자동변속기

오토기어(Auto Gear)는 우리말로 자동변속기라고도 한다. 오토기어는 자동차 등에서 기어비를 자동으로 바꾸어주는 변속기를 칭한다. 클러치와 변속기의 작동이 자동차의 속도나 부하에 따라 자동으로 이루어지게 하는 장치이다. TCU(Transmission Control Unit)의 제어를 통한 유압-유체식으로 작동된다. 오늘날 대부분의 승용차에 적용되어 있기 때문에 아래의 한정면허가 일반인에게도 개방됐다.

개요

90년대에는 오토기어가 상당히 고급 옵션이었다. 차량 가격에서 차지하는 비중도 상당히 컸으며 기술력 발전이 더뎠기 때문에 수동변속기에 비해 내구성, 출력, 연비 등의 부분에서 불리한 점이 상당히 많았다. 그렇기에 오토기어는 사실상 부유한 사람들의 전유물처럼 여겨졌다.

특징

수동변속기와 달리 클러치가 없고 악셀과 브레이크만으로 자동차를 운전할 수 있다. 수동변속기 중에서 클러치 없이 자동으로 기어 변속을 하는 것이 오토기어다. 클러치가 없기 때문에 운전 난이도가 상대적으로 매우 낮고 편안한 분위기에서 즐겁게 운전할 수 있다는 특징이 있다.

역사

오토기어가 최초로 상용화된 시기는 1930년대 말이다. 미국 GM의 브랜드 중 하나이며 현재는 폐기된 브랜드인 올즈모빌(Oldsmobile)이 개발한 '하이드라매틱(Hydramatic)'이 오토기어의 시초라고 볼 수 있다. 그 당시의 오토기어는 운전대의 중앙에 위치되어 있었고 2~3단이었으며, 기어 순서도 지금과 달랐다. 현시대에 가장 비슷한 오토기어를 뽑으라고 한다면 컬럼식 오토기어라고 할 수 있다.

컬럼식 오토기어는 미국산 자동차에서 흔히 볼 수 있는데, 2005년부터 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz)에서 컬럼식 오토기어를 W221형 S클래스부터 많이 퍼뜨렸다. 과거의 컬럼식 오토기어는 클러치 페달이 없었다. 하지만 D 레인지가 없고 레버를 위아래로 움직여 기어를 수동으로 선택해야 했다. 컬럼 시프트식 오토기어 차량인 닷지 호넷은 페달이 3개 있었는데, 이는 D 레인지 밑에 있는 3, 2, 1처럼 각 단수를 제한하는 장치였다.

이후로 자동으로 기어를 변경해 주는 방식으로 발전하게 된다. 초반에는 드라이브 샤프트(Drive Shaft)를 통해 가해지는 압력과 현재 속도에 따라 기계적으로 기어가 자동으로 선택되었다. 가속 페달은 스로틀에 직결되어 있으며, 연료의 주입량만 관장했다. 그리고 변속기의 반응과는 상관이 없었다. 이 반응으로 인해 엔진의 토크가 변하게 되고, 이것이 변속에 관여되기도 한다. 이런 기계식 오토기어 차량은 연비가 엄청나게 나쁘다는 치명적인 단점이 있었지만, 수동변속기에 비해 조작이 간편하고 주행이 편안하므로 주로 개인용 자동차를 위주로 보급되었다.

전자제어식 오토기어는 컴퓨터에 의한 전자작용과 입력된 알고리즘에 따라 변속한다. 이에 따라 변속기를 컨트롤하는 TCU(Transmission Control Unit)에 입력되는 프로그램에 따라 변속의 경향이 변화한다. 초기의 국산 차량들은 이런 것들이 최적화되지 않아서 간혹 오르막에서 멋대로 기어를 올렸다가 속력이 떨어지면 다시 기어를 내리는 행동을 반복했다.

현대에는 수동변속기에 기반한 오토기어가 실용화됐다. 페라리, 람보르기니, 포르쉐 등의 회사에서는 듀얼 클러치 변속기를 적용하는 경우가 많다. 기계적인 구조는 명백히 수동변속기와 비슷하지만, 운전자의 개입 없이도 자동으로 변속을 하므로 오토기어라고 부를 수 있다. 대표적인 차로는 푸조의 MCP, 폭스바겐의 DSG 등이 있다.

마찬가지로 오토기어에도 수동변속기의 기능을 추가하기도 한다. 예를 들면 차량이 많고 사람이 많은 시내같은 곳에서는 자동변속 모드로, 속도를 내야 할 때는 수동변속 모드로 바꿔서 직접 변속하는 방식이다. 한국에서는 대표적으로 현대차와 기아차의 H-Matic이 있다. 포르쉐와 아우디에서는 이런 수동겸용 오토기어를 팁트로닉이라고 부른다.

경제성이 중요한 트럭이나 대형 상용차에는 잘 쓰이지 않았다. 중량물 운반차량에만 제한적으로 오토기어가 사용되었으나, 기술의 발전으로 속속 자동변속기를 도입하고 있다. 모두 전자식 오토기어이며 전자제어 기능을 제외한 나머지는 수동변속기와 거의 비슷한 구조다. H-시프터의 단수 제약으로부터 자유롭기 때문에 16단 이상의 세밀한 기어를 적용하기도 한다. 제조사의 주장에 따르면 수동변속기에 기반하므로 연비도 수동변속기와 같거나 오히려 높게 나온다고 한다. 하지만 치고 나가는 힘은 확실히 수동변속기에 뒤쳐지지 않지만 아직 연비는 수동에 비해 낮은 것 같다는 실제 사용자들의 의견이 지배적이다. 저상버스는 모두 오토기어가 사용되며, 버튼식으로 나오고 있다. 일반적인 고상형 차량에 오토기어가 달린 차량은 주로 경상남도 쪽에 많이 보이며, 역시 버튼식 오토기어가 사용된다. 16인승 이상 25인승 이하의 마이크로버스 중 카운티에도 앨리슨제 오토기어가 달리기 시작했다. 하지만 여러 문제들로 오토기어의 판매량은 바닥 수준이라고 한다. 과거에 비해 판매량이 늘어났다고는 하지만 대형 상용차 시장에서는 아직도 수동변속기가 대세라고 할 수 있다.

2006년에 렉서스가 LS 4세대를 출시하고 토요타의 자회사 아이신제 후륜형 8단 오토기어를 장착한 후 많은 자동차 제조자들이 8단 오토기어를 많이 선택하여 사용하는 추세이다. 주로 FR 차량에 많이 사용하는 추세지만 최근에 전륜형도 8단 기어가 나온다. 심지어 혼다는 전륜형 10단 오토기어를 개발하여 실제로 혼다 오딧세이 전륜 구동(FF)모델에 10단 오토기어를 장착하여 출시했다. 벤츠와 닛산은 7단 오토기어를 유달리 많이 사용한다. 벤츠는 자체 제작한 오토기어를 사용하고 닛산은 변속기를 만드는 닛산의 자회사 자트코의 것을 사용하는데, 현재 벤츠와 디젤 엔진을 같이 쓰는 Q50같은 차량은 벤츠의 7G-tronic을 사용하기도 한다.

오토기어 안에는 미션오일이 빠르게 운동하면서 엄청난 발열을 일으킨다. 과열은 미션오일을 변질시키고 장기적으로 오토기어의 주요 고장 원인이 된다. 그렇기에 오토기어는 엔진과 같이 별도의 냉각 시스템을 갖추고 있는 손에 꼽는 부품이다. 보통 엔진과 함께 라디에이터를 통해 식힌 냉각수를 공급받는데, 오토기어의 용량이 클 경우에 이것만으로는 냉각 기능이 부족하기 쉬워 냉각을 보조하기 위해 별도의 쿨러를 다는 경우도 있다. 보조용 기어 쿨러가 기본이 아닌 경우에도 오토기어 차량에 스포츠 튜닝을 하면서 따로 달기도 한다.

수동변속기가 보편화되어 있던 시기에 오토기어는 거의 고급 옵션으로 취급되어서 오토기어 차량에는 Automatic 엠블렘을 붙여놓는 경우가 대다수였다. 심지어 저상버스를 포함한 시내버스의 경우 미션오일 온도계가 따로 부착되어 나왔을 정도였다. 2006년 이후로는 시내버스에 미션오일 온도계가 부착되어 나오지 않기 시작했다.

람보르기니, 페라리, 애스턴 마틴 등도 오토기어가 버튼식으로 나오기 시작하면서 혼다의 NSX도 버튼식 오토기어를 채용했으며, 일반적인 차량 중에서는 링컨의 MKZ가, 국산차 중에서는 현대차의 쏘나타 DN8, 팰리세이드, 더 뉴 그랜저가 버튼식 오토기어를 사용하는 중이다.

한때는 오토기어가 보험료 할인의 대상이기도 했는데, 당시에는 오토기어가 수동변속기보다 동력 효율이 매우 좋지 않아서 가속력이 낮아 사고 발생률이 적다는 이유다. 하지만 수동변속기 차량 구매자들의 반발이 상당히 강했고, 오토기어 차량의 비중이 점점 높아지게 되면서 오토기어 손해율이 수동변속기 손해율을 뛰어넘자 결국 2010년에 모든 보험사에서 오토기어를 할인 항목에서 제외했다.

장점

기어 변속 중의 실수, 또는 조작 미숙으로 인해 일어나는 엔진 정지 문제를 근본적으로 차단할 수 있어서 편안하고 안전한 운전이 가능하다. 만약 오토기어가 장착된 차량이 수동변속기처럼 출발 시 엔진이 꺼지거나, 기어가 제대로 작동되지 않거나 한다면 엔진이나 기어에 중대한 문제가 발생한 것으로 볼 수 있기에 즉시 점검 및 수리를 받아야 한다.

오토기어를 이용하는 차량이 많을수록 도로 주행 시 변속 시간이 크게 줄어들어 도로교통이 원활해지고, 기어 오조작 가능성이 낮아져 사고 발생 건수가 상당히 줄어든다.

운전 시 잦은 변속 조작으로 인한 피로감을 크게 낮출 수 있다. 차량 운전이 재미를 위한 용도가 아니라 '노동'이 되기 쉬운 직장인들과 운수업자에 종사하는 사람들의 입장에서는 커다란 이점이다.

저속 쪽의 구동력이 커서 경사로 출발이 쉬우며 최대 등판 능력도 크다. 그렇지만 수동변속기는 운전자가 일부러 엑셀을 끝까지 밟지 않더라도 저단기어를 유지하여 RPM을 높여 더 강한 출력으로 출발이 가능하기에 저속의 구동력 자체는 거의 비슷하다고 봐도 된다.

유체클러치가 충격 완화작용을 한다. 이로인해 파워트레인에 가해지는 충격이 적어져서 엔진 보호가 되어 수명이 늘어난다. 위의 장점과 더불어 이러한 장점 덕에 실제 수백톤 이상의 중장비나 초고중량물 운송용 트럭들은 모두 오토기어를 사용한다.

클러치가 없어 운전의 난이도가 크게 낮아지고 훨씬 간편해진다.

클러치의 마모로 인한 고장을 차단할 수 있다. 유체클러치나 토크컨버터는 변속기오일로 가동되므로 기계적 마찰이 없기 때문이다. 하지만 마찰에 의한 고장이나 마모 이외의 고장은 일어날 수 있다.

출발했다 멈췄다를 반복해야 하는 정체 상황과 저속주행이 필요한 상황에서 크리핑 현상으로 인해 브레이크만 조작하면서 편하게 주행할 수 있다. 수동변속기는 클러치를 통해 조절해야 하는데, 실수로 시동을 꺼뜨리거나 브레이크와 혼동하는 등의 실수를 할 수 있다. 단을 넣은 채로 가만히 있어야 하는 상황에는 항상 브레이크를 밟고 있어야 한다는 단점이 있었지만 이 또한 요즘에 나오는 차량에는 오토홀드 기능이 탑재되어서 해소했다.

다단화에서 유리하다. 대형 트럭용 수동변속기에서 볼 수 있듯이 수동변속기로도 12단이 넘어가는 다단 변속기를 제작할 수 있다. 그렇지만, H 시프터의 구조적 한계로 인해 조작 난이도가 너무 높아지기 때문에 초기 진입장벽이 높아지며, 조작 실수의 가능성도 매우 높아 일반 승용차에 사용하기에는 무리다. 하지만 오토기어는 4단이든, 8단이든, 18단이든 조작 방법은 일치하고, 진입장벽도 굉장히 낮은 수준이 되어 일반 승용차에도 8단을 뛰어넘어 많은 단수를 구현할 수 있게 됐다. 대형 트럭의 경우 큰 힘이 필요할 때 사용하는 크롤러 기어 등에 대한 지식을 갖출 필요가 있긴 하지만 이건 수동변속기도 갖춰야하는 부분이다. 운전자의 피로도가 크게 줄게 된다.

• 참고한 내용: https://namu.wiki/w/%EC%9E%90%EB%8F%99%EB%B3%80%EC%86%8D%EA%B8%B0
• 위키 문법을 적용한 각주 형식:

〈나무위키 자동변속기〉, 《나무위키》, 2021-07-05