미국 도로에서 사망하는 승용차 탑승자의 약 절반은 정면 충돌 사고에서 발생한다. 미국 고속도로교통안전국(NHTSA)이 1970년대 후반에 시작한 충돌 테스트 프로그램과 1995년부터 IIHS(고속도로안전보험협회)가 진행해 온 충돌 안전성 평가 덕분에 정면 충돌 보호 분야에서는 큰 진전이 이루어졌다.
IIHS는 두 가지 다른 정면 충돌 테스트를 실시한다: 중첩도 정면 충돌 테스트(이전 명칭: 오프셋 정면 충돌 테스트)와 소규모 중첩도 정면 충돌 테스트다.
중첩도 정면 충돌 테스트 구성 vs. 소규모 중첩도 정면 충돌 테스트 구성
중첩도 정면 충돌 테스트
IIHS가 중첩도 정면 충돌 테스트를 시작했을 당시, 대부분의 차량은 'poor(미흡)' 또는 'marginal(보통)' 등급을 받았다. 오늘날에는 압도적 다수의 차량이 'good(우수)' 등급을 획득한다. 탑승객 공간은 과거에 비해 훨씬 강력해졌다. 충돌 시에도 형태를 유지하며 안전벨트와 에어백이 제 역할을 할 수 있도록 돕는다.
중첩도 정면 충돌 테스트에서는 차량이 시속 40마일(약 64km/h)로 알루미늄 허니콤 재질의 변형 가능한 면을 가진 배리어(장애물)를 향해 주행한다. 배리어 면의 높이는 약 2피트(약 61cm)다. 평균 체격의 성인 남성을 대표하는 하이브리드 III 더미가 운전석에 위치한다. 차량 전체 폭의 40%가 운전석 쪽에서 배리어와 충돌한다.
이 테스트에서 발생하는 힘은 동일한 무게의 두 차량이 각각 시속 40마일 미만으로 주행하다 정면 오프셋 충돌했을 때 발생하는 힘과 유사하다.
소규모 중첩도 정면 충돌 테스트
전방 충돌 보호 성능을 더욱 개선하기 위해 IIHS(미국 고속도로안전보험협회)는 2012년부터 스몰 오버랩 전방 충돌 테스트를 도입했다. 이 테스트는 차량 전방 모서리가 다른 차량이나 나무, 전봇대 같은 물체와 충돌할 때 발생하는 상황을 재현하도록 설계되었다. 이 충돌 테스트는 탑승자가 전방뿐만 아니라 차량 측면 방향으로도 움직이기 때문에 일부 안전벨트 및 에어백 설계에 있어 까다로운 과제가 된다.
스몰 오버랩 전방 테스트에서 차량은 시속 40마일(약 64km/h)로 5피트(약 1.5m) 높이의 단단한 장애물을 향해 주행한다. 평균 체격의 성인 남성을 대표하는 하이브리드 III 더미가 운전석에 배치된다. 차량 전체 폭의 25%가 운전석 쪽 장애물과 충돌한다.
대부분의 최신 차량은 탑승자 공간을 감싸는 안전 케이지를 갖추고 있으며, 정면 충돌이나 중간 오버랩 전방 충돌 시 변형이 거의 없이 견딜 수 있도록 설계되었다. 동시에 크럼프 존(충격 흡수 구역)은 충돌 에너지를 관리해 탑승자 공간에 가해지는 힘을 줄여준다. 주요 크럼프 존 구조물은 전면부 중앙 50% 영역에 집중되어 있다. 충돌이 이 구조물과 관련될 경우 탑승자 공간은 침입으로부터 보호되며, 전방 에어백과 안전벨트가 탑승자를 효과적으로 구속하고 보호할 수 있다.
스몰 오버랩 전방 충돌은 주로 차량의 외곽 부분에 영향을 미치며, 이 부위는 크럼프 존 구조물에 의해 잘 보호되지 않는다. 충돌 에너지는 전방 휠, 서스펜션 시스템 및 대시보드(방화벽)로 직접 전달된다. 휠이 뒤쪽으로 밀려 발밑 공간(풋웰)까지 들어가는 경우가 흔하며, 이는 탑승자 공간에 더 큰 침입을 초래해 심각한 다리 및 발 부상으로 이어진다. 스몰 오버랩 충돌에서 효과적인 보호를 제공하려면 안전 케이지가 크럼프 존 구조물에 의해 완화되지 않은 충돌 힘을 견딜 수 있어야 한다. 이러한 전면부 구조물을 넓히는 것도 도움이 될 것이다.
평가 기준
엔지니어들은 중간 오버랩 및 스몰 오버랩 전방 테스트에서 차량 등급을 결정하기 위해 세 가지 요소를 고려한다: 구조적 성능, 부상 지표 및 더미 움직임.
구조/안전 케이지: 차량의 구조적 성능을 평가하기 위해 엔지니어들은 충돌 후 탑승자 공간으로의 침입량을 측정한다. 중간 오버랩 테스트에서는 운전석 주변 9개 지점에서 측정이 이루어진다. 스몰 오버랩 테스트에서는 차량 내부 및 외부 운전석 쪽 16개 위치를 측정한다. 침입량과 패턴은 전면 크럼프 존이 충돌 에너지를 얼마나 잘 관리했는지, 그리고 안전 케이지가 얼마나 잘 버텼는지를 보여준다.
부분 중첩 충돌 시 차체 침입 측정
소규모 중첩 충돌 시 차체 침입 측정
상해 측정: 더미에 내장된 센서는 실제 유사한 충돌 사고에서 운전자가 입을 수 있는 다양한 유형의 부상 가능성을 판단하는 데 사용된다. 더미의 머리, 목, 가슴, 다리, 발에 장착된 센서가 기록하는 측정값은 해당 신체 부위에 가해지는 응력이나 변형률, 즉 부상 위험도를 나타낸다.
구속장치/더미 거동: 상해 측정값이 낮더라도 충돌 중 더미의 움직임을 고려하는 것이 중요하다. 모든 운전자가 더미와 동일한 체격이거나 정확히 같은 자세로 앉아 있는 것은 아니기 때문이다. 더미에게는 가까스로 모면한 상황이 실제 사람에게는 실제 부상으로 이어질 수 있다.
각 충돌 테스트 전에 기술자들은 더미의 머리, 무릎, 하퇴부에 그리즈 페인트를 바른다. 테스트 후 페인트 자국을 통해 차량의 어떤 부위가 더미의 해당 신체 부위와 접촉했는지 알 수 있다. 이 페인트 자국은 충돌 순간을 촬영한 고속 필름 영상과 함께 엔지니어들이 더미의 거동을 평가하는 데 활용된다.
1996년형 현대 쏘나타: POOR vs 2006년형 현대 쏘나타: GOOD
부분 중첩 정면 충돌 테스트에서 우수(GOOD) 등급을 받은 차량은 실제 유사한 충돌 사고에서 어떤 성능을 보일까?
IIHS 등급을 받은 차량을 대상으로 한 14년간의 충돌 데이터 분석 결과, 부분 중첩 테스트에서 우수(GOOD) 등급을 받은 차량의 운전자는 낮음(POOR) 등급 차량 운전자에 비해 정면 충돌 사고로 사망할 확률이 46% 낮은 것으로 나타났다. 충분(ACCEPTABLE) 또는 보통(MARGINAL) 등급을 받은 차량의 운전자는 낮음 등급 차량 운전자보다 사망 확률이 33% 낮았다.
정면 충돌 테스트 결과를 차량 중량 등급 간 성능 비교에 사용해서는 안 된다. 부분 중첩 및 소규모 중첩 정면 테스트에 관련된 운동 에너지는 테스트 차량의 속도와 중량에 따라 달라지기 때문이다. 따라서 충돌은 더 무거운 차량일수록 더 심각하다.
동일한 정면 충돌 등급이라면, 실제 충돌 상황에서는 일반적으로 더 무거운 차량이 더 나은 보호 성능을 제공한다. 2009년, IIHS는 중간 겹침 충돌 테스트에서 모두 우수한 정면 충돌 등급을 받은 소형차와 대형차를 충돌시키는 일련의 테스트를 통해 이 원칙을 입증한 바 있다.
2012년형 현대 쏘나타 vs 2013년형 기아 K5, 작은 겹침 충돌 비교
모델 연도별로 충돌 등급이 어떻게 최신 상태로 유지되는지에 대한 자세한 내용은 테스트 검증 페이지를 참조하면 된다.
IIHS가 작은 겹침 정면 충돌에서의 차량 보호 성능 평가를 막 시작했기 때문에, 시간이 지남에 따라 차량 성능이 어떻게 변화할지에 대한 비교 데이터는 아직 확보되지 않았다. 과거에도 IIHS가 차량 테스트 프로그램에 새로운 평가 항목을 추가할 때마다 자동차 제조사들은 신속하게 보호 성능을 개선해 왔다. 새로운 작은 겹침 충돌 테스트에 대해서도 동일한 반응이 나타날 것으로 예상된다.
NHTSA의 전폭 정면 충돌 테스트 구성
IIHS의 정면 충돌 테스트는 NHTSA의 신차 평가 프로그램(NCAP) 정면 충돌 테스트와 어떻게 다를까?
신차 평가 프로그램(NCAP)에서는 승용차를 시속 35마일(약 56km/h)의 속도로 차량 전폭을 덮는 강체 장벽에 충돌시킨다.
IIHS는 전폭 충돌 테스트 대신 오프셋 정면 충돌 테스트를 실시한다. 오프셋 충돌에서는 차량 앞부분 전체가 아닌 한쪽 면만 장벽에 부딪힌다. 그 결과, 충돌 에너지를 흡수해야 하는 차체 구조의 면적이 더 작아지고, 승객실로의 침입 가능성이 더 높아진다. 오프셋 테스트는 전폭 테스트보다 차체 구조에 더 가혹한 조건을 제시하는 반면, 전폭 테스트는 안전벨트와 에어백에 더 가혹한 조건을 부과한다. 전폭 테스트에서는 차체 구조의 파손이 적기 때문에 구속 장치가 처리해야 하는 감속도가 더 크다. 이 두 테스트를 함께 실시하면 각각의 테스트만으로 얻을 수 있는 것보다 정면 충돌 안전성에 대한 더 포괄적인 정보를 제공한다.
NCAP은 매우 성공적이었다. 자동차 제조사들은 좋은 등급을 받기 위해 차량을 개선함으로써 법에서 요구하는 수준보다 더 높은 정면 충돌 안전성을 확보하게 되었다. 1990년대에 이르러 대부분의 차량은 전폭 정면 충돌 테스트에서 우수한 성능을 보였다.
2010년, NHTSA는 기준을 강화하고 다양한 테스트 결과를 하나의 등급으로 통합하여 소비자에게 차량 안전성에 대한 종합적인 시각을 제공하는 강화된 5성급 평점 시스템을 발표했다. 이러한 NCAP 변경 사항은 2011년 이후 모델에 적용된다.
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