자동차의 발전은 멈추지 않는다 - 도로 위를 달리는 High-tech

휘발유 자동차가 탄생한 1886년 이후 자동차 제작기술은 눈부시게 발전해 왔다. 새로운 메커니즘과 전자장비가 발전을 이끌고 갖가지 가변기구로 성능과 효율을 높였다. 신소재 사용도 증가 추세. 수입차 비중이 높아진 덕분에 국내에서도 자동차 기술을 선도하는 첨단모델을 어렵지 않게 만나볼 수 있다. 지금 내 옆에 달리고 있는 최신 자동차 기술 동향에 관한 보고서

Aluminum Frame Audi ASF
자동차에 알루미늄이 사용된 지는 오래되었다. 클래식 스포츠카 중 적지 않은 수가 경량화를 위해 알루미늄 보디를 가졌고, F1에서는 로터스가 1962년 알루미늄 모노코크를 처음 사용했다. 하지만 이는 어디까지나 수제작에 한정된 이야기. 값이 비싼 데다 프레스나 용접 가공이 스틸에 비해 까다로운 탓이다.
알루미늄 양산차 제작에 처음 도전한 메이커는 혼다와 아우디였다. 혼다는 1990년 알루미늄제 미드십 스포츠카 NSX를 선보였고 아우디는 승용세단 최초라는 기록을 남겼다. 1993년 프랑크푸르트 모터쇼에 등장한 컨셉트카 ASF(Audi Space Frame)는 알루미늄 세단 A8을 위한 서막이었다. ASF는 대형세단의 무게증가에 제동을 걸 수 있는 특효약인데다 기술을 통한 진보라는 아우디의 이상과도 잘 맞아떨어졌다. 94년 최초의 알루미늄 세단 A8이 등장했고 지금은 2세대다.
알루미늄은 스틸에 비해 프레스 성형이 힘들기 때문에 일부는 수압성형하고 복잡한 파트는 주조(casting)로 만들어 입체적으로 조립해 프레임을 완성한다. 주조 파트의 비율은 1세대 22%에서 2세대는 34%로 높아졌고, 가짓수는 50개에서 29개로 줄여 강성이 60%나 향상되었다. 조립에는 미그 용접과 레이저 용접, 리벳 등이 사용된다. 그 덕분에 지금의 A8은 12기통 엔진을 얹고도 2톤을 넘지 않는다.
아우디의 네카줄름 공장은 2002년 알루미늄 프레임 생산 20만 대를 돌파했다(A2와 A8). 하지만 소형차인 A2는 가격 경쟁력 높이기 위해 다음 세대부터 스틸을 사용할 예정. 그럼에도 아우디의 알루미늄 사용량은 점점 늘어날 것으로 보인다.

Gasoline Direct Injection Audi/VW FSI
휘발유 직분사 엔진을 양산차에 처음 쓴 메이커는 미쓰비시였다. 하지만 지금은 FSI(Fuel Straight Injection)가 직분사 휘발유 엔진의 대명사가 되었다. 수많은 기술혁신 관련 상을 휩쓸었을 뿐만 아니라 르망 24시간을 제패함으로써 성능과 연비, 내구성 등 모든 면에서 능력을 인정받았다.
직분사 시스템은 빠르게 발전하는 디젤 엔진에 대한 휘발유 엔진의 대응책이었다. 태생적으로 뛰어난 연비에 출력과 유연성까지 갖춘 직분사 디젤이 유럽 승용차 시장에서 휘발유 엔진을 크게 위협하고 있다. 나의 단점을 버리고 라이벌의 장점을 배워야 경쟁에서 이길 수 있는 법. 휘발유 엔진은 직분사의 비기를 터득해 환골탈태에 성공했다.
공기를 빨아들여 압축한 뒤 연소실에 연료를 직접 분사하는 방식이 디젤 직분사의 그것과 많이 닮았다. 압축비가 높지 않아 스파크 플러그로 연소를 유도하고, 연료압이 그리 높지 않는 점이 다르다
아우디의 초기 FSI는 출력과 연비가 개선되었지만 불완전 연소로 인해 탄화수소가 발생했다. 이를 해결하기 위해 피스톤 윗부분을 오목하게 다듬고 흡기 포트를 가공해 와류 발생을 늘림으로서 공연비 16:1의 희박연소가 가능해졌다. 2개의 연료펌프를 사용해 30~110바의 압력을 만들어낸다.
아우디는 직분사 기술의 목표를 연비 개선과 배기개스 감소에만 맞추지 않았다. RS4에 사용되는 V8 4.2ℓ DOHC와 A3, A4, A6 그리고 폭스바겐 골프 GTI에 사용되는 터보 유닛(TFSI)이 그 증거다. RS4의 V8은 12.5의 고압축비와 고회전, 직분사 기술을 버무려 420마력, 43.9kg·m의 강력한 힘을 만들어낸다. 직렬 4기통 2.0 터보는 최고출력이 200~220마력. 터보 엔진으로는 상당히 높은 10.5의 압축비 덕분에 연비도 뛰어나다. 200마력의 A4 2.0TFSI 수동형의 연비는 13km/ℓ(EU 복합)에 이른다.

Steering by Wire BMW AFS
차의 방향을 바꾸는 스티어링 계통에서는 바이 와이어 시스템이 가장 최신기술이다. 드로틀 바이 와이어는 일반화되어 있고, 브레이크 시스템 역시 페달 입력과 별도로 엔진 제어장치의 판단에 따라 모터를 구동해 브레이크를 제어하는 기술이 사용되고 있다. 반면에 스티어링 부문에서는 BMW의 5시리즈(2003년)를 통해 선보인 액티브 프론트 스티어링(AFS)이 최초다.
이전까지 가변 기어비는 중립 부근과 양쪽 끝 부분의 기어비에 차이를 두는 정도. 하지만 AFS는 스티어링 휠과 피니언 기어 사이에 기어박스를 조합하고, 모터를 달아 운전상황에 따라 적극적으로 기어비를 제어한다. 드라이버의 조작에 비례해 모터를 정방향 혹은 역방향으로 움직여 기어를 회전시키면 스티어링 기어비를 늘리거나 줄일 수 있다.
시속 120km 이하에서는 감속비를 줄여 스티어링 조작에 비해 앞바퀴 타각이 커지고, 그 이상의 속도에서는 반대로 앞바퀴가 조금만 움직여 안정감을 높이는 원리다. 저속에서 빠른 조작을 위해 기어비를 줄이면 고속에서 민감해지고, 고속 안정성을 중시하면 저속 와인딩에서 스티어링 휠을 이리저리 많이 움직여야 한다. AFS는 이런 문제점을 단번에 해결해 준다.
운전자의 뜻을 우선하는 유럽차의 특성대로 BMW는 운전자가 개입해야 AFS 시스템이 작동한다. 즉 스티어링이 중립인 상황에서 좌우 바퀴의 마찰력이 극단적으로 다를 경우 직진을 유지하기 위해 AFS는 카운터스티어를 해야 한다. 이에 반해 도요타는 자동으로 앞바퀴 각도가 바뀌는 시스템을 개발했다.