현대기아차, ‘변속기’ 역사...글로벌 車 브랜드 감탄하다

1980년대까지 일본산 변속기 전량 수입해 사용하던 수준전륜8단 자동변속기 및 후륜 10단 자동변속기 개발 박차미래 전략 차종 하이브리드 포함한 친환경차 기술개발 매진

현대기아차의 변속기를 생산하는 현대파워텍은 2009년 중국의 장성기차, 화신기차를 시작으로 2011년에는 크라이슬러로부터 전륜 6단 자동변속기를 수주함으로써 해외에서 변속기 기술력의 우수성을 인정받고 있다.

글로벌 완성차 업체들의 중장기 공통 전략은 연비 및 성능 향상과 친환경차 확대와 내년기관의 균형 투자다. 이에 대한 방안으로 자동차 메이커들의 변속기 다단화에 공을 들이고 있다.

특히 현대차의 상품성과 감성 품질은 글로벌 자동차 브랜드와 어깨를 나란히 하고 있다. 현대차그룹의 치열한 R&D 개발은 변속기 후발 후자임에도 불구하고 세계 시장에서도 감탄할 만큼의 수준에 다다랐다. 하지만 현대차의 변속기를 포함한 부품의 성능은 현재 수준에 만족하지 않고 미래 기술에 한발짝 다가서고 있다.

◇현대기아차 자동변속기 개발은 이렇게 시작됐다=현대기아차는 1980년대까지 일본산 변속기를 전량 수입해 사용하던 수준에서 벗어나 2000년 후반 해외 완성차 브랜드에 독자개발 변속기를 수출할 수 있는 단계까지 성장했다. 한마디로 변속기 기술을 선도하는 유일한 완성차 메이커로 우뚝 선 것이다.

현대기아차의 변속기를 생산하는 현대파워텍은 2009년 중국의 장성기차, 화신기차를 시작으로 2011년에는 크라이슬러로부터 전륜 6단 자동변속기를 수주함으로써 해외에서 변속기 기술력의 우수성을 인정받고 있다.

특히 완성차 메이커로서는 최초이자 변속기 전문업체를 포함해 세계에서 세 번째다. 후륜 8단 자동변속기를 독자 개발한 것은 현대기아차가 변속기 분야의 선두업체로 도약했음을 상징적으로 의미한다.현재 후륜 8단 자동변속기는 제네시스와 에쿠스, K9등 대형 세단과 모하비 등 4개 차종에 탑재되고 있다.

◇초창기, 일본 변속기 수입·기술 도입=현대기아차가 최초로 자동차 산업에 뛰어들었을 당시 한국에는 엔진, 변속기 등 파워트레인에 대한 기술력이 전혀 없었기 때문에 전량 일본 변속기를 수입하는 데 의존할 수 밖에 없었다.

1970년대 들어와 현대차가 포니를 생산하면서 탑재한3단 자동변속기는 일본 도요타 계열사인 아이신 제품이었다. 엑셀에 장착된 3단 자동변속기는 일본의 미쓰비시에서 수입한 제품이었다. 현대기아차는 이때부터 일본 자동차 업체들의 변속기 기술을 본격적으로 접하며 기술 도입을 시작했다.

◇현대기아차, 변속기 독자 개발 진입=1980년대까지만 해도 대부분 일본산 변속기를 수입하는 데 그쳤던 현대기아차는1980년대 말부터 1990년대에 들어서면서부터 자립을 위한기술개발 단계에 본격적으로 진입하게 된다.

1988년 현대기아차는 미쓰비시의 4단 자동변속기 라이센스를 받아 독자적인 생산을 시작했다. 한마디로 단순 조립만 하는 수준에 불과했다. 이후 90년대에 들어서면서 미쓰비시의 전륜 4단 변속기를 바탕으로 국내실정과 현대기아차의 엔진에 맞게 기존 3축 구조의 변속기를 2축으로 변경, 기어비, 허용 토크용량 확장 등을 통해서 내구성과 변속감을 향상시키는 등 자체기술 발전에 돌입했다.

구형 엑센트 및 아반떼에 장착된 전륜4단 자동변속기는 일본 미쓰비시의 변속기를 토대로 개량했다. 알파 엔진 독자개발과 함께 소형차에 적용되는 알파 전륜 4단 자동변속기, 베타 전륜 4단 자동변속기 등을 생산하며 자체기술 확보를 위한 노력을 기울였다.

그러나 2000년대 접어들기 전까지는 변속기 개발에 가장 중요한 부분인 설계도면 자체를 실질적으로 미쓰비시에 의존한 상황이었기에 우리 실정에 맞게 개량을 하는 데에 있어서도 많은 문제점이 발생했고 이를 자체적으로 해결할 수 있는 기술력도 부족한 상태였다.

◇일본 변속기 바탕으로 전륜 5단 변속기 개발=현대기아차는 자동변속기 독자개발을 위해 1990년대 초반부터 꾸준히 노력한 끝에 1998년 말 최초로 전륜 5단 자동변속기를 도면설계에서부터 생산, 조립까지 독자 기술로 완성해 2000년대부터 본격적으로 생산했다.

하지만 이것 또한 미쓰비시의 전륜 5단 변속기의 설계도면을 바탕으로 변속효율과 내구성을 향상시킨 것. 기술력이나 완성도가 일본 메이커나 독일 메이커에는 미치지 못한다는 평가가 지배적이었다.

하지만 현대기아차는 변속기 개발에 대한 노력은 계속됐다. 지난 1998년 독자적인 설계를 통해 생산해낸 전륜 5단 자동변속기는 향후 순수 독자 기술의 전륜 6단 자동변속기 개발의 기초가 됐다.

현대기아차는 완성차 메이커로는 세계최초로 순수 독자 기술로 개발한 후륜 8단 자동변속기는 가속성능 및 연비 향상, 부드러운 변속감(변속충격 감소), 소음 및 진동 개선 등의 성능 향상을 이뤄냈으며127건의 특허를 획득했다.

◇현대기아차, 독자 기술로 전륜 6단 자동변속기 탄생=1990년대 말까지만해도 현대기아차는 미쓰비시의 변속기를 바탕으로 개량한 전륜 5단 자동변속기를 사용했다. 후륜 변속기는 2005년까지만 해도 ‘자트코’의 후륜 5단 자동변속기를 그대로 도입해 사용했다.

그러나 자동차 엔진의 발전 등과 함께 6단 자동변속기 개발의 필요성을 느끼고, 2001년 세계최초로 6단 변속기 개발에 성공한 독일의 ZF와 공동으로 전륜 6단 자동변속기를 개발할 계획이었다.

그러나 ZF의 과도한 라이센스 비용 요구 등 각종 장벽으로 공동개발계획을 수정, 2004년부터는 그 동안 쌓아온 변속기 제작 노하우를 활용, 연구와 투자를 강화해 2000년대 중반부터 독자적으로 6단 자동변속기 개발에 착수했다.

◇완성차 업체 3번째 6단 자동변속기 개발 성공=현대기아차는 지난 2009년 1월 ‘그랜저 뉴 럭셔리’를 출시하면서 최초로 독자 개발한 전륜 6단 자동변속기를 적용했다.

현대기아차는 기존 4·5단 변속기를 대체해 성능 및 연비를 향상시키고 상품성을 높인 전륜 6단 자동변속기 독자 개발에 성공함으로써 세계 자동변속기 시장을 선도할 수 있는 기술력을 확보했다.

특히 전륜 6단 자동변속기는 완성차 업체로는 2006년에 개발에 성공한 도요타와GM/포드 공동 개발 이후 세계 3번째로 이뤄낸 성과다. (2001년 7월,독일의 ZF가 6단 자동변속기 최초개발)

전륜 6단 자동변속기 개발 초기 단계에서는 기존 양산중인 전륜 5단 자동변속기를 기본으로 가속화하는 방식을 추진했으나 사이즈 및 중량이 커지고 원가가 상승함에 따라 신개념의 6단 자동변속기 개발로 방향을 선회했다.

현대기아차가 독자 개발한 6단 자동변속기는 기존의 5단 자동변속기 대비 부품 수를 62개나 줄여 무게를 12kg감소시켰고 연비도 12.2%나 개선했으며 300여 개의 특허를 취득했다.

특히 그랜저 3.3모델 기준으로, 기존 장착된 전륜 5단 자동변속기 대비 독자 개발한 6단 자동변속기는 연비를 12.2%향상시켰고,정지 상태에서 시속 100km까지 도달하는 발진가속은 2.5%,시속 60km에서 시속 100km까지 도달하는 추월가속은11%가 각각 향상됐다.

현대기아차는 이후 전륜 6단 자동변속기를 쏘렌토R, 투싼ix, YF쏘나타, K7,스포티지R, K5, 포르테, 아반떼,엑센트, 벨로스터, 프라이드, i30, i40등 경차를 제외한 모든 전륜 구동 신차에 순차적으로 탑재하고 있다.

◇세계 최초 후륜 8단 자동변속기 독자 개발=현대기아차는 2010년 10월 현대차 남양기술연구소 인근 롤링힐스에서 열린 ‘현대기아차 국제 파워트레인 컨퍼런스’에서‘후륜 8단 자동변속기’를 선보였다.

부품 전문 업체를포함해서는 독일의 ZF, 일본의 아이신에 이은 세계 세 번째, 완성차 업체로는 세계 최초로 독자개발에 성공한 성과이다.

BMW, 렉서스 등 프리미엄 브랜드도 후륜 8단 자동변속기를 사용하고 있지만 변속기 업체 ZF,아이신 등의 제품을 사용하는 등 자체 개발에 앞장선 현대기아차와는 차이가 있다.

이를 위해 현대기아차는 약 4년의 개발기간과 635억원의 개발비용을 투입하였으며, 55kg·m의 허용토크용량을 확보해 고성능, 고출력 엔진에 적합한 성능을 갖춘 세계 최고 단수의 변속기를 개발한 것.

2011년 3월에는 현대차가 국내 자동차 업체 최초로 후륜 8단 자동변속기가 장착된 차량인 ‘2012년형 에쿠스’ 및 ‘2012년형 제네시스’를 출시, 기존 제네시스와 에쿠스에 적용되던 독일 ZF와 일본 아이신에서 수입한 후륜 6단 자동변속기를 대체하게 됐다.

◇후륜 8단 자동변속기, 세계가 인정=완성차 메이커로는 세계 최초로 현대기아차의 순수 독자 기술로 개발한 후륜 8단 자동변속기는 가속성능 및 연비 향상, 부드러운 변속감(변속충격 감소), 소음 및 진동 개선 등의 성능 향상을 이뤄냈으며 127건의 특허를 획득했다.

현대기아차의 후륜 8단 자동변속기는 저점도 ATF(AUTO TRANSMISSION FLUID)및 토크컨버터의 미끄러짐을 줄이는 적극적인 락업 제어를 적용해 연비, 가속성능 및 직결감을 크게 향상시켰다.

2012년형 제네시스에 탑재된 후륜 8단 자동변속기의 허용토크는 44kg·m로 기존 제네시스에 탑재한 6단 자동변속기 대비 연비는 6.3%, 발진 가속성능은 10.3%가 향상돼 한층 강력해진 성능과 효율을 달성했다.

또한 ‘2012년형 에쿠스’에 탑재된 후륜 8단 자동변속기 역시 동급 자동변속기 중 세계최고 수준의 허용토크 용량인 55kg·m를 확보해 타우 5.0 GDi엔진과 같은 고출력 엔진에도 대응이 가능한 성능을 갖추게 됐다.

◇더블 클러치 트랜스미션(DCT)도입 확대=현대기아차는 향후에도 변속기 다단화에 대한 시장 수요에 대응하고 시장 선두 업체로서의 지위를 더욱 확고히 하기 위해 전륜 8단 자동변속기 및 후륜 10단 자동변속기 개발에 박차를 가하고 있다.

현대기아차는 차세대 더블 클러치 트랜스미션 개발을 통해 고연비 친환경 차량 구현에 더욱 박차를 가하고 있다. 더블 클러치 트랜스미션은 연비 향상과 더불어 수동변속기가 갖고 있는 스포티한 주행성능과 자동변속기의 편리한 운전성을 동시에 갖는 차세대 자동화 수동변속기다.

‘더블 클러치 트랜스미션’은 홀수 기어를 담당하는 클러치와 짝수 기어를 담당하는 클러치 등 총 2개의 클러치를 적용, 하나의 클러치가 단수를 바꾸면 다른 클러치가 곧바로 다음 단에 기어를 넣음으로써 변속 시 소음이 적고 빠른 변속이 가능하다. 뿐만 아니라 변속 충격 또한 적다는 장점을 가지고 있다.

또한 더블 클러치 트랜스미션은 소음 및 진동 성능을 향상시키는 듀얼 매스 플라이휠과 더블 클러치, 2개의 입력축 구조를 갖고 있는 동력전달장치, 전기 모터식 액츄에이터 등을 적용했다.

더블 클러치 트랜스미션은 2개의 클러치에 의한 클러치 조작 및 기어 변속을 TCU에 의해 자동으로 제어하게 된다. 마치 자동변속기처럼 변속이 가능하면서도 수동변속기의 주행성능을 가능케 하는 것이다.

뿐만 아니라 수동변속기 수준으로 이산화탄소 배출량과 연비를 개선해 친환경적인 면에서도 매우 우수하다. 현대차는 국내 최초로 6단 더블클러치 미션을 탑재해 성능과 효율을 혁신적으로 높인‘벨로스터DCT’모델을 출시했다.

이처럼 변속 효율을 크게 높인 더블 클러치 트랜스미션이 장착된 ‘벨로스터DCT’는 복합연비 기준 13.6km/ℓ의 우수한 연비를 실현, 최상의 경제성을 제공한다. 현대기아차는 향후 더블 클러치 트랜스미션을 단계적으로 확대 적용해 나갈 계획이다.

업계의 한 관계자는 “이제 현대기아차의 변속기 수준은 가히 글로벌 자동차와 공유할 정도로 발전했다. 현재 현대기아차는 미래의 전략 차종인 하이브리드를 포함한 친환경차에 대한 기술개발에 매진하고 있다”고 말했다.

윤경현 기자 squashkh@