现代汽车2速主动分动箱（ATC）静音链系统的NVH性能开发

  在东南亚及澳大利亚各国，得益于皮卡的空间实用性和越野性能，其市场需求正持续增长。这一趋势推动了新型皮卡平台的研发，进而催生了用于适配多样化驾驶工况的 2 速主动分动箱（ATC）的集成应用。

  这款新开发的 2 速 ATC 通过球坡道式致动离合器系统实现扭矩分配。该系统响应变速箱控制单元（TCU）的扭矩指令，通过调节离合器压力，将变速箱的输入扭矩分配至前后桥。为提升越野性能，系统采用行星齿轮组，通过齿轮传动比调节增大传递扭矩，换挡动作则由切换套筒机构完成。

  现代威亚为该 2 速 ATC 配备了静音链，但由于在静音链应用方面缺乏积累的经验，公司在噪声、振动与声振粗糙度（NVH）开发过程中面临诸多挑战。随着用户对噪声和振动的敏感度明显提升，NVH 性能已成为 2 速 ATC 研发的关键核心因素。

  本文聚焦于降低静音链噪声和振动的技术策略 静音链是 2 速 ATC 系统的主要噪声源。研究旨在明确影响静音链 NVH 性能的重要的条件，并探索大大降低噪声和振动水平的潜在改进方案。

  现代威亚研发的 2 速 ATC 专为起亚 TASMAN（代号：TK）车型打造。该车型支持四种驾驶模式，因此分动箱内部需集成行星齿轮机构。此外，与此前开发的车型相比，其后桥输出轴与前桥输入轴的偏移量增加了 200 毫米以上，若采用齿轮式设计会导致产品重量远超目标值，因此静音链式 ATC 的研发成为必然选择。然而，由于现代威亚在静音链领域的经验不足，且对其 NVH 特性缺乏深入理解，静音链式 ATC 的研发过程面临诸多困难。

  在齿轮式 ATC 的研发中，核心关注焦点包括齿轮制造工艺、精加工方式（降低谐波成分）以及传动误差。相比之下，静音链式 ATC 的主要设计要素涵盖链板设计、随机板的比例与排列方式和链轮齿数。本文将围绕静音链式 ATC 的关键设计因素（包括随机板比例、随机板排列方式及链轮齿数调整），阐述 NVH 性能改进的研发成果。

  测试产品按图 4 所示安装在测试台架上做评估。测试过程中监测油温，仅当测试产品温度处于 7010℃范围内时进行数据采集，且测试前需经过 10 分钟的磨合运行。与车辆变速箱连接的输入端由台架控制转速，而向前轮分配动力的输出端则由台架控制扭矩。为聚焦静音链的改进效果，测试时离合器完全接合并传递最大扭矩，以消除离合器特性波动的影响，在此工况下由台架实现扭矩控制。测试所用消声室的截止频率不高于 200 赫兹，并采用与外界隔离的浮筑地板设计。

  测试过程中保持扭矩稳定，同时进行转速的升速与降速循环。升速阶段施加与驱动扭矩对应的负载，降速阶段则施加与滑行扭矩对应的负载。测试重复次数不少于 2 次，确保数据重复性偏差在 3 分贝以内。转速行驶方向与车辆前进方向一致，测试转速范围对应车辆 40-140 公里 / 小时的行驶速度区间。图 5 为反映上述所有测试条件的扭矩 - 转速 - 时间关系示例图。

  图5 测试模式TQ-RPM-TIME曲线. 调整随机板比例对 NVH 改进效果的验证

  如图 6 所示，齿轮式 ATC 满足 NVH 性能标准，而静音链式 ATC 的振动值显著超出规定要求，未能达到 NVH 性能指标。为解决这一问题，方案通过提高随机板比例，以分散指向链条主阶次的能量。

  根据 NVH 测试结果，尽管随机板比例提高，但整体振动水平并未发生明显的变化。这表明提高随机板比例不可能会产生额外能量，其作用仅在于能量分散。随机板比例提升带来的 NVH 改进效果非常明显：振动值从超出标准 19 分贝降至仅超出 8 分贝。然而，在升速工况下，系统仍未达到 NVH 性能标准。为满足该标准，首要策略是将 1360 赫兹的系统模态移出主要工作区间。在韩国典型驾驶场景中，P 轴转速 2500 转 / 分钟以上的区间被定义为主要工作范围，对应车辆行驶速度超过 80 公里 / 小时。若该区间内持续存在共振，将导致驾驶员可感知的振动。

  对配备 34 齿链轮的 ATC 进行 NVH 测试，结果证实 1360 赫兹模态的转速迁移达到预期目标 共振峰值从约 2700 转 / 分钟移动至 2400 转 / 分钟。同时，整体振动水平呈现下降趋势，在 2000 转 / 分钟以下转速区间最大降幅为 9 分贝，4000 转 / 分钟以上区间最大降幅达 13 分贝。由于链条与箱体结构未发生明显的变化，这一改进效果部分归因于 34 齿链轮相比 30 齿链轮的速度波动减小。

  在完成链轮设计修改后，对不同随机板比例的静音链进行了递进式测试。根据结果得出，当随机板比例达到 24% 及以上时，系统满足 NVH 性能标准。尽管总体趋势显示随机板比例越高，振动水平越低，但在低速和高速区间观察到相反的变化规律（如图 11所示）：

  图11 静音链 NVH 测试结果（含18%、24%、30%、36%、47.4%浓度）

  在验证随机板比例对 ATC NVH 性能改进效果的实车测试中，发现了一个次要问题：随着随机板比例的提高，出现了新的阶次成分。这一现象源于随机板的特定排列方式 新阶次成分会吸收从主阶次分散的能量，导致自身振动水平升高，且在 13 阶以下的阶次中这一趋势尤为显著。最终，这一问题激发了车辆传动轴的共振频率，产生了 600-650 赫兹范围内的可听噪声。

  为控制由随机板排列产生的、被称为 “随机阶次” 的新阶次成分，需通过链板排列模式预测其特性，进而找到能最小化随机阶次能量或使其远离噪声敏感区间的排列方案，实现排列优化。

  在验证 MCS 模型有效性后，进一步开展最优随机板排列的筛选。图 14 所示为优化搜索出来的结果，横轴代表链条在低频区间（5-15 阶）的负载分布，纵轴代表 15-25 阶区间的负载分布。

  MCS 模拟根据结果得出，当前 24%、36% 和 47% 随机比例链条的随机板排列已具备较高优化程度（数据点越靠近左下 corner 越优）。有必要注意一下的是，24% 随机比例链条的数据点质心相比 36% 和 47% 更接近左下 corner。因此，选择 24% 随机比例链条作为排列优化的基准规格，并通过 MCS 计算其最优排列点。

  NVH 台架测试结果证实了该排列优化方案的有效性：对于实车测试中发现的核心问题随机阶次（8.3 阶、8.7 阶、10 阶、11.3 阶和 11.8 阶），除 11.3 阶外，其余阶次的振动降幅最小为 2 分贝，最大达 12 分贝；同时，34 阶主阶次的振动水平相比基准排列仅小幅上升 1-2 分贝，进一步验证了优化方案的整体有效性。

  本研究针对为起亚 TK 平台开发的静音链式 2 速 ATC 开展了 NVH 性能改进工作。与齿轮式 ATC 不同，静音链设计需对随机板比例、板件排列方式及链轮几何参数等关键参数进行优化。

  提高随机板比例有效分散了主阶次能量，使振动水平从超出 NVH 标准 19 分贝降至 8 分贝；将链轮齿数从 30 齿改为 34 齿，使 1360 赫兹共振频率对应的转速从 2700 转 / 分钟迁移至 2420 转 / 分钟，同时速度波动降低 0.121 个百分点，实现了全工作区间的振动降低。链轮修改后，随机板比例24% 的链条均满足 NVH 标准，振动降幅达 6 分贝。

  然而，更高的随机板比例会引入新的阶次成分，在 600-650 赫兹范围内产生二次振动。为解决这一问题，本文开发了蒙特卡洛模拟（MCS）模型，通过优化随机板排列方式预测并最小化这些随机阶次。MCS 模型成功复现了试验结果，并确定 24% 随机板比例为排列优化的最优比例；经 MCS 优化的板件排列，使随机阶次的负载分布降低了 11%。