자동변속기
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1. 개요
자동변속기는 자동차의 변속 조작을 자동으로 수행하는 장치이다. 1904년 개발된 "horseless carriage gearbox"가 시초로 여겨지며, 유성 기어를 활용한 자동변속기는 1939년 제너럴 모터스(GM)의 하이드라매틱을 통해 대량 생산되었다. 자동변속기는 토크 컨버터, 유성 기어, 전자 제어 기술의 발전을 거쳐 현재 다양한 종류로 구분되며, 클러치 기구에 따라 토크 컨버터식, 습식 다판 클러치식 등으로, 변속 기구에 따라 유단 자동변속기, 자동 수동 변속기(AMT), 무단변속기(CVT), 듀얼 클러치 변속기(DCT) 등으로 나뉜다. 자동변속기는 운전 편의성이 높지만, 수동변속기에 비해 가격이 비싸고, 연비가 낮다는 단점이 있다.
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- 자동차 변속기 - 듀얼 클러치 변속기
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자동변속기 | |
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개요 | |
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유형 | 자동차 부품 |
발명가 | 허먼 포딩거 (최초 개념) 스투르테반트 형제 (상용화) |
최초 생산 | 1904년 (스투르테반트) |
작동 원리 | |
주요 구성 요소 | 토크 컨버터 유성 기어 세트 유압 제어 시스템 변속기 제어 장치 (TCU) |
작동 방식 | 엔진 토크를 유체를 통해 전달하여 기어비를 자동 변경 유압을 이용하여 클러치와 브레이크를 작동시켜 기어 변속 변속기 제어 장치가 엔진 속도, 차량 속도, 스로틀 위치 등을 감지하여 최적의 기어 선택 |
장점 및 단점 | |
장점 | 운전 편의성 향상 (클러치 페달 조작 불필요) 부드러운 변속 자동 변속으로 인한 엔진 보호 |
단점 | 수동 변속기 대비 연비가 낮은 경향이 있음 (최신 자동 변속기는 개선됨) 구조 복잡성으로 인한 높은 생산 비용 및 유지 보수 비용 수동 변속기 대비 동력 손실이 큰 경향이 있음 (최신 자동 변속기는 개선됨) |
다양한 유형 | |
유형 | 자동 변속기 (AT) 무단 변속기 (CVT) 듀얼 클러치 변속기 (DCT) 자동화 수동 변속기 (AMT) |
설명 | 자동 변속기 (AT): 토크 컨버터와 유성 기어를 사용하여 자동 변속 무단 변속기 (CVT): 벨트와 풀리를 사용하여 무단 변속 듀얼 클러치 변속기 (DCT): 두 개의 클러치를 사용하여 빠른 변속 자동화 수동 변속기 (AMT): 수동 변속기를 자동화한 변속기 |
역사 | |
초기 개발 | 20세기 초, 수동 변속기의 불편함을 해소하기 위한 시도 |
상용화 | 1904년, 스투르테반트 형제가 최초의 상용 자동 변속기 개발 1930년대, 올즈모빌에서 "하이드라매틱"이라는 자동 변속기를 개발하여 대중화 |
발전 | 전자 제어 기술 도입으로 변속 성능 및 연비 향상 다단화 추세 (최대 10단 자동 변속기까지 개발) |
추가 정보 | |
관련 용어 | 토크 컨버터 유성 기어 변속기 제어 장치 (TCU) 수동 변속기 반자동 변속기 |
제조사 | 아이신 ZF 프리드리히스하펜 현대트랜시스 제트코 |
예시 | 도요타 AA80E |
2. 역사
내연 기관 자동차는 엔진이 좁은 범위의 회전 속도로 작동해야 하므로, 다양한 속도로 바퀴를 구동하기 위해 수동 또는 자동 변속기가 필요하다.
자동 변속기는 오랫동안 미국에서 널리 사용되었지만, 유럽에서는 훨씬 늦게 일반화되기 시작했다.[3] 1957년 미국에서 생산된 신차의 80% 이상이 자동 변속기를 장착했다.[4] 그러나 2020년에는 미국 신차의 2.4%만이 수동 변속기를 장착했다.[6]
영국에서는 2020년 이후 신차의 대다수가 자동 변속기를 장착하고 있다. 메르세데스와 볼보를 포함한 여러 제조사들은 더 이상 수동 변속기 차량을 판매하지 않는다. 자동 변속기의 증가 추세는 전기차 및 하이브리드차의 증가와 자율 비상 제동과 같은 안전 시스템과의 통합 용이성에 기인한다.[8][9]
자동변속기의 양산화와 소형화는 이후에도 계속 진행되어, 저렴한 대중차나 횡치 엔진 전륜구동의 소형차에도 탑재되게 되었다.
2. 1. 초기 자동변속기의 등장
1904년 스터테번트(Sturtevant)사의 "말 없는 마차 기어박스"는 종종 자동차용 최초의 자동변속기로 여겨진다.[17][18] 엔진 속도가 높아지면 고단 기어가 체결되었고, 차량 속도가 줄어들면 저단 기어로 변속되었다. 그러나 잦은 고장이 발생했다.유성 기어 세트의 채택은 현대식 자동변속기로의 중요한 진전이었다. 1908년 포드 모델 T는 유성 기어 세트를 사용한 2단 수동 변속기를 장착했다.
1923년 캐나다 발명가 알프레드 호너 먼로(Alfred Horner Munro)는 자동변속기에 대한 초기 특허를 받았다.[20] 먼로는 압축 공기를 사용하도록 설계했지만, 동력이 부족하여 상업적으로 적용되지 못했다.[21]
1932년 브라질의 엔지니어 호세 브라즈 아라리페(José Braz Araripe)와 페르난두 레흘리 레모스(Fernando Lehly Lemos)는 유압유를 사용한 최초의 자동변속기를 개발했다.[22][2]
1933년 REO 자동차 회사(REO Motor Car Company)의 "셀프 시프터"(Self-Shifter) 반자동 변속기가 등장했다.[23] 이 변속기는 "전진" 모드에서 두 개의 전진 기어 사이를 자동으로 변속했지만, 출발 시에는 운전자가 클러치 페달을 사용해야 했다.[24] 1937년에는 올즈모빌(Oldsmobile)의 "자동 안전 변속기"가 등장했는데, REO "셀프 시프터"와 작동 방식이 유사했지만 유성 기어 세트를 사용했다.[25][26][27] 1939년에는 크라이슬러(Chrysler)의 플루이드 드라이브(Fluid Drive)가 출시되었는데, 이는 수동 변속기에 유체 커플링을 추가한 선택적 추가 기능이었다.[28][29]
1939년, 제너럴 모터스(GM)는 올즈모빌 1940년형의 옵션 장비로 '''Hydramatic|하이드라매틱영어'''을 출시했는데, 이는 4단 유성 기어 변속기와 토크 컨버터가 조합된 실용 수준에 도달한 최초의 자동변속기로 여겨진다.[60]
2. 2. 토크 컨버터의 도입과 발전

현대식 자동변속기는 엔진의 연결 및 분리를 위해 수동변속기에 사용되는 마찰 클러치 대신 토크 컨버터를 사용한다.
1939년, 제너럴 모터스(GM)가 올즈모빌 1940년형의 옵션 장비로 출시한 '''Hydramatic|하이드라매틱영어'''은 4단식 유성 기어 변속기와 토크 컨버터가 조합되어 실용 수준에 도달한 자동변속기의 시작으로 여겨진다.[60] 클러치 역할을 하는 토크 컨버터에는 토크 증폭 작용이 포함되지 않았지만, 감속비(변속 단수)는 유압에 의해 자동적으로 전환되었으며, 킥 다운 기구를 비롯한 후년의 자동변속기에서도 채용되는 기본 기능을 갖추고 있었다.
이후 GM에 이어 미국의 주요 자동차 메이커는 1940년대부터 1950년대에 걸쳐 자동변속기 개발을 촉진했다. 허드슨이나 카이저 등, 자체적으로 자동변속기 개발이 불가능했던 빅3 외의 중견 메이커는 GM에서 외판된 하이드라매틱 유닛을 구입하여 장착함으로써 자동변속기화에 추종했다.
유체 커플링을 발전시켜 토크 증폭 작용을 갖춘 토크 컨버터가 시판차에 채용된 것은 GM의 "다이나플로우"로, 1948년에 발표된 뷰익에 탑재되었다. 변속기는 2단 수동 변속기였으며, 통상 2단에 고정되어 있다가 구동력이 필요한 경우 수동으로 1단으로 전환하는 방식이었다. 1949년부터 이듬해에 걸쳐 같은 GM 계열의 쉐보레용 "파워글라이드"와, 팩커드의 자사 개발 "울트라매틱"이 2단 자동변속기로 시판되었고, 1953년에는 크라이슬러도 "파워글라이드"를 도입했다. 이 당시의 토크 컨버터는 록업 기구가 포함되지 않아 슬립에 따른 전달 손실로 인해 스로틀 조작에 대한 응답성(반응)과 연비가 나빴다.
1950년대 중반에 토크 컨버터와 조합된 3단 이상의 자동변속기가 등장하여, 기술의 진보와 함께 변속 단수가 늘어나거나 록업 기구가 추가되는 등의 개량이 이루어졌다. GM 하이드라매틱도 1950년대 후반에는 토크 컨버터와 3단 변속기를 갖는 제2세대로 이행했고, 3단 자동변속기는 1980년대까지 시장의 대세를 차지하게 되었다.
1960년대 후반까지, 대부분의 유체 결합 2단 및 4단 변속기는 토크 컨버터가 장착된 3단 변속기로 대체되었다. 또한 이 시기에 고래 기름이 자동 변속기 오일에서 제거되었다.[31] 1980년대에는 4단 기어비를 가진 자동 변속기가 점점 더 흔해졌으며,[32] 연비를 향상시키기 위해 많은 차량에 록업 토크 컨버터가 장착되었다.
2. 3. 유럽과 일본의 자동변속기 보급
1960년대까지 미국에서는 자동변속기(AT)가 일반화되었지만, 유럽과 일본에서는 그보다 늦게 보급되었다.[4] 유럽에서는 1950년대 중반부터 주로 미국 수출용 차량에 AT를 장착하기 시작했다. 초기에는 미국의 빅3(변속기를 외부에도 공급했다)나 보그워너 같은 변속기 제조사에서 AT를 구매해 탑재하는 경우가 많았다. 롤스로이스는 1953년부터 GM의 라이선스를 받아 4단 하이드라매틱을 자체 제작해 탑재했고, 다임러 벤츠(현 다임러)는 1961년부터 자체 개발한 유체 커플링식 4단 AT를 탑재하기 시작했다.[43]일본에서 자동변속기를 처음 탑재한 자동차는 오카무라 제작소가 자체 개발하여 1958년에 출시한 600cc 전륜구동차 "미카사"였다.[61] 이 회사의 토크 컨버터는 마쓰다의 경승용차 "마쓰다 R360 쿠페"(1960년)에도 옵션으로 탑재되었다.[62]
1959년에는 토요타 자동차가 상용차인 토요펫 마스터라인에 토크 컨버터를 조합한 2단 세미 오토매틱 트랜스미션을 탑재하고 '토요글라이드'라고 이름 붙였다. 다른 회사들도 이를 따라 1960년대 이후 고급 모델을 중심으로 외국 제조사와의 라이선스 계약을 통해 제조하거나, 보그워너제 3단 AT "BW35"를 수입해 탑재했다. 토요타는 1962년 파블리카 (P20계), 1963년 코로나 (T20계), 1967년 카롤라 (E10계) 등에도 자동변속기를 탑재했고, 다른 일본 회사들도 토요타를 따라갔다.
토크 컨버터를 조합한 유성 기어식 AT에 관한 기초 기술 대부분은 미국 제조사가 특허를 가지고 있었기 때문에, 일본 자동차 제조사들은 외국 제조사와 제휴하여 AT 제조사를 공동 설립하여 특허 기술을 이용한 AT를 생산했다.
한편, 혼다는 유성 기어식 대신 MT와 동일한 기어 구조인 평행축 기어식을 토크 컨버터와 조합한 혼다매틱을 채용하여 기존 특허를 회피했다. 변속 기구는 상시 맞물림식 MT에 사용되는 맞물림 클러치 대신 자동 제어되는 습식 다판 클러치로 변속했다.
3. 종류
자동변속기는 크게 무단변속기, 듀얼 클러치 변속기, 자동 수동 변속기로 나눌 수 있다.
- '''무단변속기(CVT)'''는 정해진 기어비 없이 연속적으로 기어비를 변경할 수 있어, 엔진이 다양한 속도에서도 일정한 속도로 작동할 수 있게 한다.[37] CVT는 자동차, 트랙터, UTV, 스쿠터, 스노모빌, 토공 장비 등에 사용된다. 가장 일반적인 CVT는 벨트나 체인으로 연결된 두 개의 풀리를 사용하지만, 다른 디자인도 사용된다.

- '''듀얼 클러치 변속기(DCT)'''는 홀수 및 짝수 기어 트레인 세트에 두 개의 별도 클러치를 사용하여, 두 개의 수동변속기가 하나로 합쳐진 것과 유사하게 작동한다.[37][38][39] 대부분 자동변속기처럼 작동하여 운전자가 기어를 변경할 필요가 없다. 최초의 DCT는 1961년 힐만 민크스에 도입된 '이지드라이브' 자동변속기였으며, 이후 1985년 포르쉐 962 레이싱카, 2003년 폭스바겐 골프 R32에 사용되면서 널리 보급되었다.
- '''자동 수동 변속기(AMT)'''는 수동변속기의 기계적 설계를 기반으로 클러치 시스템이나 기어 변속을 자동화한 것이다.[10][40][41][42] 초기에는 반자동변속기처럼 자동화된 클러치 시스템만 제어하고 기어 변속은 운전자가 수동으로 조작해야 했으나(예: 오토스틱), 최신 버전(예: 셀레스피드, 이지트로닉)은 완전 자동으로 작동한다. AMT는 1930~40년대 클러치 없는 수동 변속기에서 유래했으며, 초기 사례로는 1942년 허드슨 코모도어의 '드라이브-마스터', 1955년 시트로엥 DS의 4단 'BVH' 변속기가 있다. 현대식 AMT는 1997년 BMW와 페라리에서 각각 'SMG'와 'F1' 변속기로 도입되었으며,[47][48][49] 최근에는 듀얼 클러치 변속기로 대체되는 추세이다.
3. 1. 클러치 기구에 따른 분류
자동변속기는 클러치 기구와 변속 기구의 차이에 따라 분류된다. 승용차에서 가장 널리 사용되는 것은 클러치 기구에 토크 컨버터를 사용하고, 유성 기어식 다단 변속기와 조합한 것이다.- '''토크 컨버터 (Torque Converter) 식'''
유체 클러치를 발전시킨 토크 컨버터를 이용하여 엔진의 출력을 변속기에 전달하는 방식이다. 전달에 사용되는 액체는 '''ATF'''(AT fluid)라고 불리며, 동력 전달 외에 변속 기구를 동작시키는 유압 회로의 작동유, 변속 기구에 내장된 클러치와 브레이크의 마찰력 안정화, 윤활 기능 등도 함께 갖는다. 대부분 변속기 케이스 하부에 ATF를 저장하는 오일 팬을 가지고 있으며, 내장된 펌프로 오일을 흡입하여 각 부분으로 보낸다.
- '''습식 다판 클러치 (Wet Multi-plate Clutch) 식'''
엔진에서 변속기로의 동력 전달에 습식 다판 클러치를 사용하는 방식이다. 혼다는 "혼다 멀티매틱"으로서 유압으로 작동하는 습식 다판 클러치를 무단 변속기와 조합하여 1995년식 시빅부터 순차적으로 탑재했다.[64][65] 다임러 벤츠는 "AMG 스피드 시프트 MCT"로서 습식 다판 클러치와 유성 기어식 변속 기구를 조합하여 메르세데스-벤츠 SL 클래스 (R230계)의 SL63AMG를 시작으로 많은 AMG 모델에 채용하고 있다.[66]
- '''기타 방식'''
전자 클러치식, 건식 단판 클러치식, 건식 다판 클러치식, 유체 커플링식, 원심 클러치 등도 있다. 또한 병렬 하이브리드 자동차의 경우 등, 엔진과 변속 기구 사이에 클러치 기구를 갖지 않는 것도 있다.
3. 2. 변속 기구에 따른 분류
자동변속기는 변속 기구에 따라 여러 종류로 나뉜다.- '''무단변속기(CVT)'''는 정해진 기어비 없이 연속적으로(무한대로) 기어비를 변경할 수 있다. 이러한 유연성 덕분에 엔진은 다양한 속도에서도 일정한 속도로 작동할 수 있다.[37] CVT는 자동차, 트랙터, UTV, 스쿠터, 스노모빌, 토공 장비 등에 사용된다. 가장 일반적인 CVT는 벨트나 체인으로 연결된 두 개의 풀리를 사용하지만, 다른 디자인도 사용된다.
- '''듀얼 클러치 변속기(DCT)'''는 홀수 및 짝수 기어 세트에 두 개의 별도 클러치를 사용한다.[37] 이 설계는 두 개의 수동변속기가 하나로 합쳐진 것과 유사하며,[38][39] 대부분 자동변속기처럼 작동하여 운전자가 기어를 변경할 필요가 없다.
최초의 DCT는 1961년 ''힐만 민크스''에 도입된 ''이지드라이브'' 자동변속기였다. 이후 1970년대 동유럽 트랙터(수동 조작), 1985년 ''포르쉐 962'' 레이싱카에 사용되었고, 2003년 ''폭스바겐 골프 R32''에 현대적인 DCT가 처음 사용되었다. 2000년대 후반부터 DCT는 널리 보급되어 여러 자동차 모델에서 유압식 자동변속기를 대체했다.
- '''자동 수동 변속기(AMT)'''는 수동변속기의 기계적 설계를 기반으로 하며, 클러치 시스템, 기어 변속 또는 둘 다를 자동화하여 운전자의 개입을 최소화하거나 없앤다.[10][40][41][42] 초기 버전은 반자동변속기로 작동하며, 자동화된 클러치 시스템만 제어하고 기어 변속은 운전자가 수동으로 조작해야 했다. (예: ''오토스틱'') 최신 버전(예: ''셀레스피드'', ''이지트로닉'')은 완전 자동으로 작동하며, TCU 또는 ECU가 클러치와 기어 변속을 모두 자동으로 제어한다. AMT는 1930~40년대 클러치 없는 수동 변속기에서 유래했으며, 운전자의 조작 부담을 줄이기 위해 설계되었다.[43] 초기 사례로는 1942년 허드슨 코모도어의 ''드라이브-마스터''가 있으며, 서보 제어 진공 작동 클러치 시스템을 사용했다.[44][45][46] 1955년 시트로엥 DS의 4단 ''BVH'' 변속기는 자동화된 클러치와 유압식 기어 선택을 사용했지만, 기어비는 운전자가 수동으로 선택해야 했다. 최초의 현대식 AMT는 1997년 BMW와 페라리에서 각각 ''SMG''와 ''F1'' 변속기로 도입되었으며,[47][48][49] 유압식 액추에이터와 전기 솔레노이드를 사용했다. 최신 완전 자동 AMT는 듀얼 클러치 변속기로 대체되는 추세이다.
4. 자동변속기의 기본 구조 및 작동 원리
자동변속기는 엔진에서 발생한 동력을 바퀴에 전달하는 과정에서 속도와 힘(토크)을 조절하는 장치이다. 자동변속기는 크게 유압식, 전자식, 무단변속기 등으로 나눌 수 있는데, 이 중 가장 널리 쓰이는 것은 유압식 자동변속기이다.
유압식 자동변속기는 유성 기어 세트를 사용하여 속도와 토크를 조절한다.[12][13] 유성 기어는 여러 개의 기어가 맞물려 돌아가는 구조로, 어떤 기어를 고정하느냐에 따라 다양한 속도와 토크를 낼 수 있다. 유압식 자동변속기는 수동 변속기처럼 마찰 클러치를 사용하지 않고, 토크 컨버터라는 장치를 통해 엔진과 변속기를 연결한다.[14]
토크 컨버터는 유체 클러치를 발전시킨 형태로, 엔진의 회전력을 ATF(자동변속기 오일)를 통해 변속기에 전달한다. ATF는 동력 전달 외에도 유압 회로 작동, 마찰 안정화, 윤활 등 다양한 기능을 수행한다. 대부분의 자동변속기는 케이스 하부에 ATF를 저장하는 오일 팬이 있고, 펌프를 통해 오일을 각 부분으로 보낸다.
ATF는 'AT 오일'이라고도 불리며, JASO에서는 '자동 변속기 오일'로 기술된다. 일본에서 "ATF"는 출광흥산의 등록 상표이다.[63] 오일량은 오일 레벨 게이지로 측정하며, 일반적으로 전용 기계로 오일을 순환시켜 교환한다.
최근에는 듀얼 클러치 변속기(DCT) 대신 스포츠카에 최첨단 토크 컨버터 다단식 자동변속기를 탑재하는 제조사도 늘고 있다.
자동변속기의 마찰 밴드와 클러치는 ATF를 사용하여 제어된다. 펌프에 의해 가압된 ATF는 밸브 바디를 거쳐 필요한 기어비를 얻기 위해 적절한 밴드/클러치로 전달된다.[14][15] 밸브 바디는 여러 개의 스프링 장착 밸브, 체크 볼, 서보 피스톤으로 구성되어 있으며, 구형 자동변속기에서는 원심 거버너 등을 사용하여 기어비를 선택했다. 최근 자동변속기에서는 솔레노이드가 밸브를 제어하며, 변속기 제어 장치(TCU) 또는 엔진 제어 장치(ECU)가 기어 선택을 결정한다.[15]
1980년대 후반에는 솔레노이드로 전기적으로 밸브를 구동하는 방식이 등장하여, 컴퓨터가 변속 타이밍을 더욱 효율적으로 제어할 수 있게 되었다.
1990년대 이후에는 운전자가 기어를 수동으로 선택할 수 있는 ''수동 모드'' 기능이 보편화되었다. 이 기능은 스티어링 칼럼 옆 패들(Paddle)이나 기어 변속기의 "+" 및 "-" 제어를 통해 사용할 수 있다.
4. 1. 유압식 자동변속기
유압식 자동변속기는 일반적으로 유압 장치를 사용하여 작동하는 유성 기어 세트를 사용한다.[12][13] 이 변속기는 대부분의 수동 변속기에서 사용되는 마찰 클러치 대신 토크 컨버터(또는 1960년대 이전의 유체 커플링)를 통해 엔진에 연결된다.[14]
1939년, 제너럴 모터스(GM)의 Hydra-Matic은 최초의 대량 생산 자동변속기로, 올즈모빌 시리즈 60 및 캐딜락 식스티 스페셜과 같은 차량의 옵션으로 제공되었다. Hydra-Matic은 유체 클러치와 3개의 유압식으로 제어되는 유성 기어 세트를 결합하여 4개의 전진 기어와 후진 기어를 제공했다. 이 변속기는 엔진 스로틀 위치와 도로 속도에 민감하게 반응하여 작동 조건에 따라 완전 자동 변속을 수행했으며, 넓은 기어비와 유체 클러치를 통해 연료 효율을 높였다. 이후 허드슨, 링컨, 롤스로이스 등 다른 제조업체에서도 사용되었으며,[30] 제2차 세계 대전 동안에는 일부 군용 차량에도 사용되었다.
1948년, 토크 컨버터를 사용한 최초의 자동 변속기인 뷰익 Dynaflow가 도입되었다. Dynaflow는 저속에서 토크 컨버터의 토크 증폭에 의존하여 최고 기어만 사용했다. 이후 팩커드 Ultramatic(1949년), 쉐보레 Powerglide(1950년)가 출시되었으며, 이들은 모두 토크 컨버터를 사용하여 2개의 전진 기어만 있었다. 1950년대 초반, BorgWarner는 3단 토크 컨버터 자동 변속기를 개발했다. 크라이슬러는 1953년에 2단 PowerFlite를, 1956년에 3단 TorqueFlite를 도입했는데, TorqueFlite는 Simpson 복합 유성 기어 세트를 처음으로 사용했다.
1956년, 제너럴 모터스는 Hydra-Matic을 재설계하여 두 개의 유체 클러치를 사용하는 ''Controlled Coupling Hydra-Matic'' 또는 "Jetaway" 변속기를 출시했다. 원래의 Hydra-Matic은 1960년대 중반까지 생산되었으며, 롤스로이스 자동 변속기는 롤스로이스 팬텀 VI에서 1978년까지 사용되었다. 1964년, 제너럴 모터스는 Turbo Hydramatic을 출시했는데, 이는 여러 십 년 동안 사용된 표준 기어 선택(''주차'', ''후진'', ''중립'', ''드라이브'', ''저속'')을 가진 최초의 변속기 중 하나였다.
1960년대 후반까지 대부분의 유체 결합 2단 및 4단 변속기는 토크 컨버터가 장착된 3단 변속기로 대체되었다. 이 시기에 고래 기름이 자동 변속기 오일에서 제거되었다.[31] 1980년대에는 4단 기어비를 가진 자동 변속기가 일반화되었고,[32] 연비를 향상시키기 위해 많은 차량에 록업 토크 컨버터가 장착되었다.
전자 장치가 변속기 제어에 더 일반적으로 사용되기 시작하면서, 밸브 바디의 스프링 장착 밸브와 같은 기계식 제어 방식은 솔레노이드를 사용하는 방식으로 대체되었다. 솔레노이드는 엔진 제어 장치 또는 별도의 변속기 제어 장치에 의해 제어되어 변속 시점, 변속 품질, 변속 시간을 더 정밀하게 제어하고 수동 제어가 가능하게 되었다.
최초의 5단 자동 변속기는 1991년 BMW 모델에 적용된 ZF 5HP18 변속기였다. 최초의 6단 자동 변속기는 2002년 BMW 7 시리즈 (E65)에 적용된 ZF 6HP26 변속기였다. 최초의 7단 자동 변속기는 메르세데스-벤츠 7G-Tronic 변속기(2003년)였다. 2007년에는 최초의 8단 변속기인 토요타 AA80E 변속기가 생산에 들어갔다. 최초의 9단 및 10단 변속기는 각각 2013년 ZF 9HP 변속기와 2017년 ''토요타 다이렉트 시프트-10A''(렉서스 LC에 사용됨)였다.
자동변속기는 크게 감속비를 단계적으로 전환하는 유단 자동변속기와 무단으로 전환하는 무단변속기로 나뉜다. 유단 자동변속기는 오랫동안 주류였지만, 무단변속기가 보급되면서 유단 AT를 "스텝 AT"라고 부르기도 한다.[67]
4. 1. 1. 기어 세트 및 변속 메커니즘
자동 변속기의 가장 일반적인 설계는 유압식 자동 변속기이며, 유성 기어 세트를 사용한다.[12][13] 변속기는 수동 변속기에서 사용되는 마찰 클러치 대신 토크 컨버터를 통해 엔진에 연결된다.[14]
유압식 자동변속기는 유성 기어 세트를 사용하며, 기어를 변속하기 위해 내부 클러치, 마찰 밴드 또는 브레이크 팩의 조합을 사용한다. 이러한 장치는 특정 기어를 잠그는 데 사용되며, 주어진 시간에 어떤 기어비가 사용되는지를 설정한다.[15]
스프래그 클러치는 일상적인 기어 변속에 사용된다. 스프래그 클러치의 장점은 두 개의 유성 기어 세트에서 동시에 클러치를 해제/결합하는 타이밍의 민감성을 제거한다는 것이다.
마찰 밴드는 수동으로 선택된 기어(예: 로우 레인지 또는 후진)에 사용되며 유성 드럼의 원주에서 작동한다. 밴드는 드라이브/오버드라이브 레인지가 선택될 때는 적용되지 않으며, 대신 스프래그 클러치가 토크를 전달한다.
크게 감속비를 단계적으로 전환하는 유단 자동변속기와 무단으로 전환하는 무단변속기가 있다. 유단 자동변속기는 오랫동안 주류였지만, 무단변속기가 등장하면서 유단 AT를 "스텝 AT"라고 부르기도 한다.[67] 유단 AT는 컴퓨터 제어 기술이 보급되기 전부터 제어가 가능한 기구였지만, 엔진의 출력을 효율적으로 이용하기 위해서는 변속 단수를 늘릴 필요가 있었고, 이에 따라 톱니바퀴와 제어 기구가 증가하여 체적과 중량이 증가했다.
유성 기어 기구로 동력을 전달하는 방식은 변속기 내부에 링 기어와 피니언 캐리어, 선 기어의 회전을 제어하는 브레이크 기구와 클러치 기구를 갖추고 있으며, 이들을 유압 등으로 작동시켜 단계적으로 감속비를 전환하는 방식이다. 1조의 유성 기어로 전진 2단, 후진 1단의 전환이 가능하며, 유성 기어와 제어 기구를 늘림으로써 단수를 늘릴 수 있다.
클러치 기구에는 습식 다판 클러치, 브레이크 기구에는 습식 다판 브레이크나 밴드 브레이크가 사용되며, 모두 유압에 의해 작동한다. 유압 회로는 다수의 밸브로 전환되지만, 1980년대까지는 거버너 기구에 의해 기계적으로 밸브의 전환과 변속 제어를 수행했다. 1980년대 후반에 솔레노이드에 의해 전기적으로 밸브를 구동하는 방식이 등장하여, 컴퓨터가 제어하고, 변속 타이밍을 더욱 효율적으로 제어할 수 있게 되었다.
최초의 실용 AT인 GM 하이드라매틱은 전진 4단/후진 1단이었다. 그 후 변속기 기술의 시행착오 과정에서 전진 2단, 3단, 4단이 시장에서 일시적으로 병립했으며, 1960년대~1970년대에는 전진 3단 AT가 주류를 차지했지만, 시장의 요구와 기술의 발전에 따라 변속 단수를 늘린 것이 탑재되게 되었다. 2010년대에는 소형, 저가형 차종에서는 3단이나 4단, 대중차에서는 5단이나 6단이 보급되었으며, 고급차에서는 7단이나 8단 이상이 탑재되는 예가 있다. 후진은 거의 모든 차종에서 1단이지만, 2단인 경우도 있다.
무단 변속기에 후진을 위한 역회전이나 부변속기로 사용되는 경우도 있으며, 전력·기계 병용식 무단 변속기에서도 핵심 부품으로 조합되어 있다.
자동변속기는 평행축에 유지된 서로 다른 감속비의 기어 조합을 여러 개 가지고, 이를 유압·전동 기구 등으로 작동시켜 자동으로 변환하여 기어비를 선택한다. 유성 기어 방식에 비해 감속비 조합의 자유도가 높다.
변속기 내에 습식 마찰 클러치를 사용하고, 토크 컨버터를 채용한 후, 토크 컨버터 내의 스테이터 반력을 감지하는 독자적인 제어 기구와 조합한 것은 혼다가 1960년대 후반에 혼다매틱으로 개발한 방식이며, 메르세데스-벤츠 A클래스 (초대)의 5단 AT에서도 채용되었다.
일반적인 수동 변속기와 마찬가지로 상시 맞물림 싱크로메시 평행축 기어식 변속기를 기반으로, 이를 전자 제어 유압·전동 액추에이터 등으로 자동 변속하도록 하고, 특히 전자 제어 자동 건식 (또는 습식) 마찰 클러치를 채용하여 토크 컨버터가 없는 이스즈 자동차 NAVi5 등의 자동 변속기는 자동화 수동 변속기 (AMT)라고 불린다.[68][57]
4. 1. 2. 유압 제어
자동변속기의 마찰 밴드와 클러치는 자동변속기 오일(ATF)을 사용하여 제어되며, 이는 펌프에 의해 가압된 후 필요한 기어비를 얻기 위해 적절한 밴드/클러치로 전달된다.[14][15] ATF는 윤활, 부식 방지 및 변속기 작동에 필요한 동력을 전달하는 유압 매체를 제공한다.ATF를 가압하는 ''메인 펌프''는 일반적으로 토크 컨버터와 유성 기어 세트 사이에 장착된 기어 펌프이다. 메인 펌프는 엔진이 작동할 때마다 압력을 제공한다. 이 방식의 단점은 엔진이 작동하지 않을 때는 변속기를 작동시킬 오일 압력이 없다는 것이다. ATF의 압력은 출력 샤프트에 연결된 ''거버너''에 의해 조절되며, 차량 속도에 따라 압력이 달라진다.
변속기 내부의 ''밸브 바디''는 적절한 밴드와 클러치로 유압을 전달하는 역할을 한다. 메인 펌프에서 가압된 유체를 받아서 여러 개의 스프링 장착 밸브, 체크 볼 및 서보 피스톤으로 구성된다. 구형 자동변속기에서는 밸브가 펌프 압력과 출력 측의 원심 거버너의 압력 등을 사용하여 어떤 기어비를 선택할지 제어한다. 차량과 엔진의 속도가 변함에 따라 압력 간의 차이가 변하여 여러 개의 밸브 세트가 열리고 닫힌다. 최근의 자동변속기에서는 밸브가 솔레노이드에 의해 제어된다.[15] 이러한 솔레노이드는 컴퓨터로 제어되며, 기어 선택은 전용 변속기 제어 장치(TCU)에 의해 결정되거나, 엔진 제어 장치(ECU)에 통합되기도 한다. 최신 설계에서는 원심 거버너를 TCU 또는 ECU의 입력으로 사용되는 전자 속도 센서로 대체했다. 최신 변속기는 또한 주어진 시간에 엔진에 가해지는 부하량을 고려하며, 이는 스로틀 위치 또는 흡기 매니폴드 진공량에 따라 결정된다.[15]
밸브 바디의 복잡한 설계와 함께 수많은 부품으로 인해, 원래 유압식 자동변속기는 수동변속기보다 제작 및 수리에 훨씬 더 많은 비용과 시간이 소요되었다. 그러나 대량 생산과 시간이 지남에 따른 발전으로 이러한 비용 격차가 줄어들었다.
1980년대 후반에는 솔레노이드로 전기적으로 밸브를 구동하는 방식이 등장하여, 액셀 페달을 밟는 양이나 차속 등에 근거하여 컴퓨터가 제어하고, 변속 타이밍을 더욱 효율적으로 제어할 수 있게 되었다.
4. 1. 3. 토크 컨버터
현대식 자동변속기는 수동변속기에 사용되는 마찰 클러치 대신 토크 컨버터를 사용한다. 유체 클러치를 발전시킨 토크 컨버터를 이용하여 엔진의 출력을 변속기에 전달하는 방식이다. 전달에 사용되는 액체는 '''ATF'''(AT fluid)라고 불리며, 동력 전달 외에 변속 기구를 동작시키는 유압 회로의 작동유, 변속 기구에 내장된 클러치와 브레이크의 마찰력 안정화, 윤활 기능 등도 함께 갖는다. 대부분 변속기 케이스 하부에 ATF를 저장하는 오일 팬을 가지고 있으며, 내장된 펌프로 오일을 흡입하여 각 부분으로 보낸다.
ATF는 '''AT 오일'''(AT oil)이라고 불리기도 하며, JASO에서는 '''자동 변속기 오일'''로 기술된다. 일본에서 "ATF"라고 표기한 경우 출광흥산의 등록 상표이다.[63] 오일량은 딥스틱 방식의 오일 레벨 게이지로 오일 팬 내의 액면 높이를 측정하는 경우가 대부분이다. 사용 설명서에 오일 교환에 대한 내용이 없는 차종도 많지만, 일반적으로 교환 작업은 전용 기계로 오일을 순환시키면서 진행한다. ATF 필터를 갖춘 일부 차종에서는 오일 팬을 분해하는 정비가 필요한 경우도 있다.
현재는 다단화가 어렵고 장점과 단점이 많은 듀얼 클러치 변속기(DCT)를 대신하여 스포츠카에 최첨단 기능을 갖춘 토크 컨버터 다단식 AT를 탑재하는 제조사도 늘고 있다.
4. 2. 전자식 변속기
버튼을 누르거나 레버를 밀고 당기면 전기적 신호를 감지하고 변속기에 유압으로 전달한다. 운전자가 변속 실수를 하더라도 별도의 제어기가 변속기의 움직임을 제어하며, 레버, 버튼, 다이얼 등 다양한 방식이 있다. 현대자동차, 기아자동차 등 자동차 브랜드는 자사의 브랜드 특징을 알리기 위해 여러가지의 SBW 방식을 도입하고 있다.[68][57]1990년대 이후에는 특정 기어를 수동으로 선택하거나 기어 변속을 요청하는 시스템이 더욱 보편화되었다. 이러한 ''수동 모드'' 변속기는 운전자에게 변속기를 저단 기어로 제한하는 기존 모드보다 기어 선택에 대한 더 큰 제어 권한을 제공한다. 수동 모드 기능은 일반적으로 스티어링 칼럼 옆에 위치한 패들 또는 기어 변속기의 "+" 및 "-" 제어를 통해 수행된다. 일부 차량은 운전자에게 수동 기어 선택을 요청하는 두 가지 방법을 모두 제공한다.
5. 자동변속기의 기본 조작
자동변속기의 변속 레버는 자동차의 주행 상태에 따라 조작 위치를 변경할 필요가 있는데, 이 조작 위치를 레인지라고 부른다. 최근에는 버튼식 자동변속기를 갖춘 차량도 있으며, 이 경우 D와 R을 오갈 때 중립(N)을 누르지 않으면 레인지 전환이 되지 않는 경우가 있다.[33]
셀렉트 레버(또는 셀렉터)는 전진이나 후진 전환 외에도 운전자가 임의로 주차 시 구동계 회전을 잠그거나 변속단을 제한하는 기능을 가진 레인지로 전환할 수 있다. 셀렉트 레버 배치는 차체 중앙 바닥에 배치하는 플로어 AT, 스티어링 포스트 옆 컬럼 AT, 계기판에 배치된 인대시 AT가 있다. 대형차에서는 셀렉트 레버 대신 누름 버튼을 채용하기도 한다. 1950년대 미국제 대형 승용차와 이를 복사한 구 소련제 대형 승용차에서 푸시 버튼 변속을 채용한 사례도 있었지만, 잦은 고장으로 인해 레버식에 비해 조작이 확실하지 않아 승용차에서는 일반화되지 못했다. 최근에는 토크 컨버터 AT를 탑재한 대형 버스와 혼다의 일부 차종, 닛산 세레나 (C28형)에서 푸시 버튼식 셀렉터가 채용되고 있다.
후속 차량을 통해, 엔진 시동 후 "P"에서 "D"로 셀렉트 레버를 움직일 때, '제동등이 켜지는' 것과 (잠금 해제 버튼 사용 시 "제동등을 켜지 않고" 변경 가능) "R"을 경유하므로 '후진등이 순간 점등'되는 현상으로 AT 차량임을 외부에서 즉시 판단할 수 있다.
5. 1. 레인지의 주요 기능
자동변속기의 레인지(Range)는 운전자가 차량의 주행 상태를 선택하는 데 사용되는 기능이다. 주요 기능은 다음과 같다.레인지 | 설명 |
---|---|
P (Parking) | 주차 시 사용한다. 변속기 내부에서 구동축이 고정되어 차량이 움직이지 않게 된다. 엔진 시동 및 정지가 가능하다. 혹한기 등 주차 브레이크가 동결될 우려가 있을 때는 P 레인지로만 주차하고 고임목을 사용하기도 한다. 대형 트럭이나 버스는 P 레인지가 없는 경우가 많다. |
R (Reverse) | 후진 시 사용한다. 후진등이 켜지고, 일부 차량에서는 주차 센서, 후방 카메라, 후진 경고음 등이 작동한다. |
N (Neutral) | 엔진과 변속기가 분리된 상태이다. 타이어로부터의 힘도 엔진이나 변속기에 전달되지 않는다. 차량이 가벼운 외력에 의해 움직일 수 있다. 엔진 시동이 가능하며, 고장 시 차량 견인에 사용된다. |
D (Drive) | 일반적인 주행 시 사용한다. 1단에서 최대 단수까지 주행 속도에 따라 자동으로 변속된다. |
3 (Third) | 1단에서 3단까지 자동으로 변속된다. 고속도로 주행, 눈길이나 폭우 시, 다른 차량 견인 시 등에 사용하며, 일부 차량에는 없는 경우도 있다. |
2 & S (Second) | 1단에서 2단 사이에서 변속된다. 미끄러운 도로, 경사로 주행, 엔진 브레이크 사용 시 등에 사용한다. |
1 & L (Low) | 1단 기어로 고정된다. 경사가 급한 비탈길, 고갯길, 눈길, 빙판길, 비포장도로 주행 시 유용하며, 엔진 브레이크 사용 시에도 사용한다. |
대부분의 자동변속기 차량에는 엔진 작동 중 브레이크 페달을 밟지 않으면 "P" 레인지에서 다른 레인지로 변속할 수 없는 '''시프트 록 기구'''가 장착되어 있다. 이는 오발진 등의 위험을 방지하기 위한 안전 장치이다.
5. 2. 자동 및 수동 겸용 (듀얼 클러치 방식)
최근에 생산되고 있는 듀얼 클러치 방식(DCT)을 갖춘 자동변속기 차량의 경우, 자동 및 수동 겸용 듀얼 클러치 변속기를 사용하는 경우가 많다.3 레인지, 2 (또는 S) 레인지, 1 (또는 L) 레인지가 아닌 + 레인지, - 레인지로 되어 있는 것이 특징이다.
일본 아이신과 독일 ZF, 게트락에서 제작한 자동 및 수동 겸용 듀얼 클러치 변속기에서 수동 모드는 스포츠 모드이다.
- P
- R
- N
- D
- +
- -
1990년대 이후, 특정 기어를 수동으로 선택하거나 기어 변속을 요청하는 시스템이 더욱 보편화되었다. 이러한 ''수동 모드'' 변속기는 운전자에게 변속기를 저단 기어로 제한하는 기존 모드보다 기어 선택에 대한 더 큰 제어 권한을 제공한다.
수동 모드 기능은 일반적으로 스티어링 칼럼 옆에 위치한 패들 또는 기어 변속기의 "+" 및 "-" 제어를 통해 수행된다. 일부 차량은 운전자에게 수동 기어 선택을 요청하는 두 가지 방법을 모두 제공한다.
''듀얼 클러치 변속기'' (DCT, 때로는 ''트윈 클러치 변속기'' 또는 ''더블 클러치 변속기''라고도 함)는 홀수 및 짝수 기어 트레인 세트에 두 개의 별도 클러치를 사용한다.[37] 이 설계는 종종 하나의 하우징에 포함되고 하나의 장치로 작동하는 두 개의 별도 수동 변속기와 유사하다.[38][39] 대부분의 자동차 및 트럭 응용 분야에서 DCT는 자동 변속기로 작동하므로 기어 변경을 위해 운전자의 개입이 필요하지 않다.
최초로 생산된 DCT는 1961년 미드사이즈 자동차 ''힐만 민크스''에 도입된 ''이지드라이브'' 자동 변속기였다. 이어서 1970년대에는 다양한 동유럽 트랙터(단일 클러치 페달을 통한 수동 작동 사용), 1985년에는 ''포르쉐 962'' 레이싱카가 등장했다. 현대 시대의 첫 번째 DCT는 2003년 ''폭스바겐 골프 R32''에 사용되었다. 2000년대 후반 이후 DCT는 점점 더 널리 보급되어 다양한 자동차 모델에서 유압식 자동 변속기를 대체했다.
5. 3. 오버드라이브 스위치
변속 레인지가 P-R-N-D-2(또는 S)-1(또는 L) 형태인 4단 자동변속기 차량에는 간혹 오버드라이브 스위치가 있다. 3단 자동변속기에는 오버드라이브 스위치가 없다. 오버드라이브 스위치를 OFF하면 D레인지에서 1단~3단까지 변속된다. 오버드라이브 스위치를 ON하면 4단 자동변속기 기준으로 1단에서 4단까지 변속된다.스텝 자동변속기(AT)에는 오버드라이브 스위치(O/D 스위치), 무단변속기(CVT)에는 스포츠 모드 스위치(S 또는 SPORT)가 장착된 차종이 많다. 이 스위치를 끄면 특정 기어 이상으로 변속되지 않는다. 평상시에는 스위치를 켜두면 속도에 따라 기어가 최고 단까지 변속되어 고속에서 엔진 회전수를 억제하여 연비 운전이 가능하다. 반면, 산길이나 시가지 주행 등에서 빈번하게 변속하는 경우에는 스위치를 끄면 부드럽게 주행할 수 있다. 정체나 혼잡 등에서도 불필요한 변속을 피하고 적절한 엔진 브레이크로 관성 주행을 억제하는 효과가 있다. 단, 최고 단 이외에서는 록업이 이루어지지 않는 차종도 있으므로, 거친 액셀 조작으로 인해 연비가 악화될 수도 있다.
일부 차종에서는 변속 모드를 선택하는 스위치가 있어 "POWER", "AUTO", "SNOW" 또는 "ECONO", "AUTO", "SNOW" 등과 같이 주행 상황에 따라 전환할 수 있다. 홀드 모드 스위치를 채용한 차종도 있으며, 스위치를 켜면 D 레인지에서는 2단과 3단 사이에서 자동 변속이 되고, S 레인지에서는 2단, L 레인지에서는 1단으로 각각 기어가 고정된다.
5. 4. 안전 장치
자동변속기 차량에는 엔진 작동 중 브레이크 페달을 밟지 않으면 "P" 레인지에서 다른 레인지로 변속할 수 없는 '''시프트 록 기구'''가 장착되어 있다. 이는 1980년대부터 안전 장치로 장착되기 시작했으며, 동승자나 어린이가 부주의하게 조작하여 발생하는 오발진 등의 위험을 방지한다.[3]시프트 록 기구는 전기적 또는 기계적으로 제어된다. 회로 이상, 배터리 방전, 사고 등으로 시프트 록이 해제되지 않는 경우를 대비하여 수동 해제 기구도 설치되어 있다.[4] 수동 해제는 전용 버튼을 누르거나 시프트 레버 부근에 키를 꽂아 수행한다. 제조사에 따라 엔진 키 위치가 액세서리(ACC)인 경우에만 시프트 록이 작동하지 않아, 브레이크 페달을 밟지 않아도 파킹을 해제할 수 있는 경우도 있다.[4]
또한, "P" 레인지에서 다른 레인지로, 또는 전진 주행 중 "R" 레인지로 부주의하게 셀렉트 레버가 움직이지 않도록 록 해제 버튼이 설치되어 있거나, 직선적으로 조작할 수 없는 사각형 조작 패턴을 채용하는 경우가 많다.
엔진 시동은 "P" 레인지 또는 "N" 레인지에서만 가능하도록 제어된다. 그 외의 레인지에서는 셀렉트 레버가 스타터의 전기 회로를 차단하여 엔진 시동이 불가능하다.
초창기 자동변속기에는 "P" 레인지가 없었고, 어느 위치에서나 엔진 시동이 가능했기 때문에 "N" 이외의 위치에서 엔진을 시동하면 차가 움직이는 문제가 있었다. 이에 따라 운전자는 항상 "N" 레인지에 있는지, 브레이크 페달을 밟고 있는지 확인해야 했다. 또한 엔진 정지 후에는 수동변속기 차량처럼 "R" 레인지로 변속하여 주차 잠금을 대신했다. 초기 자동변속기 차량의 시프트 패턴은 제조사마다 달랐고 안전에 대한 고려가 부족했다. 1950년대 초, 이러한 문제점을 개선하기 위해 시프트 패턴을 "R-N-D-L"로 변경하고, "P" 레인지를 신설하여 "P-R-N-D-L"로 표준화하였다. 이러한 시프트 패턴은 유럽과 일본에서도 채택되어 정형화되었다.
6. 자동변속기의 장단점
내연 기관 자동차는 전기 자동차와 달리 엔진이 좁은 범위의 회전 속도로 작동해야 하므로, 수동 또는 자동으로 작동하는 변속기가 필요하며, 이를 통해 다양한 속도로 바퀴를 구동할 수 있다.
자동변속기는 오랫동안 미국에서 널리 사용되었지만, 유럽에서는 훨씬 늦게 일반화되기 시작했다. 1957년 미국에서 생산된 신차의 80% 이상이 자동변속기를 장착했고,[4] 1997년 유럽에서는 자동차의 10~12%만이 자동변속기를 장착했다.[3] 2020년에는 전 세계 신차의 2.4%만이 수동변속기를 장착했다.[6]
2020년 이후 영국에서는 신차의 대다수가 자동변속기를 장착하고 있다. 메르세데스와 볼보를 포함한 여러 제조사들은 더 이상 수동변속기 차량을 판매하지 않는다. 자동변속기의 증가 추세는 전기차 및 하이브리드차의 증가와 자율 비상 제동과 같은 안전 시스템과의 통합 용이성에 기인한다.[8][9]
자동변속기는 수동변속기에 비해 운전 조작이 편리하고, 변속 충격 및 엔진 소음이 적어 승차감이 안정적이라는 장점이 있다. 반면, 구조가 복잡하고 가격이 비싸며, 유지 및 보수가 어렵고, 연비가 낮다는 단점이 있다.
6. 1. 장점
- 수동변속기처럼 계기판을 보면서 일일이 변속을 해야 하는 번거로움이 없다.
- 변속 레버가 D(주행) 레인지에만 있으면 스로틀(가속) 페달을 밟지 않아도 킥다운(변속 레버를 D, S(2), L(1) 또는 R 위치에 놓으면 가속 페달을 밟지 않아도 차가 앞뒤로 움직이는 현상)에 의해 운전 조작이 가능하다.
- 초기 구동력이 크고, 가속 및 감속 때의 충격이 적다.
- 클러치 조작이 필요 없으므로 운전 조작이 미숙한 초보 운전자에게도 아주 편리하다.
- 수동식 차량과는 달리 잘못 변속하여 엔진에 과부하가 걸리거나, 시동을 꺼뜨리는 일이 없다.
- 수동식 기어에 비해 변속 충격이 덜하다.
- 엔진 소음이 낮기 때문에 승차감이 수동식 차량보다 안정적일 뿐만 아니라, 출발도 부드럽다.
- 가속 및 감속 때의 충격이 적어 정숙성과 주행 안정성이 중요시되는 외국계 승용차의 경우 자동변속기가 기본 옵션으로 적용된다.
6. 2. 단점
- 수동식 차량보다 부품이 더 많이 들어가기 때문에 구조가 훨씬 더 복잡하고 가격도 비싸며, 유지 및 보수도 어렵다(보통 동급 모델의 수동변속기 차량보다 100만원~200만원 정도 비싼 편).[3][4][5][6][7][8][9][10]
- 한 번 고장이 발생하면 수동식보다 수리 기간이 길어지고, 수리 비용도 많이 든다.[3][4][5][6][7][8][9][10]
- 수동식에 비해 무게가 50~100kg 정도 더 나간다.[3][4][5][6][7][8][9][10]
- 자동변속기용 오일을 따로 사용해야 한다. 특히 자트코의 JF405E 4단 자동변속기같이 정해진 오일 규격을 까다롭게 맞춰야 하는 유닛이 있어서, 정비 및 오일 교환 때마다 오일 규격을 반드시 확인해야 한다.[3][4][5][6][7][8][9][10]
- 돌발 상황 시의 대처가 수동식에 비해 어려우며 불안정하다.[3][4][5][6][7][8][9][10]
- 노면이 미끄럽거나 급경사 비탈길에서 엔진 브레이크 사용이 어려우며, 급발진의 위험이 존재한다.[3][4][5][6][7][8][9][10]
- 수동식에 비해 직진 가속력이 좋지 않으므로, 운전의 재미가 떨어진다.[3][4][5][6][7][8][9][10]
- 일정 속도하고 RPM 영역대에서 기어를 수동으로 조작하는 수동식 차량하고는 달리, 기계 장치에 의해 임의로 변속이 되기 때문에, 운전자가 기어를 임의로 가속력을 조작할 수 없다.[3][4][5][6][7][8][9][10]
- 배터리가 방전됐을 때 밀어서 시동을 걸 수가 없다(수동식 기어하고 구조 자체가 다르기 때문). 따라서 항상 점프 케이블(방전된 배터리에 다른 차량을 통해 임시로 시동을 걸 수 있는 전선)을 갖추고 다녀야 한다.[3][4][5][6][7][8][9][10]
- 연비가 수동식에 견주어 10% 정도 낮은 편이다.[3][4][5][6][7][8][9][10] 자동변속기의 효율(입력 대비 출력의 비율)은 86%에서 94% 사이이다. 수동변속기는 제조 비용이 저렴하고, 가볍고, 성능이 뛰어나며, 기계적 설계가 더 단순할 뿐만 아니라 고유한 낮은 기생 손실(일반적으로 약 4%)로 인해 최신 자동변속기를 제외하고는 모두 더 연료 효율적이다.[11]
- 2022년에 보고된 실제 주행 테스트에 따르면 일반적인 주행에서 수동변속기는 자동변속기보다 2~5% 더 나은 연비를 달성했으며, 숙련된 운전자의 경우 최대 20%까지 향상되었다.[11]
7. 효율
자동변속기의 효율(입력 대비 출력의 비율)은 86%에서 94% 사이이다. 수동변속기는 제조 비용이 저렴하고, 가볍고, 성능이 뛰어나며, 기계적 설계가 더 단순할 뿐만 아니라 고유한 낮은 기생 손실(일반적으로 약 4%)로 인해 최신 자동변속기를 제외하고는 모두 더 연료 효율적이다.[10] 연비는 효율이 낮아질수록 악화된다. 하지만 수동변속기는 운전자가 필요할 때마다 클러치를 조작하고 기어를 변속해야 하는 단점이 있다.[10]
2022년에 보고된 실제 주행 테스트에 따르면 일반적인 주행에서 수동변속기는 자동변속기보다 2~5% 더 나은 연비를 달성했으며, 숙련된 운전자의 경우 최대 20%까지 향상되었다.[11] 일부 실험실 테스트에서는 경제성을 위해 항상 최적화되지 않은 수동변속기의 정해진 변속 패턴을 사용하기 때문에 자동변속기가 더 좋은 결과를 보이기도 한다. 그러나 장거리 고속도로 주행에서는 수동변속기가 연비를 최적화하기 위해 매우 특정한 순항 속도를 유지해야 하므로 자동변속기가 더 선호된다.[11]
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