< 목 차 >

1. 개요

2. 산업 및 시장 분석

3. 기술 개발 동향

4. 특허 동향

5. 요소기술 도출

6. 전략제품 기술로드맵

1. 개요 가. 정의 및 필요성 (1) 정의  ‘미래 자동차용 친환경ㆍ경량 부품소재’는 강성 및 강도가 개선된 고비강도 경량소재를 의미▪ 제조단가, 생산성, 강도 확보를 위해 고장력 강판, 알루미늄 마그네슘 합금, 고분자소재(탄소섬유 복합재 포함)를 비롯한 다양한 경량 신소재가 연구 - 경량소재는 금속과 비금속을 포함한 다양한 소재를 활용하고 있으며, 수송기기를 중심으로 적용되고 있으며, 수송기기 경량화 구현을 위해 다양한 소재 적용, 양산성 및 가격경쟁력을 고려하여 고장력 강판, 알루미늄, 탄소섬유복합재가 산업계에서 적용되고 있는 소재 ▪ 자동차 경량화 방법 중 차체경량화는 자동차 연비 효율을 결정짓는 핵심 요소로 연료 소비 및 배기가스 배출 감소와 더불어 주행저항 감소, 제동안정성 향상 등 자동차 전반의 성능을 향상시키는 효과  자동차의 경량화의 방법은 구조(Design), 공법(Processing), 소재(Materials)의 경량화로 구분되며, 이 가운데 경량화 효율이 가장 높은 방식은 소재의 경량화 ▪ 일반 자동차의 소재별 적용 비율은 철강이 64%, 고분자 및 복합재 9%, 알루미늄이 8% 정도이며, 부위별 무게 비율은 파워트레인, 차체, 섀시 및 서스펜션 부분이 71%를 차지 - 일반적으로 강판의 강도가 증가하면, 연신율이 감소하며 가공성이 떨어지므로 차체와 섀시 부분의 강도를 유지하면서 무게를 낮추는 방법이 주로 연구되고 있음 [ 자동차의 경량화 방법 ] 구조의 경량화 공법의 경량화 소재의 경량화 정의 •요구 강도에 맞는 최적화 구조를 구현하여 소재 사용 최소화 •기존 소재를 보다 정교하게 가공하여 소재사용량 감소 •기존 철강소재를 경량소재로 대체 혹은 부분적으로 결합 장점 •기존 역량 활용 최대화 •개발시간 및 원가상승 최소화 •기존소재 활용 •원가상승 최소화 •경량화 효과가 가장 높음 단점 •혁신적 설계 아이디어 발굴이 어려움 •적용범위가 한정 •초기 대규모 설비투자 필요 •공법·설계변화로 높은 비용 •경량소재의 높은 가격 •강도 등 기계적 성능 저하 가능성 사례 •튜브구조, 신구조, 복합결합구조 •최적용접설계 •Space Frames •TWB(맞춤형 블랭킹) •하이드로포밍 •핫스탬핑 •알루미늄, 마그네슘 •고장력 강판 •플라스틱, 탄소섬유, 섬유유리 * 출처: 자동차용 경량소재 (한국과학기술기획평가원, 2020.4) 미래 자동차용 친환경·경량 부품소재7 (2) 필요성  4차 산업혁명·환경규제 강화로 친환경화, 지능화, 서비스화 된 미래차에 대한 가솔린 엔진 대비 CO2 배출량이 적으며, 연비가 높은 친환경 차량용 부품 소재 개발 요구 증가 ▪ 각국의 환경규제 강화에 대처하기 위해 하이브리드차, 전기차, 연료전지차 등 내연기관을 대체할 수 있는 미래형 친환경 자동차 개발  온실가스와 화석에너지 사용 감축을 위해 자동차 연비 규제 강화 ▪ 제21차 기후변화협약 당사국총회(COP21)에서 체결된 파리협정에 의해 모든 당사국은 지구 평균 기온 상승을 1.5℃ 이내로 제한하기 위한 자발적인 목표를 제시하였으며, 글로벌 전 산업 분야 중 23%에 달하는 수송 분야의 온실가스 배출량을 저감하기 위한 자동차 환경규제가 지속적으로 강화됨. ▪ 세계 각국에서는 강화된 연비규제에 대응하기 위해 차량 무게를 낮추는 경량 자동차 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 기존 내연기관의 연비를 향상시키기 위해 차체 경량화 수요가 증가하고 있으며, 차량 무게가 10% 감소하면 연비는 3~8% 개선되는 효과가 있음.  친환경 자동차 개발에 따른 경량화 필요성 증가 ▪ 최근 자동차 산업에 있어서 화석연료고갈(원유 가용연수 40년, 천연가스 가용연수 70년, 배기가스 규제(EURO-V, 미국 CARB) 및 기후변화협약(CO2 규제) 등의 환경 규제 심화에 따른 친환경 자동차의 필요성이 증가하고 있음. ▪ 전기자동차를 기반으로 한 미래자동차의 경우 배터리 효율이 낮아 주행거리 및 주행속도 등의 성능개선에 대한 요구가 증대되고 있음. 그러나 엔진 등과 같은 구동시스템의 효율 향상은 한계에 이르고 있으며 구동시스템에 관계없이 차량의 경량화를 통한 성능 향상에 대한 연구가 전 세계적으로 수행되고 있음.  차체용 고비강도 경량소재 및 부품화 기술 개발 요구 증대 ▪ 최근에는 경량화 효율을 극대화하기 위하여 기존의 단일소재로 이루어진 차체 구성 방식에서 부위별 경량화 효율을 극대화 할 수 있는 개념의 차체 구성에 대한 연구가 진행되고 있으며, 자동차 경량화를 위한 알루미늄 판재의 경우 기존 철강판재를 대체하기 위하여 강도 및 성형성이 우수하면서도 낮은 가격으로 사용할 수 있는 고특성 저비용 소재의 개발이 요구됨. ▪ 자동차 차체용 판재의 고품질화를 위해서 강도, 성형성, 내식성, 표면처리성 등 다기능 부여를 위한 다층화 합금설계 기술 다층판재 제조기술 최적 열처리 기술 등의 개발이 필요하며 응용 분야 확대를 위한 제조공정 개발이 필요한 상황임.  자동차 경량화용 복합재의 기술개발 필요성 증대 ▪ 미래 경량화 복합재 자동차 부품 차체 개발을 위해서는 시스템 부품 레벨의 요구도를 바탕으로 하는 소재개발 설계 해석 공정개발 시험 인증 양산평가의 전주기 기술 개발 및 체계 구축이 필요 ▪ 기존 금속재 차체의 디자인 및 설계에 기반을 둔 단순 경량소재 전환이 아닌 복합재료의 구조적 장점 이방성을 극대화한 차체 구조에 대한 연구 필요