현재의 규제 환경은 과거보다 CO2 감축을 크게 견인하고 있으나, 풋 프린트 기반 CAFÉ 시스템보다는 현재의 중량으로 인해 그 효과는 미비하게 나타나고 있다. 이에 따라 중량 감축의 많은 부분이 기술적으로 어렵지만 그 주제는 차량 개발 아젠다의 최상단에 놓이고 있다.
또한, OEM들은 현재 전체 차량 수명사이클 측정에 기초하여 재료 변경으로 인한 CO2 장점을 평가하고 있으며 2차 중량 절감에 역점을 두고 스스로 겪고 있는 증가하는 중량 문제의 악순환을 끊으려 하고 있다.
지난 30년 동안 향상된 성능 요건으로 엔진의 냉각 및 제동 시스템 크기 및 중량은 증가 했으며, 차량 구조, 증가된 배출 관리 및 후처리 그리고 종종 증가된 CO2 출력에 대출 요구가 강화되었다.
오늘날 OEM들은 경량화 차체 구조, ‘적정 크기’의 파워트레인 및 섀시, 향상된 성능 및 전기화의 다운사이징된 파워 플랜트가 향상된 CO2 성능을 제공할 수 ‘선순환(virtuous cycle)’을 끊임없이 추구하고 있다.
이러한 변화에서 보다 가벼운 재료의 역할은 매우 중요하다. California Air Resources Board(CARB)를 위해 UC Davis에 의해 수행된 한 미국 조사에 따르면 이러한 전환은 非 하이브리드 카운터파트에 비해 평균 중량이 9% 증가하는 하이브리드 차량의 광범위한 도입이 보다 어렵게 하고 있음으로써 차량 전기화 전략을 전개함에 따라 경량화 수단의 중요성이 더욱 부각되고 있다.
수명사이클 분석에 기초한 중량 감축 평가에 따라 Jaguar Land Rover는 차량 중량이 1 kg 줄어들면 차량 당CO2가 16kg 감축되는 것으로 평가된다. 또한 JLR의 2012년 생산량 215,000대를 고려할 경우, 차량 당 중량을 100kg 절감 시 CO2 감축은 344,000톤에 해당한다. CFRTP의 개발은 유럽에서도 진행 중인데, CFRP와 마찬가지로 항공기 기술이 자동차에 흘러들었다. 이에 대해서 “일본의 CFRTP는 처음부터 자동차를 향하고 있는 것이 특징이다.” 라고 동경대 공학계 연구과의 高橋씨는 말했다.
생산설비는 크지만 양산하면 한 대당 코스트는 내려간다. NEDO가 노리는 대로 2030년까지 338만대가 보급된다고 치면 충분히 양산차용 기술이라고 할 수 있다.
경량화는 자동차 산업 전반에 있어서 다시 우선 사항이 되었으며, 엄격한 새로운 규제가 미국과 유럽의 차량 efficiency/CO2 감소를 압박하고 있다.
전체 차량 구조에서, 기존의 디자인을 가볍게 할 수 있는 새로운 방법을 찾고 있는 동안, 엔지니어들은 새로운 부품 및 시스템들의 과 경량화를 위해서 고심하고 있다.
자동차 경량화의 동기부여와 장점은 풍부하지만, 다수의 장벽은 가볍고, 더 간편하고 효율적인 차량의 개발에 존재한다.
본 보고서는 정책 이니셔티브, 경량화 방법, OEM 업체 사이의 경쟁, 장벽, 동인 및 정부 규제의 내용을 담고 있다. 그리고 미국, EU, 일본, 한국 및 중국의 연비 및 CO2 배출량에 대해 자세히 설명되어 있으며 섹터별(바디 구조, 섀시, 파워트레인과 인테리어) 경량화와 함께 차량 안전 및 비용 영향도 함께 포함되어 있다.
보고서는 또한 재료 기술의 상세한 부분을 포함하고, 고급 강, 알루미늄, 마그네슘, 티탄, 탄소 섬유, 플라스틱, 바이오 물질과 섬유 사용의 검토 및 재활용과 기술 결합 내용도 고려하고 있다.
이러한 변혁기를 맞이하고 있는 자동차 경량화 관련 설계 및 제조, 재료 동향 내용을 집약하여 2014년도 특별보고서 “자동차 경량화 관련 동향 보고서”를 발간하오니 많은 애용과 활용을 바라는 바입니다.
발간사
제1부: 서론
1. 정책 이니셔티브의 효과
2. 중량 절감 방법
3. OEM간 경쟁
4. 질량 감소 및 차량 수명사이클 CO2 배출
5. 중량 감축의 장벽
ㆍ차별화
ㆍ안전
ㆍ공정 개발
ㆍ비용 고려사항
제2부: 경량화의 동인과 역사적 관점
○ 경량화의 동인
1. 정부 규제
2. 연비 및 CO2 배출
ㆍEU
ㆍ미국
ㆍ일본
ㆍ중국
ㆍ기타 국가
ㆍ시험 제도
3. 차량 안전
4. 비용 의의
5. 소비자 거동
ㆍ솔루션의 일환으로써 경량화
6. 수명사이클 분석 - 전체적 관점
○ 역사적 관점
제3부: 핫 프레스 범용수지 활용이 진화
Part1. 연비규제를 강요하는 경량화
Part2. 강(鋼)을 강하게
Part3. 박육화나 필러리스화가 진전
제4부: 부문별 중량 감축
1. BIW(Body-in-white), 마감재(closure) 및 hang-ons
2. 파워트레인
3. 섀시
4. 인테리어
제5부: 재료 기술 현황
1. 재료 기술 개발
2. 첨단 스틸 개발
ㆍ다른 재료와의 경쟁
ㆍ미래 스틸 차량 프로그램
ㆍ스틸 성형 기술
제6부: 알루미늄, 마그네슘, 티타늄
○ 알루미늄
1. 첨단 알루미늄 합금
2. 알루미늄 및 안전
3. 알루미늄의 성장 기회
ㆍ파워트레인 어플리케이션
ㆍ섀시 어플리케이션
ㆍ차체 어플리케이션
ㆍ탄소 나노튜브를 이용한 알루미늄 특성 변화
4. 재활용
○ 마그네슘
ㆍ가격 변동성
ㆍ마그네슘에 대한 수요
ㆍ마그네슘의 장점
ㆍ마그네슘 추출
ㆍ합금 및 공정 개발
ㆍ마그네슘 시트 생산 및 타출
ㆍ단조
○ 티타늄
1. 티타늄 엔진 어플리케이션
2. 티타늄 섀시 어플리케이션
ㆍ브레이크 시스템
ㆍ배기 시스템
ㆍ스프링, 볼트 및 파스너
3. 티타늄 비용 인하
ㆍ추출 (Extraction)
ㆍ조립 (Fabrication)
제7부: 자동차 경량화 기술전 2013 2014
1. 제3회 자동차 경량화 기술전
(1)3D 데이터에 의한 적층조형법/경량금속의 활용
(2)탄소 섬유 강화수지나 기타 수지화에 의한 경량화
2. 제4회 자동차 경량화 기술전
(1)고장력 강판과 경금속 이용, 3D 프린터
(2)탄소섬유 강화수지 등, 수지 이용에 의한 경량화
제8부: 복합재료 및 플라스틱 재료
1. 탄소 섬유
ㆍOEM의 전략적 관심
ㆍ공급 측 제한사항
2. 탄소섬유 비용 감축
ㆍ공정 개발 (Process development)
3. 열 복합재료
ㆍ열경화성 대 열가소성
4. 플라스틱
5. SMC (Sheet moulding compound)
6. 나노 규모 재료 (Nano-scale materials)
7. 하니컴 구조 (Honeycomb structures)
ㆍ공정 개발
제9부: 하이브리드 재료 기술
1. 바이오 재료 (Bio-Materials)
ㆍ바이오 재료 어플리케이션의 과제
ㆍ바이오 기반 재료
ㆍ현재 및 미래 어플리케이션
ㆍ미래 어플리케이션
2. 직물 (Textile)
ㆍ직조(Woven) 및 편직물(knitted fabric)
3. 재활용
ㆍ새로운 재활용 방법
제10부: 결합 기술
1. 용접 (Welding)
ㆍ레이저 용접
ㆍ자기 펄스 용접
ㆍ플라즈마 아크 용접
ㆍ변형 저항 용접
ㆍ초음파 알루미늄 용접
ㆍ마찰 교반 용접 (Friction stir welding)
ㆍ레이저 지원 마찰 교반 용접
2. 접착 본딩 (Adhesive bonding)
ㆍ하이브리드 본딩
3. 리벳팅 (Riveting)
ㆍ셀프 피어싱 리벳 (Self-piercing rivet)
부록1: 경량화 관련 보고서 모음
1. 스틸을 깊이 연구하는 日産
ㆍ2017년도 이후의 超고장력 강판재 채용비율은 25%
2. 혼다, 강과 알루미늄의 하이브리드 도어 실용화
ㆍ열 변형을 억제해서 2단 헤밍으로 결합
3. 핫 프레스재(材)
ㆍ자동차의 연비향상을 떠받치는 경량화 부재
4. 난가공재(難加工材)에 도전하다.
ㆍ동경 R&D 컴포지트 공업
5. BMW 전기자동차 ‘i3’은 경량화를 집약화 한 자동차
6. Al을 반 용융으로 주조
ㆍ금형도 사형(砂型)도 사용 가능
7. 가볍고 싸게 하는 재료ㆍ가공기술
ㆍ크랭크축의 일부를 열간 단조 중에 움푹 들어가게 한다.
8. 최후의 경량 금속 Mg
9. 탄소 섬유 강화 열가소성 플라스틱(CFRTP)
ㆍ고급차가 아니어도 사용할 수 있는 새로운 경량・고강도 소재
10. CFRTP로 자동차 제조 :
양산에 적합하고 가격이 저렴
