何とか無料で出来ないかといろいろやってみたのですが、結局BusyCal（$49）にしました。もしかしたらBusySync（$39）でも良かったかもしれませんが、なぜか試用できなかった（以前試用したかも？）ので試していません。
以下を参考にしました。iPhoneとGoogleカレンダーを同期するにはこちらの設定が必要です。
iPhoneとカレンダーを同期 Google Syncを試す
※以下のリンクを追加（2010-04-5）
上記で一つ分からなかったのは、iTunesのアドレスブックでの設定。 下記ではiTunesの設定がありません。下記のリンクで設定しました。
iPhone標準のカレンダーとgoogleカレンダーを同期させる一番便利で簡単な方法（複数のカレンダーのアカウント共有可）
上記設定でiPhoneのカレンダーとGoogle カレンダーの同期はうまく行くのですが、iCalでGoogle カレンダーを使おうとするとiCalのカレンダーとは別のカレンダーができてしまいます。つまりiCalのAというカレンダーとGoogleのAカレンダーができる訳です。iCalのAはiTunesの同期でiPhoneのカレンダーAに反映されますが、GoogleのAには反映されません。iCal上のGoogleのAを変更すれば、iTunesを使わなくてもiPhoneとGoogleに反映できます。しかし、これはiCalのAを今後使わないことを意味します。
BusyCalの場合、iCalのカレンダーA（実際はBusyCalのカレンダーAですが）をそのままGoogleカレンダーと同期できますし、現在あるカレンダーをGoogleカレンダー上に作成することもできます。とにかくBusyCalを使えば、BusyCalのカレンダーとiPhoneのカレンダー、Googleカレンダーの同期がiTunesを使わずにできる訳です。
iTunesの情報タブにiCalのカレンダー設定がありますが、基本的に不要です。
もしかしたら無料でできるかもしれません。間違いがあったらご指摘ください。
余談ですが、BusyCalの開発者はNow Up-to-Dateの開発者と同じようです。