변속기의 미래는 어떻게 될까요?

순수 전기 동력 장치와 전동화 파워트레인이 차량의 미래를 주도하고 있지만, 변속기는 여전히 자리를 지키고 있습니다.

좋은 엔진이 차를 만들 수 있지만, 나쁜 변속기는 모든 것을 망칠 수 있습니다. 기어, 베어링, 축 씰, 메커니즘이 복잡하게 얽힌 이 구성이 훌륭한 구동계와 평범한 구동계를 가르는 경우가 대부분입니다.

변속기는 과소평가되어 왔지만, 좋은 엔진도 좋은 변속기가 없다면 아무것도 아니라는 점을 기억해야 합니다. 전동화는 자동 변속기 설계자들에게 차량 성능에 더 큰 영향을 미칠 수 있는 절호의 기회를 가져다주었습니다. 어떻게 그럴까요? 엔진에 연결하는 대신 변속기 하우징 안에 하이브리드 전기 모터/발전기를 통합할 수 있기 때문입니다.

변속기 분야의 거인인 ZF 프리드리히스하펜은 수년간 하이브리드 자동 변속기 라인업을 구축해 왔으며, 자동차 제조사들에게 선택할 수 있는 일종의 모듈식 변속기 툴킷을 제공하고 있습니다. 이들은 토크 컨버터 대신 전기 모터가 추가된 것을 제외하면 기존 변속기와 같은 방식으로 작동합니다.

변속기가 전기차의 미래를 어떻게 바꿀까요?

외부 패키지 역시 거의 동일하여 쉽게 장착할 수 있습니다. 가변 변속 효과는 없으며 주행 성능은 기존 자동차와 같지만, 파워트레인은 회생 제동 시스템을 통해 에너지를 ‘회수’하거나, 다른 하이브리드와 마찬가지로 전기 모터/발전기에서 드라이브라인으로 토크를 더할 수 있습니다.

ZF의 하이브리드 변속기 라인업은 20 CV, 48 V의 마일드 하이브리드 버전으로 시작합니다. 그 뒤를 이어 55 CV와 125 CV의 고전압 풀 하이브리드 버전이 나오며, 제조사 변속기 모델의 최상위에는 약 400 Nm를 발휘하는 140 CV 풀 하이브리드 버전이 있어 후륜구동과 사륜구동 구성 모두에 사용할 수 있습니다.

풀 하이브리드 버전은 전기 전용 모드로 주행할 수 있도록 엔진과 분리될 수 있으며, 관성 주행이나 start & stop 시스템으로 엔진이 꺼져 있을 때도 내부 유압 장치가 계속 작동하도록 전동 펌프를 탑재합니다.

순수 전기차용 변속기는 훨씬 단순하며, 대부분 단일 속도 감속 기어를 사용해 전기 모터의 약 12,000rpm 회전수를 보다 낮은 속도로 줄입니다. 토크는 적지만 무게와 공간을 절약할 수 있는 소형 고속 전기 모터(20,000rpm 이상)는 2단 자동 변속기와 결합되기도 합니다. 그러나 단일 속도 변속기도 겉보기보다 훨씬 많은 요소를 포함합니다. 예를 들어 2단계 단일 속도 변속기를 사용하는 Volkswagen ID.3를 들 수 있습니다.

바퀴에서는 엔진 회전수를 10배 줄여야 하는데, 기어 두 개만으로 이를 수행하려면 그중 하나의 지름이 주어진 공간에 들어가기에는 너무 커지게 됩니다. 대신 이 변속기는 두 쌍의 기어를 사용합니다. 첫 번째 쌍이 한 단계에서 엔진 회전수를 줄이고, 두 번째 쌍이 나머지 작업을 마무리합니다. 이는 단일 속도 감속 변속기만큼이나 복잡하며, 전자적으로는 복잡할 수 있지만 순수 전기 구동 시스템이 기계적으로 얼마나 단순한지, 그리고 가장 친숙하고 기본적인 구성 요소들이 얼마나 중요한 역할을 맡고 있는지를 잘 보여주는 예입니다.