CN112912280A - 用于降低滚动噪声的装置 - Google Patents

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Abstract

用于降低具有至少一个轮胎(2)的车辆(3)的滚动噪声的装置(1)，所述轮胎(2)在轮胎接触面(4)上的道路上滚动，其中，所述装置(1)包括至少一个吸声元件(5)，所述吸声元件(5)沿所述车辆(3)的行驶方向(F)于轮胎接触面(4)的前方、后方和/或侧面处附接到车辆(3)上，并且具有至少一个谐振频率，还具有面向轮胎接触面(4)的弯曲的第一吸声膜(6)，其中，基本上整个所述第一吸声膜(6)通常朝向从所述轮胎接触面(4)发出的声音传播的方向(S)，并且所述吸声元件(5)位于距所述轮胎接触面(4)一定距离处，该距离对应于谐振频率指定的波长(λ)的一半的倍数。

Description

用于降低滚动噪声的装置
用于降低具有至少一个轮胎的车辆的滚动噪声的装置，该轮胎在轮胎接触面上的道路上的滚动。
在车辆制造领域中，一直需要使车辆更安静，以便满足关于车辆噪声排放的日益严格的许可条例，并且通常需要降低由交通造成的环境噪声污染。为了实现这些目的，近年来已经开发了许多技术，例如，寻求抑制内燃机的发动机噪声、改善噪声防护墙的吸声作用、开发低噪声的沥青混合物或减少排气管的噪声排放。由于在这些领域已经取得了成功，因此，车辆轮胎的滚动噪声现在超过了行驶时出现的其他噪声源，尤其是在较高的速度范围内行驶时。因此，有必要在例如高速公路上安装噪声防护墙。至于轨道车辆，轮胎的滚动噪声特别令人讨厌，因为它是由金属轮胎在金属轨道上的摩擦引起的，因此轮胎的滚动噪声在非常高的频率范围内发生并且表现出高的声功率。
滚动噪声产生于轮胎接触面上，在该轮胎接触面上轮胎在道路上停顿或滚动并且滚动噪声由此沿着声音传播的方向传播。现有技术中已知各种降低滚动噪声的方法。对于机动车辆，例如已知轮胎，由于其轮廓设计而具有特别低的滚动噪声。然而，这种轮胎具有的缺点是，这些特殊的轮廓通常对轮胎的抓地力具有负面影响，并因此降低了行驶的安全性。
欧洲专利申请EP0769421 A1公开了用于降低轮胎/道路噪声的装置。在面向道路表面的车轮罩的一端或两端，该装置包括由弹性的橡胶类材料制成的弹性护板，该护板具有朝向路面开口的空腔。
本发明的目的是形成用于降低滚动噪声的装置，与现有技术相比，该装置显示出在降低滚动噪声方面得到改善。
根据本发明，该目的得以实现是在于，所述装置包括至少一个吸声元件，所述吸声元件沿所述车辆的行驶方向在轮胎接触面的前方和/或后方附接到车辆上，并且具有谐振频率以及面向轮胎接触面弯曲的第一吸声膜，其中，基本上整个所述第一吸声膜通常朝向从所述轮胎接触面发出的声音传播的方向，并且所述吸声元件位于距轮胎接触面一定距离处，该距离对应于分配给谐振频率的波长的一半的倍数。
根据本发明的用于降低具有至少一个轮胎的车辆的滚动噪声的装置，包括至少一个吸声元件，所述吸声元件沿所述车辆的行驶方向在轮胎接触面的前方、后方和/或侧面处附接到车辆上。所述吸声元件具有至少一个谐振频率，所述谐振频率相对于待抑制的滚动噪声的频率范围进行优选。此外，所述吸声元件具有弯曲的第一吸声膜。基本上整个所述第一吸声膜通常朝向从所述轮胎接触面发出的声音传播的方向。所述吸声元件位于距所述轮胎接触面一定距离处，该距离对应于分配给谐振频率的波长的一半的数倍。根据本发明，由于将基本上整个所述第一吸声膜通常朝向从所述轮胎接触面发出的声音传播的方向，和将所述吸声元件距所述轮胎接触面对应于分配给谐振频率的波长的一半的倍数的距离处的布置进行结合，则获得了提供特别有效的噪声抑制的优点。
优选地，所述吸声元件包括至少一个布置成与所述第一吸声膜相距一定距离的附加的吸声膜，所述附加的吸声膜基本上平行于所述第一吸声膜布置。因此，获得了可以将吸声元件的谐振频率谐调至待抑制的滚动噪声的频率范围的优点。
根据本发明的装置的优选的实施方案，由两个连续的吸声膜限定的所述吸声元件的空间被气密密封并且优选地填充有泡沫吸声材料。因此，获得了所述吸声元件的抑制效果得以提高的优点。
此外，优选地，所述第一吸声膜和与所述第一吸声膜相邻的所述附加的吸声膜之间的距离偏离两个附加的吸声膜之间的距离。因此，可以选择各个吸声膜之间的相互距离，从而抑制其它频率范围的滚动噪声。另外，由此有利于谐调所述吸声元件的谐振频率。
此外，为了谐调所述吸声元件的谐振频率，所述吸声膜优选每单位面积具有变化的重量。将每单位面积的所述吸声膜具有变化的重量与吸声膜之间的不同距离相结合，因此，获得了在宽的频率范围内谐调所述吸声元件的优点。
根据本发明的优选的实施方案，所述装相置包括连接到信号处理器的结构传递噪声转换器和连接到所述信号处理器的传声器，所述传声器优选地布置在所述吸声元件的面向道路的一端的区域中。此外，优选地，所述信号处理器设计成用于以相移的方式将从所述传声器接收到的音频信号传送到所述结构传递噪声转换器，以产生破坏性的声音干扰。因此，本发明的装置有效地抑制了滚动噪声。通过将传声器设置在所述吸声元件面向道路的一端的区域内，确保了对滚动噪声的最佳记录。
在优选的实施方案中，所述结构传递噪声转换器布置在所述第一吸声膜背离所述轮胎接触面的一侧。因此，获得的优点为第一吸声膜同时用作发声膜，为此可以省去单独的扬声器膜。
根据可替代的实施方案变型，所述结构传递噪声转换器布置在轮胎的区域中的车辆的车身部分上。因此，获得的优点为结构传递噪声转换器布置在所述车辆内部的受保护区域。
为了保证在较高的行驶速度下所述吸声元件的最佳吸声效果，在根据本发明的装置的有利的实施方案变型中，所述吸声元件以能够沿道路方向可移置的方式附接至所述车辆，并且所述吸声元件包括设计成用于根据气流提供下压压力的气动元件。
优选地，所述装置包括连接至所述吸声元件的定位单元，所述定位单元被设计成用于当所述车辆的行驶速度增加时，将所述吸声元件定位在工作位置，在所述工作位置处所述第一吸声膜以基本上朝向从轮胎接触面发出的声音传播方向进行定位，且所述定位单元还被设计成用于当行驶速度降低时，将所述吸声元件移出所述工作位置。因此，获得的优点是在低行驶速度下，所述吸声元件容纳在车辆上以防止其损坏，并且仅在高行驶速度下使用。
根据优选的实施方案，所述第一吸声膜由碳和/或凯夫拉形成，并且优选地具有泡沫芯。此外，所述附加的吸声膜优选地由碳和/或凯夫拉形成，并且优选地具有泡沫芯。有利地是那些复合材料是轻质的、刚性的并且耐恶劣的物理环境。
根据优选的实施方案，所述吸声元件显示出几个谐振频率。因此，获得的优点是可以使用根据本发明的装置抑制几个频率范围。
优选地，所述吸声元件具有弹性膜悬架，其中每个吸声膜均以可振动的方式安装到所述弹性膜悬架上。因此，获得了能够实现每个吸声膜尽可能地呈活塞状振动，借此确保吸声效果提高的优点。
下面参照附图进一步详细说明根据本发明的装置的有利的实施方案以及可替代的实施方案变型。
图1a示出了根据本发明的具有两个吸声元件的用于降低滚动噪声的装置。
图1b和图1c示出了示意图中道路和轮胎之间的声音传播和喇叭口部谐振。
图1d通过示例性轮胎示出了喇叭效应的声音放大。
图2a示出了根据本发明的装置的吸声元件的层状结构。
图2b示出了以17英寸轮胎为例的喇叭口部谐振的声压曲线，该曲线是距轮胎接触面的距离的函数。
图3a示出了根据本发明的具有有效噪声抑制的装置的吸声元件的剖视图。
图3b示出了根据本发明的具有两个根据图3a的吸声元件的装置。
图3c示出了在可替代的实施方案变型中根据本发明的具有两个有效噪声抑制的吸声元件的装置。
图4示出了根据本发明的装置的另一实施方案变型，其中在吸声元件上布置有气动元件。
图5示出了根据本发明的具有定位单元的装置。
图6示出了根据本发明的装置的第一吸声膜或独立地另一吸声膜的剖视图。
图7示出了根据本发明的具有三维弯曲的吸声元件的实施方案变型的装置。
图1a示出了根据本发明的用于降低具有至少一个轮胎2的车辆3的滚动噪声的装置1。在图1a中，装置1被示为安装在车辆3上并位于轮胎2的区域中。轮胎2在道路上的轮胎接触面4上滚动，在图1a中未单独示出。轮胎接触面4构成轮胎2与道路的接触表面。具有至少一个在道路上滚动的轮胎2的任何车辆3，例如客运车辆、卡车、单行车辆、轨道车辆、公共汽车、有轨电车、地铁等，都可以被视为车辆3。对于轨道车辆，道路是由铁轨形成的。在行驶模式下，轮胎2在道路上滚动产生滚动噪声，该滚动噪声取决于车辆重量、行驶速度、轮胎2的轮廓设计、轮胎宽度、轮胎压力、轮胎材料和其它影响因素。根据本发明，装置1包括吸声元件5，该吸声元件沿行驶方向在轮胎接触面4的前面、后面和/或侧面处附接到车辆3上。在图1a中，以优选的实施方案示出了具有两个吸声元件5的装置1，其中一个吸声元件5沿车辆3的行驶方向F附接在轮胎接触面4的前方，一个声音吸声元件5沿行驶方向F附接在轮胎接触面4的后方。吸声元件5具有至少一个谐振频率。根据一个优选的实施方案变型，吸声元件5表现出多个谐振频率。谐振频率由用于吸声元件5的材料及其内部结构限定。吸声元件5具有面向轮胎接触面4弯曲的第一吸收膜6。图1b示意性地示出了在道路和轮胎2之间的声音传播。如图1b和1c所示，基本上整个第一吸收膜6通常朝向从轮胎接触面4发出的声音传播方向S，其中吸声元件5位于距轮胎接触面4一定距离处，该距离对应于分配给吸声元件5的谐振频率的波长λ的一半的数倍。吸声元件5被定向成使得来自轮胎接触面4的声波以基本上90°的角度碰撞第一吸收膜6。
申请人发现，轮胎接触面4不仅构成声源，而且同时还构成了声学喇叭的在声学上刺耳的喇叭颈部(horn neck)。如图1c所示，静止的声波产生在轮胎接触面4和喇叭口部区域之间，类似于一侧封闭的管道，为比较目的在图1c的中间示出。在这种情况下，由于阻抗的变化，声压P的最大值总是出现在喇叭颈部处，而声压最小值出现在喇叭口部(hornmouth)处。如图1d中的示例所示，静止的声波的总和产生轮胎2的喇叭效应的波幅曲线特征，其中，在图1d的示例中，轮胎2的喇叭效应在频率大约1000Hz处具有+18dB的放大。关于车辆3的几何形状，当一直向前行驶时，轮胎接触面4发生局部固定，由此，静止的声波的声压最大值总是在距轮胎接触面4一定距离处发生，因此在相对于车辆3的精确定义的位置处发生。将吸声元件5定位于距轮胎接触面4一定距离处，该距离对应于分配给吸声元件5的谐振频率的波长λ的一半的倍数，与第一吸收膜6通常朝向从轮胎接触面4基本上在其整个表面发出的声音传播方向S有关，因此导致与现有技术相比显着更有效的声音抑制。
优选地，吸声元件5被设计为膜式吸收器。如图2a所示，根据本发明的装置1的优选的实施方案，吸声元件5包括至少一个布置成与第一吸声膜6相距一定距离的附加的吸声膜7，图2a中示出的示例性吸声元件5具有两个附加的吸声膜7。附加的吸声膜7基本上布置为平行于第一吸声膜6。根据该实施方案，通过两个连续的吸声膜6、7限定的吸声元件5的空间8，优选地被气密密封并且优选地填充有泡沫吸声材料。另外，第一吸声膜6和与第一吸声膜6相邻的附加的吸声膜7之间的距离偏离两个附加的吸声膜7之间的距离。另外，优选地吸声膜6、7单位面积的重量是变化的。通过改变各个吸声膜6、7彼此之间的距离、吸声膜6、7的单位面积的重量、用泡沫吸声材料填充空间8以及在吸声元件5中提供的吸声膜6、7的数量，获得吸声元件5可以调谐到不同的谐振频率的优点。另外，如图2a所示，吸声元件5优选地包括弹性膜悬架15，每个吸声膜6，7以可振动的方式安装到弹性膜悬架15上。该弹性膜悬架15是重要的，因为吸声膜6、7刚性地安装在轮胎2的区域中将导致吸声膜6、7的完全不同的振动行为，并且仅由于其在吸声膜中的可变形性才起作用。类似于扬声器珠，弹性膜悬架15的目的是能够使刚性膜或板的振动尽可能地呈活塞状。
平板式吸收器的谐振频率通常由下式得出：
Figure BDA0003033507540000061
fR谐振频率
d两个连续的吸声膜6、7之间的距离
m每单位面积的吸声膜的重量
图2b示意性地示出了喇叭口部谐振的声压曲线，该声压曲线是距示例性轮胎2的轮胎接触面4的距离的函数，在最大振幅下对该声压曲线进行分析。为了提供最佳效果的声音抑制，有利的是将吸声元件5定位在与要吸收的频率的声压P的最大值一致的位置处，并将其谐振频率调谐为要吸收的频率。在如图2b所示的喇叭口部谐振的声压曲线中，频率950Hz和1900Hz的声压最大值位于例如大约36cm的距离处。这样，利用由几个吸声膜6、7组成的吸收元件可以实现滚动噪声的多个窄带吸收。
图3a以可替代的实施方案变型示出了根据本发明的具有有效噪声抑制的装置1，图3a所示的装置1包括连接到信号处理器9的结构传递噪声转换器10和连接到信号处理器9的传声器11。传声器11优选地布置在吸声元件5的面向道路的端部的区域中。图3b示出了按照图3a的根据本发明的装置1，其具有附接到车辆3上的两个吸声元件5。因此，其优点在于传声器11受发动机噪声的影响较小。信号处理器9处理从传声器11接收音频信号，并且以相移的方式将其传送到结构传递噪声转换器10。因此，在滚动噪声与由结构传递噪声转换器10输出的相移音频信号之间产生破坏性的声音干扰。这使得滚动噪声的声功率大大降低。
如图3a所示，结构传递噪声转换器10优选地布置在第一吸声膜6的背离轮胎接触面4的一侧上。因此，结构传递噪声转换器10布置在吸声元件5的内部以此方式保护结构传递噪声转换器10不受损坏。另外，在这种情况下，第一吸声膜6同时用作发声膜。
图3c示出了根据本发明的具有两个吸声元件5的装置1的另一种实施方案，其提供有效噪声抑制。在该实施方案变型中，结构传递噪声转换器10在轮胎2的区域中布置在车辆3的车身部分上。因此，结构传递噪声转换器10布置在车辆3的内部以此方式保护其不受损坏。另外，在这种情况下，车辆3的车体用作发声膜。
图4示出了根据本发明的具有两个吸声元件5的装置1的另一种实施方案，两个吸声元件5中的每一个均以在道路的方向上可移置的方式附接到车辆3。另外，两个吸声元件5之一，或者如图4所示，两个吸声元件5分别具有一个气动元件12，气动元件12被设计成用于根据气流提供下压压力。气动元件12的作用类似于车辆构造中通常已知的气流偏导器(spolier)，其使得吸声元件5在行驶时被移位。因此，获得了在行驶时可以使吸声元件5更靠近道路，从而减少了来自道路的声反射的优点。如图4所示的根据本发明的装置1的实施方案变型可以另外包括有效的噪声抑制，这已经参考图3a、图3b和图3c进行了说明。
图5示出了根据本发明的装置1的另一实施方案变型，其具有连接到吸声元件5的定位单元13。当车辆3的行驶速度增加时，定位单元13将吸声元件5定位在如图5所示的工作位置上，其中，第一吸声膜6基本上通常朝向从轮胎接触面4发出的声音传播方向S。当行驶速度降低时，定位单元13将吸声元件5移出工作位置。因此，获得了在低行驶速度下，吸声元件5容纳在车辆3上以防止其损坏，并且仅在高行驶速度下使用的优点。在图5中示例性地示出的定位单元13包括用于将吸声元件5枢转出工作位置的枢转轴承。
在图6中，示出了第一吸声膜6或附加的吸声膜7。根据优选的实施方案，第一吸声膜6优选地由碳和/或凯夫拉(kevlar)形成并且优选地具有泡沫芯14。此外，附加的吸声膜优选地由碳和/或凯夫拉形成并且优选地具有泡沫芯14。有利地，那些复合材料是轻质的、刚性的并且耐恶劣的物理环境的。
图7示出了根据本发明的具有弯曲的吸声元件5的装置1的实施方案变型，该弯曲的吸声元件5沿行驶方向F布置在轮胎2的前方及轮胎2的侧面的轮胎的区域上。根据另一种实施方案变型，吸声元件5也可以以半圆形的形式包围轮胎2，并因此可以被布置在轮胎接触面4的前方、后方和侧面上。

Claims (15)

1.用于降低具有至少一个轮胎(2)的车辆(3)的滚动噪声的装置(1)，所述轮胎(2)在轮胎接触面(4)上的道路上滚动，其特征在于，
所述装置(1)包括至少一个吸声元件(5)，所述吸声元件(5)沿所述车辆(3)的行驶方向(F)在轮胎接触面(4)的前方、后方和/或侧面处附接到车辆(3)上，并且具有至少一个谐振频率以及面向轮胎接触面(4)弯曲的第一吸声膜(6)，其中，基本上整个所述第一吸声膜(6)通常朝向从所述轮胎接触面(4)发出的声音传播的方向(S)，并且所述吸声元件(5)位于距轮胎接触面(4)一定距离处，该距离对应于分配给谐振频率的波长(λ)的一半的倍数。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述吸声元件(5)包括至少一个布置成与所述第一吸声膜(6)相距一定距离的附加的吸声膜(7)，所述附加的吸声膜(7)基本上平行于所述第一吸声膜(6)布置。
3.根据权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，由两个连续的吸声膜(6、7)限定的吸声元件(5)的空间(8)被气密密封并且优选地填充有泡沫吸声材料。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述第一吸声膜(6)和与所述第一吸声膜(6)相邻的所述附加的吸声膜(7)之间的距离偏离两个附加的吸声膜(7)之间的距离。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述吸声膜(6、7)每单位面积具有变化的重量。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)包括连接到信号处理器(9)的结构传递噪声转换器(10)和连接到所述信号处理器(9)的传声器(11)，所述传声器(11)优选地布置在所述吸声元件(5)的面向道路的一端的区域中。
7.根据权利要求6所述的装置(1)，其特征在于，所述信号处理器(9)设计成用于以相移的方式将从所述传声器(11)接收到的音频信号传送到所述结构传递噪声转换器(10)，以产生破坏性的声音干扰。
8.根据权利要求6或7中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述结构传递噪声转换器(10)布置在所述第一吸声膜(6)背离所述轮胎接触面(4)的一侧。
9.根据权利要求6或7中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述结构传递噪声转换器(10)在轮胎(2)的区域中布置在车辆(3)的车身部分上。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述吸声元件(5)以能够沿道路方向可移置的方式附接至所述车辆(3)，并且所述吸声元件(5)包括设计成用于根据气流提供下压压力的气动元件(12)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)包括连接至所述吸声元件(5)的定位单元(13)，所述定位单元(13)被设计成用于当所述车辆(3)的行驶速度增加时，将所述吸声元件(5)定位在工作位置，在所述工作位置处所述第一吸声膜(6)以基本上通常朝向从轮胎接触面(4)发出的声音传播方向进行定位，且所述定位单元(13)还被设计成用于当行驶速度降低时，将所述吸声元件(5)移出所述工作位置。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述第一吸声膜(6)由碳和/或凯夫拉形成，并且优选地具有泡沫芯(14)。
13.根据权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，所述附加的吸声膜(7)由碳和/或凯夫拉形成，并且优选地具有泡沫芯(14)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述吸声元件(5)显示出多个谐振频率。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述吸声元件(5)具有弹性膜悬架(15)，其中每个吸声膜(6、7)均以可振动的方式安装到所述弹性膜悬架(15)上。
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