자동차는 심장이라고 불리는 엔진은 회전수에 따라 출력하는 동력의 힘이 다르다. 그렇기 때문에 엔진과 바퀴를 직접 연결한다면 바퀴가 움직이는데 필요한 동력을 출력하는 일정 회전수가 필요하고, 그 일정 회전수에 도달하기 전까지는 움직일 수 없게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 엔진과 바퀴 사이에는 변속기가 존재하며, 변속기는 주행상황에 맞게 엔진의 회전수를 최적화해준다.
카를 벤츠(Karl Benz)의 세계 최초 변속기
최초의 변속기는 1886년 최초의 가솔린 자동차라고 하는 카를 벤츠에 의해 탄생한 "페이턴트 모터바겐(Patent Motorwagen)"에 장착되었다.
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벤츠의 역사 [바로가기]
벨트 방식의 변속기였고 주행속도에 맞게 동력을 조절하는 역할보다는 엔진과 바퀴 사이에서 동력을 전달해주거나 끊는 역할을 했다. 이 변속기가 장착되면서 자동차가 정지했다가 출발할 때 시동을 다시 걸어주는 수고를 덜어주었다.
르네 파나르(Rene Panhard)와 에밀 르바소(Emile Levassor)의 최초 동력 조절 변속기
동력을 조절해주는 변속기는 한참 뒤인 1895년에 들어서야 프랑스의 르네 파나르와 에밀 르바소에 의해 1887년 설립된 "파나르 르바소(Panhard Levassor)"라는 자동차 회사에서 세계 최초로 클러치 페달이 달린 2단 수동변속기가 개발되었다.
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한편 파나르 르바소에서는 "파나르 시스템(Panhard System)"라는 구조를 개발해 오늘날 자동차의 전형적인 FR*구조인 차량 앞쪽에 엔진을 장착하고 변속기를 이용, 뒷바퀴를 구동시키는 방식을 개발하기도 했다.
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하지만 수동변속기는 클러치를 밟아 동력을 끊고 변속기 레버를 조작하여 기어의 단수를 변경하는 변속을 위한 모든 과정을 사용자가 직접 조작해야 하는 불편함이 있었고 "제너럴모터스(General Motors, GM)" 산하의 "캐딜락(Cadillac)"에서는 스스로 변속하는 컨셉의 변속기 개발에 착수했다.
이후 1937년 전진4단 후진 1단으로 구성된 "AST(Automatic Safety Transmission)"라고 불리는 반자동 변속기를 개발해냈다. 이 변속기는 1, 2단은 자동 변속이 되었으나 3, 4단은 수동변속기와 같은 방식으로 조작해야 했다.
거기에 더해 수동변속기 적용 차량에 비해 많은 가격 차이가 발생하면서 대중으로부터 외면, 개발된지 2년 만에 생산이 중지되었다.
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올즈모빌(Oldsmobile)의 최초 자동변속기
하지만 반자동 변속기에는 오늘날 변속기에도 적용되는 유성기어*가 개발, 적용되어 있었고 이를 이용해 1939년 GM의 브랜드 중 하나였던 올즈모빌에서 "하이드라매틱(Hydramatic)"이라는 이름의 자동변속기를 개발해냈다.
클러치가 없었고 토크 컨버터가 장착되어 있던 하이드라매틱은 최초의 상용화된 자동변속기이며, 자동차의 핸들에 부착된 변속기어였다. 오늘날의 "칼럼 시프트(Column Shift)"와 비슷하다.
GM의 역사 [바로가기]
1970년대에는 두 차례의 석유파동을 거치며 자동차 연비 위주로 발전하기 시작해 항속 주행에서 연비를 높여주는 기술을 적용하는 등의 고단의 자동변속기가 등장했고, 거기에 더해 전자제어 장치들이 추가되면서 정교한 제어까지 가능하게 되었다.
이를 기반으로 계속해서 변속기는 발전해나갔고, 변속이 빠르고 부드러운 자동변속기인 "듀얼 클러치 변속기(Dual Clutch Transmission, DCT)"나 "자동화 수동변속기(Automated Manual Transmission, AMT)" 등을 개발하기도 했으며, 엔진의 최대 회전수를 유지하기 위해 기어비 간격을 촘촘하게 나누는 변속기 다단화에 대한 기술도 각 자동차 제조사별로 경쟁적으로 발전했다.
오늘날 변속기
현재에 이르러 전기차 시대가 열리면서 내연기관 대신 모터가 장착되기 시작했고, 모터에 전기가 흐르는 순간부터 최대토크가 발휘, 어떤 회전 영역에서도 충분히 높은 효율을 발휘하기 때문에 변속기의 필요성이 없어졌다.
모터 자체가 회전수와 토크 변화에 따른 에너지 효율이 높기 때문에 변속기의 필요성은 줄었으나, 최근에는 높은 주행거리를 확보를 위해 기어비를 자유롭게 조절할 수 있는 "무단변속기(Continuously Variable Transmission, CVT)"가 주목받고 있다.
- FR(Front-engine, Rear-wheel Drive Layout) : 전방 엔진 후륜 구동
- 유성기어(Planetary Gear) : 선기어(Sun Gear)를 중심으로 복수의 피니언 기어(Pinion Gear)가 자전하면서 공전하는 구조를 가진 기어체계
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