V6 · 3. 2 L 자연 흡기 차량보다 출력은 낮다. 그러나, 3. 2 L 차에 비해 230 kg 나 가벼운 질량 덕분에, Power Weight Ratio가 뒤떨어지는 것에도 불구하고, 가속감이 뛰어났다.