자동화 수동변속기

  • 영어 : AMT (Automated Manual Transmission), SAT(Semi Automatic Transmission)

1 개요

기계적으로 수동변속기에 기반하되 클러치 조작은 전자적으로 이뤄지는 변속기. 토크컨버터에 의존하는 자동변속기나 벨트/체인으로 늘 변하는 기어비를 갖게 자동으로 조절하는 CVT와는 구조면에서 다르다. 운전자 입장에서는 일반 주행에 있어 수동 변속이 필요하지 않은 경우가 대부분이기에 자동변속기의 일종으로 생각하는 경우가 많다. 하지만 기계적인 클러치가 존재하는 이상 변속기로서의 특성은 분명히 수동변속기이며 그래서 자동도, 완전한 수동도 아닌 자동화 수동변속기라는 표현이 나온 것.그냥 하이브리드 변속기라고 하면 안되나요

2 특징

기본적인 구조는 기계적인 클러치 구조를 그대로 유지하는 수동변속기이나, 클러치 조작, 경우에 따라서는 변속 조작을 기존에 운전자가 하던 것을 대신하여 컴퓨터에 의한 전자적 과정으로 대체한 것이 자동화 수동변속기이다. 즉, 클러치 페달을 밟아 동력을 끊고 기어를 변경한 다음 다시 클러치 페달을 놓고 동력을 연결하는 일련의 과정이 자동화된다. 운전자는 최소한 클러치 페달 조작을 할 필요가 사라지며 경우에 따라서는 자동변속기처럼 D 위치에 놓으면 알아서 전진 변속이 이뤄지게 된다. 그래서 자동차에 그리 관심이 없는 사람은 자동화 수동변속기와 자동변속기의 구분을 하지 못한다.

본래 빠른 기어 변경이 필요한 레이싱을 위해 개발되었는데, 그래서 초기의 자동화 수동변속기는 자동으로 속도에 맞춰 변속되지는 않고 기어 변경 시점은 운전자가 직접 입력하고 클러치 제어만 전자적으로 하는 장치였다. 태생 자체가 편한 운전이나 연비를 위해서가 아닌, 보다 빠른 변속을 목적고 실제로 F1을 비롯한 경주용으로 지금도 쓰이는 자동화 수동변속기는 정지 상태에서 클러치는 운전자가 조작해야 하고 출발과 정지는 일반 수동변속기와 유사하다. 하지만 조작 방식은 일반적인 차들과 다를 수 있다. 가령 F1의 클러치 조작 버튼은 핸들에 있다. 이런 배경으로 1990년대까지의 자동화 수동변속기들은 대부분 스포츠팩 같은 옵션이었다.

양산형 차량의 도입 사례로는 페라리사의 F355가 최초 양산차 적용 사례가 된다. 60ms의 빠른 변속을 자랑 했지만 잔고장이 많기로도 유명했다. BMW에서도 SMG라는 이름으로 내놓았고, 이후 SMG-II/III로 발전하면서 지속적으로 쓰이고 있었다. 최근에는 M-DCT(듀얼 클러치 트랜스미션)를 개발하여 적용한다. 의외로 토요타도 MR-2시절부터 양산화 했고 지금도 LF-A에 적용한 상태. 이런 구경도 쉽지않은 귀하디 귀한 슈퍼 스포츠카 대신에 좀더 주변에서 현실적으로 흔히 찾아볼수 있는 차량으로는 2009년식부터 2016년 2월식 이전까지의 푸조와 시트로엥 1.4/1.6 HDi에 매칭되는 MCP/EGS 변속기가 있다. 푸조와 시트로엥을 제외한다면, 이 시스템들은 하나같이 스포츠 드라이빙을 지향한 관계로 레이싱용에 가까운 미션을 전자제어한다.[1] 덕분에 변속충격도 크고 소음도 좀 더 심한 편. 하지만 이조차 매니아들에게는 남자답다는 이유로 어필한다. 어차피 편하게 쓰고 싶으면 자동 변속기가 있다. 공도에서 흔히 볼 수 있는 자동차에 자동화 수동변속기가 널리 퍼진 것은 폭스바겐에서 개발한 듀얼 클러치 변속기인 DSG가 상용화 되면서 부터. 보급형 승용차에는 2017년형 쉐보레 스파크에서 옵션으로 선택할 수 있게 된 시퀀셜 미션인 이지트로닉 변속기가 나름대로 대표 주자가 되었다.

3 종류

크게 네 가지 종류로 구분해볼 수 있다.

  • 도그클러치 + 시퀀셜미션
스포츠용 자동화 수동변속기에 많이 쓰인 방식이며, 상시 치합식중 하나인 도그클러치 방식을 기반으로 변속속도 향상에 유리한 구조인 시퀀셜 미션을 조합한 것이다. 도그클러치미션은 기어의 물림을 도그클러치라는 간단한 기계적 장치로 대체하는 변속기다. 일반 변속기의 싱크로나이저링[2]이 없이 기계적인 동력 결합이 즉각적으로 이루어지기 때문에 내구성이 높으며 동력효율도 높다. 특히 특유의 튼튼함으로 인해 적당히 엔진회전수를 컨트롤할 때 클러치를 쓰지 않고 변속이 가능[3]하다. 반면 싱크로나이저가 없는 관계로 변속 충격과 특유의 소음이 크게 생긴다. 거기다가 보통 도그클러치가 적용되면 내구성을 위해서라도 헬리컬(나선톱니)기어 대신 스퍼(평)기어가 적용되어 소음이 더 커지는 문제가 생긴다. 도그클러치 미션은 싱크로나이저가 발명되기 전의 일반적인 자동차 미션이었다. 지금은 충격과 소음 문제로 비주류로 밀려난 것. 하지만 그 특유의 내구성으로 스포츠 분야에서 장수하고 있으며 어쩌면 전자제어가 더욱 발달하여 싱크로나이저가 불필요해질 정도가 되는 미래에는 이 방식이 다시 주류가 될 가능성도 있다. 물론 그 전에 석유가 고갈될지도...

시퀀셜 기어는 변속의 조작방식과 관련된 방식이다. 일반적인 변속가가 H매틱이라는 시프트 셀렉터와 포크를 이용하여 긴 작동과정을 통해 조작되는 반면, 시퀸셜 기어는 캠을 돌려서 작동한다. 원통형 캠을 한 단계 전진 시킬 때마다 기어가 한 단씩 물리고 빠지는 것. 다운 쉬프팅은 반대로 한 단계씩 뒤로 돌리면 된다. 변속 시간이 매우 빠르고 변속을 위한 동작이 간단하므로 오랜시간 스포츠레이싱 분야에서 사랑받고 있다. 조작은 아래로 한번 당기면 올라가고, 위로 한번 밀면 내려가는 식이다. 시퀸셜 미션은 클러치 조작 없이 변속을 해야 그 의미가 있으므로 도그클러치미션과 조합되는 경우가 대다수이다. 또한 주위에서 볼 수 있는 오토바이의 수동 미션 대부분이 시퀸셜이다. 자동변속기의 수동 변속 모드도 이 시퀀셜 기어의 변속 레버 조작 방식을 유용한 것이다. 단점이라면 기어비가 짧고 촘촘한 바이크의 경우에는 별 문제가 안되지만 상대적으로 각단의 기어비가 넓고 길게 늘어지는 자동차용 변속기는 추월가속시 스킵 시프트[4] 기능을 구현할수가 없기 때문에, 팔이 빠지게 연속으로 기어봉을 잡아 흔들어 대던가(...) 혹은 자동모드라면 원하는 기어단수가 될때까지 지루하게 기다려야 하는수 밖에는 없다.

이런 도그 클러치 + 시퀸셜 미션에 전자제어장치를 달면 자동화 수동변속기가 된다. 실제 BMW나 페라리, 도요타의 그것은 전부 이렇게 제작되었다. 레이싱용의 경우 시퀸셜 미션만 구입한뒤 제어장치를 따로 구입해서 조립해도 된다. 물론 이런 레이싱용 변속기는 가격이 비싸다. 순수하게 전자 제어유닛만 세금빼고 500만원을 호가하고 미션은... 이런 시퀸셜 미션에 기반한 방식은 근래에 듀얼 클러치 변속기에 밀리는 추세다. 그러나 순수한 스포츠 드라이빙 분야에서는 이쪽이 좀더 우세하다는 일반론이 있다. 가볍고 전달 가능한 출력도 이쪽이 훨씬 높기 때문이다. 게다가 거의 모든 레이스카에 사용되는 만큼, 정말 여러가지 다양한 범용 제품들이 많이 나와 있기 때문에 전세계 어느 자동차 모두에 장착할수 있을정도의 강력한 호환성 역시 빼놓을수 없는 메리트다. 스포츠 차량이 아닌 일반 자동차에서도 아직 명맥을 유지하고 있는데, 듀얼 클러치 변속기에 비해 시퀄션 미션은 구조가 간단하고 정비성이 좋기 때문. 뒤집어 말하면 듀얼 클러치 변속기는 가격 부담이 높고 아직 신뢰성 문제도 남아 있는데다 정비성도 나빠 저가형 소형/상용 차량에 쓰기는 어렵다. 클러치 제어 역시 전자 제어 기술 발전으로 효율성이 좋아져 일반적인 용도로 쓰기에 큰 불편이 없을 정도로 발전했다.
  • 동기치합식 변속기 + 완전 자동제어
스포츠 차량이 아닌 일반 승용차에서 듀얼 클러치 변속기 이전에 쓰인 자동화 수동 변속기는 그냥 평소에 우리가 흔하게 사용하는 일반적인 동기치합식 수동변속기에, 사람이 직접 조작하는 클러치와 쉬프트 셀렉터 이 두 부품을 서보장치로 자동제어화 시킨것에 불과한 물건이었다. 실제로도 설계 개발이나 생산 원가절감, 검증된 내구성과 신뢰성, 그리고 사용자의 유지보수 편의성을 위해서[5], 대개의 자동차 회사들은 종래의 생산중이던 수동변속기에 케이블과 클러치 유압실린더를 제거하고, 그자리에 서보 2개를 장착한다. 자동차 회사가 생산중에 있었던 기존 재래식 수동변속기와 완전히 모든게 같은 내부구조를 강조하기 위하여 AMT라는 명칭보다는, MTA(Manual Transmission Automated)라고 부른다. 오토랑 매뉴얼이 앞으로가냐, 뒤로가냐의 말장난 차이지 뭘
단가나 부품수급률 외의 장점으로는, 위의 도그클러치 + 시퀀셜 조합의 단점인 스킵시프트 구현이 가능하다.
단점은, 종래의 동기치합 방식의 수동변속기와 구조가 완전히 같기 때문에, 변속속도를 빠르게 하는데 한계가 명확하다. 실제 운행을 해보면, 변속속도가 척! 하며 빠릿빠릿한 도그클러치 + 시퀀셜 미션 조합의 물건이랑은 다르게, 이놈들은 변속속도가 사람이 직접 시프트레버로 변속조작하는 속도와 별 차이가(...) 없다. 변속속도가 느린것이 얼핏 큰 단점이라고 느껴지지 않을수 있으나, 실제 운행시에는 큰 도로에서는 멀쩡히 잘 주행하다가 마트나 백화점 주차장같이 저속으로 진행하는 급경사길을 갑자기 만날경우, 2단에서 1단으로 미처 얼른 저단변속을 하지 못하고 멀뚱히 2단에 고정된채로 낑낑거리며 올라가다 결국엔 힘이 딸려서(...) 차를 언덕 중턱에서 세워버렸다가 1단으로 다시 지가 변속후에 재출발 하는 짓을 종종 한다. 때문에 푸조나 시트로엥, 스파크의 오너들은 이런 급경사로 입구에서 차가 2단으로 달리고 있으면, 미리 수동모드로 1단으로 변속하는 운전습관을 들이게 된다고.
이러한 단점에도 불구하고 앞서 이야기한 장점에 대한 이득이 꽤나 쏠쏠한 편인지라, 이런 변속기를 사용하기 딱 좋은 준중형 혹은 소형차를 주력으로 미는 유럽의 오펠과 복스홀이나 피아트, PSA그룹을 중심으로 명맥이 지금까지도 근근히 이어져 왔다. 근래에 발달된 전자 제어 기술에 힘입어 주행감각도 거칠기가 짝이없었던 과거와는 다르게, 사람들이 약간의 충격정도는 애교로 봐줄 정도로 사뭇 매끄러워져서 최근에 쉐보레 스파크가 북미 시장에서 먼저 선을 보인뒤에, 주행질감이 괜찮다는 평을 받아내어 한국 내수시장 에서도 만나볼 수 있게 되었다.
  • 동기치합식 변속기 + 클러치 자동 제어(세미오토)
대당 1원의 원가에 아주 민감한 경차같은 자동차에 탑재를 위해서 원가를 한푼이라도 깎아 내리고저, 쉬프트 셀렉터의 전자제어 서보장치는 삭제해 버리고 클러치만 자동제어 하는 변속기를 일명 세미오토라고 부른다. 아무래도 수동변속기가 토크컨버터가 들어가는 자동변속기보다는 동력 손실이 적어 이론적으로는 연비에 유리하지만, 문제는 클러치 제어 타이밍이 올바르지 않으면 연비도 나빠지고 속칭 '말을 탄다'는 식의 변속 충격이 발생하여 승차감도 나빠지게 된다. 심하면 연비 개선 효과까지 다 말아먹는 경우도 발생한다. 그래서 이런 방식의 변속기는 선진국의 자동차 제조사에서는 대부분 퇴출되고 자동변속기로 바뀌었다 지금은 고단 자동변속기 또는 듀얼 클러치 변속기로 바뀌고 있다.
대한민국의 국산차 가운데 순정으로 나온 것은 한참 과거인 현대 아토스와 GM대우 마티즈, 대우 티코 시절이며 당시에도 평판은 그야말로 바닥을 기었다. 순정 세미오토 차량은 H매틱 스틱은 그대로 있지만 클러치 페달이 없는 것이 특징이다. 변속는 운전자가 알아서 해야 하지만 클러치 조작만큼은 알아서 잘 해준다는 것.여러분 이거 다 거짓말인 거 아시죠 양산차 시장에서 세미오토는 멸종한 것이나 마찬가지지만 수동변속기 전용으로 나오는 소형 승합차/상용차의 변속기를 개조해주는 자동차 튜닝 시장은 여전히 남아 있다. 주된 고객은 택시나 승합차들.
하나의 변속기 케이스 내부에 사실상 두 개의 변속기를 내장한 것. 각 기어 단수의 절반씩을 연결한 두 개의 축과 각각의 축의 동력 단속을 하는 두 개의 클러치가 기어 변속에 따라서 교대로 떼고 붙는다는 개념. 클러치 제어가 미칠듯이 빠르지 않아도 변속이 부드럽게 이뤄지는데다 연비 역시 수동변속기 기반답게 매우 뛰어나다. 또한 이 변속기가 상용화된 시점부터는 전자 제어 기술도 발전하였기에 앞의 다른 자동화 수동변속기에 비해 성능에 대한 불만이 적었다. 현재 승용차의 자동화 수동변속기의 주류는 바로 이 듀얼 클러치 변속기. 하지만 구조가 복잡하다보니 가격이 비싸지고 복잡한 구조는 신뢰성에 약점을 주는 것이 문제. 자세한 내용은 듀얼 클러치 변속기 문서를 참조할 것.

4 트리비아

대형 트럭과 버스에도 AMT가 쓰인다. 고하중에도 잘 버티는 튼튼한 도그 클러치 방식을 사용하지만, 스킵 시프트가 가능하도록 시퀀셜 방식 변속기가 아닌 그냥 평범한 시프트 셀렉터와 포크를 사용한다. 가장 유명한 대형 상용차용 AMT로는 독일의 ZF에서 나오는 애스트로닉(ASTronic)이 있다. 12단이며, 고급 대형버스와 장거리 트레일러를 중심으로 적용되고 기아 그랜버드, 현대 트라고, 현대 유니버스 등에도 장착되고 있다. 최근 현대다이모스에서 6단 수동변속기를 기반으로 한 AMT를 개발해서 현대 블루시티에 장착했다.

자동화 수동변속기라는 용어 때문에 이 변속기가 들어간 차량을 2종 보통 자동한정 운전면허 소유자가 운전할 수 없다고 생각하는 사람들이 있지만, 이 변속기를 장착한 자동차는 자동한정 면허(A한정) 소지자도 운전할 수 있다. 운전면허에서 자동/수동의 기준은 기계적인 구조가 아닌 클러치 페달이 있고 사람이 직접 그것을 조작해야 하느냐 그렇지 않느냐로 판정하기 때문. 클러치 페달을 조작할 필요가 없는 자동화 수동변속기는 대한민국 법률상 자동변속기와 같은 취급을 받는다.
  1. ↑ 시트로엥과 푸조는 듀얼클러치 변속기 만큼 연비를 만족시키면서, 기존 재래식 수동변속기와 클러치등의 소모품이나 일부 부품 공유로 생산단가와 사용자들의 유지비를 낮추고, 기존 수동변속기 모델과 거의 같은 간단한 구조로인한 정비성 향상의 목적으로 변속속도를 다소 희생하고 듀얼클러치 변속기 대신에 적용시킨 것이다. 허나 정작 결과물로 나오게 된건, 각단 기어의 변속속도가 지나치게 느린데다가, 느리면 부드럽기라도 해야하는데 변속 속도가 M3나 F355에 2배 가까이 걸리는 주제에, 문제는 변속충격이 그 거칠다고 소문난 M3나 F355의 반으로 줄어들기는 커녕 아니고 2배에 가까웠다 작동감까지 거친데다가, 변속과 클러치 미트의 알고리즘까지 멍청한지라 결과는 소비자들의 외면으로 실패에 가깝게 끝나게 되었다. 지금은 MCP가 단종되고, 전차종이 평범한 아이신의 6단 자동변속기를 장착하여 생산중이다.
  2. ↑ 일반 수동변속기에는 싱크로나이저링이 있다. 변속하는 과정에서 엔진과 미션사이에는 항상 미세한 회전수 차이가 발생하며 이것이 변속충격과 소음을 일으킨다. 싱크로나이저링은 기어가 완전히 물리기 전에 마찰을 일으키며 이 회전수 차이를 상쇄하도록 되어 있다. 마찰이 일어나는 시간은 운전자가 기어를 중립으로 뺀 뒤 다시 원하는 단수로 넣는 사이다. 짦은 듯 하지만 일반적으로 그 정도 시간이면 충분.
  3. ↑ 일반 수동변속기도 가능하다. 어설프게 조작할 경우에는, 싱크로나이저링 수명이 짧아진다는 사소한 문제가 있다. 어느 정도 아는 사람들은 클러치가 고장나도 정비소까지 그냥 운전해서 간다. 하지만 싱크로나이저의 교환 공임은 사소한 문제가 아니다.
  4. ↑ Skip-Shift. 말 그대로 넘어가는 변속을 의미한다. 예를들면 고속도로 오르막에서 6단으로 정속주행중에 앞차의 추월을 위해서 바로 3단을 집어넣는다던가, 혹은 여러가지 이유로 적정 변속 시기를 놓쳐서 3단에서 5단으로 그냥 바로 넣는다던가.
  5. ↑ 주요 부품을 기존과 완전히 그대로 사용함으로써 부품값과 공임도 저렴해지고, 또한 원래부터 시장에 존재하던 부품이라 부품수급이 원활해져 수리시간과 기한이 줄어드는 장점이 있다.