알루미늄 vs 카본 – BMW, 벤츠, 아우디의 차세대 경량 프레임 기술
자동차 산업에서 경량화는 중요한 화두다. 차량 무게를 줄이면 연료 효율성이 향상되고, 전기차의 경우 주행거리가 늘어나며, 고성능 차량에서는 핸들링과 가속 성능이 크게 개선된다.
BMW, 메르세데스-벤츠, 아우디와 같은 독일 프리미엄 브랜드들은 기존의 강철 프레임에서 벗어나 알루미늄 합금과 탄소섬유(CFRP)를 적극적으로 활용하며 차량 경량화 기술을 발전시키고 있다.
그렇다면 알루미늄과 카본은 어떤 차이점이 있으며, 각 브랜드는 이를 어떻게 적용하고 있을까?
1. 기존 강철 프레임 대비 경량화된 차체 설계 방식
강철 프레임의 한계
과거 대부분의 자동차는 강철 프레임을 기반으로 제작되었다. 강철은 강도가 높고 충돌 안전성이 뛰어나지만, 상대적으로 무거워 연비와 성능에 불리한 측면이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 자동차 제조사들은 더 가볍고 강성이 뛰어난 소재를 적극 도입하고 있다.
경량화 소재 적용 방식
자동차 제조사들은 경량화된 차체 설계를 위해 다양한 소재를 혼합해 사용하고 있다.
- 알루미늄: 강철보다 30~50% 가벼우면서도 충분한 강도를 제공
- 탄소섬유(CFRP): 알루미늄보다 5배 강하고 무게는 절반 수준
- 마그네슘 합금: 엔진 블록 및 일부 구조물에 사용되며 초경량 소재
BMW, 벤츠, 아우디는 각각 고유의 방식으로 이러한 경량 소재를 활용하고 있다.
2. 알루미늄 합금과 탄소섬유(CFRP) 활용 현황
BMW – 카본 코어(Carbon Core) 기술
BMW는 고급 모델에서 탄소섬유(CFRP)와 알루미늄을 조합한 'Carbon Core' 기술을 적용한다.
- BMW 7시리즈 (G11, G70) – 차체 프레임에 CFRP 사용
- BMW i3 – 탄소섬유 모노코크 차체 적용
- BMW M 모델 – 알루미늄과 CFRP를 혼합한 차체 구조
BMW는 무게를 줄이면서도 강성을 유지하기 위해 주요 차체 부위(루프, 필러, 서브프레임)에 CFRP를 적용하고, 알루미늄 섀시를 결합해 경량화를 극대화하고 있다.
메르세데스-벤츠 – 알루미늄 하이브리드 섀시
벤츠는 차체 강성을 유지하면서도 경량화를 실현하기 위해 알루미늄 하이브리드 프레임을 채택했다.
- S클래스 (W223) – 알루미늄 비율 50% 이상 적용
- AMG GT – 알루미늄 스페이스 프레임 구조
- EQ 전기차 – 배터리 프레임을 알루미늄으로 제작
벤츠는 탄소섬유보다 알루미늄 합금을 더욱 적극적으로 사용하며, 고급 모델에서는 고강도 알루미늄과 강철을 혼합해 충돌 안전성을 높이는 방식을 채택하고 있다.
아우디 – ASF(아우디 스페이스 프레임) 기술
아우디는 ASF(Audi Space Frame)이라는 알루미늄 기반 경량화 기술을 활용한다.
- 아우디 A8 – ASF 기반 차체 구조로 강성과 경량화 동시 실현
- 아우디 R8 – 알루미늄과 CFRP 복합 프레임 적용
- E-tron GT – 전기차용 경량 알루미늄 프레임
아우디는 초경량 알루미늄 합금 프레임을 개발하여 차량 무게를 줄이는 데 집중하고 있으며, 고성능 모델에서는 CFRP도 적극 도입하고 있다.
3. 강성과 안전성을 유지하면서 차량 무게를 줄이는 최신 기술
BMW의 멀티소재 조합 기술
BMW는 탄소섬유, 알루미늄, 강철을 혼합하여 강성과 안전성을 유지하면서도 무게를 줄이는 멀티소재 조합 기술을 활용한다.
- 고강도 강철 – 충돌 보호가 필요한 주요 구조물에 사용
- 알루미늄 – 엔진 서브프레임 및 하부 구조 적용
- 탄소섬유 – 지붕, 필러 등에 사용하여 무게 감소
벤츠의 알루미늄 하이브리드 보디
벤츠는 강철과 알루미늄을 조합한 하이브리드 차체를 개발해 무게를 줄이면서도 충돌 안전성을 유지한다.
- 고강도 강철 – 차체 중앙 및 B필러 강화
- 알루미늄 – 문, 후드, 서브프레임 등에 사용
아우디의 ASF와 배터리 프레임 강화 기술
아우디는 ASF 기술을 EV 전용 플랫폼에 적용하여 배터리 보호와 경량화를 동시에 실현한다.
- 알루미늄 프레임 – 충돌 안전성 강화
- CFRP 배터리 케이스 – 배터리 보호 및 무게 절감
4. 결론 – 알루미늄과 카본, 무엇이 더 우수할까?
알루미늄과 카본은 각각의 장점이 있으며, BMW, 벤츠, 아우디는 브랜드 특성에 맞춰 이를 활용하고 있다.
- BMW – 탄소섬유(CFRP)와 알루미늄을 혼합해 경량화 극대화
- 벤츠 – 알루미늄 하이브리드 섀시로 무게와 강성 균형 유지
- 아우디 – ASF 기술을 통해 알루미늄 기반 경량 차체 개발
결국 어떤 소재가 더 우수한지는 차량의 용도에 따라 달라진다. 고성능 스포츠카와 전기차에서는 카본이 유리하고, 대량 생산되는 럭셔리 세단과 SUV에서는 알루미늄 기반의 하이브리드 구조가 더 적합하다.