자동차의 혜택이란 이동의 수월함 외에 탑승자를 편안하게 해주는 등의 소소한 기능을 포함한다. 이런 것들은 누군가 더 나은 것을 꿈꾸면서 시작됐고, 이를 이루기 위해 그 이상의 생각과 노력을 실천했을 것이다. BMW는 발전 가능한 아이템에 대해 ‘그것이 매우 작고 사소한 부분일지라도’ 지속적으로 완성도를 높이기 위해 노력했고 최적화시켜왔다. 예를 들어 차의 도어를 여닫는 것에서부터 일상적인 자동차 생활에서 크게 인식하지 못했던 편리에 대한 느낌 역시 이같은 엔지니어들의 상상과 실현 노력으로 가능해졌다. 

도어와 사람의 ‘관계’를 이해

매일 열고 닫는 자동차 도어. 사실 도어 하나에도 다양한 기술과 문화적 이야기들이 많이 담겨 있다. 어떤 차들, 아니 매우 다양한 차들이 세대를 달리하는 동안 자동차 도어에 관련된 시스템도 지속적으로 발전됐다. 사실 도어 설계의 항목에는 우리가 눈으로 볼 수 있는 내외부의 형태적 요소 외에도 여닫는 방식, 잠금과 해제 방식, 도어의 움직임과 위치 고정, 유리창이 여닫힐 때의 속도와 소리, 외부 소음의 차단, 경량화, 충돌 안정성 등에 이르는 수많은 내용이 고려되고 있다.
아예 도어 자체가 없거나 작게 형태만 갖춘 차도 있지만, 현재에 도어의 역할은 매우 크고 절대적이라고 할 수 있다. 이는 어떤 자동차에게 주어진 역할, 또는 지역이나 문화적인 것과도 연관된다. 예를 들어 영국에서 탄생한 최고급 자동차 롤스로이스의 도어에는 비가 잦은 기후 조건을 고려해 뒷문에 우산이 내장된다. 도어 트림 내부에 원통형 우산 보관함을 만들어 비가 오면 언제라도 꺼내 쓸 수 있게 했다.
BMW Z시리즈의 출발점이 된 Z1(1989~1991년)의 도어는 상하 방향으로 여닫히는 슬라이딩 도어가 채택됐다. 이 도어는 매우 특별하게도 문이 바깥쪽으로 나오는 것이 아니라 차체 안쪽으로 여닫히는 인슬라이딩 도어 타입이었다. 독특하면서도 스포티한 감성을 자아내는 Z1의 슬라이딩 도어는 문을 여닫을 때 좌우 어느 쪽이든 옆에 있는 다른 차에 전혀 영향을 주지 않는다.
어쩌면 자동차 디자인은 우리 주변에서 볼 수 있는 집, 선박, 냉장고 등의 형태에서 발전됐다고 할 수 있다. 한때 BMW의 디자인 수장을 맡기도 했던 크리스 뱅글은 자동차의 도어 라인을 기점으로 한 새로운 디자인 형태를 만들어내기도 했다. 언젠가 그는 디자인 강연에서 자동차와 냉장고의 도어를 비교하며 “디자인이 단지 형태만을 의미하는 것이 아니라 사람과 그 대상과의 ‘관계’를 의미하는 것”이라고 말했었다. 자동차의 도어는 차와 고객(또는 탑승자)이 가장 처음 접촉하는 부분이라는 점에서 더욱 의미가 있다. 고객이 차에 타기 위해 가장 먼저 하는 일은 바로 그 차의 아웃사이드 도어 핸들을 잡고 여는 것이다. 첫 인상이 중요한 만큼 어떤 차와의 첫 스킨십을 시작하는 것도 도어다. 도어를 여닫는데 들어가는 물리적인 힘의 강도와 전반적인 동작의 자연스러움, 그리고 움직이고 여닫히는 동안 발생할 수 있는 소리에 이르기까지 자동차 도어가 잘 만들어지려면 ‘사람과의 관계’를 심도 깊게 이해하는 노력이 따라야 하고, 그에 맞는 형태와 기능 및 기술이 포함돼야 한다. 이는 고급차일수록 도어를 여닫을 때 갖는 첫 느낌에서 이미 고객에게는 그 차에 대한 정신적인 이미지가 형성되기도 한다.


무단 도어 브레이크

형태는 다르지만 집안에 있는 도어나 냉장고의 도어, 그리고 자동차의 도어에는 구조적으로 공통 부분이 있다. 공간과 소리 같은 환경의 경계를 이루는 동시에 차단 및 보호의 역할을 하는 도어 패널, 내외부의 손잡이(Inside or Outside Handle), 힌지(Hinge, 경첩)로 이뤄져 있다. 그런데 냉장고나 집안의 도어에 없고 자동차 도어에만 있는 기능이 있다. 이것은 바로 도어 스톱 내지 체크 또는 도어 브레이크라는 것이다. 대개 냉장고 도어를 완전히 열면 냉기기 금방 밖으로 빠져나간다. 혹시 냉장고에서 음식 몇 가지를 꺼내거나 넣을 때 불편한 점을 느낀 적은 없는가? 굳이 냉장고 도어를 완전히 열지 않고 1/3쯤 열린 상태로 정지돼 있었으면 좋겠다는 생각을 해본 적은 없는가? 냉장고 도어는 손으로 잡고 있지 않은 한, 중간 혹은 열린 위치에서 정지하는 기능은 없다. 대부분 한번 열면 거의 완전히 열리거나 완전히 닫히는 쪽에 그 중심이 맞춰져 있다. 아마 다음 세대의 냉장고 개발자는 이런 기능을 넣어 제품을 홍보하는 것도 좋을 것이다.
이유는 간단하다. BMW 7시리즈 도어가 그러한 것처럼 무의식중이라도 사용이 더 편하다는 것을 고객들이 먼저 알아주기 때문이다. 아파트 현관 같은 도어에는 보통 수동(또는 족동)으로 문이 열린 위치를 임시로 고정시키는 고임장치(도어 스토퍼)가 붙어 있다. 이 스토퍼를 이용하면 원하는 위치만큼만 도어를 열어둘 수 있어 물건을 여러 번 옮길 때 편리하다.
자동차에서 그와 비슷한 역할을 하는 것이 ‘도어 브레이크’고 도어 시스템에 내장돼 있다. 이는 자동차의 도어가 완전히 개방되는 지점과 완전히 닫힌 지점의 중간 중간에 그 위치에 임시로 정지(Hold)시킬 수 있는 역할을 한다.
BMW가 디자인한 도어 브레이크의 원형은 주로 5시리즈 이하에서 사용되는 도어 브레이크다. 먼저 E60 5시리즈 시절에는 컨트롤 암에 커다란 굴곡을 줘 도어를 열다가 놓으면 그 부분에서 멈추는 방식을 썼다.
F10 5시리즈부터는 컨트롤 암에 입체적으로 새겨진 레일을 따라 이동하다가 움푹 페인 홈 부분에서 특수한 톡스 볼트가 브레이크를 거는 타입으로 변화됐다. 물론 레일을 따라 수평으로 움직이기 때문에 홈과 홈 사이의 움직임은 더 부드러워졌고, 브레이크가 걸렸다가 풀어지는 느낌도 훨씬 자연스러워졌다. 그러나 이런 도어 브레이크의 공통적인 단점은 정지되는 지점이 3~4단계로 구분돼 있다는 점이다.
자동차 회사마다 그리고 차급에 따라 도어 브레이크의 구조가 다르다. 중요한 것은 그 기능 하나하나가 사용자 편의성과 안전성에서 얼마나 높은 수준을 갖췄느냐는 것이다. 가격 대비 성능을 우선 시 한 제품과 사람과의 관계를 깊이 고려한 설계는 도어를 움직이는 손끝만으로도 감지할 수 있다. 가격대비 성능만을 고려해 간단한 구조를 가진 차들 역시 3~4단계의 브레이크 포인트를 갖고 있지만, 이런 형태는 도어를 제어하는 데 그리 편치 않다. 기본적으로 도어가 너무 무거우면 도어 자체가 무거워 경사로에서 문을 여닫는 게 힘들고, 열린 상태로 위치를 고정하기도 쉽지 않다. 너무 가벼워 문을 여닫을 때 깡통소리를 내는 차들도 있다. 이런 도어는 바람이 조금만 세게 불어도 곤란해질 수 있다.
가장 문제는 브레이크 포인트 설계까지 잘못됐을 경우다. 특히 무거운 도어는 열거나 닫을 때 각 브레이크 포인트를 넘기기 어려울 수 있다. 또한 도어 브레이크 포인트에서 약간 벗어난 지점에서 도어를 밀고 있던 손을 떼었을 때 스프링의 반작용 현상처럼 회전방향을 따라 앞뒤로 건들거려 자칫 측면 장애물로 인해 옆에 있는 차나 자기 차의 도어에 흠집을 낼 가능성도 있다. 총이나 대포를 쏠 때도 발사각이 조금이라도 틀어지면 엉뚱한 결과가 나오는 것처럼 도어 브레이크 포인트는 축의 중심에 두고 있고, 도어의 가장자리는 바깥쪽의 궤적은 원호를 따라 이동하기 때문에 정확한 브레이크 포인트가 아니면 도어 외측의 이동 폭이 넓어진다.
그러나 BMW 7시리즈의 도어 브레이크는 도어를 여닫을 때 일어날 수 있는 불편함을 대부분 해소했다. 작동원리를 간단하게 설명하면 ‘유압식 댐퍼’를 이용한 것이고, 무엇보다 중요한 것은 브레이크 포인트가 3~4단계로 정해지지 않고 무단계라는 점이다. 즉 도어를 열고 닫다가 어느 위치에 놓더라도 원하는 지점에 도어 위치가 정지한다. 열어 두면 그 자리에서 도어를 움직일 정도의 필요한 외력이 작용하지 않는 한 멈춰 설 수 있고, 이는 순수하게 기계적 원리로만 돼 있다. 이같은 유압 댐퍼 방식의 도어 브레이크는 7시리즈 중에서 E65부터 사용됐고, F01/02 7시리즈에서 2세대 유압 댐퍼를 사용하며 더욱 최적화된 형태로 발전했다. 2세대 시스템은 보다 정밀하고 자연스럽게 도어의 열림 위치를 고정할 수 있고, 열린 위치를 유지하는 구속력도 향상됐다.
많은 사람들이 BMW 7시리즈의 도어를 여닫으면서 편하게 여기는 것은 이밖에도 여러 이유가 있다. 우선 구조적으로 봤을 때 도어 브레이크의 설계 시 중요한 것이 회전의 중심축과 도어의 가장자리 지점 사이의 거리에서 가장 자연스러운 브레이크 효과를 낼 수 있는 최적의 지점을 찾아내는 것인데, 7시리즈에 적용된 유압 댐퍼의 길이가 이같은 이치에 근거해 설정됐다. 즉 회전하는 도어의 축이 되는 지점에 댐퍼의 한쪽이 고정되고, 댐퍼의 반대편 끝 지점은 도어의 내부에 고정됐다. 또 도어의 열림 위치에 따라 유압 댐퍼의 길이가 최소치에서 최대치까지 늘어난다. 이 과정에서 유압 댐퍼는 마치 자동차의 서스펜션에 사용되는 댐퍼처럼 차체의 상승 또는 하강 동작에서 완충시키는 역할만 가져와 도어 브레이크로 이용한다.
특히 도어의 위치 정지에서 중요한 것은 양방향으로 저항을 발생시켜야 하는 점이다. 여기서 저항의 목적은 경사진 곳이나 바람이 불고 있을 때 도어가 열리거나 닫히지 않게 하기 위함이다. 실제로 한쪽으로 기울어진 곳에서는 도어 자체의 무게로 의도와 상관없이 도어가 열리거나 닫히는 상황이 연출될 수도 있기 때문이다. 그리고 반대쪽으로 경사진 곳까지 모두 감안하면 양방향으로 저항이 작용해야한다. 또한 도어를 열어 둔 상태에서 무언가를 하는 동안 바람에 의해 의도하지 않게 도어가 열리거나 닫혀 손가락 같은 신체 부위가 다치는 위험도 방지해야한다. 그러나 아이러니컬하게도 저항이 너무 세면 도어를 열거나 닫기가 어렵다. 따라서 이런 여러 상황을 고려할 때 단지 유압 댐퍼 하나만으로 해결할 수는 없다.

센트럴 로킹 시스템

도어 시스템은 사람과 자동차의 관계를 고려해야 하는 설계인 만큼 구조부터 작동의 신뢰성, 잠금과 관련된 부가적인 기능들, 최적화된 도어의 크기, 경량화, 그리고 실(Seal)의 저항과 차내의 동적 압력도 고려한 동적 환기(Dynamic Ventilation)도 최적화해야한다. 예를 들어 자동차 내부 공기는 온도조절 측면에서 쾌적성을 전제로 설계되기 때문에 거의 정적인 상태이지만, 도어를 열거나 닫을 때는 동적인 상태가 된다. 동적 환기의 최적화는 도어를 열 때보다 닫을 때 더 절실하게 요구되는데, 도어가 닫히는 과정에서 압력은 낮으면서도 신속하게 감소해야 잘 닫힌다. 이를 위해서 차 내부의 용적, 도어의 크기와 중량, 환기 시스템을 포함한 차 내부의 미세한 공차들까지 많은 요소가 매우 섬세하게 설계돼야한다. 이런 분야에서 BMW 7시리즈와 5시리즈는 업계 최고 수준에 있다. 트렁크나 도어를 세게 닫아도 제대로 닫히지 않는 차들은 결국 이런 동적 환기 설계가 부족한 것이다.
도어 기술에서 우선순위를 따진다면 충돌 안전성의 강화가 가장 큰 것이지만, 앞서 언급한 내용들 외에도 많은 것들이 포함된다. 보안과 관련 깊은 센트럴 로킹 시스템, 유리창을 여닫는 과정에서 창문에 손이나 신체 일부가 끼었을 때 자동으로 내려주는 세이프티 파워 윈도 기능, 인테리어 디자인과 연관 있는 도어 트림 디자인 등은 눈과 손으로 확인할 수 있는 것들이다. 보이지 않는 도어 내부에는 이음매의 레이저 용접을 비롯한 견고한 접합 방식, 소재 측면에서는 충돌 안전성 향상을 위한 냉간 압연 방식으로 만든 고강도 사이드 임팩트 바, 경량화는 물론 구조적으로 힘의 균등한 전달까지 고려돼 있다. 물론 강력한 측면 충돌 사고에서도 도어는 열리게 설계돼 있다. 특히 알루미늄 도어는 인텔리전트 경량화(보디의 총체적인 경량화)의 맥락에서 시도된 것이지만, 스틸 이상의 높은 수준의 강도를 유지하면서도 중량 최소화(F01/02 기준, 옵션에 따라 다르지만 도어 1개당 최소 2.8 kg 감량) 및 실제 사용에서의 편리함을 위해 최적화돼 있다.
두께 4.85 mm에 이르는 유리창, 밀폐성이 좋은 실링 구조 등은 더 조용한 실내 소음 수준을 만드는데 크게 기여한다. 또 고급차일수록 도어를 여닫을 때 발생하는 소리는 고객이 차의 품질을 느끼는 분야다. 도어를 닫을 때 ‘딸깍’거리는 소리는 도어 캐치가 도어 스트라이커를 잡으면서 발생되는 데, 엔지니어들은 이런 부분에서도 최소화를 위해 노력한다. 또한 오토매틱 소프트 클로즈 시스템(Automatic Soft Close System)이 적용된 차에서는 도어가 덜 닫힌 상태로 주행하는 것을 방지하기 위해, 열렸다 닫히는 위치를 감지하는 스위치가 내장돼 있다. 가령 도어가 덜 닫혀도 도어 캐치에 내장된 홀 센서(hall Sensor)가 도어 스트라이커를 감지하면 도어 캐처의 하단에 내장된 모터와 케이블이 작동하고, 지렛대의 원리로 케이블이 레버를 당겨 로터리 스트라이커가 움직이면서 자동으로 부드럽게 당겨 도어를 완전히 닫아준다. 이때 들리는 소리는 탑승자의 귀와 마음을 안심시킨다.



차의 보안 및 탈출과도 관련 있는 로킹 시스템 역시 그저 잘 열리고 닫히는 일상적인 기능이라 여길수도 있지만, 분명 사람과 차의 관계를 충분히 고려해야 하는 부분이다. BMW에서는 이것을 ‘센트럴 로킹 시스템’에 모두 담았다.
센트럴 로킹 시스템은 차의 보안 차원에서 매우 강력하면서도 스마트한 기능들을 갖고 있다. 열쇠를 가진 차주를 인식하는 것에서부터 도어의 잠금과 해제에 관련된 모든 일은 CAS(Car Access System) 모듈이 총괄한다. 센트럴 로킹 시스템이 활성화된 상태에서는 앞서 언급한 오토매틱 소프트 클로즈 기능과 트렁크, 그리고 연료탱크에 이르기까지 차의 보안에 관련된 모든 도어의 잠금과 해제 상황을 관찰하고 통제한다. 자동차와 차의 열쇠는 지능적인 암호화 시스템을 사용하는 ID 트랜스미터로 서로를 인식한다. 컴포트 액세스(Comfort Access) 옵션이 적용된 경우 굳이 열쇠를 꺼내지 않아도 트렁크를 열 수 있다. 사고가 났을 경우 충돌 센서가 이를 감지해 도어의 완전 잠긴 상태를 해제시키고, 주행 상황에서는 휠 스피드 센서의 값이 통합 섀시 매니지먼트로 전달되며, 다시 CAS를 통한 명령체계를 이용해 주행 여건에 맞춰 완전 잠금을 실행한다. 뿐만 아니라 시스템은 어린이나 노약자 같은 탑승자의 안전에 관련된 기능도 포함한다. 실제로 지난여름 5세 어린이가 차안에 오랜 시간 방치됐다가 사망에 이른 사고가 이슈가 된 적이 있다. 한 여름에는 차안의 온도가 50 ℃가 넘는 것을 감안할 때, 차 안에서 쉽게 밖으로 탈출하는 기능이 있었다면 이런 사고를 막을 수 있었을 것이다. 일반적으로 자동차의 잠금 장치는 ‘록(1차 잠금, 차의 도어가 닫힌 상태)→데드-록(2차 잠금, 밖에서 문이 열리지 않도록 완전 잠금)’으로 이뤄져 있다. 게다가 예전의 많은 차들은 밖에서 도어를 잠그면 기계적으로 꼼짝없이 잠기기 때문에 자동차의 기능을 잘 모르는 아이들에게 위험한 상황이 연출될 수 있다. 그러나 BMW의 센트럴 로킹 시스템의 경우에는 안에서 인사이드 도어 핸들을 두 번만 당기면 도어가 열리고 밖으로 나올 수 있다. 차안에 있는 사람이 한 번 당기면 ‘데드-록’에서 ‘록’으로 바뀌고, 한 번만 더 당기면 도어가 열린다. 열쇠가 없는 상태에서 잠긴 문을 열기 위해 얇은 쇠자나 철사 줄을 넣어 잠금을 해제하던 기계적인 로킹 시스템과 달리 전자식 센트럴 로킹 시스템을 채택했기 때문이다.
이같은 기능은 BMW 520, 320, X3 등에 적용된다. 7시리즈나 GT 등 상위 모델에서는 레버를 당기는 것이 아니라 센트럴 로킹 버튼을 누르면 ‘데드-록’이 ‘록’으로 바뀌고 이때 레버를 당겨 열 수 있다. 만약을 위해서라도 아이들에게 사용 방법을 알려준다면 더 안전한 방법이 될 것이다.
보통은 대수롭지 않게 여기고, 무심코 사용했던 기능들이지만, BMW의 도어는 고객이 인지하지 못할 만큼 편리하면서도 안전하게 만들어져 있다. 이것은 도어 하나에도 그만큼 사람과 자동차의 관계를 깊이 연구한 결과다.

AEM_Automotive Electronics Magazine