7G-Tronic(Plus) vs ZF-8HP

1. 독일 자동차 삼형제 BMW, AUDI, BENZ 

이번 내용에서 7G-Tronic Plus와 비교해 볼 ZF-8HP는 독일의 유명한 ZF사 제품입니다. 7G-Tronic Plus는 7G-Tronic and 7G-Tronic Plus 를 참고해 주시기 바랍니다. 그리고 벤츠 C 클래스의 경우 2011 F/L을 통해 7G-Tronic 에서 7G-Tronic Plus로 미션이 변경되었습니다. 관련 내용은 2011년 C220 CDI 의 F/L로 변경된 것 참고 바랍니다.

ZF사의 미션은 널리 사용되고 있는데요 AUDI, BMW의 거의 전 차종과 벤틀리, 롤스로이스, 랜드로버 등에서 사용되고 있습니다. 결과적으로 독일 삼형제 Benz, BMW, Audi만 놓고 보면 엔진과 미션을 모두 만들고 있는 기업은 Benz가 유일합니다. 

쉽게 생각하면 Benz가 BMW나 Audi보다 기술력있는 자동차 회사처럼 보이는 건 사실입니다. 왜냐하면 엔진과 미션은 땔래야 땔 수 없는 관계이고 개발 단계에서의 시너지 효과와 문제 발생 시 피드백 등을 생각하면 한 회사에서 엔진과 미션을 모두 만들고 문제를 해결할 수 있다는 건 꾀나 중요해 보이기 때문입니다. 단순히 미션만을 놓고 본다면 유수의 차들에 들어가는 미션을 만드는 ZF사가 미션하나 만큼은 보다 다양한 경험과 기술을 가지고 있다고 볼 수도 있습니다. 물론 엔진과 미션 모두 만들 줄 아는 회사가 모두 기술력이 높은 건 아니겠지요. ;-)

온라인 상에서는 BMW와 Audi가 ZF 미션의 가장 큰 장점으로 "롤스로이스에 들어가는 미션"이라는 것을 강조하는 전략을 경고하고 있는데요 이유는 아무리 성능 좋은 미션도 엔진과의 유기적 결합이 매우 중요하기 때문에 단순히 "이 미션이 좋은 차에 쓰이기 때문에 그 미션이 들어간 우리 차는 좋은 차다" 라고 말하는 건 우습기 때문입니다. 

2. 신형 ZF-8HP 변속기

본론으로 돌아가서, ZF-8HP 변속기는 8단 오토 트랜스미션으로 ZF Friedrichshafen AG 그룹의 자회사인 ZF Getriebe GmbH에서 설계되고 생산됩니다. 잠깐 ZF 그룹을 살펴보면 독일 남서부 Friedrichshafen 에 본사를 둔 기업으로 엔지니어링에 특화된 기업입니다. 특히 자동차 산업에서 각광받고 있는데 동력전달 장치와 차대(chassis) 기술 쪽에서는 세계적인 수준의 기업입니다. 27개국에 121개의 공장이 있으며 직원은 71500명 가량이라고 합니다. 

ZF-8HP 변속기의 최초 공개는 2007년도에 열린 28회 비엔나 국제 자동차 심포지움(28th International Vienna Motor Symposium)에서 였으며 최초 상용화는 2009년식 F01/F02 BMW 7-Series에 12기통 엔진과 함께 출시되었습니다. 참고로 신형 BMW 3(f30),5(f10) 시리즈 모두 이 변속기를 사용하고 있습니다. 기존에 8단 미션 시장은 Lexus가 이끌어 가고 있었는데요 BMW와 AUDI를 비롯한 자동차 회사들이 우리도 8단을 넣어야 한다는 needs도 ZF-8HP 미션이 시장에 많이 풀리게 된 이유 중에 하나인 듯 합니다.  유명한 말이 있죠. 회사는 반드시 필요하지 않으면 신기술을 넣지 않는다는... 

ZF사에서 ZF-8HP 를 개발한 가장 큰 목적은 연비 향상이었고 결과적으로 기존의 6단 미션인 ZF-6 보다 11% 향상된 연비(start/stop 기능이 포함될 경우)를 도출하였습니다. 여기에 내부 디자인 변경으로 변속 시간(shift times)이 200ms(0.2초) 단축되었습니다. 기존과 마찬가지로 변속 시 일부 단을 스킵할 수 있는데 극단적인 경우 8단에서 2단으로의 직접 변경도 가능하다고 합니다. 입력 토크 허용치에 따라 8HP30, 8HP45, 8HP70, 8HP90의 4가지 제품이 있으며 8HP70 버젼의 경우 700Nm의 토크까지 핸들링 가능하며 변속기의 무게는 90kg 입니다. 현재 BMW 3(f30),5(f10)시리즈에 들어가는 ZF-8HP 변속기는 450Nm 입력토크까지 핸들링 가능한 8HP45 입니다. 

ZF사의 부사장인 Dr. Michael Paul은 ZF의 개발 컨셉을 고성능이 아닌 고연비로 이야기 하고 있습니다. 중요한 것은 고연비를 위해 성능을 일부 희생하는 것이 아니라 성능의 희생없이 고연비를 이루겠다는 것입니다. 향후 연비 승부는 변속기 시장에서도 계속될 거 같습니다. (“Our main development target was to find a transmission concept which allows for significant additional fuel consumption reduction and thus offers tangible added value to our customers and drivers without making any compromises in terms of performance” - Dr. Michael Paul). 

3. 7G-Tronic(Plus) vs ZF-8HP

변속기는 엔진과 달리 단순 비교가 쉽지 않은 거 같아 몇 가지 수치만 비교해 보도록 하겠습니다. 7G-Tronic과 7G-Tronic Plus 의 변속비, 입력 지지 토크 수치는 동일합니다. 2014 Mercedes-Benz C-Class 에서 언급한 것처럼 2014년 신형 C클래스에는 9단 미션이 들어갈 예정입니다. 이건 7G-Tronic Plus Plus가 되겠군요. ;-)

7G-Tronic(Plus)의 무게는 shift-by-wire system과 optional start-stop system 이 있고 없고의 차이에 따라 83kg ~ 93kg이며 ZF-8HP도 입력 지지 토크에 따라 무게 차이가 조금 씩 있으며 약 90kg 입니다. 

기어비를 비교하기 전 실제로 우리가 타는 자동차에서는 기어에서 바퀴까지 전달되는 differential ratio라는 것이 있습니다. 이를 무시하고 변속기까지의 수치만 비교해 보도록 하겠습니다. 

기어비는 아래와 같습니다. 참고로 7G-Tronic Plus 는 후진 기어도 2단입니다.

Gear	1	2	3	4	5	6	7	R-1	R-2
7G TRONIC	4.377	2.859	1.921	1.368	1.00	.82	.728	3.416	2.231

7G-Tronic 은 5단에서 기어비가 1이 되며 6단과 7단이 overdrive 기어입니다. 기어비가 1이라는 것은 엔진의 회전 수와 기어를 거쳐 나가는 출력 회전수가 동일한 상태를 의미합니다. 여기서 overdrive 의 의미는 엔진보다 기어의 출력 회전이 더 높음을 의미합니다. 

Gear	1	2	3	4	5	6	7	8	R
ZF-8HP	4.696	3.130	2.104	1.667	1.285	1.000	0.839	0.667	3.300

ZF-8HP는 6단에서 기어비가 1이 되며 7단과 8단이 overdrive 기어입니다. 

예를 들어 7G-Tronic 1단의 기어비는 4.377 인데 이는 엔진이 4.377 바퀴를 돌 때 기어를 통해 나가는 출력이 1바퀴 돈다는 이야기 입니다. 그만큼 속력이 느리지만 힘이 좋습니다. 반대로 7단의 기어비는 0.728인데 이는 엔진보다 출력이 더 빨리 돈다는 의미이며 속력이 빠르지만 힘이 상대적으로 약합니다. 

7G-Tronic 와 ZF-8HP의 1단 기어비를 보면 ZF-8HP가 상대적으로 강한 토크를 만들지만 속력은 느립니다. 그러나 기어비 1까지 가는 구간에 7G-Tronic은 4번의 변속(1단 -> 5단)이 필요하고 ZF-8HP는 5번의 변속(1단 -> 6단)이 필요함으로 ZF-8HP가 좀 더 고연비와 부드러운 주행이 가능해 보입니다. 

7G-Tronic 와 ZF-8HP의 7단과 8단의 기어비를 보면 0.728 대 0.667 로 동일한 엔진이라는 가정하에 ZF-8HP가 좀 더 고연비 운행이 가능함을 알 수 있습니다. 

위의 내용은 단순한 비교일 뿐이며 기어비를 이용한 디테일한 분석은 공부가 필요하기 때문에 다음 기회로 넘깁니다. ;-)

입력 지지 토크는 7G-Tronic Plus는 735 Nm 이며 ZF-8HP는 300Nm ~ 900Nm까지 다양합니다. 앞서 설명드렸던 것처럼 BMW 3,5시리즈는 450Nm까지 핸들링 가능한 8HP45가 장착되어 있습니다. Benz는 전 차종에 동일한 미션인 7G-Tronic Plus을 넣고 있는 추세이기 때문에 변속기가 단 모델로 출시되지만 ZF는 다양한 회사의 다양한 모델에 출시되기 때문에 지지토크 별 다양화가 되어 있는 것입니다. 

위의 그림에서와 같이 ZF-8HP는 고객의 다양한 needs 에 맞추기 위해 모듈화가 잘 되어 있습니다. 각각 다른 모듈을 추가함으로써 고연비 미션에서 고성능 미션까지 제조단계에서의 변경이 가능합니다. 예를 들어 그림의 맨 왼쪽과 같이 HIS 모듈을 추가함으로써 Benz 의 Echo 기능과 같은 engine start/stop 기능을 활성화 시킬 수 있습니다.

4. 우연의 일치?

한가지 재미있는 점은 Benz에서 개발한 신형 7G-Tronic Plus 도 기존 7G-Tronic 대비 11% 연비 향상이 있었는데요 놀랍게도 향상 수치가 같내요! 딱 맞춘 느낌입니다. ;-) 아래 그림과 같이 ZF-8HP의 경우 자체 성능 개선은 6% 정도 이며 여기에 start/stop 기능이 추가되면 11%가 됩니다. 누가 누구에게 맞췄을 까요? 7G-Tronic Plus 가 2010년 가을에 출시가 되었고 ZF-8HP가 2007년에 출시 되었는데요 출시일만 보았을 땐 벤츠에서 ZF의 향상 수치에 맞춘 거 같습니다. 딱 ZF사가 한 만큼만 성능계량을 한 거네요 ;-)

5. 곧 출시될 미국산 ZF 미션

현재까지 ZF 미션은 전량 독일 생산 제품입니다. 이것은 Benz 도 마찬가지입니다. 7G-Tronic 미션의 경우 독일의 Stuttgart-Untertuerkheim 공장에서 생산되며 이곳은 다임러사의 핵심 시설 중 하나입니다. 그만큼 엔진과 미션은 매우 중요한 부품인 것이죠. 그런데 Chrysler Group LLC도 이 ZF-8HP 변속기를 눈 독 들여서 일부 모델에 사용할 예정이며 생산을 위해 ZF사와 라이센싱 계약을 맺었다고 합니다. 이와 별도로 ZF사에서는 자체적으로 2013년까지 북미에 미션 제조공장을 추가로 설립할 계획이라고 합니다. 북미시장으로의 진출로 기존에는 전량 독일에서만 생산되던 제품이었지만 ZF 미션도 미국산이 생기게 되나 봅니다. 

마지막으로 ZF-8HP의 설명 동영상입니다. 

<Reference>

http://mekismerc.blogspot.kr/2011/08/2012-c-class-vs-2012-bmw-3-series-2012.html

http://en.wikipedia.org/wiki/ZF_8HP_transmission

http://paultan.org/2007/05/03/zf-unveiled-new-8-speed-automatic-gearbox/

http://www.gizmag.com/go/7188/

http://www.zf.com/corporate/en/products/innovations/8hp_automatic_transmissions/8hp_automatic_transmission.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Gear_ratios

http://www.youtube.com/watch?v=JXrHDjcQIIU&feature=related