폭스바겐 듀얼클러치 미션 DSG(Direct Shift Gearbox)

DSG는 Direkt-Schalt-Getriebe(Direct-Shift-Gearbox)의 준말입니다. 폭스바겐 그룹이 개발한 전자제어식 멀티 섀프트 듀얼 클러치 매뉴얼 기어박스입니다. 즉, 얘는 그냥 오토 미션이 아니라 사실상 클러치가 없는 매뉴얼 미션이라고 해야 합니다. (실제로 일본에서는 클러치 없는 매뉴얼 기어라고 홍보됨) 풀 오토매틱 조작이 가능하지만 세미 매뉴얼 기능도 가지고 있습니다. 간단히 말해서, DSG는 두 개의 기어박스를 가지고 있습니다. 물론, 하우징은 하나로 통합되어 있습니다. 두 개의 기어박스가 마치 하나의 기어박스처럼 움직이지만 실제로는 두 개의 기어박스가 매뉴얼 기어의 구동 방식을 유지하는 방식입니다. 이 기어 구조는 보르크바르너(BorgWarner)라는 회사가 개발했습니다. 폭스바겐 그룹은 라이센스를 사 들였구요. 덕분에 폭스바겐의 거대한 그룹 산하 기업군들, 즉 폭스바겐 승용차, 아우디, 세아트, 스코다, 람보르기니, 벤틀리, 부가티, 폭스바겐 상용차들이 이 기술을 공유합니다. 

 

IAV GmbH(Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr)가 DSG생산에 관여하고 있는 듯 합니다. 물론 IAV는 한국에도 있습니다. (IAV Korea Co. Ltd. 여기서 뭘 만드는지 궁금하네요.) IAV는 폭스바겐 그룹이 실질적으로 소유한 파워트레인 부품 회사로 (지분이 50%) 거래하는 회사가 폭스바겐, BMW, 푸조, 시트로엥, 피아트, 포드, GM, 포르쉐, 토요타에 이릅니다. 폭스바겐 그룹이 세계 자동차 시장에서 차지하는 위치를 잘 알 수 있는 회사지요. 아마도 현대자동차의 더블 클러치 미션 개발과 연관이 있는 듯. DSG는 두 개의 독립적인 클러치를 사용합니다. 덕분에 변속시간이 빨라지고(변속랙이 없다는 의미) 종래의 오토 미션이 채용하는 토크 컨버터가 필요 없게 되었습니다. (토크 컨버터가 잡아먹는 동력 손실이 사라짐)

 

초창기에는 DSG가 전륜 횡치 엔진을 가진 차에만 장착 가능했습니다. 결국 전륜, 혹은 전륜 기반 4륜구동 차에만 장착할 수 있었죠. 2009년부터 선보이는 DSG는 아우디의 전방 탑재 후륜구동 엔진 모델들에도 달릴 수 있습니다. 부가티 베이론은 예외죠. 영국 리카르도 사가 만든 DSG미션을 사용합니다. 향후 폭스바겐 그룹은 BorgWarner와 결별하고 리카르도의 방식을 따를 것 같습니다.

 

최초 DSG 모델은 6단 변속에 습식 클러치를 사용한 DQ250입니다. (부품 코드는 02E) 전륜구동 모델로 무게는 80kg 정도입니다. 새로운 버전은 좀더 가볍고 (70kg) 7단 변속이 기본입니다. (부품 코드 0AM) 또한 두 개의 건식 클러치를 사용합니다. 좀 더 작고 토크가 낮은 차들에도 DSG를 장착할 수 있게 된 겁니다. 문제는 때문에 최대 수용 토크가 250Nm으로 줄었다는 것이죠. (2리터급 TDI엔진엔 무리입니다. 결국 6세대 골프도 6단 변속 습식 DSG로 간다는 의미겠지요? 7단 변속은 어디까지나 가솔린 모델들에 한정되나 봅니다.)

 

 

<작동방법>

일단 내연기관(디젤, 휘발유)에 구동축을 연결할 때 두 개의 클러치 팩을 사용합니다. 외부 클러치 팩은 1, 3, 5단 그리고 후진을 책임집니다. 내부 클러치 팩은 2, 4, 6단을 책임지고 있습니다. 외부 클러치 팩이 내부 클러치보다 직경이 큽니다. 때문에 더 큰 엔진 토크를 받아낼 수 있습니다. (말인즉 엔진에서 토크를 끌어 낼 때 3단, 5단을 활용하시란 말씀) 6단 변속 DSG는 두 개의 클러치 팩을 가지고 있고, 각 클러치 팩에는 4개의 작은 습식 삽입형 클러치 플레이트 (오토바이의 습식 멀티 플레이트 클러치와 비슷함)를 가지고 있습니다. 결국 총 8개의 습식 클러치 플레이트가 있단 소리겠죠? 내부공간이 협소하기 때문에 이 두 개의 클러치 팩은 동심원 형태로 배치됩니다. 이 형태로 두 개의 클러치 팩이 같이 구동축과 내연기관(엔진)을 연결시킵니다.

 

즉, 2단으로 주행하고 있다면.

 

1단 (외부클러치) - 2단 (내부클러치) -3단 (외부클러치)

 

이런 형태로 잡혀있어서, 외부 클러치가 1단이든 3단이든 구동축과 엔진을 연결시켜줍니다. 즉 2단의 내부 클러치는 그냥 물린 상태로 가동되지 않아도 된다는 것이죠.

 

때문에 DSG는 거의 변속랙이 없습니다. 0.008초만에 변속이 가능합니다. 페라리 엔초에서 쓰고 있는 SMT 변속기가 0.015초에 변속됩니다. 얼마나 빠른 것인지 아시겠죠?

 

0.008초라는 소리는 휠에 동력이 끊기는 시간입니다. 즉 DSG를 장착한 차량은 N이나 P로 레버를 바꾸지 않는 이상 거의 모든 시간 엔진과 연결되어 있다는 소리입니다. 즉 RPM과 휠이 거의 연동되어 있다는 소리이지요.

( 때문에 폭스바겐차를 처음 타는 한국인 오너들이 차가 안 나간다거나, 꿀렁거린다거나 하는 불평을 말합니다만.... 그건 타사 차량들이 RPM에 상관없이 차가 나가는 기묘한 현상, 주로 토크컨버터 때문에 나타나는 현상을 보여주기 때문이기도 합니다.)

  

<작동>

 

“P”

P에 놓으면, 두 개의 클러치 팩 전체가 엔진에서 차단됩니다. 미션이 빠진 상태가 되지요. 대신 구동축을 잡는 기계적 미션 잠금장치가 DSG의 내부 디퍼런셜을 잠궈버립니다. 이 상태로는 전혀 움직이지 않습니다. 그리고 P로 세팅하지 않으면 키가 안 빠집니다.

(처음 차를 인수받고 제일 황당한 기억이죠. N으로 놓고 주차브레이크를 걸었는데 키가 안빠져요... 엉엉 2시간 동안 키 꼽아 놓고 주차했음)

 

“N”

P하고 마찬가지로 클러치 팩 전체가 엔진에서 차단된 상태입니다. 미션이 빠진 상태지요. 하지만 주차 잠금이 풀립니다. 즉 DSG내부 디퍼런셜을 잠그지 않는다는 소리입니다. 잠시 정차할 때 쓸 수 있는 기능이겠습니다. 신호 대기라던지, 정체 시에 씁니다. DSG는 어느 기어도 사용하지 않습니다. 이 상태에서는 클러치가 대기 위치에서 존재하기 때문에 풋 브레이킹이 필요합니다.

(N상태에서 클러치가 대기 위치로 가려면 브레이크를 밟아야 합니다. 경고등이 들어오는 것이죠.)

 

“D”

일단 N을 거쳐야 D로 갑니다. (당연하죠?) N에서 DSG가 외부 혹은 내부 클러치 중에서 하나를 골라(주로 외부) 대기 상태에 들어갔다가, D로 내려가면 구동축과 엔진을 연결시켜 버립니다. 결국 N에서 풋브레이크가 필요하므로, 브레이크를 밟지 않은 상태에서는 N-D로 움직일 수 없습니다.

(현대차는 N-D로 자유롭게 움직입니다.)

브레이크를 밟은 상태로 D로 내리면 외부 클러치가 1단 기어를 선택하려고 준비합니다. 물론 동시에 2단 기어도 준비됩니다. 하지만 2단 기어의 클러치(내부 클러치)가 구동축과 2단 기어를 차단하고 있습니다. 풋브레이크 페달에서 발을 떼면 외부클러치가 1단 기어를 엔진 회전축과 결속시킵니다. 엔진의 토크가 구동축으로 전달됩니다. 물론 2단 기어도 대기 상태지만 내부 클러치가 이를 차단하고 있습니다. 엑셀을 밟아 속도가 높아지면 DSG가 변속을 준비합니다. DSG는 1단 기어를 버리고 2단으로 변속합니다. 이번엔 내부 클러치가 구동축과 2단 기어를 결속 시켜줍니다. 이미 내부 클러치는 준비 상태였으므로 2단으로의 변속은 겨우 0.008초 걸립니다. ^^

2단으로 주행하면 일단 1단 기어와 3단 기어가 준비 모드에 들어갑니다. (1단, 3단, 5단은 같은 샤프트에 달려있기 때문에 늘 준비되어 있는 거나 마찬가지임) 다만 외부 클러치가 연결만 안 시키고 기다립니다. 2단에서 변속 타이밍이 오면 내부 클러치가 2단 기어를 빼고 외부 클러치가 3단(혹은 1단)으로 기어를 물려줍니다. 이런 방법으로 외부, 내부 클러치가 번갈아가면서 6단까지 변속합니다. 엔진 브레이킹을 위한 변속도 같은 원리입니다.

변속 타이밍을 결정하는 것은 DSG의 ECU입니다. ECU는 (여기서 E는 Engine이 아니라 Electronic임) 두 개의 클러치 팩을 조정합니다. DSG와 ECU를 합쳐 ‘메카트로닉스(Mechatronics)’ 라고 부릅니다. DSG ECU는 퍼지로직을 이용하기 때문에 DSG는 학습 능력이 있습니다. 즉, 운전자의 변속 습관을 눈치보다가 그대로 따라합니다.

평상시에 페달을 살살 밟으면 DSG는 1-2-3-4-5-6으로 변속합니다. 그런데 갑자기 운전자가 뜬금없이 페달을 확 밟으면 “엉?” 하고 다운 쉬프트를 해 버립니다. 이른바 킥 다운기능입니다. DSG가 갑자기 “이 머병? 급하삼?” 하면서 6단에서 2단으로 꽂히는 수가 있습니다. (조건에 따라서 달라요.) D에서는 완전 자동 모드이기 때문에 주로 연비 모드 운전으로 갑니다. 이미 프로그래밍이 되어 있기 때문에 운전자가 D모드 보다 더 연비 좋게 운전하기는 힘듭니다.

 

“S”

S는 Sport의 약자입니다. DSG가 ‘연비’ 라는 단어로부터 해방되어 오직 ‘파워트레인 성능 우선’으로 바뀝니다. D모드와 작동은 거의 비슷하지만 변속 타이밍이 ‘최고 토크’에서 터집니다. RPM이 치솟습니다. 엔진 파워와 엔진 브레이크 성능을 우선적으로 생각합니다. 다만 노면이 젖은 상태에서는 차가 주행 트랙션을 놓치는 경우가 발생하므로 주의해야 합니다. 비오는 날 ESP off 상태에서 S모드로 운전하는 것은 매우 스릴 있겠으나 자신과 타인의 생명을 위협할 수 있겠습니다. 일단 스타트 할 때 휠이 헛돌 수 있고, 고RPM상황에서 엔진브레이크가 미끄러집니다. (정 S모드로 달리고프면 ESP가 on상태인지 꼭 확인을....)

 

‘매뉴얼 모드’

부가기능입니다. 이른바 팁트로닉(Tiptronic)이라고 하는거죠. 운전자의 의도대로 운전을 하는 경우가 필요할 때 사용합니다. +와-방향으로 수동 조작이 가능한 것입니다. 사실 주행 자체는 D나 S의 효율을 따라갈 수가 없습니다. 컴퓨터가 다 알아서 해 주니까. 매뉴얼 모드는 ‘수동 기어의 향수’ 때문에 존재하는 것 일 수도 있겠습니다. 몇가지 특징이 있습니다.

그러나 DSG는 운전자의 명령을 거부하는 기능이 있습니다. 다음과 같은 경우입니다.

1) 엔진 회전이 레드존에 진입했는데 수동으로 변속하지 않는 경우.

2) 엔진 회전이 레드존에 임박했는데 수동으로 쉬프트 다운하는 경우

3) 엔진 회전이 모자란데 쉬프트 업하는 경우

4) 엔진 회전이 과한데 쉬프트 다운하는 경우.

이럴 경우 오토매틱으로 작동합니다.

 

<DSG 형태의 미션 개발 현황>

 

“현대”

는 2009년 제네바 모터쇼에서 Hyundai ix-onic이라는 컨셉트 카에 6단 변속 더블 클러치 미션을 선보였습니다. 조만간 나올 거라고 하네요. 근데, 어디 라이센스인지는.... 자체개발했나?

 

“BMW”

2008년 1월, M3에다가 Getrag의 M DCT를 달아줬습니다. 신형 Z4에도 같은 넘이 달린다고 하는데요. (Sdrive35i 버전) 2009년식부터 DCT가 335i의 옵션으로 달리는데 옵션 가격이 1,600불이랍니다. 허용 토크가 무려 500Nm이라고 하네요.

 

“BorgWarner”

시장을 크게 장악한 선두주자입니다. 습식 하이드랄릭 모듈 방식(현용 폭스바겐 DSG임)의 더블 클러치 미션의 대부분을 이 회사가 장악하고 있습니다. 회사 자체 모델명은 ‘듀얼트로닉’입니다. 3개의 유럽 자동차 회사와 공급 계약을 맺었다는데, 어디랑 맺었는지는 아직 비밀인가 봅니다. 2009년 1월 14일에 이 회사는 중국에 조인트벤처를 설립하기로 했다고 하네요. 중국의 12개 자동차 회사들과의 조인트 벤처랍니다. 중국 대련에 공장을 세우기로 했다네요. 중국도 이제 듀얼 클러치 미션 생산 국가입니다.

 

“페라리”

신형 캘리포니아에서 7단 변속 듀얼 클러치 미션으로 간답니다.

 

“크라이슬러”

Getrag과 크라이슬러는 조인트 벤처를 설립하기로 하고 인도에 미션 공장을 세운답니다. 2008년도에 크라이슬러가 유럽 수출형 닷지 Journey, 닷지 Avenger, 크라이슬러 세브링에 듀얼 클러치 모델을 달기로 했는데요. 아마도 FIAT와의 합병을 통해 피아트가 획득한 듀얼 클러치 기술을 이용해서 미국 시장 모델에 장착하려 했던 것 같습니다.

 

“FIAT”

피아트는 BorgWarner의 라이센스를 가지고 2009년 말부터 알파 로메오 미토 모델부터 장착한다고 하네요.

 

“포드”

유럽형 포드 포커스에 “파워쉬프트”라는 모델명으로 듀얼 클러치 모델을 내놓습니다. Gertag 라이센스입니다. 포드와 볼보도 이제 듀얼 클러치로 가는 것 같습니다. 2010년 포드 모델들부터 듀얼 클러치가 대세를 이룰 것 같습니다. 볼보는 2세대 S60, V50, C30등에 듀얼 클러치 미션을 장착할 것 같구요. XC60은 파워쉬프트 미션으로 가는게 확실한 듯 합니다.

 

“GM”

좀 늦지만 2012년에 건식 듀얼 클러치로 간다고 합니다. (우울하죠....) 구조조정이 우선인 회사라...

 

“Getrag”

뭐, 1935년부터 미션을 만든 회사로 유명하죠. 뭐, 미션만 파고든 독일 장인입니다.

일단 만들어 놓기는 다 만들어 놨다고 하네요. 7DCL750 7단 미션 같은 경우에는 750Nm까지 수용하는 미션이라니까... 와우... 포드와 협업 중이고, 닷지 Jorney, Volvo S40/V50으로 시장에 나올 듯 합니다.

 

“혼다(자동차 말고 모터 사이클)”

이른바 차세대 미션이라는 걸 만들었다고 2008년 11월에 발표했는데, 혼다 오토바이의 미션을 DSG시스템으로 통합했다는 겁니다.

 

“메르세데스 벤츠”

SL63 AMG에 7단 변속기를 장착하겠다고 2008년 11월 발표했죠. 종래의 토크 컨버터 방식을 버리고 습식 7단 멀티팩 클러치를 활용하겠답니다. 예를 들면 7단에서 4단으로 바로 다운 쉬프트가 가능한 진보적인 다운쉬프팅 기능이 있는 미션이랍니다. 뭐, 범용한 승용차에는 별로 필요한 기능 같지도 않고.... 암튼 2009년형 W212 E클래스에서는 더블 클러치 방식의 미션을 맛보실 수 있습니다.

 

“미츠비시”

랜서 에볼류션 X는 트윈 클러치 SST랍니다. 몰랐네요. 이 친구들이 아직도 차를 만들고 있었는지. 현대에게 엔진 기술 가르쳐 주다가 주객이 전도된 친구들이란 것 밖에는....

 

“닛산”

GT-R..... 음.... 후륜형 트윈 클러치 기어 박스랍니다. 게다가 AWD기능까지? 오옷..... DCT는 BorgWarner 라이센스라네요. 아이치 공장에서 만든답니다.

 

“포르쉐”

포르쉐는 PDK라는 넘을 쓴다고 하네요. (Porsche Doppelkupplung) 2009년형 카레라와 카레라S에 쓰이는 미션을 대량 생산하기로 했답니다. 7단 PDK미션은 종전의 팁트로닉 방식을 대체할 거랍니다. 실제로 포르쉐의 PDK는 2개의 기어박스를 가지고 있어서 1,3,5,7, 후륜 기어박스와 2,4,6 기어 박스를 가지는 두 개의 샤프트 방식이랍니다. 포르쉐 차기 911 터보, 2009 카이만, 박스터, 파나메라에 이 미션이 들어간답니다.

 

“폭스바겐”

사실 2007년까지만 해도 DCT는 폭스바겐이 DSG라는 이름으로 주로 팔고 있었습니다. 폭스바겐은 BorgWarner의 라이센스 아래서 DSG를 생산하고 있었는데, 이제 라이센스 관계도 청산하고, 그룹 전체 모델에 사용 가능한 DSG를 찍어내기 위해서 영국에 위치한 리카르도와 손을 잡고 7단 DSG를 생산하기로 합니다.

부가티는 이미 리카르도의 고용량 DSG를 탑재하고 있구요. 그룹 내부에서도 람보르기니는 별도의 BMW의 SMG 미션 방식 (한개의 클러치만 이용하지만 클러치 페달이 없는) 미션을 사용하고 있습니다.

[출처] DSG이야기. (폭스바겐 TDI 클럽) |작성자 테디