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近年来，混合动力汽车受到了市场的认可，同时传统燃油汽车也在很多场合发挥重要作用，未来也将保持一定的市场占有率。因此发动机 NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能作为决定车辆舒适性与市场竞争力的核心指标，其技术突破与工程实践始终是行业关注的焦点。由张军博士撰写的《汽车发动机 NVH 性能开发与工程实践》，无疑为该领域献上了一部兼具理论深度与实战价值的精品著作。
本书内容架构清晰完整，以发动机 NVH 性能开发的核心逻辑为脉络，分 8 章系统覆盖从基础理论到工程应用的全维度内容。开篇从发动机振动激励的基本原理切入，深入解析单缸与多缸发动机的振动机理，为后续内容奠定扎实的理论基础；随后细致拆解涡轮增压器系统、进气系统、排气系统、燃油系统等关键部件的 NVH 问题，形成 “原理 - 问题 - 解决方案” 的闭环知识体系。尤为值得称道的是，书中第八章收录了作者亲自牵头解决的多个工程 “疑难杂症” 案例，从混合动力总成粗糙声到排气歧管流致噪声，完整呈现问题排查、机理分析、方案优化的全流程，为读者提供了宝贵的实战参考。
作为长期深耕汽车 NVH 领域的资深专家，作者将 20 年的理论研究与工程经验融入
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| 內容簡介： |
本书重点针对发动机NVH性能开发过程中的重点机构和零部件系统分别进行了阐述，共分成8章：第1章为发动机振动激励的基本原理和理论基础部分，主要介绍了单缸和多缸发动机的振动激励分析机理。第2章则详细地阐述了发动机平衡性设计开发的概念方法和常见的衍生NVH问题。第3章从发动机噪声的分类、发动机噪声的测试评价及各种类型噪声的识别分析技术等，并提供了较全面的问题分析排查方法和工程解决措施方案。第4章详尽地阐述了各种类型的增压器噪声问题。第5章介绍了进气系统的NVH性能集成开发流程、常见的进气系统噪声问题、进气系统关键零部件的声学特性分析和进气系统的声增强技术。第6章介绍了排气系统NVH性能集成开发的要素、不同消声器类型的声学特性分析和排气系统的常见噪声问题。第7章介绍了发动机燃油系统的噪声问题。第8章介绍了常见的发动机NVH性能开发典型案例。來源：香港大書城megBookStore,http://www.megbook.com.hk
本书从汽车NVH性能开发工程师的角度出发，努力将基础理论、产品设计、工程经验和措施方案等方面紧密地融合在一起，可以供汽车NVH性能开发工程师、发动机性能集成开发工程师、汽车动力系统设计开发工程师、高等院校振动噪声方向在校学生和科研人员等的阅读参考。
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| 關於作者： |
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张军，工学博士，毕业于上海交通大学机械设计与理论专业，正高级工程师，始终坚守在振动噪声领域研究和车型产品NVH性能开发工作的第一线，擅长快速解决NVH领域的“疑难杂症”，积极开展汽车NVH技术的基础理论研究和流程体系建设，探索汽车NVH技术与智能网联技术的融合实践，积极推动中国自主品牌汽车企业的NVH开发核心技术发展与NVH专业技术人才培养，已发表学术论文140多篇申请专利40多项，兼任多所高校的研究生指导老师，兼任国内外多个学术期刊的审稿人，现为赛力斯汽车有限公司资深NVH专家。
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| 目錄：
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序一
序二
前言
第1章 发动机的振动激励分析1
1.1 发动机曲柄连杆机构的简介1
1.2 中心式曲柄连杆机构的运动学分析4
1.3 偏心式曲柄连杆机构的运动学分析8
1.4 单缸发动机曲柄连杆机构的质量换算9
1.4.1 活塞组的等效质量换算9
1.4.2 曲轴组的等效质量换算10
1.4.3 连杆组的等效质量换算11
1.4.4 曲柄连杆机构的两质点力系简化模型12
1.5 单缸发动机曲柄连杆机构的动力学分析13
1.5.1 缸内气体作用力13
1.5.2 往复惯性力14
1.5.3 离心惯性力15
1.6 单缸发动机曲柄连杆机构的力传递分解和受力分析15
1.6.1 活塞销中心的作用力和力传递分解15
1.6.2 曲柄销中心的力传递分解和受力分析16
1.6.3 曲轴主轴颈的力传递分解和输出转矩16
1.6.4 曲柄连杆机构的气动转矩和惯性转矩17
1.6.5 曲柄连杆机构的倾覆力矩分析18
1.6.6 曲轴主轴颈的反作用力分析18
1.6.7 单缸发动机曲柄连杆机构的激励载荷分析19
1.7 多缸发动机的振动激励分析20
1.7.1 多缸发动机的气缸序号和曲柄图20
1.7.2 多缸发动机的曲柄排列和发火顺序21
1.7.3 多缸发动机激励源的合成分析22
第2章 发动机的平衡性设计分析25
2.1 发动机平衡的基本概念26
2.2 单缸发动机的平衡性分析26
2.2.1 离心惯性力的平衡分析27
2.2.2 往复惯性力的平衡分析28
2.3 直列式多缸发动机的平衡性方法33
2.3.1 多缸发动机旋转离心惯性力和力矩的平衡方法33
2.3.2 多缸发动机往复惯性力和力矩的平衡方法35
2.4 直列式四冲程4缸发动机的平衡机构设计36
2.5 直列式四冲程3缸发动机的平衡机构设计38
2.5.1 3缸发动机激励源分析和平衡方案39
2.5.2 3缸发动机混合动力平台开发的平衡方案41
2.5.3 3缸发动机平衡轴机构的NVH性能测试对比41
2.6 平衡轴机构设计的基本要求43
2.7 平衡轴齿轮传动系统的常见噪声问题44
2.7.1 平衡轴齿轮传动NVH问题的案例44
2.7.2 平衡轴齿轮传动系统NVH性能的控制47
2.7.3 橡胶减振齿轮在平衡轴机构中的应用50
2.7.4 剪刀齿轮在平衡轴机构中的应用51
2.7.5 非金属齿轮在平衡轴机构中的应用52
2.8 仿真分析技术在发动机平衡开发中的应用53
2.9 多缸发动机的内部平衡分析53
第3章 发动机的噪声分析控制55
3.1 发动机噪声的分类55
3.2 发动机辐射噪声的测试评价58
3.2.1 基于整车状态的发动机振动噪声测试评价58
3.2.2 基于发动机NVH台架消声室的发动机辐射噪声测试评价59
3.3 发动机的燃烧噪声62
3.3.1 燃烧噪声的分类63
3.3.2 基于缸内压力频谱特征的燃烧噪声分析64
3.3.3 燃烧噪声的振动噪声传递特征分析67
3.3.4 燃烧噪声开发的控制69
3.4 增压直喷汽油机爆燃噪声的诊断控制71
3.4.1 普通爆燃与超级爆燃72
3.4.2 整车状态的超级爆燃排查诊断73
3.4.3 超级爆燃的影响因素与控制措施74
3.5 发动机的机械噪声简述75
3.6 活塞敲击噪声的分析控制76
3.6.1 常见的活塞敲击现象78
3.6.2 活塞敲击噪声的类型78
3.6.3 活塞敲缸的机理分析79
3.6.4 改善活塞敲缸问题的措施方案80
3.6.5 活塞销敲击的机理分析82
3.6.6 常见的活塞销敲击现象83
3.6.7 改善活塞销敲击问题的措施方案83
3.7 配气机构噪声的分析控制84
3.7.1 配气机构气门驱动方式的类型85
3.7.2 配气机构的常见噪声问题87
3.7.3 改善配气机构噪声问题的措施方案89
3.8 正时链传动噪声的分析控制96
3.8.1 正时链传动与正时同步带传动的性能比较97
3.8.2 正时链传动系统的结构组成99
3.8.3 正时链传动的不均匀性分析（多边形效应）102
3.8.4 正时链传动系统的常见噪声问题104
3.8.5 改善正时链传动系统噪声问题的措施方案107
3.9 正时同步带传动噪声的分析控制112
3.9.1 正时同步带传动系统的结构组成112
3.9.2 正时同步带的振动特性分析116
3.9.3 正时同步带传动系统的常见噪声问题118
3.9.4 改善正时同步带传动系统噪声问题的措施方案122
3.10 发动机前端附件驱动系统噪声的分析控制125
3.10.1 发动机前端附件驱动系统的结构组成126
3.10.2 发动机前端附件驱动系统的振动特性分析131
3.10.3 多楔带传动的弹性滑动与打滑132
3.10.4 发动机前端附件驱动系统的常见噪声问题134
3.10.5 改善发动机前端附件驱动系统噪声问题的措施方案140
3.11 发动机噪声的识别分析技术143
3.11.1 发动机噪声识别方法的分类144
3.11.2 传统的发动机噪声识别方法145
3.11.3 基于信号处理技术的发动机噪声识别方法150
3.11.4 基于声学传感器阵列的发动机噪声识别方法156
3.11.5 基于智能网联技术的发动机噪声识别方法159
第4章 废气涡轮增压器系统的噪声分析控制161
4.1 废气涡轮增压系统的结构组成165
4.1.1 废气涡轮系统165
4.1.2 压气机系统167
4.1.3 中间轴承系统168
4.1.4 废气旁通阀系统169
4.1.5 进气旁通阀系统169
4.1.6 中冷器170
4.2 废气涡轮增压噪声的分类171
4.3 喘振172
4.3.1 喘振的常见工况172
4.3.2 喘振的类型173
4.3.3 喘振的机理174
4.3.4 喘振的识别方法175
4.3.5 改善喘振问题的措施方案175
4.4 轻度喘振噪声177
4.5 泄气声180
4.6 同步噪声183
4.6.1 同步脉冲噪声185
4.6.2 同步振动噪声186
4.6.3 同步脉冲噪声与同步振动噪声的识别190
4.7 次同步噪声191
4.7.1 轴承类型与油膜稳定性191
4.7.2 次同步噪声与油膜涡动193
4.7.3 径向轴承浮环类型与油膜涡动195
4.7.4 改善次同步噪声问题的措施方案196
4.8 次同步纯音197
4.9 超同步脉冲噪声198
4.10 高阶谐次噪声199
4.11 叶片通过频率噪声201
4.12 叶尖间隙气动噪声203
4.13 电锯噪声205
4.14 执行器异响207
4.14.1 废气旁通阀执行器的异响问题207
4.14.2 进气旁通阀执行器的异响问题208
第5章 进气系统NVH开发与工程实践210
5.1 基于整车的进气系统NVH性能集成开发流程211
5.2 进气系统的常见噪声问题213
5.2.1 进气系统的周期性压力脉动噪声213
5.2.2 进气系统的湍流噪声213
5.2.3 进气系统的气柱共振噪声214
5.2.4 进气系统的赫姆霍兹共振噪声214
5.3 进气系统NVH零部件的声学特性分析214
5.3.1 空滤器的声学特性设计 215
5.3.2 低频谐振腔的声学特性分析220
5.3.3 1/4波长管的声学特性分析221
5.3.4 1/2波长管的声学特性分析223
5.3.5 高频谐振腔的声学特性分析223
5.3.6 编织管的声学特性分析226
5.4 进气系统的声增强技术227
5.4.1 进气系统的声传导增强装置228
5.4.2 进气系统的电子模拟声装置230
第6章 排气系统NVH开发与工程实践231
6.1 排气系统NVH开发概述231
6.1.1 排气系统的结构组成231
6.1.2 排气系统的主要功能和设计要点232
6.1.3 基于整车的排气系统NVH性能集成开发流程介绍233
6.2 排气系统消声器的声学特性分析237
6.2.1 排气系统的阻性消声器238
6.2.2 排气系统的抗性消声器239
6.2.3 排气系统的复合阻抗式消声器241
6.2.4 排气系统的扩散式消声器242
6.3 排气系统的常见噪声问题243
6.3.1 排气系统的周期性压力脉动噪声244
6.3.2 排气系统的管路驻波噪声244
6.3.3 排气系统的赫姆霍兹共振噪声245
6.3.4 排气系统的孔腔流激振荡噪声245
6.3.5 排气系统的冲击波噪声247
6.3.6 排气系统的气流噪声249
6.3.7 排气系统的异响251
6.4 排气系统的双模式控制技术252
6.4.1 双模式排气系统的阀门装置和驱动方式252
6.4.2 双模式排气系统的匹配开发要点253
第7章 燃油系统噪声的分析控制255
7.1 发动机燃油系统噪声控制的概述255
7.1.1 发动机燃油系统的组成255
7.1.2 发动机燃油系统的功能作用255
7.1.3 怠速工况的发动机高压燃油喷射系统噪声分析256
7.2 喷油器噪声的分析控制257
7.2.1 喷油器的工作原理257
7.2.2 喷油器噪声问题的现象机理258
7.2.3 改善喷油器噪声问题的措施方案259
7.3 高压油泵噪声的分析控制261
7.3.1 高压油泵的工作原理261
7.3.2 高压油泵噪声问题的现象机理262
7.3.3 改善高压油泵噪声问题的措施方案262
7.4 炭罐电磁阀噪声的分析控制264
7.4.1 炭罐电磁阀的工作原理264
7.4.2 炭罐电磁阀噪声问题的现象机理266
7.4.3 改善炭罐电磁阀噪声问题的措施方案266
第8章 发动机NVH性能开发案例269
8.1 混合动力总成系统的发动机加速粗糙声269
8.1.1 问题现象269
8.1.2 解决思路270
8.1.3 措施方案271
8.2 前端附件轮系传动带的横向振动噪声异响271
8.2.1 问题现象271
8.2.2 问题测试和排查分析272
8.2.3 曲轴转动激励的测试对比273
8.2.4 整车静置状态的附件传动带频响特征测试274
8.2.5 措施方案275
8.3 BSG混合动力发动机的前端轮系传动带纵向振动控制与压缩机啸叫275
8.3.1 问题现象275
8.3.2 问题测试和排查分析276
8.3.3 潜在的机理分析278
8.3.4 解决思路280
8.3.5 措施方案281
8.4 急加速过程的节气门啸叫281
8.4.1 问题现象281
8.4.2 问题测试和排查分析282
8.4.3 潜在的机理分析283
8.4.4 措施方案284
8.5 不锈钢排气歧管的流致噪声问题分析控制285
8.5.1 问题现象285
8.5.2 问题测试和排查分析285
8.5.3 潜在的机理分析287
8.5.4 排气歧管的流致噪声CFD仿真分析优化287
8.5.5 措施方案288
8.6 怠速关空调工况燃油管路压力脉动引起的车内噪声289
8.6.1 问题现象289
8.6.2 排查分析289
8.6.3 潜在的机理分析290
8.6.4 解决思路291
8.6.5 措施方案292
8.7 发动机凸轮轴直驱的旋片式机械真空泵噪声问题分析优化293
8.7.1 问题背景293
8.7.2 问题测试和排查分析293
8.7.3 机械真空泵脉动噪声的传递路径分析296
8.7.4 解决思路297
8.7.5 措施方案297
参考文献299
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| 內容試閱：
|
前言PREFACE
汽车不仅是人们出行的重要交通工具，更是现代工业体系中的支柱性产业，也是推动社会经济发展和科技进步创新的重要平台载体。而发动机是核心的汽车部件系统，对整车的动力性、经济性、舒适性和环保性等方面起着重要的决定因素。并且，随着轻量化、电动化、智能化和网联化等的汽车发展趋势，发动机的设计控制系统也在快速地发展变化之中，发动机的新技术方案层出不穷。尤其是对于新能源汽车搭载的混合动力发动机设计开发而言，虽然发动机本体的总体技术架构变化要小于变速器系统，但是对于发动机热效率、燃油经济性标定、排放和NVH性能等的要求越来越高，甚至直接决定了发动机技术路线和动力平台架构方案的选择。同时，从混合动力车型的驾乘人员角度出发，由于车辆用户能够直观切身地感知到纯电驱动方式和混合驱动方式之间的动力舒适性差别，因此发动机介入运行状态的整车NVH性能水平就至关重要。
“NVH”是英文Noise、Vibration和Harshness的缩写，不仅关乎汽车用户的驾驶体验和乘坐舒适度，也是汽车工程技术水平的重要体现，直接关系到汽车产品的市场竞争力。发动机作为汽车动力的源泉，发动机NVH性能开发水平既是提升汽车性能品质的关键环节，更是整车NVH性能集成开发应用的重点工作方向。
虽然中国汽车NVH性能开发技术有了长足的进步发展，已研发出大量的车型产品，积累了相当多的NVH知识经验，但也存在着一些潜在的隐患。比如，整车研发企业普遍地“重项目、轻技术”“重产品、轻人才”“重管理、轻研究”“重应用、轻基础”“重直觉臆测、少求真务实”“重问题表象、轻科学本质”“重行政事务、轻能力业务”“重经验归纳、轻理论演绎”“重整合集成、轻自研首创”“抓体系流程标准、少前瞻自研首发”“抓后期问题整改、少前期设计规避”“抓贯彻执行、少协同合作”和“抓对标复制、少创新创造”等问题现象，并且习惯性地频繁使用“试错法”，浪费了大量的人力、时间和成本，不仅导致车型项目NVH性能开发工作的重复低效，还迟迟无法突破NVH性能开发的技术瓶颈，无法把握住汽车NVH先进技术的趋势方向，并且经常在复杂的NVH技术问题面前手足无措或者相互地扯皮推诿。因此，这些问题现象造成各企业无法建立起完整高效的NVH开发技术体系和人才队伍，引起技术骨干和专家的严重流失，车型项目的研发缺乏持续稳定的NVH技术体系保障，车型产品的NVH性能水平也参差不齐。
本书内容主要围绕着发动机NVH性能开发过程中的重点机构和零部件系统，比如曲柄连杆机构、配气机构、气缸燃烧系统、涡轮增压系统、进气系统、排气系统和燃油系统等。如果后续还有机会和精力，作者将在发动机冷却循环系统、润滑系统、起动系统和点火系统等的领域继续补充完善相关的章节段落和工程案例。本书共分8章，第1章为发动机振动激励的基本原理和理论基础部分，主要介绍了单缸和多缸发动机的振动激励分析机理，这是动力总成系统引起整车振动噪声现象的“源头”，也是深入掌握发动机NVH性能工程控制开发的基础知识。第2章则详细地阐述了发动机平衡性设计开发的概念方法，以及发动机平衡系统衍生NVH问题的工程解决方案。第3章从发动机的燃烧噪声和机械噪声出发，分别介绍了发动机噪声的分类、发动机辐射噪声的测试评价、爆燃燃烧噪声、活塞敲击噪声、配气机构噪声、正时链传动噪声、正时同步带传动噪声、前端附件驱动系统噪声和发动机噪声的识别分析技术等，并提供了较全面的问题分析排查方法和工程解决措施方案。第4章详尽地列举了各种类型的增压器噪声问题。第5章介绍了进气系统的NVH性能集成开发流程、常见的进气系统噪声问题、进气系统关键零部件的声学特性分析和进气系统的声增强技术。第6章介绍了排气系统NVH性能集成开发的要素、不同消声器类型的声学特性分析和排气系统的常见噪声问题。第7章介绍了发动机燃油系统的噪声问题。第8章介绍了常见的发动机NVH性能开发典型案例。第8章的这些案例都是来源于笔者在项目车型NVH性能开发中亲自牵头解决的 “疑难杂症”，供读者进一步地拓展了解一些发动机NVH工程问题的实战解决具体过程。
本书从汽车NVH性能开发工程师的角度出发，争取将基础理论、产品设计、工程经验和措施方案等方面紧密地融合在一起，适合于汽车NVH性能开发工程师、发动机性能集成开发工程师、汽车动力系统设计开发工程师、高等院校振动噪声方向师生和科研人员等的阅读参考，能够帮助读者更好地理解和掌握发动机NVH性能开发应用的核心理念和技术方法，为中国汽车行业的NVH性能开发技术发展和进步贡献微薄的一份力量。
在编写本书的过程中，得到了很多业内专家和同事的帮助支持，他们的宝贵意见和交流启发使得本书的内容更加准确和丰富。在此，我表示衷心的感谢，同时也希望广大读者在阅读本书之后，也能够提出宝贵的意见，以便在后续的增补版本中继续修订和完善。本书也参考借鉴了大量的专著书籍、学术论文、研究报告、发明专利和演讲报告等文献资料，并引用了部分的数据和图片，在此也致以最诚挚的谢意。最后，让我们携手共进，为共同提升中国汽车产业的核心技术竞争力，培养出高水平的汽车NVH性能开发人才骨干队伍，创造更加舒适、安静、环保的汽车驾驶乘坐环境，克尽绵薄之力。
由于著者的技术能力水平有限，且成书时间较为仓促，所以本书中难免存在着一些疏漏和谬误，恳请广大读者批评和指正。
在本书即将付梓之际，我满怀无尽的感激之情，特别感谢我的硕士研究生导师华宏星教授和博士研究生导师樊文欣教授，以及上海交通大学振动冲击噪声国家重点实验室的老师们，他们的友善、奉献、严谨和无私，始终让我铭记不忘。
张军
2024年7月
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