에어백이 안 터졌다고 그게 다 불량은 아니다.

** 영종대교 사고 이후 일부 차량 사진을 가지고 에어백이 터졌네 어쩌네 설왕설래 하는걸 보고, 다른 곳(주 활동 카페)에 대략 한 달 전쯤 게시한 글을 옮겨왔습니다. 사고에 휘말린 분들의 빠른 쾌유를 바라며 심심한 위로의 마음을 전합니다.

요즘 사고난 자동차 사진이 올라왔다 싶으면 에어백이 터졌냐 안 터졌냐부터 따지는 분위기가 만연해서, 좀 답답한 마음에 키보드를 두들겨 봅니다. 사실 예전부터 이 이야기를 해 보고 싶었는데 귀찮기도 하고, 생각이 정리가 되는 것도 아니고 해서 접어버리곤 했는데.. 퇴직이 얼마 남지 않은 시점이라 그냥 느긋하게 월급도둑 생활을 즐기고 있는 상황이라 심심해서 ㅎㅎ

그렇다고 해서 아주 깊이가 있는 글을 적겠다는 건 아닙니다. 그냥 두서 없이 키보드 두들길거에요. 챕터 나누는 것도 특별한 기준이 있는 것도 아니고, 서로 매끄럽게 이어지지도 않을겁니다. 졸업논문 쓰는 것도 아닌데 이 정도는 좀 봐 주세요.

일단 오해하지 말아야 할 것: "에어백 미전개 사례 모두 이유가 있어서 안 터졌다" 라고 주장하는게 아닙니다. 개중에는 분명 에어백이 전개돼 승객을 보호해야 했음에도, 제 구실을 못해 승객의 상해를 경감하지 못한 불량 사례도 분명히 있을 것입니다.

제가 "에어백이 안 터졌다고 다 불량은 아니다"라고 하는 사례는 [사고가 났는데, 운전자가 멀쩡히 걸어 나와서, 자기 차 사진을 직접 촬영해서, 인터넷에 공개하는 경우]에 한정합니다. 이런 경우 운전자가 입는 부상은 대개 골절과 같은 중상이 아닌 팔 근육이나 손목 인대 부상 정도가 되겠고, 이 정도의 "경미한 사고"에서는 "에어백이 터지는게 오히려 불량"이라는 게 이 글의 요지라고 하겠습니다.

1. 에어백이 제 효과를 발휘하는 사고의 예

Global NCAP 에서 인도에서 판매되는 소형차들(대개 에어백이 없는 저가형 모델)을 대상으로 충돌안전성 시험을 실시했는데, 에어백이 없는 차량들 대부분이 0-STAR 라는 참담한 결과를 보였습니다. 아래는 에어백이 설치되지 않은 VW Polo의 총돌 시험 비디오입니다. 테스트에 사용된 더미의 머리와 가슴이 스티어링휠에 부딪치는 것을 볼 수 있습니다.

별이 몇 개냐에 따라 상해등급이 얼마인지까지는 모르겠지만, 위와 똑같은 VW Polo에 에어백을 추가하면 0-STAR -> 4-STAR로 충돌안전성이 향상됩니다.

에어백은 승객이 스티어링휠이나 대시보드 등에 머리나 가슴을 부딪쳐 다치는 것을 막아주는 역할을 합니다. 다시 말해, 머리나 가슴이 스티어링휠이나 대시보드 등에 부딪치지 않을 정도의 사고에서는 에어백이 전개될 필요가 없다는 의미입니다.

미국 NHTSA는 1990~2000년 동안 발생한 사고 중 에어백에 의한 사망이 175건이라 확인함. 이 중 104건이 어린이였음.

해당 기간 동안 에어백이 전개된 사고 건수는 약 330만건이었으며, NHTSA는 6,377명 이상의 생명을 구했다고 산정함.

(wikipeia.org, http://en.wikipedia.org/wiki/Airbag#Injuries_and_fatalities)

간혹, "경미한 사고라 하더라도 에어백이 전개돼야 안전한 것 아니냐"고 이야기하는 이들도 있습니다만, 에어백은 전개되면서 폭압에 의한 상해 가능성이 있는 만큼, 에어백이 입힐 수 있는 상해의 가능성보다 에어백이 상해를 경감시킬 가능성이 높은 경우에만 작동하는 것이 상식에 부합합니다. 인터넷에 흔히 떠도는 사진들 중 "에어백이 생명을 구할만 한" 사례가 얼마나 될까요? 다시 한 번 말하지만, 에어백이 미전개되어 중상이나 사망에 이른 사례까지 불량이 아니라고 이야기하는게 아닙니다.

2. 에어백 센서 = 가속도계

에어백이 터졌네 안 터졌네 하면서 흔히 등장하는건 "충격량"이라는 표현입니다. 뭐 충격량이 얼마가 안 돼서 안터졌니 어쩌니.. 하는데 다른 말로 표현하면 가속도를 말하는 것입니다. 가속도계는 우리가 매일 들고 다니는 핸드폰에 다 들어 있어요. 것도 3축으로. 이걸로 중력 방향을 감지해서 화면 회전이나 기울기 따위를 계산하는 것이죠.

차에도 이런 가속도계가 달려 있습니다. 바로 에어백 센서가 그것입니다.

위 그림은 2열 사이드 에어백까지 달린 사양일 때 센서 구성을 간단히 그린 것입니다. 사양에 따라 센서 갯수는 조금씩 달라지긴 하겠습니다만, 위치는 대개 저 그림과 비슷한 편입니다. 각각의 센서는 위 그림에 표시된 화살표 방향의 가속도를 감지하는 역할을 수행합니다.

차량에 따라 전방/측방 충돌센서를 따로 설치하지 않고, 에어백 컨트롤러 내에 탑재된 센서만으로 에어백 전개 여부를 판단하는 경우도 있습니다. 실제 내부 설계나 전개 알고리즘까지는 파악할 수 없으나, 차량 전/측방에 설치된 센서와 컨트롤러 내부에 설치된 센서를 상호 비교하여 전개 여부를 판단할 것이라 예상합니다(센서 하나만 쓰는 것 보다는 나을테니까요).

3. 간단한 사고실험

상황을 가정하고 머리 속으로 결과를 예상해보는 사고실험을 하나 해 봅시다.

- 무게 1500kg의 자동차가 36km/h(=10m/s)의 속력으로 고정된 벽(또는 물체)에 충돌하는 상황임.

- 차량 전방을 일정한 크기의 격자로 나누고, 충돌 시 파손되는 칸의 갯수를 셈. 격자 한 칸의 길이는 10cm(= 0.1m).

- 한 칸이 벽에 충돌하면서 일정한 운동에너지(2,083J)를 감쇄. 총 36개의 칸이 파손되면 자동차는 정지함.

- 자동차에서 뼈대 역할을 하는 사이드레일 부위는 에너지 감쇄량을 2배로 함.

- 계산 편의상 부딪쳐서 에너지를 상실한 부위의 질량까지 계산하지는 않음. 질량은 1500kg로 고정.

위와 같은 상황을 가정하고, 충돌 시 차량 중심 부분과 전방 센서에 입력될 가속도를 계산해봅시다.

3-1. 전방 100% 충돌

총 36개의 셀이 파손되면 차가 정지하는 것을 가정했기 때문에, 전방 100% 충돌을 한 경우 위와 같은 형태로 파손이 될 것입니다. 단계별로 차량 속력, 가속도를 계산해서 그래프를 그려보면...

이런 그래프가 나오네요. 구간별 평균속력, 이동거리(=0.1m)로 시간을 계산하고, 이를 이용해 가속도를 계산했습니다. 차량 전방에서는 최대 42.5G, 차량 중심에서는 최대 17G의 가속도가 계산이 되네요.

각 단계별로 그래프를 연결해봤는데.. 도움이 되는지는 모르겠습니다. -_-;;

3-2. 전방 50% 충돌

전방 50% 충돌 상황의 경우 동일하게 36개의 셀에 색을 입혀보면, 동일한 속력으로 추돌하더라도 엔진룸 보다 깊은 곳까지 밀려 들어오는 것을 (너무도 쉽게) 예상할 수 있습니다. 100% 충돌 상황에서는 40cm에서 멈췄던 것이, 이번에는 70cm까지 파손된 것이죠.

차량 중심과 전방의 가속도를 계산해보면, 차량 전방은 최대 46.8G로 더 커졌으나(첫 10cm에서 에너지 감쇄가 줄었으므로), 차량 중심의 경우는 최대 8.5G 수준으로 뚝 떨어졌습니다.

-> 똑같은 속력으로 충돌했지만, 충돌 면적이 적어지는만큼 승객석 가까운 곳까지 파손이 진행된다.

-> 파손되는 거리가 길수록 차량 중심(=승객)에서 관찰되는 가속도는 감소한다.

즉, 캐빈룸이 망가져서 승객이 끼는(뭉개지는...) 사고가 아닌 이상, 차량이 많이 파손된 것처럼 보이는 것과 승객의 상해 가능성은 비례하지 않는다. 캐빈룸 구조만 멀쩡하다면 오히려 쿠킹호일차를 옹호할 때 쓰이는 말, "많이 찌그러지는게 안전하다"고 할 수 있다.

3-3. 기둥 충돌 상황

자동차 제조사에서 흔히 이야기하는 에어백 미전개 조건: "가로수나 전신주와 같이 봉 형태의 물체에 충돌한 경우 에어백이 전개되지 않을 수 있음" 이게 왜 그런지 봅시다.

운이 나쁘게도(?) 에어백 센서가 없는 가운데를 4칸 만큼의 물체에 충돌했다고 칩시다. 36칸을 칠해보면 4 x 9 칸이 되네요.

차량 전방과 중심 모두 최대 5.7G 수준의 가속도가 계산됩니다. 실제로는 이렇게 두부자르듯 네모반듯하게 뭉개지진 않겠지만요. 똑같은 36km/h로 달려가 충돌하더라도, 충돌 면적에 따라 앞에서부터 40cm까지 망가질 수도 있고, 90cm까지 망가질 수도 있음은 위 예시를 통해 어느 정도 이해가 가능하리라 봅니다.

4. 에어백이 안 터지는 이유

4-1. 충돌 면적이 좁은 경우

동일한 속력이라 하더라도 충돌 면적에 따라 충격량(=가속도)가 달라질 수 있음은 위의 3-1 ~ 3-3 의 예를 통해 알 수 있습니다.

3-1(전방 100%) - 전방 42.5G, 중앙 17G

3-2(전방 50%) - 전방 46.8G, 중앙 8.5G

3-3(기둥 40%, 센서 타격 없음) - 전방/ 중앙 5.7G

(항상 하는 얘기지만, 캐빈룸 구조에 변형이 없다고 가정했을 때) 3-1의 경우가 파손은 제일 적은 것처럼 보일테지만, 승객(차량 중앙)에게는 가장 많은 충격량이 전해지는 반면, 3-3의 경우 차는 폐차해야겠지만 승객에게 전달되는 충격은 가장 적습니다. 차 앞이 많이 망가졌다 하더라도 승객에게 부담되는 충격량이 적다면 굳이 에어백을 전개할 이유가 없습니다. 앞서 이야기했듯, 에어백이 전개됨으로 인한 상해 가능성을 0으로 볼 수는 없기 때문에.

실제 자동차에서 에어백을 전개시키는 충돌량이 얼마인지까지는 모르겠지만, 15G 이상의 충격량이 감지되었을 때 에어백이 전개된다고 한다면, 3-1, 3-2는 에어백이 전개될 것이고, 3-3은 에어백이 전개가 되지 않을 것입니다. 그냥 사진 하나만 덜렁 놓고 보면 3-1은 왠지 고쳐서 탈 수 있을 것 같은 경미한 사고인데 에어백이 터졌고, 3-3은 당연히 폐차해야할 정도로 너덜너덜한데 에어백이 안 터졌으니 에어백 불량이라고 한바탕 난리가 나겠지요.

SUV나 트럭 후미를 추돌해서 깔린 경우도 결국 3-3의 경우와 크게 다르지 않습니다.

4-2. 충돌 각도가 안 맞는 경우

이게 아마 제일 논란거리가 될 듯 싶군요. ...

에어백 센서가 가속도계이고, 한 방향의 가속도만 감지한다고 이야기를 한 게 이 그림을 위한 것이었습니다.

전방 충돌 센서에 15G의 충격이 감지되면 에어백이 전개되는 차가 있다고 칩시다. 이 차에 16G의 충격을 주는데, 30도 비스듬한 방향으로 충격을 주면 어떻게 될가요? 벡터 분해를 해 보면 전방 센서에 입력될 충격량은 13.86G 에 그칩니다. 차가 받은 충격량은 큰데 각도가 안 맞으면 에어백이 안 터지는거죠.

에어백은 중심부에 파묻혀야 설계할 때 기대한 충격 저감 효과를 얻을 수 있습니다. 비스듬히 충돌한 경우 관성에 의해 승객 역시 비스듬한 방향으로 고개를 숙이게 되는데, 이 때에는 에어백이 설계 목적과 다르게 동작할 수 있습니다. 목이 앞으로 꺾이다가 에어백에 의해 옆으로 꺾인다던지, 옆으로 밀려서 도어패널에 머리를 찧는다던지. 미정의동작을 할 바에는 그냥 동작을 안 하는게 예상을 하기는 더 쉽지요.

그냥 빵빵 터지게 하면 인터넷 여론이야 좋게 흘러갈지 몰라도.. 에어백이 무슨 무안단물은 아니지 않습니까?

4-3. 다중 추돌 사고에서 앞뒤로 눌린 경우

3중 추돌 이상의 사고에서 중간에 끼인 차량의 경우엔 앞뒤 차량의 무게로 눌려 뭉개지는, 속력은 낮아 가속도는 작은데 여러 차량의 무게가 더해져 큰 질량이 운동에너지로 발휘되는 상황에서는 차의 형태가 알아볼 수 없을 정도로 뭉개지더라도 에어백이 전개될 수 없습니다. 그런 사고에서는 승객이 부딪쳐서 타박상을 입는게 아니라 변형된 구조물에 눌리거나 끼는 등의 상해를 입을 가능성이 높겠죠. 그 와중에 에어백까지 터지면 승객에게 득이 될까요? 그런 사고 사례의 사진 가져다가 에어백이 터졌네 안 터졌네 이야기해 봐야 아무 의미도 없습니다.

5. 부록: 미국형이냐 아니냐?

정확하게 어떤 이유인지는 알 길이 없으나(IIHS에서 Small Overlap Frontal Test를 도입한 이후 그 즈음부터인 것 같습니다), 미국에 수출되는(혹은 미국 수출을 가정하고 만든) 신차들의 경우 전방충돌 상황에서도 사이드/커튼 에어백이 함께 전개되는 추세인 것으로 보입니다. offset 충돌의 경우 위 4-2의 그림처럼 승객이 비스듬히 고개를 숙이는 상황이 발생하는데, 커튼 에어백을 전개함으로써 승객의 머리가 도어나 A필러 트림에 부딪치는 것을 방지합니다. 이런 차들은 커튼 에어백이 A필러까지 길게 설치된 특징을 갖고 있습니다.

미국 IIHS, 유럽 EURO-NCAP, 한국 KNCAP 에서 공통으로 실시하는 부분정면충돌 비디오를 살펴보면 같은 모델이어도 커튼에어백이 전개되기도 하고, 전개가 되지 않기도 합니다. 요즘 IIHS는 부분정면충돌은 제조사 자체 시험 결과로 갈음하는 추세라 비디오를 찾기가 쉽지는 않네요.

5-1. CHEVROLET SPARK (내수, 유럽, 미국 모두 창원에서 생산)

유럽/한국형 : 커튼 에어백이 전개되지 않음 - EURO-NCAP (kncap에서도 확인 가능)