2020.01.23 현대트랜시스
수동변속기에서 전기차 감속기까지, 파워트레인 전문기업 현대트랜시스
현대트랜시스는 모든 종류의 변속기를 만드는 전 세계 유일한 파워트레인 전문기업이다. 이들의 경쟁력과 미래 파워트레인 전략을 살펴봤다.
자동차 제조는 연계된 산업이 광범위하다. 고무, 유리, 금속, 가죽, 플라스틱을 비롯한 다양한 소재와 함께 기계, 화학, 전자, IT 등 각 분야의 기술을 폭넓게 아우른다. 그러나 자동차 제조사 혼자서 이 모든 소재와 기술을 다루기란 사실상 어려운 일이다. 따라서 자동차 생산에서는 높은 경쟁력과 풍부한 노하우를 갖춘 부품사(서플라이어)의 역할이 중요하다. 좋은 부품이 있어야만, 좋은 자동차를 만들 수 있기 때문이다.
예전에는 서플라이어가 부품을 생산하는 역할로만 머물렀으나, 부품 모듈화가 가속화되면서 이제는 자동차 제조사에 버금가는 규모와 기술력을 갖춘 전문기업으로 발전했다. 또한 서플라이어에서 선행기술을 주도하는 경우가 늘면서 자동차 제조사와의 협력도 더욱 강화되는 추세다. 독자적인 연구 능력을 바탕으로 자동차 제조사와 함께 신차 개발에도 참여할 정도다. 특히 변속기는 기술적으로 어려운 구동장치로 서플라이어의 역량이 중요한 분야 중 하나다. 구조가 복잡할 뿐만 아니라, 동력 전달 효율, 연료 효율, 크기, 운전성 등 제작 시 고려해야 할 요소가 적지 않기 때문이다.
모든 종류의 변속기를 만드는 유일한 변속기 전문 제조사
현대트랜시스는 우리나라를 대표하는 파워트레인 전문기업으로 다양한 제품 포트폴리오를 바탕으로 변속기 제조 분야에서 두각을 드러내고 있다. AT(자동변속기)와 CVT(무단변속기)를 생산하는 현대파워텍, 그리고 MT(수동변속기)와 DCT(듀얼클러치)를 생산하는 현대다이모스가 지난 2019년 합병해 탄생했다. 변속기 제조 사업부를 통합하여 생산, 판매, 연구개발을 아우르는 각 부문의 효율성을 높인 것이다. 덕분에 전 세계에서 유일하게 모든 종류의 변속기를 만드는 회사가 될 수 있었다. AT, MT, DCT, CVT, AMT(자동화 수동) 등 내연기관 변속기와 전기차 감속기에 이르는 풀 라인업을 구축하고 왕성한 사업을 펼치고있다.
제품 포트폴리오는 차종을 넘나든다. 앞바퀴굴림(전륜), 뒷바퀴굴림(후륜), 대형상용에 대응하는 자동차 변속기와 함께 K1A1 전차와 ITX 새마을, KTX, HEMU-430을 비롯한 고속열차 등 특수 차종의 출력을 제어하는 변속기와 감속기도 만든다. 이중 수요가 가장 많은 제품은 앞바퀴굴림용 자동변속기다. 4단, 6단, 8단 세 가지 형식을 통해 기아자동차의 경차 모닝부터 현대자동차의 플래그십 세단인 그랜저 등 다양한 모델에 탑재한다. 프리미엄 모델을 위한 뒷바퀴굴림용 8단 자동변속기도 마련돼있다. 우수한 동력 전달 효율과 까다로운 NVH 기준이 요구되어 많은 노하우가 필요한 변속기이다. 현대자동차그룹에서는 기아차 스팅어, K9, 모하비, 제네시스 G70, G80, G90에 적용하고 있다.
자동변속기의 편리함과 수동변속기의 장점을 두루 갖춘 7단 DCT는 현대차 i30, 투싼, 벨로스터와 기아차 K3 GT, 셀토스, 스포티지 등 소형과 준중형급 모델에 탑재된다. DCT 특유의 우수한 운전성을 장점으로 내세우는 차들이다. 성능과 효율을 개선한 현대트랜시스의 8단 DCT는 곧 양산을 앞둔 상태다. 연료 효율을 극대화하는 신형 CVT는 기아차 K3 2세대에 적용되고 있다. 운전자의 의도와 주행 상태에 최적화된 변속 패턴을 구현해 변속 응답성을 향상했으며, 우수한 체감성능을 구현해 운전의 재미를 극대화했다. 또한 동급 최초로 금속 체인벨트 적용하여 전달 효율과 내구성도 강화했다.
이 밖에도 승용차, SUV, 버스, 트럭에 대응하는 수동변속기 라인업(5단, 6단, 10단, 12단)도 갖추고 있다. 나아가 다양한 파워트레인 개발 경험을 바탕으로 세계적인 환경규제 강화에 맞춰 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 전기차, 수소전기차 등 각종 친환경차에 대응하는 전동화 파워트레인 라인업을 꾸준히 확장하고 있다.
이와 같은 다양한 포트폴리오는 일부 변속기 라인업만 갖춘 경쟁사와 대조를 이룬다. 이러한 경쟁력은 어디에서 비롯된 걸까? 연구개발의 산실인 현대트랜시스의 화성 구동연구센터를 방문해 연구원들과 신형 변속기에 관한 이야기를 나눠보았다.
현대트랜시스 연구개발의 산실, 파워트레인 연구소
인터뷰에는 미래 파워트레인을 개발하는 네 명의 연구원이 참여했다. 하이브리드 구동 시스템을 담당하는 김태훈 책임연구원과 명승민 책임연구원, 신뢰성 검증을 담당하는 박상문 책임연구원, 성능시험을 담당하는 김주영 책임연구원이 그 주인공이다. 이들은 변속기의 개발 과정과 곧 양산에 돌입하는 새 변속기에 대해 말을 전했다.
Q. 변속기 개발은 어떻게 진행되나?
김태훈 책임연구원 | 변속기 개발에 앞서 먼저 일정을 수립해야 한다. 개발하는 변속기의 목표 성능을 정하고 이에 맞춰 단계별 일정이 수립된다. 크게 보면 설계 단계와 성능 시험, 두 단계로 나눌 수 있다. 세부적으로는 설계 및 해석, 시작 개발, 시험검증, 양산개발 네 단계를 거쳐 양산형 변속기가 나온다.
Q. 그렇다면 설계와 시험은 어떻게 다른가?
명승민 책임연구원 | 설계는 원하는 제품을 구상하는 일이라면, 시험은 목표 성능과 내구성을 확인하는 단계다. 예컨대 고객이 제품을 사용하는 동안 변속기가 문제를 일으키지 않는지 시험단계에서 평가하고 내구성을 확보할 수 있도록 보완하는 과정을 거친다.
박상문 책임연구원 | 성능시험은 선행개발, 설계검증, 제품검증 총 3회에 걸쳐서 이루어지며, 단계마다 적게는 4~6개월 정도 길게는 1년 가까이 소요된다. 이후에 내구시험에 돌입하며, 시험 결과를 바탕으로 보완할 부분을 찾고 다시 반영해 시험하는 과정을 반복한다.
Q. 연구 개발할 때 자동차 제조사와 역할 분담이 어떻게 되나?
김태훈 책임연구원 | 변속기 종류와 자동차 제조사에 따라 개발 과정이 조금씩 다르다. 현대차그룹에서 사용하는 자동변속기는 현대·기아차 남양연구소에서 설계와 시작개발을 진행하고, 시험검증 단계부터 현대트랜시스 연구원들이 참여하는 경우가 많다. 반면, 해외 자동차 제조사를 겨냥한 변속기는 기획부터 양산개발까지 현대트랜시스가 독자적으로 진행한다. 최근에는 자체 개발능력을 강화하여 선행개발을 통해 검증된 변속기를 제안하고 새로운 아이디어를 공유하려고 노력하고 있다.
신형 전기차 감속기의 경쟁력
현대트랜시스는 1년간의 연구성과를 종합하는 R&D성과공유회를 지난 12월에 개최했다. 2019년에 중점적으로 진행한 31개의 파워트레인 제품과 기술성과가 처음으로 공개된 자리였다. 하이브리드용 대형 전륜 6단 및 8단 자동변속기 등 전동화 파워트레인 제품들과 중형 전륜 6단 AT, 대형 전륜 8단 AT, 상용 12단 AMT 등 다양한 제품이 선보였다. 특히 현대트랜시스가 독자 개발한 ‘3 in 1 일체형 EV 구동 시스템’은 많은 연구원의 눈길을 끌었다. 감속기-모터-인버터를 일체형으로 고안한 구동장치다.
Q. 현대트랜시스는 모든 종류의 변속기를 만드는 세계 유일의 회사다. 전기차 감속기까지 개발한 배경은 무엇인가?
명승민 책임연구원 | 전 세계 파워트레인 시장이 급변하고 있다. 우리가 경쟁 상대라고 생각하는 파워트레인 업체인 ZF, 아이신뿐만 아니라 모터를 만드는 업체까지 영역을 넓혀서 전기차용 모터와 감속기를 개발하고 있다. 우리도 변화하는 시장에서 경쟁력을 확보하기 위해서는 기존 내연기관 파워트레인에서 확보한 기술력을 바탕으로 새로운 전기차 감속기를 선보이게 됐다.
Q. 감속기가 정확히 어떤 장치인가?
박상문 책임연구원 | 감속기는 전기차에 사용하는 변속기의 일종이다. 모터는 분당 회전수(RPM)가 내연기관보다 훨씬 빠르다. 따라서 일반적인 내연기관의 변속기를 적용하기엔 그 특성이 크게 달라서 어려운 점이 많다. 감속기는 모터의 특성에 맞춰 동력을 바퀴에 더 효율적으로 전달하기 위해 고안된 변속기다. 모터의 회전을 필요한 수준으로 감속하여, 더 높은 힘(토크)을 얻을 수 있도록 조정하는 역할이다.
Q. 이번에 개발한 감속기에는 어떤 특징이 있나?
명승민 책임연구원 | 예전에는 모터와 감속기가 별도로 탑재됐다. 또한 모터에 전력의 공급과 제어를 맡은 인버터는 엔진룸에 위치한 경우가 많았다. 이런 구성은 전력 공급 케이블이 필연적으로 길어진다. 또한 케이스와 냉각 장치가 각각 필요하다. 이 때문에 차체도 무거워지고 구동 장치가 차지하는 부피도 적지 않다. 그러나 이번에 개발한 3 in 1 일체형 EV 구동 시스템은 모터, 인버터, 감속기가 일체형으로 구성돼있다. 즉, 크기가 작고 원가 경쟁력이 높다. 소비자에게 전기차 가격에 대한 부담을 낮추고 차체 설계도 더욱 자유롭게 할 수 있다는 뜻이다. 목표 성능은 최고출력 150kW, 최대토크 350Nm, 최대속도 1만6,000rpm으로 설정했다. 그리고 EV 구동 시스템과 관련된 핵심기술을 독자화하고 경쟁사 제품과 동등한 수준의 신뢰성을 확보하기 위해 노력했다.
Q. 전동화 파워트레인 시장이 성장하고 있다. 이에 대한 준비는?
명승민 책임연구원 | 변속기가 주력 사업인 현대트랜시스도 전기차 감속기의 성능과 품질 향상에 더욱 힘쓰고 있다. 전동화 파워트레인에 맞는 새로운 시험 장비를 구축하는 한편, 전기차와 하이브리드 자동차에 적합한 시험 방법을 마련하고 있다.
김주영 책임연구원 | 현재 회사 차원에서 전동화 파워트레인 개발과 관련하여 인적, 물적 지원을 아끼지 않고 있다. 전동화 파워트레인 개발 인원을 지속적으로 늘리고 있으며, 연구 시설도 기존 내연기관 중심에서 벗어나 전동화 연구 설비를 하나둘씩 더하는 중이다. 2020년 완공될 새 시험동에서는 대부분이 전동화 시험이 가능한 설비로 구축된다.
소형화에 성공한 전륜 대형 6단 하이브리드 자동변속기
현대트랜시스가 독자적으로 개발한 전륜 대형 6단 하이브리드 자동변속기(A6FLH)도 R&D성과공유회에서 함께 공개됐다. 기존 앞바퀴굴림 방식 하이브리드 자동차에 탑재하던 6단 자동변속기의 크기를 줄여 탑재성을 높인 것이 특징이다. 또한 전체 기어비를 늘려 성능과 효율을 개선했다. 이와 관련해 연구원으로부터 뒷얘기를 들을 수 있었다.
Q. 기존 하이브리드 6단 자동변속기와 어떤 차이가 있나?
김태훈 책임연구원 | 하이브리드 자동차의 자동변속기는 변속기와 모터가 결합한 일체형 구조다. 따라서 일반적인 자동변속기보다 전체 길이가 길어질 수밖에 없다. 이 때문에 변속기를 가로로 배치하는 앞바퀴굴림 자동차에 탑재하려면 많은 어려움이 따른다. 그래서 신형 변속기에서는 리어커버를 삭제하고 전체 길이를 단축하는 등 탑재성을 향상하는 데 주력했다. 또한 기어비를 증대해 동력 성능과 연료 효율을 높였고, 모터 용량 최적화를 통한 가격 경쟁력도 확보했다. 세부적으로 보면 변속기 내부의 동력전달 부품을 새롭게 설계하고 배열을 최적화해 기존 자동변속기 대비 약 26mm 짧아졌다. 작은 수치라 생각할 수 있지만, 이는 유성기어 1세트 또는 클러치 1세트를 제거했을 때와 마찬가지의 효과다. 또한 리어커버와 케이스를 일체화해 구조가 더욱 간결해졌다. 이와 같은 노력 덕분에 신형 자동변속기는 동급 제품 가운데 길이가 가장 짧은 편에 속한다.
Q. 기어비를 증대해서 성능이 향상됐다는 말이 어떤 의미인가?
김태훈 책임연구원 | 낮은 속도로 주행할 때는 충분한 가속을 위한 힘이 필요하다. 또한 고속에서는 엔진 RPM을 낮춰서 연료 효율을 높여야 한다. 기어비를 늘리게 되면 저단 기어비는 커지고, 고단 기어비는 낮아지면서 앞서 말한 두 가지 성능을 확보할 수 있게 된다. 물론 기어비를 무한정 넓힐 수는 없는 노릇이기에 차체 무게, 엔진 성능, 변속기 단수에 최적화된 기어비 구간을 찾아야 한다. 신형변속기는 기어비를 넓혀 글로벌 자동차 제조사가 원하는 성능을 충족하고 있다.
연구원이 바라보는 현대트랜시스
현대트랜시스는 독자적인 경쟁력을 가진 글로벌 파워트레인 서플라이어로서 위치를 확립해 나아가고 있다. 현대차그룹 내에서 남양연구소와의 협업 및 지원을 통해 지속적으로 성장을 이뤄가고 있으며, 다른 자동차 제조사와의 협력도 활발히 추진하고 있다. 그렇다면 현업에서 개발을 수행하는 연구원들은 현대트랜시스의 경쟁력을 어떻게 평가할까?
Q. 많은 자동차 제조사가 ZF, 아이신, 자트코를 비롯한 파워트레인 전문기업으로부터 변속기를 공급받는다. 반면 현대차그룹은 현대트랜시스를 통해 자체적으로 만들어 사용한다. 이로 인한 장점은 무엇인가?
명승민 책임연구원 | 현대차그룹은 파워트레인 기술 확보를 과거부터 중요하게 인식하고 자체 개발해 왔다. 현재 현대차그룹이 기술과 시장에서 경쟁력을 확보할 수 있던 데에는 기술 독립 및 내재화에 성공한 덕분이라고 생각한다. 급변하는 글로벌 파워트레인 시장에서 그동안의 노력이 더욱 빛나리라 예측한다.
박상문 책임연구원 | 현대파워텍과 현대다이모스가 합병한 지 1년 정도 지났다. 지금 당장에 결합의 시너지가 나오기를 바란다면, 다소 성급하다고 본다. 그러나 한 회사가 여러 가지 변속기를 파악하고, 비즈니스에 활용할 수 있는 것이야말로 현대트랜시스의 잠재력임에는 틀림이 없다. 각기 다른 종류의 변속기에 녹아있는 다양한 기술들이 발전을 통해 최적화된 형태로 거듭나면서, 경쟁력을 극대화하리라 기대한다.
김태훈 책임연구원 | 현대차그룹은 파워트레인과 관련된 기술 대부분을 자체적으로 확보해 왔다. 그중 자동변속기는 상대적으로 늦게 기술 독립을 이룬 분야다. 사실 2000년대 초반까지는 일본 업체의 자동변속기를 면허생산한 수준에 그쳤다. 그러나 2000년대 중반 이후 전륜 6단을 완전히 독자 기술로 개발했고 그 경험을 바탕으로 후륜 8단과 CVT도 자체적으로 만들게 됐다. 현재는 하드웨어뿐만 아니라 변속기 제어와 관련된 노하우도 축적한 상태다. 글로벌 자동차 제조사를 대상으로 현대트랜시스의 변속기를 적용한 자동차에 대한 시승 평가를 진행하면 상당히 만족스러운 결과를 보여준다.
Q. 변속기, 액슬, 시트 등 현대트랜시스의 사업 포트폴리오는 다양하다. 직원이 바라보는 현대트랜시스는 어떤 회사인가?
명승민 책임연구원 | 다양한 포트폴리오를 확보한 만큼, 잠재된 가능성도 크다고 본다. 또한 조직 구성원의 나이도 매우 젊은 편이다. 이러한 장점들이 잘 결합한다면, 미래 파워트레인을 선도하는 새로운 리더가 될 것이라 믿는다.
김태훈 책임연구원 | 변속기를 설계하는 사람으로서 이점이 많다. 모든 변속기를 전부 다루기 때문이다. 변속기 종류별로 장단점을 모두 습득할 수 있는 환경은 경쟁사 대비 뚜렷한 우위에 있다고 생각한다.
글로벌 파워트레인 전문기업으로 도약하는 현대트랜시스
부품 업체는 갈수록 인수합병을 통해 덩치를 키우는 한편, 기술 고도화 전략을 통해 경쟁도 더욱 치열해지고 있다. 자동차 부품사인 독일 ZF가 2015년에 미국의 TRW(라이다, 카메라 등의 전장 전문 업체)를 124억 달러에 인수한 게 대표적이다. 또한 개도국의 자동차 생산 확대가 늘면서 새로운 경쟁자도 등장하고 있다. 한편, 현대트랜시스는 미국 오토모티브뉴스가 선정한 2018년 매출액 기준 세계 상위 100대 부품 업체 가운데 38위를 차지했다. 현대차그룹 내에서는 남양연구소와의 협업과 지원을 통해 기술을 쌓고 있으며, 다른 자동차 제조사와 개발 프로젝트도 활발하게 추진해 가고 있다. 현대트랜시스는 독자적인 경쟁력을 갖춘 글로벌 파워트레인 전문기업으로 한발 더 나아가고 있다.
사진. 김윤식
