[분석]테슬라 충돌시험 왜 최고등급..강철 프레임 배터리팩
[분석]테슬라 충돌시험 왜 최고등급..강철 프레임 배터리팩
  • 카가이 취재팀
  • 승인 2020.08.12 09:00
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테슬라 전기차는 왜 안전도 테스트에서 매번 최고등급을 받을까. 기존 내연기관 차량과 다른 점은 보닛에 엔진과 변속기가 없고 차체 바닥에는 거대한 배터리 팩이 달려 있다는 점이다. 충돌 시험 영상을 통해 과학적 분석한 안전도 비밀이 밝혀져 눈길을 끈다.

모델3는 지난해 미국 도로교통안전국(NHTSA)이 여태껏 테스트 한 차량 가운데 부상 확률이 가장 낮은 차로 선정돼 자동차 업계에 충격을 준 바 있다. 아울러 두 번째로 안전한 차로 꼽힌 것도 테슬라 Model S였다. Model X도 이 플랫폼을 사용한다. 모델3는 두 차량의 노하우가 그대로 담겨있다. 테슬라 차량은 안전도 테스트 모든 과정에서 5-스타 등급을 획득했다. 뿐만 아니라 NHTSA 역대 테스트 차량 중 부상 확률이 가장 낮은 것으로도 나타났다. 테슬라에 어떤 비밀이 있는 걸까. 바로 전기차 전용 차체다.

우선 모델3 우선 Model 3는 매우 낮은 극 관성 모멘트(low polar moment of inertia)를 갖도록 설계됐다. 가장 무거운 부품이 자동차 무게중심에 더 가깝게 배치된다. Model 3는 엔진이 없지만 그 성능은 일명 “미드십 엔진을 단 후륜구동(MR)’ 차량과 흡사하다는 점이다. 차량 중앙에 위치한 배터리 팩(차량의 가장 무거운 부품)과 Model 3 후륜 모터가 후륜 축보다 약간 앞에 배치된다. 이러한 구조는 자동차의 민첩성과 핸들링을 향상시킬 뿐 아니라 좌우로 쏠리는 에너지를 최소화하여 안정적인 제어가 가능해진다. 결국 강철 프레임으로 짜진 배터리팩이 모델3 안전도의 핵심인 셈이다. 이런 설계 덕분에 앞뒤 무게 밸런스(51대49)도 50대 50에 근접한다. 강화된 배터리 팩과 저 중심 구조의 전기차 파워트레인 설계의 이점이 제대로 반영된 것이다.

이러한 차체 구조는 캐빈(탑승공간)과 배터리 모듈의 함몰을 최소화하고 전복 위험까지 줄인다. 체계적으로 충돌 에너지를 흡수하고 또 효율적으로 분산시키도록 부서지는 공간을  최적화한 전면 크럼플 존도 혁신적인 설계의 근간이다.

테슬라가 제공한 동영상을 보면 이를 확실히 알 수 있다. 모델3와 비교한 아우디 A4정면 충격 시험 중 주황색으로 칠해진 엔진 블록이 차체 내부로 어떻게 밀려 들어오는지 확인할 수 있다.

모델3는 전면에 엔진이 없어 효율적인 전면 크럼플 존을 설계할 수 있다. 충돌 충격에 효율적으로 부서지면서 충격을 흡수한다. 아울러 충격 흡수식 스티어링컬럼(collapsible steering column)도  운전자 부상을 줄이도록 작동한다. 이런 점들이 복합돼 정면충돌 5-스타 등급을 받은 것이다.

요즘은 보기 힘든 전봇대 같은 기둥 장애물에 충돌할 경우 대각선 빔 구조가 충격을 완화한다.  고강도 알루미늄 범퍼 빔, 자동차 정면에 전방으로 낮게 배치된 스웨이 바(sway bar), 충돌 레일에 연결된 강철 서브 프레임의 앞면에 있는 크로스 멤버 (cross member)가 해당 역할을 담당한다.

심각한 충격으로부터 충돌 에너지를 흡수하기 위해 전륜 서스펜션 상단에 부착된 서브 프레임 후면은 "U"자 모양으로 충격을 받으면 구부러지면서 아래 쪽으로 이탈한다. 이러한 구조는 Model 3에 전륜 모터가 추가되는 듀얼 모터 전륜 구동 차량에서도 효력을 유지하기 위한 방편이다. 서브 프레임이 전륜 모터을 아래로 끌어내려 충돌시 탑승자와 비껴가도록 설계되어 있기 때문이다.

전복 사고에도 탁월한 안전도를 보인다. 무거운 배터리 팩과 전기 모터를 가능한 한 바닥 가까이에 배치, 전복 자체를 방지할 뿐 아니라 차체 무게의 4 배 이상에 상응하는 지붕 충돌 하중을 견딜 수 있게 설계했다. NHTSA 기준은 차량이 자체 무게의 3 배 하중을 견딜 것을 요구한다.

김태진 에디터 tj.kim@carguy.kr

#NHTSA의 신차 평가 프로그램(New Car Assessment Program)은 5-스타가 최고 등급이다. 2011 년부터 평가를 진행한 모든 차량에는 차량 안전 점수(vehicle safety score)를 부여한다. 정면, 측면, 전복 충돌의 상대 위험 점수(Relative Risk Scores)의 가중 평균으로 계산한다.

NHTSA에 따르면 차량 안전 점수는 "15% 기준선에 대한 상대적 상해 위험도"를 나타낸다.  Model 3는 0.38을 받았다. 이는 NHTSA 역대 테스트 차량 가운데 최고 점수다. 15 % 기준선 수치를 곱하면 Model 3의 종합적인 부상 확률은 5.7 %로 계산된다. 동일하게 계산해 Model S의 종합적인 부상 확률은 6.3 %, Model X는 6.5 %로 나타났다. 이는 NHTSA 공개 데이터에 근거, 각각 역대 두 번째, 세 번째로 낮은 상해 확률이다.


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