자율주행 기술이 발전하면서 차량 내부는 탑승자가 항상 정면을 향해 앉아 있는 형태가 아닌, 자유롭게 대화하거나 휴식하는 형태로 변화하고 있다. 이러한 변화는 필연적으로 새로운 형태의 좌석 안전 기술을 요구한다. 기존 차량의 안전벨트는 차체 측면 기둥(B필러)에 고정돼 있어 탑승자의 움직임이 제한된 상황을 전제로 차량 구조가 설계돼왔다. 하지만 자율주행 시대에는 좌석이 회전하거나 이동할 수 있는 로테이션 구조가 기본이 되는 만큼 기존 벨트 구조로는 탑승자의 안전을 보장하기 어렵다.

이러한 문제의식에서 출발한 것이 바로 시트 벨트 일체형^{BIS, Belt In Seat} 구조다. 이는 벨트를 차체가 아닌 시트에 직접 고정함으로써 탑승자의 방향이 바뀌더라도 충돌 시 몸의 움직임을 정확히 제어할 수 있다는 점이 특징이다. 최근 북미, 유럽, 일본 등 자동차 선진국을 중심으로 강화되고 있는 충돌 테스트에서도 기존 일반 벨트 구조 차량보다 BIS 적용 차량이 보다 높은 안전 성능을 입증하는 사례가 확인되고 있다.

다만 BIS 프레임은 기존 시트 벨트 구조보다 200% 이상 높은 구조 강도를 요구한다. 기존 차량은 벨트가 초고강도 B필러에 고정돼 있어 시트 자체에 큰 하중이 걸리지 않지만 BIS 구조는 충돌 하중이 시트 프레임에 집중되기 때문이다. 따라서 안전성을 확보하는 동시에 경량화를 달성하는 것이 자율주행 시대를 앞당기는 당면 과제라 할 수 있다.

광명산업은 1985년 설립 이후 차량용 시트 프레임을 비롯해 금형, 지그, 용접 설비 등을 생산·공급해온 자동차 부품 전문 기업으로, 자율주행 시대에 부합하는 새로운 좌석 안전 구조 개발에 주목했다. 광명산업은 BIS 구조가 자율주행차의 필수 요건이라 판단하고 충돌 하중을 견딜 수 있는 고강성·경량화 시트 프레임 구조 개발에 착수했다. 2019년 4월부터 2023년 12월까지 ‘시트 벨트 일체형 경량 로테이션 시트 프레임 기술 개발’ 과제를 수행했으며, 4차 연도와 5차 연도에 해당하는 2단계 과제의 주관 기관으로 참여해 BIS 시트 백프레임 설계기술과 제조기술 확보에 주력했다. 자율주행 시대의 안전성과 효율성을 동시에 만족시키는 좌석 프레임 제조를 향한 도전이었다.

과제의 핵심은 고강성의 가벼운 시트 프레임 구조를 구현하는 것이었다. 초고장력강과 복합소재를 활용해 기존 스틸 프레임 대비 무게를 약 20% 줄이면서도 동일한 강성을 확보하는 것이 관건이었다.

1.2GPa(기가파스칼)급 초고장력강 적용을 위한 금형 제작에도 공을 들였다. 광명산업은 높은 강도와 강성이 요구되는 BIS 프레임을 만들기 위해 백사이드 멤버, 어퍼 크로스 멤버, 쿠션 사이드 멤버 등 시트 프레임의 핵심 부품에 1.2GPa급 초고장력강을 적용했다. 하지만 초고장력강은 강도가 높아 스프링백^❶ 현상이 심해 제작이 까다롭다는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 수십 차례의 성형 해석과 시뮬레이션을 반복하며 프레스와 롤 포밍^{Roll forming❷}을 병행할 수 있는 금형 구조를 설계했다.

또한 열 변형을 최소화하기 위해 고강성 용접지그를 개발하고, 조립 공차와 용접 순서를 최적화해 반복 정밀도^❸를 높였다. 하중이 큰 구간에는 초고강도 스틸을, 상대적으로 하중이 작은 백프레임 상부에는 경량 복합소재를 적용해 무게를 줄였다. 이러한 하이브리드 설계를 통해 기존 시트 프레임 대비 충돌 성능 200% 향상, 약 25% 경량화라는 성과를 달성했다.

성과를 도출하기까지 과정은 결코 순탄치 않았다. 특히 1.2GPa급 강판 적용 과정에서 발생한 스프링백 현상은 예상을 뛰어넘는 수준이었다. 이에 여러 참여 기관들과 긴밀한 협업을 통해 성형 해석, 설계·공정 개선에 집중함으로써 문제를 해결했다.

이번 과제의 성과는 시트 프레임의 강성 확보나 경량화에 그치지 않는다. 차량의 좌석이 고정된 구조물이 아니라 움직임과 형태가 자유로운 핵심 모듈로 진화하는 흐름을 반영했다는 점에서 의미가 크다. 광명산업은 이번 연구를 통해 좌석의 회전·이동·틸팅 등 다양한 메커니즘을 구현할 수 있는 기술을 확보했다. 시트 구조 개발을 넘어 좌석에서 발생하는 미세한 진동과 작동 소음을 저감할 수 있는 기술도 최적화했다. 이로써 차량 내부의 안락함과 정숙성을 한층 향상하는 계기를 마련했다.

현재 광명산업은 개발된 BIS 프레임 기술의 추가적인 신뢰성 확보와 시장 진입을 위한 준비에 한창이다. 정적 하중, 충돌, 내구 등 실차 수준의 시험을 통해 내구성과 안전성을 검증하는 한편, 주요 완성차 및 시트 모듈 기업을 대상으로 기술 브리핑과 시제품 전시를 병행하고 있다. 특히 자율주행차용 스위블 시트 프레임 기술로 업계의 주목을 받으면서 상용화 논의도 구체화되고 있다.

광명산업이 개발한 BIS 프레임 기술은 향후 자율주행차와 고급차 시장을 중심으로 빠르게 확산될 전망이다. 국내 최초의 자율주행차용 BIS 로테이션 프레임 상용화 기업을 목표로 시장 선점을 준비 중인 광명산업의 다음 행보에 관심이 쏠리고 있다.