[레이싱] F1의 변속기는 수동인가요 자동인가요

 

레이싱 끝판 왕인 포뮬러원 머신의 변속기는 자동?

 

글쎄요. 엄밀히 말하면 F1은 수동도 아니고 자동도 아닌 반자동입니다. 세미 오토라고 불리기도 합니다.

메커니즘은 수동 변속기와 동일한데, 사람은 변속 신호를 줄 뿐 실제 변속은 기계가 하는 구조입니다. 

비슷한 사례로 EPS (Electronic Power Steering), ETB (Electronic Throttle body)를 떠올려 보시면 됩니다. 

핸들을 돌리면 센서가 이들 감지하고 '명령 신호'를 보내 전기모터로 휠의 방향을 바꾸거든요.

출처 : www.zercustoms.com

F1 역시 핸들 뒤의 '패들 쉬프트'로 변속 시그널을 인풋하고, 이를 감지한 모터가 변속을 하는 구조를 가지고 있습니다. 

통신(전기신호)을 통한 명령이므로 보다 신속한 기어 전환이 가능합니다.

 

출처 : xmedia.ex.ac.uk

쉬프트 업 다운은 물론 클러치까지 핸들을 통해 컨트롤 하는 관계로,

F1의 핸들은 패들 쉬프트, 클러치 스위치 등의 여러 가지 버튼이 배치되어, 꽤나 어지러운 구성을 갖게 되지요.

 

출처 : www.motorverso.com

출처 : www.motorverso.com

출처 : www.edugeek.net

이를 구현하기 위해 F1의 변속기는 두 가지 특징적인 기술을 채용하고 있는데요. 

시퀸셜 메커니즘과 도그 클러치가 바로 그것입니다.

레이싱카에서 주로 사용되는 변속기 테크놀러지로, 신기술은 아니지만 빠른 변속을 위해 사용되는 방식 입니다.

 

출처 : davidwormald.wordpress.com

우선,

시퀸셜 기어박스는 H형의 기어 변속과 달리 업, 다운만으로 변속을 지원해주는 장치입니다. 

이게 뭔 소리인고 하니,  1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5로 순차적으로만 움직일 수 있게 설계되어 있다는 이야기입니다. 

일반 수동변속은 구조상 1 -> 5 로 점프가 가능하거든요.

 

출처 : www.r3vlimited.com

출처 : stmtune.wordpress.com

기어를 넣었다 빼는 수고 대신, 올리는 조작만으로 변속하기에 변속이 빠른 장점이 있습니다.

다만 별도의 추가 부품이 필요해서, 약간 복잡해지고, 무게가 증가하는 점 정도가 단점이겠네요.

 

아래 영상을 보면, 

패턴 새겨진 샤프트를 회전시켜서, 쉬프트 포크를 구동시키는 형상의 움직임을 확인할 수 있습니다.

샤프트가 정방향으로 회전하면 '업쉬프트'로 포크가 이동하고, 반대 방향으로 회전 하면 '다운쉬프트'로 포크가 이동 한다고 보면 될 듯....

오르골에 양각으로 

음악 패턴을 새긴 것과 유사한 원리 정도로 비유가 가능할 까요?

출처 : www.nova68.com

또 다른 기술인 도그 클러치는 

기어간의 에너지 손실을 최초화 하기 위한 장치 입니다. 

변속기는 크기가 다른 기어를 맞물려 출력 속도를 조절하는 장치입니다. 

입력축에 다양한 크기의 기어를 번갈아 가며 끼워줄 필요가 있습니다. 

출처 : pitrebuickgmc.us

싱크로 메쉬 없이, 기어를 직접 넣고 빼는 방식을 슬라이딩 메쉬 (sliding-mesh gear type transmission) 라고 부르는데  

잘못 조작하게 되면 정확히 맞물리지 못하고 파손되는 사고가 발생합니다. 

예전 기술이고 지금은 사용하지 않는 방식이지요. 

참고로 현재 모든 수동 변속기는 상시 물림 방식을 사용하고 있습니다. 

모든 기어가 입력축과 미리 연결 되어 회전하는 방식입니다. 필요할 때만 돌고 있는 기어를 출력축과 연결해 주게 되지요.

만약 이들이 클러치로 연결된다면, 클러치 메쉬 (clutch-mesh gear type transmission), 

싱크로 링이라는 장치로 연결된다면,  싱크로 메쉬 (synchromesh gear type transmission)라고 부를 뿐입니다.

다시 도그클러치로 돌아와서, 

F1에서는 평기어를 쓰는 클러치 메쉬 타입 메커니즘이 적용되는데, 

이를 도그 클러치 혹은 도그 미션이라고 부르기도 합니다. 

클러치와 기어 사이의 이빨이 마치 개의 그것과 닮았다고 해서 붙여진 이름이지요. (Crash gear box 라고 부르기도 합니다)

기어가 아닌 클러치만 이동하여 즉각 체결이 가능해서, 에너지 손실이 없고 빠른 변속이 가능한하지요. 

변속충격이 크고 조작이 어렵다는게 가장 큰 문제일 테고요.

아래 영상을 보시면, 2분 22초쯤 도그 클러치 작동 원리가 등장합니다.

 

이제 슬슬 결론을 내려야 겠군요.

F1의 세미오토는 전기적으로 제어되는 시퀸셜 + 도그 클러치 메쉬가 적용됩니다. 

속도를 위해 컴퓨터의 도움을 받고, 편리함을 버렸다고 보면 되겠습니다.

 

출처 : www.electric-vehiclenews.com

출처 : www.taringa.net

쩝쩝... 글을 끝내려고 하니, 갑자기 드는 의문 하나 떠오릅니다.

‘그럼 어짜피 컴퓨터 제어이니 일반인도 쉽게 조작 가능한거 아님?’ 

아래 영상을 보면, 핸들을 이용한 F1의 변속이 그다지 어려워 보이지 않는데요. 

 

그럴리가 없겠죠? ㅋ

F1 변속이 어려운 이유는 빠르게 치솟는 rpm중에 적당한 변속 시점을 순간 잘 찾아야 하기 때문입니다. 

변속 시점이 빨라지면 최대 토크를 사용하지 못해 속도가 떨어져 추월을 허용하고, 변속 시점이 늦어지면 퓨얼컷이 걸려 속도 증가가 0이 됩니다.

순간의 판단 실수는 후속 차량의 추월로 이어집니다. 

마이클 슈마허와 같은 탑 레이서들이 돈을 그냥 받아가는게 아니지요.

출처 : www.autoweek.com

강한 횡가속도, 다른 차량과 경쟁하는 중의 변속 판단은 결국 드라이버의 몫입니다. 

쉽지 않은 조작임에 분명합니다.

출처 : www.21-graus.com

출처 : www.f1technical.net

최대한 쉽게 풀어쓰려 노력했는데, 다시 읽어보니 복잡하긴 매한가지이네요 -_-;; 

이제 진짜 마무리로 들어갑니다. 정리를 위한 세 줄 요약 입니다.

. F1은 조이스틱(?)으로 변속하는 수동기어를 사용한다.

. 순차변속인 시퀸셜 기어 및, 기어 상시 물림 타입인 도그 클러치를 사용해 에너지 손실을 최소화 한다.

. 전자제어의 도움을 받음에도 불구하고 변속이 조낸 어렵다더라.

  

 

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