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자동변속기

last modified: 2015-10-20 00:11:25 by Contributors

Contents

1. 개요
2. 특징
2.1. 자동변속기의 흐름
2.2. 변속기 레버의 메뉴
3. 관련 항목

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일반적인 자동변속기 컬럼식 자동변속기

1. 개요

자동차 등에서, 기어비를 자동으로 바꾸어주는 변속기.

2. 특징

자동변속기 대부분은 유체로 된 토크 컨버터를 사용하는 장치이다. 원리를 간단히 설명하면, 선풍기 2대를 마주보게 한 다음 1대만 켠다고 생각해보자. 그렇다면 반대편의 꺼져 있는 선풍기도 같이 돌아갈 것이다. 이를 실용성 있게 바꾸어, 밀폐된 변속기 내부에 기어 오일이 가득 채우고, 그 사이로 수백~수십 개에 달하는 기계 장치들이 복잡하게 움직여 동력을 전달하게끔 한다. 기계가 직접 물려 돌아가지 않고 오일로 동력을 전달하므로 효율이 수동변속기보다 떨어진다. 이를 개선하기 위해 4단 이상의 고단에서는 동력을 직접 연결하는 락업 클러치와 연결한다.[1]

2.1. 자동변속기의 흐름

최초 상용화는 1930년대 말이다. 미국 GM의 브랜드 중 하나이자 2004년에 폐기된 브랜드인 올즈모빌(Oldsmobile)이 개발한 '하이드로매틱(Hydramatic)'이 시초라고 할 수 있다. 이때의 자동기어는 스티어링 휠(핸들) 중앙 가운데에 위치되어 있고 2~3단에다가, 기어 순서도 지금과 달랐다. 지금으로 치면 핸들컬럼식 자동변속기와 비슷하다. 유달리 미국차들이 핸들컬럼식 자동변속기가 많은데 2005년부터 독일메르세데스-벤츠가 핸들컬럼식 자동변속기를 W221형 S클래스부터 많이 퍼뜨리고 있다. 클러치 페달은 없었지만 D레인지가 없고 레버를 위, 아래로 움직여 기어를 직접 선택해 주어야 했다. 닷지 호넷에는 컬럼 시프트식 자동변속기인데도 페달이 3개 있었다. 이는 D레인지 밑에 있는 3, 2, 1처럼 각 단수까지 제한하는 장치였다. (해당 페달을 밟고 2단으로 내리면 2단까지 알아서 변속한다는 뜻이다. 당시의 호넷은 3단짜리였다.)

이런 과도기 이후 자동으로 기어를 변경해 주는 방식으로 발전한다. 처음에는 드라이브 샤프트를 통해 가해지는 압력과 현재 속도에 따라 기계적인 반응으로 기어가 선택되었다. 가속 페달은 쓰로틀에 직결되어 있고, 연료의 주입량만을 관장할 뿐, 변속기의 반응과는 상관 없었다. 물론 이 반응으로 엔진의 토크가 변하게 되고, 이것이 결국 변속에 관여되기는 한다. 이런 기계식 자동변속기는 연비가 엄청나게 나쁘다는 치명적인 단점을 보유하고 있었으나, 수동변속기에 비해 조작이 간편하므로 주로 개인용 자동차를 위주로 하여 보급되었다

전자식 자동변속기는, 컴퓨터에 의한 전자작용으로, 입력된 알고리즘에 따라 변속을 한다. 따라서 입력된 프로그램에 따라 변속 경향이 변한다. 초기의 국산 차량들은 이것이 최적화되지 않아서 오르막에서 멋대로 기어를 올렸다가 속력이 떨어지자 다시 기어를 내리는 행동을 반복하기도 했다. 알고리즘은 ECU 리셋으로 초기화시켜 운전 성향에 맞게 다시 학습시키기도 가능하다.

요즘에는 수동변속기에 기반한 자동변속기가 실용화되었다. 페라리, 람보르기니, 포르쉐 등 스포츠카 회사에서는 듀얼 클러치 변속기를 적용하는 경우가 많다. 기계적 구조는 수동변속기에 가깝지만, 사용자의 개입 없이도 자동으로 변속하므로 "자동변속기"라고 부를 수 있다. 가령 시내에서는 자동변속 모드로, 속도를 낼 때는 수동변속 모드로 바꿔서 직접 변속할 수 있는 식이다. 대표적으로 폭스바겐의 DSG, 푸조의 MCP를 꼽을 수 있다. 같은 계열의 시트로엥은 EGS라고 부른다.

반대로 자동변속기에 수동변속기의 기능을 추가하기도 한다. 대한민국에서는 대표적으로 현대자동차, 기아자동차의 H-Matic이 있다. 포르쉐에서는 이러한 수동 겸용 변속기를 팁트로닉으로 부른다.

트럭 등 경제성이 중요한 대형 상용차에는 잘 쓰이지 않았고, 중량물 운반차량(100톤 이상)에만 제한적으로 자동변속기가 사용되었으나, 기술의 발전으로 속속 자동변속기를 도입하는 추세이다. 모두 전자식 자동변속기이며 전자제어 기능을 제외한 나머지는 수동변속기와 거의 같은 구조이다. H-시프터의 단수 제약에서 자유롭기 때문에 16단 이상 세밀한 기어 단수를 적용하기도 한다. 제조사 주장에 따르면 수동변속기에 기반하므로 연비도 수동변속기와 같거나 오히려 더 높게 나온다고... 는 하는데 하지만 막상 타시는 기사님들의 말에 따르면 치고 나가는 힘은 확실히 수동에 뒤지지 않으나 아직 연비는 수동에 비해 그다지라고...[2] 저상시내버스는 거의 모두 자동변속기가 달리며,[3] 16인승 이상 25인승 이하의 마이크로버스(레스타 포함) 중 현대 카운티에도 자동변속기가 달리기 시작했다.

2006년에 렉서스가 신형 LS를 출시하면서 토요타의 자회사인 아이신제 8단 자동변속기를 장착한 이래로 많은 자동차 메이커들이 8단 자동변속기를 많이 채택하는 추세다. 메르세데스-벤츠인피니티는 7단짜리를 유달리 많이 쓴다. 벤츠는 자체 제작 자동변속기를 쓰고, 인피니티는 당연히 자트코의 것을 쓴다.

자동변속기 안에는 미션오일이 빠르게 운동하고 있으며, 이는 엄청난 열을 일으킨다. 과열은 미션 오일의 변질을 가져오며 장기적으로 자동변속기의 주요 고장 원인이 되며, 그래서 자동변속기는 엔진과 더불어 별도의 냉각 시스템을 갖추고 있는 얼마 되지 않는 부품이다. 보통 엔진과 함께 라디에이터를 통해 식힌 냉각수를 공급받지만, 자동변속기가 대용량인 경우 이것만으로는 냉각 능력이 부족하기 쉬워 보조용으로 별도의 쿨러(라디에이터)를 다는 경우도 있다. 보조용 변속기 쿨러가 기본이 아닌 경우에도 자동변속기 차량에 스포츠 튜닝을 하는 경우 따로 달기도 한다.스포츠 튠과 거리가 먼 경차에 눈물을 머금고 다는 경우도 있다.[4]

2.2. 변속기 레버의 메뉴

자동변속기를 로마자 5글자로 'PRNDL'이라고 줄여 쓰기도 한다. 영어로는 "Per-na-del"이라고 발음한다. 한국어로 발음하자면 "푸른들" 정도가 적당할 듯. 잘 보면 알겠지만 자동변속기의 5가지 명령의 앞글자다.

  • P : 주차 (Parking)
    차가 움직이지 못하게 변속기에 락을 건다. 요즘 차들은 안전을 위해 브레이크를 밟지 않으면 P단에서 빠지지 않도록 설계되어 있다. 김여사들은 차량이 움직이는 동안 이 기어를 넣어서 "우다다다다다닥!!!"[5]] 메르세데스-벤츠가 삼매경에 빠져 있는 핸들컬럼식 자동변속기은 P레인지가 따로 없다. 벤츠의 컬럼식 레버는 중립에 놓고 주차브레이크를 건 뒤, 변속기 끄트머리에 있는 P버튼을 누르는 방식으로 되어 있다. 대형 상용 차량에는 P레인지가 없기 때문에 중립에 놓고 주차해야 한다. 푸조의 MCP 및 시트로엥의 EGS에도 P레인지가 없으므로 중립에 놓고 주차해야 한다.

  • R : 후진 (Reverse)
    차를 뒤로 움직일 때 쓰는 단. 주차시에 주로 사용하게 된다. D레인지와 마찬가지로 크립현상이 있으므로, 브레이크로 속도를 조절.

  • N : 중립 (Neutral)
    변속기에 락이 걸리는 P단과는 달리 엔진과 변속기가 연결되지 않은 상태. 즉 동력을 끊은 상태. 장시간 정차시 사용하며, 주차 시에도 2중 주차 등 차를 움직여야 되는 상황에 사용한다. 정차 시에 D레인지에 두기보다는 중립에 놓는 편이 연비 향상에 도움이 된다는 연구 결과도 있다.[6] 독일의 유명한 변속기 업체인 ZF에서 나오는 대형 상용차량용 자동변속기는 D레인지에 놓고 정차하고 있더라도 잠깐잠깐 정차할 때에는 알아서 중립으로 놓아 주는 기능도 있다고 한다.[7] 단, 중립으로 올려놔도 오르막이나 내리막 길에서는 내려갈 때도 있으니 이럴 때는 브레이크를 밟자.

  • D : 진행 (Drive)
    통상적인 주행시에 사용한다. 동력을 끊지 않고 차를 세우면 시동이 꺼져 버리는 수동변속기와는 달리 변속기 특성상 D레인지에 놓고 브레이크를 밟고 있어도 시동이 꺼지지 않는다. 그래서 신호대기 등의 사유로 잠깐 정차할 땐 기어를 N으로 안 돌리고 브레이크만 밟는 운전자들이 많은데, 좋지 않은 습관이다. 기어를 D레인지에 두면 액셀을 밟지 않아도 차가 조금씩 앞으로 나아가는데, 물건을 찾거나 살짝 정신을 놔서 브레이크를 밟은 발에 힘이 빠지면 그대로 앞차를 받아버리게 된다. 이런 접촉사고가 생각보다 많이 일어난다.[8]그렇기 때문에 다소 귀찮더라도 안전을 위해 정차할 땐 기어를 N으로 해 두어서 동력을 끊는 게 좋다. 굳이 크립이 아니어도 D레인지에 놓은 채 정차하고 있다면 동력 때문에 자동변속기에 부하가 가기 때문에 되도록이면 중립으로 놓자. 핸드 브레이크까지 채워 두면 최소한 신호대기 중에 딴짓하다 앞차를 들이받을 일은 없다. PSA의 변속기인 MCP나 EGS에는 D레인지가 없고, A레인지가 D레인지의 역할을 한다.

  • L : 저단 (Low)
    요즘 차량들에서는 잘 볼 수 없는 레인지이다. 가끔은 L 대신 L,2,3(4단 자동변속기의 경우)으로 되어 있는 경우도 있다. 예를 들어 자동변속기가 4단짜리인데 레버를 "3"에다가 놓으면 3단까지 알아서 변속한다는 뜻이다.(차량마다 다를 수 있으므로 몇 단까지 알아서 변속해 주는지는 매뉴얼을 보면 된다.) 이런 경우에는 적절히 엔진 브레이크를 거는 것도 가능하다. 수동변속 기능을 넣은 변속기는 L과 숫자 레인지 +, -가 들어가는 경우가 있다. 기어 레버는 아니지만 일부 차량의 자동변속기에 달려 있는 "HOLD" 모드는 해당 숫자의 단수로 고정시킨다는 뜻이다.

  • OD Off : 오버드라이브 해제(OverDrive Off)
    변속기에는 기어비라는 값이 있다. 기어비는 엔진의 크랭크축의 회전값을 변속기를 거쳐 나가는 회전값으로 나눈 것이다. 기어비가 1 이상이라면 크랭크축의 회전에 비해 변속기의 기어들을 거쳐 나가는 회전값이 더 적다는 의미이며, 반대로 1 미만이라면 변속기 이후 회전이 더 빠르게 된다. 기어비의 수치가 커질수록 엔진의 회전이 빨라지며 대신 토크가 높아져 가속에 유리해진다. 반대로 1 미만인 경우 엔진의 회전에 비해 실제 출력되는 회전이 더 강해진다. 이 기어비 1 미만의 상태를 오버드라이브라고 부른다.

    오버드라이브 기어는 고속 평지 주행시 주행에 필요한 힘보다 엔진이 더 많은 힘을 짜낼 필요를 줄여 에너지 소모를 줄이며 엔진 소음 등 여러 문제를 줄여준다. 하지만 엔진이 내주는 힘 자체는 낮기에 빠른 가속에는 불리한 영역이다. OD Off 모드는 기어비 1 미만의 오버드라이브 영역 기어대를 쓰지 않도록 하여 가속력을 높이며 반대로 내리막길에서는 엔진 브레이크 효과를 내준다. L/2/3같은 부분이 절대적으로 해당 기어 단수를 최대 변속 영역으로 삼는다면 OD Off는 그 보다는 한두단계 더 위의 기어까지 변속 범위를 넓힌다. 어디까지나 오버드라이브 기어만 쓰지 않기에 실제 최대 단수는 차량마다 다른데, 보통 4단 자동 변속기는 3단까지 변속이 된다. 6단이나 7/8단같은 고단 자동 변속기는 보통 4, 5단까지 변속하게 된다. 이 부분은 자동차 설명서의 기어비 부분을 참고하면 어디까지가 OD Off 모드일 때의 변속 범위인지 알 수 있다. 이 기능을 켜면 계기판에 OD Off라는 램프가 켜지게 되며 최대 속도가 낮아지게 된다. 이상하게 최대 속도가 나지 않는다면 이 버튼이 눌린 상태인지 확인해보자.김여사가 벌이는 문제 가운데 대표 사례

  • +/- : 기어 단수 수동 증가/감소
    자동변속기는 프로그래밍된, 그리고 운전자의 운전 습관에 따라 학습된 정보를 바탕으로 변속을 하지만 기어 단수를 운전자가 임의로 조정할 수 없는, 특히 지금 주행 상태에서 기어 단수를 임의로 높이는 것이 매우 어려운기어 단수를 낮추는 것은 마음대로 했겠지만 높일 땐 아니란다[9] 점은 스포츠 드라이빙 또는 효율적인 연비 위주 주행에 한계를 드러낸다. 그렇다고 수동변속기에서는 얻을 수 없는 자동변속기만의 장점도 매우 많아 자동변속기의 기술적인 특성을 유지하면서 운전자가 기어 비율을 수동변속기처럼 임의로 조정할 수 있도록 하는 경우가 있다. 이러한 기능을 보통 매뉴매틱(Manumatic, Manual + Automatic)이라고 부른다.

    매뉴매틱은 자동차 제조사마다 부르는 명칭이 다른데 유명한 것으로는 폭스바겐 그룹의 팁트로닉, BMW의 스텝트로닉, 닛산자동차의 Xtronic, 현대자동차의 H-Matic이 있다. 기술적인 차이는 있어도 구현 방법은 대동소이한데, 변속 레버를 수동 모드 위치로 밀어 옮긴 뒤 레버를 위아래로 올리거나 내려 기어 단수를 조정하거나, 수동 모드 위치로 기어 레버를 옮긴 뒤 레버에 달린 별도의 스위치를 눌러 단수를 조정한다.[10]

3. 관련 항목

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  • [1] 현재의 차량은 연비 효율성을 더 높이고자 이 보다 저단에서도 더욱 적극적으로 락업 클러치를 적용하고 있다.
  • [2] 물론 대형트럭이나 대형버스 자체가 기름 먹는 하마이긴 하지만 그마저도 오토로 굴리면 가끔 기름값이 감당이 안될 때가 있다고... 특히 이 때문에 90년대에서 2000년대 초반 부산광역시 시내버스에서는 오토차를 수동으로 개조하는 경우가 빈번하게 이루어졌다.
  • [3] 초저상버스의 경우 구조상 수동변속기를 달 공간이 나오지 않아 어쩔 수 없이 자동변속기로만 나오고 있다.
  • [4] 관심이 있는 사람은 마티즈스파크 문서의 JF405E 자동변속기 관련 사항을 참고할 것.
  • [5] 이러면 자동변속기가 파손된다!!! 절대로 하지마라!!!
  • [6] 그런데도 D에 놓는 운전자들이 많다. 주로 초보 운전자들이 이런 경향이 있다.
  • [7] 알아서 중립에 놔도 관계는 없다. 물론 정차가 더 길어지면 레버를 중립에 놓는 것이 좋다.
  • [8] 크리핑 속도로 일어나는 경미한 접촉사고의 경우 양쪽 범퍼에 흠집 하나 나지 않는 경우가 대부분이고 따라서 다칠래야 다칠 수가 없는 속도지만 차 안에서 느끼는 소리와 충격은 생각보다 대단히 크고, 이러한 단순접촉사고의 경우에도 관례상 10-20만원 정도를 주고 확인을 받는 것이 일반적이다.
  • [9] 기어 단수를 낮추는 것은 OD Off, 3/2/L, 그리고 킥다운이라는 다양한 수단이 존재한다.
  • [10] 후자의 경우 국내 쉐보레 차종에서 보기 쉬운데, 이런 방식을 토글 시프트라고 한다. 하지만 작은 버튼을 찾아 눌러야 하는 이 방식은 정확하지도 않고 변속에도 시간이 걸려 매우 비난을 받는 방식이다. 쉐슬람조차 웬만하면 이 토글 시프트에 대한 실드는 치지 않는다.

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