변속기 없는 전기차, “변속기의 과거와 미래는?”

자동차 시장에 친환경 바람이 불어오며, 자동차 파워트레인에 대대적인 변화가 이뤄지고 있습니다. 고배기량 엔진은 시장에서 사라지고 있으며, 하이브리드, 더 나아가 완전 전동화 모델이 급격하게 늘어나고 있습니다. 점차 내연기관이 설자리를 잃어가고 있는 지금, 엔진만큼 자동차 파워트레인의 핵심인 변속기 역시 설 곳을 잃어가는 추세입니다. 자동차 변속기의 과거와 미래를 현대자동차와 함께 돌아보겠습니다.

내연기관 자동차 역사와 함께한 변속기
왜 필요할까?

현대자동차가 개발한 신형 8단 DCT

변속기는 이름 그대로 동력을 속도에 따라 필요한 회전력으로 바꾸어 전달하는 장치입니다. 내연기관 자동차에 변속기가 필수적인 이유는 일정 회전 수 이상에서 충분한 토크를 발휘하는 내연기관의 특징 때문입니다. 변속기는 엔진 회전수가 낮은 정차 상황에서 강한 토크를 발휘하기 위해 기어비(감속비)가 높은 기어를 활용하고, 속도가 빨라짐에 따라 회전 수를 높이기 위해 기어비가 낮은 기어를 사용해 효율적인 주행이 가능하도록 합니다. 기어비는 자전거를 예로 들어 쉽게 이해할 수 있습니다. 기어비가 클 때, 페달을 열심히 굴려도 속도는 느립니다. 대신, 오르막길은 오르기가 편하죠. 반대로, 기어비가 작을 때는 페달을 적게 돌려도 빠른 속도로 달릴 수 있습니다.

불편하기도 하지만 재미를 선사하는
수동변속기

여전히 고성능 차량에서는 수요가 많은 수동변속기

앞서 언급한 대로 엔진 회전수에 따라 변하는 토크 때문에 내연기관 자동차에는 변속기가 필수적으로 사용됐습니다. 수동변속기 차량은 동력을 차단해 주는 클러치 페달을 밟고 손으로 직접 속도에 맞춰 기어를 조작하는 방식으로 번거로웠습니다. 특히 내연기관은 출발을 위해 공회전 상태로 준비가 필요한데, 회전수가 일정 수준 이하로 떨어지면 시동이 꺼지는 불편함이 있습니다. 때문에 차량을 원활하게 출발하기 위해서는 클러치 조작에 익숙해지는 것이 반드시 필요했습니다.

최근에는 승용차뿐만 아니라 상용차에도 자동변속기가 대중화되며, 수동변속기를 장착하는 모델이 줄어들고 있습니다. 하지만 수동변속기는 변속 직결감과 엔진의 회전수를 자유롭게 조절할 수 있는 장점이 있어 여전히 수동변속기를 찾는 운전자들이 있습니다. 대표적으로 현대차의 고성능 모델 아반떼 N, 벨로스터 N은 6단 수동변속기를 탑재해 펀 드라이빙을 추구하는 소비자들에게 사랑받고 있습니다.

다단화 변속기로 효율 확보
자동변속기

8단 자동변속기가 장착된 쏘나타

자동변속기는 수동변속기에서 운전자가 직접해야 하는 클러치 조작, 기어 변속 등을 자동차가 주행 속도, 환경 등에 맞춰 자동으로 조작해줍니다. 1921년 캐나다에서 처음 개발된 이후, 1930년부터 본격적으로 상용화된 자동변속기는 오늘날 우리 주변에서 가장 흔히 볼 수 있는 변속기입니다. 자동변속기는 수동변속기 대비 낮은 효율이 단점이었으나, 최근에는 8단 이상의 다단화 자동변속기가 보급되며 효율도 높아지고 있습니다.

전륜 8단 자동변속기가 장착된 현대차 쏘나타의 버튼변속기

현대차 역시 2010년부터는 독자적으로 자동변속기에 대한 다단화 연구를 진행했습니다. 그 덕분에 완성차 업체 최초로 후륜 8단 자동변속기를 개발하고, 2012년형 현대자동차 제네시스(현 제네시스 G80)에 국내 최초로 후륜 8단 자동변속기를 탑재하는 쾌거를 이뤄냈습니다. 현재는 전륜 8단 자동변속기도 개발되어 쏘나타, 싼타페, 그랜저 등 대부분의 모델에 탑재되어 우수한 효율을 제공하고 있습니다.

수동변속기와 자동변속기의 장점을 결합한 DCT(Dual Clutch Transmission)도 있습니다. 정확히는 자동화 수동변속기라고 할 수 있는 DCT는 짝수단과 홀수단으로 나눠진 두 개의 클러치를 번갈아 가며 자동으로 변속해주는 방식입니다. 즉, 수동변속기의 직결성과 자동변속기의 편리함을 더한 변속기입니다. 대표적으로 현대자동차는 코나, 투싼에 7단 DCT, 싼타페에 8단 습식 DCT를 탑재해 효율을 높이고 있습니다. 또한 고성능 N 모델 역시 8단 습식 DCT를 장착해 엔진의 동력을 손실 없이 지면으로 전달하고 있습니다.

변속기 없는 전기차,
왜 필요 없을까?

변속기가 없는 아이오닉 5

일반적으로 대부분의 전기차는 변속기가 없습니다. 정확히 얘기하면 모터의 토크를 끌어올려 효율적인 운행을 돕는 감속기가 장착됩니다. 쉽게 얘기하면 일반적인 변속기에서 1단 기어만 장착한 것과 같습니다. 전기차의 동력원인 구동모터는 내연기관과 달리 회전을 시작하는 동시에 최대 토크를 발휘하고, 내연기관 대비 높은 회전수를 사용할 수 있기 때문입니다. 그래서 내연기관 자동차와 달리 출발을 위한 공회전도 필요 없습니다. 그렇기 때문에 전기차는 클러치 조작도 필요 없고, 감속기만으로 일반적인 주행 속도를 모두 감당할 수 있습니다.

변속이 아닌 1단 감속기가 적용된 아이오닉 5

1단 감속기를 장착하며 생기는 단점도 있습니다. 일반적으로 전기차의 최고 속도는 내연기관 자동차보다 낮고, 고속 주행 효율이 상대적으로 떨어집니다. 이런 문제를 해결 하기 위해 성능을 중시한 포뮬러 E와 전기 슈퍼카에는 2단 변속기를 사용하는 경우도 있습니다. 하지만 일반적인 전기차는 변속기를 제거함으로써 얻는 이점이 많고, 실 영역에서는 충분하기 때문에 대부분의 전기차는 1단 감속기를 사용하고 있습니다.

앞으로 발전할 전기차 기술과 함께 전기차 변속기 또한 새로운 모습이 될 수도 있겠죠?

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