CN113140205A - 用于面板的声能阻尼器构件 - Google Patents

用于面板的声能阻尼器构件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于面板的声能阻尼器构件。一种组件包括面板构件和声学汇聚构件。面板构件具有面板边缘、以及限定平面的第一长轴和第二长轴。面板构件具有第一材料组合物。声学汇聚构件具有带有周边的本体，该周边联接到面板边缘。本体具有第二材料组合物，该第二材料组合物与第一材料组合物不同。汇聚构件在周边处的声学阻抗等于面板构件在面板边缘处的声学阻抗，并且本体具有由幂律限定的横截面轮廓。

Description

用于面板的声能阻尼器构件
技术领域
本公开总体上涉及声学管理，且更特别地涉及用于机动车辆的声学管理。
背景技术
机动车辆基于多种因素而经受噪声、振动与声振粗糙度（NVH）。这样的因素包括但不限于车辆的运动部件（诸如，传动系部件）和外部因素（诸如，道路噪声或风）。如果不减轻，则这样的噪声和振动可被传递到车辆的乘员。
发明内容
根据本公开的组件包括面板构件和声学汇聚（acoustic sink）构件。面板构件具有面板边缘、以及限定平面的第一长轴和第二长轴。面板构件具有第一材料组合物。声学汇聚构件具有带有周边的本体，该周边联接到面板边缘。本体具有第二材料组合物，该第二材料组合物与第一材料组合物不同。汇聚构件在周边处的声学阻抗等于面板构件在面板边缘处的声学阻抗，并且本体具有由幂律（power law）限定的横截面轮廓。
在示例性实施例中，第一材料组合物包括金属，该金属可以是钢。
在示例性实施例中，第二材料组合物包括塑料，该塑料可以是ABS。
在示例性实施例中，面板构件是机动车辆的部件。
在示例性实施例中，面板构件具有延伸穿过其的孔口，并且面板边缘限定该孔口。在这样的实施例中，汇聚构件安置在孔口中。
根据本公开的构造阻尼器的方法包括：提供具有面板边缘的面板构件。面板构件具有第一材料组合物。该方法还包括：确定用于声学汇聚构件的第二材料组合物，确定声学汇聚构件的周边厚度以与面板构件的声学阻抗匹配，基于期望的阻尼频率来确定声学汇聚构件的长度尺寸，以及基于幂律来确定声学汇聚构件的厚度轮廓。该方法进一步包括将声学汇聚构件组装到面板边缘。
根据本公开的实施例提供了许多优点。例如，本公开提供了一种阻尼组件，该阻尼组件提供期望的声学阻尼性质，同时具有比已知解决方案更低的阻尼器质量和体积，由此提供对包装以及续航里程（range）和/或效率的益处。
本发明还提供了如下技术方案：
方案1. 一种组件，其包括：
具有面板边缘的面板构件，所述面板构件具有第一材料组合物，所述面板构件具有限定平面的第一长轴和第二长轴以及正交于所述平面的厚度；以及
声学汇聚构件，其具有带有周边的本体，所述周边联接到所述面板边缘，所述本体具有第二材料组合物，所述第二材料组合物与所述第一材料组合物不同，其中，所述汇聚构件在所述周边处的声学阻抗等于所述面板构件在所述面板边缘处的声学阻抗，并且其中，所述本体具有由幂律限定的厚度轮廓。
方案2. 根据方案1所述的组件，其中，所述第一材料组合物包括金属。
方案3. 根据方案2所述的组件，其中，所述金属包括钢。
方案4. 根据方案1所述的组件，其中，所述第二材料组合物包括塑料。
方案5. 根据方案4所述的组件，其中，所述塑料包括ABS。
方案6. 根据方案1所述的组件，其中，所述面板构件是机动车辆的部件。
方案7. 根据方案1所述的组件，其中，所述面板构件具有延伸穿过其的孔口，其中，所述面板边缘限定所述孔口，并且其中，所述汇聚构件安置在所述孔口中。
方案8. 根据方案1所述的组件，其中，所述汇聚构件的所述本体在所述周边处的厚度由关系式
Figure DEST_PATH_IMAGE002
限定，其中，T1是所述汇聚构件的所述本体在所述周边处的所述厚度，T2是所述面板边缘的厚度，E1是所述本体的杨氏模量，ρ1是所述本体的材料密度，E2是所述面板构件的杨氏模量，且ρ2是所述面板的材料密度。
方案9. 根据方案1所述的组件，其中，所述幂律被限定为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，其中h(x)是所述本体在位置x处的局部厚度，T1是所述汇聚构件的所述本体在所述周边处的厚度，t是所述汇聚构件的所述本体的最小厚度，L是所述汇聚构件的所述本体的长度尺寸，且m是幂律指数。
方案10. 一种构造阻尼器的方法，所述方法包括：
提供具有面板边缘的面板构件，所述面板构件具有第一材料组合物；
确定用于声学汇聚构件的第二材料组合物；
确定所述声学汇聚构件的周边厚度以与所述面板构件的声学阻抗匹配；
基于期望的阻尼频率来确定所述声学汇聚构件的长度尺寸；
基于幂律来确定所述声学汇聚构件的厚度轮廓；以及
将所述声学汇聚构件组装到所述面板边缘。
方案11. 根据方案10所述的方法，其中，所述第一材料组合物包括金属。
方案12. 根据方案11所述的方法，其中，所述金属包括钢。
方案13. 根据方案10所述的方法，其中，所述第二材料组合物包括塑料。
方案14. 根据方案13所述的方法，其中，所述塑料包括ABS。
方案15. 根据方案10所述的方法，其中，所述面板构件是机动车辆的部件。
方案16. 根据方案10所述的方法，其进一步包括：提供具有孔口的所述面板构件，所述孔口延伸穿过所述面板构件，其中，所述面板边缘限定所述孔口，并且其中，将所述声学汇聚构件组装到所述面板边缘包括：将所述汇聚构件安置在所述孔口中。
方案17. 根据方案10所述的方法，其中，所述周边厚度由关系式
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
限定，其中，T1是所述周边厚度，T2是所述面板边缘的厚度，E1是所述声学汇聚构件的杨氏模量，ρ1是所述声学汇聚构件的材料密度，E2是所述面板构件的杨氏模量，且ρ2是所述面板的材料密度。
方案18. 根据方案10所述的方法，其中，所述幂律被限定为
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
，其中h(x)是所述声学汇聚构件在位置x处的局部厚度，T1是所述周边厚度，t是所述声学汇聚构件的所述本体的最小厚度，L是所述声学汇聚构件的长度尺寸，且m是幂律指数。
当结合附图理解时，本公开的以上以及其他优点和特征将从优选实施例的以下详细描述中显而易见。
附图说明
下文中将结合以下附图来描述所公开的示例，其中，相似的数字表示相似的元件，并且其中：
图1是根据本公开的第一实施例的声学阻尼器组件的图示；
图2是沿着图1中的A-A的横截面；
图3是根据本公开的第二实施例的声学阻尼器组件的图示；
图4是根据本公开的第三实施例的声学阻尼器组件的图示；以及
图5是根据本公开的实施例的组装声学阻尼器的方法的流程图表示。
具体实施方式
本文中描述了本公开的实施例。然而，将理解的是，所公开的实施例仅是示例，并且其他实施例能够采取各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被夸大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的具体结构和功能性细节将不被解释为限制性的，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考附图中的任一者所图示和描述的各种特征能够与在一个或多个其他附图中所图示的特征进行组合，以产生未明确图示或描述的实施例。所图示的特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式可期望符合本公开的教导的特征的各种组合和修改。
如上文所讨论的，机动车辆基于多种因素而经受NVH。这样的NVH可由振动通过机动车辆的车身面板或结构面板的传递而引起。用于控制振动通过面板的传递的已知解决方案总体上涉及将阻尼或消音层施加到面板上，例如作为阻尼材料的补片（patch）。这样的阻尼或消音层可通过耗散振动能来有效地控制振动。然而，这样的阻尼或消音层可能招致附加的材料成本和制造费用，同时也推高了重量和体积。作为示例，用于机动车辆的阻尼材料的已知补片的厚度可约为三毫米且面积约为一平方米，从而重约为四公斤。这样的附加的重量和体积可能强加包装挑战，同时还降低机动车辆的燃料经济性和/或续航里程。
现在参考图1，图示了根据本公开的第一实施例的声学阻尼器组件10。声学阻尼器组件10包括面板构件12和声学阻尼器构件14。
面板构件12是总体上为平面的本体，例如主要在X-Y平面中延伸并沿Z方向具有厚度。根据各种实施例，面板构件12可限定机动车辆的车身面板或结构面板。然而，在其他实施例中，面板构件12可限定期望声学阻尼的任何总体上为平面的面板。在示例性实施例中，面板构件12包括金属材料，例如钢。然而，在其他实施例中，面板构件可在适当时包括其他材料。
面板构件12具有限定面板构件12的周边的边缘部分16。在图1中所图示的实施例中，面板构件12具有延伸穿过其的孔口，并且边缘部分16限定该孔口的周边。然而，在其他实施例中，如下文将关于图4进一步详细讨论的，边缘部分16可限定面板12的外周边。
声学阻尼器构件14（其可替代地被称为声学汇聚件）具有本体18，该本体具有周边20。阻尼器构件14的周边20固定到面板构件12的边缘部分16，例如经由粘合剂、压配合或任何其他合适的联接方法。阻尼器构件14的本体18具有与面板构件12的材料组合物不同的材料组合物。在示例性实施例中，本体18可包括塑料材料，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）。然而，在其他实施例中，本体18可在适当时包括其他材料。
阻尼器构件14的本体18具有多个尺寸，例如沿X和/或Y方向的长度以及沿Z方向的厚度，这些尺寸被构造成提供合适的阻尼特性，如现在将进一步详细描述的。在图1和图2中所图示的实施例中，本体18在X-Y平面中总体上为圆形；然而，在其他实施例中，阻尼器构件14可具有其他形状。
根据以下等式，选择本体18在周边20处的厚度T1以匹配面板构件12的边缘部分16的声学阻抗：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
在以上等式中，T1是本体18在周边20处的厚度，且T2是面板构件12的边缘部分16的厚度，如图2中所示。E1和ρ1分别是本体18的杨氏模量和材料密度，且E2和ρ2分别是面板12的杨氏模量和材料密度。
通过使本体18的周边20的声学阻抗与面板构件12的边缘部分16的声学阻抗匹配，声能（例如，呈振动的形式）可从面板构件12自由地流到本体18。
阻尼器构件的长度尺寸L（例如，在图1和图2中所图示的实施例中为半径）被构造成控制有效频率。可采用较大的长度L来阻尼相对较低的频率，而可采用较短的长度L来阻尼相对较高的频率。可根据对于给定应用而言期望进行阻尼的频率来确定合适的长度L，例如经由分析（诸如，有限元方法（FEM）模拟）。
此后，根据幂律，根据以下等式，来确定阻尼器构件在给定的纵向或径向位置x处的厚度轮廓：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。
在以上等式中，h(x)是本体在位置x处的局部厚度，t是本体18的最小厚度，且m是幂律指数。幂律指数m影响待阻尼的频率范围。可根据对于给定应用而言期望进行阻尼的频率来确定合适的幂律指数m，例如经由分析（诸如，FEM模拟）。
通过根据幂律提供厚度轮廓，声能（例如，呈振动的形式）可被截留在阻尼器构件14的本体18内，并被禁止流回到面板12。阻尼器构件14由此可用作声能汇聚件。
在图2中所图示的实施例中，本体18的一个面22总体上为平面。在一些构型中，这样的实施例可提供更期望的可视特性或包装。
参考图3，图示了组件10′的第二实施例。在图3的实施例中，阻尼器构件14′的上面和下面被轮廓化为提供以上等式中所描述的尺寸特性并由此向面板构件12′提供阻尼。
参考图4，图示了组件10′′的第三实施例。在图4的实施例中，阻尼器构件14′′设置在面板构件12′′的外边缘处，而非如关于图2和图3所描述的那样设置在孔口内。阻尼器构件14′′的尺寸特性如以上等式中所描述的那样进行选择并由此向面板构件12''提供阻尼。
现在参考图5，以流程图的形式图示了一种构造阻尼器组件的方法。
如在框100处所图示的，提供具有边缘的面板构件。根据各种实施例，该边缘可限定面板构件的外周边或穿过其的孔口的周边。
然后，如在框102处所图示的，确定阻尼构件的特性。在子步骤104处，选择阻尼构件的材料组合物。阻尼构件的材料组合物与面板构件的材料组合物不同。如在子步骤106处所示的，确定阻尼构件的周边厚度以便与面板构件的声学阻抗匹配。可计算周边厚度，如上文所描述的。如在子步骤108处所示的，确定阻尼构件的长度尺寸以便控制有效的频率范围。可通过如上文所描述的FEM分析或其他合适的方法来确定长度尺寸。如在子步骤110处所示的，确定厚度轮廓以便将声能截留在阻尼构件内。可根据如上文所描述的幂律来计算厚度轮廓。可迭代框102的子步骤，直到实现期望的特性组合为止。虽然以一个示例性顺序进行描绘，但是可在适当时以其他顺序执行框102的子步骤。
然后，如在框112处所图示的，制造阻尼构件并将其组装到面板构件，其中阻尼构件的周边联接到面板构件的边缘。组装步骤可包括经由粘合剂、压配合或任何其他合适的方法将阻尼构件固定到面板构件。
尽管上文描述了示例性实施例，但是在本公开的范围内也构想其变型。作为示例，尽管以上实施例仅描述了联接到面板的单个汇聚构件，但是在其他实施例中，面板可在对应的多个位置中设置有多个声学汇聚构件。
如可看到的，本公开提供了一种阻尼组件，该阻尼组件提供期望的声学阻尼性质，同时具有比已知解决方案更低的阻尼器质量和体积，由此提供对包装以及续航里程和/或效率的益处。
如先前所描述的，各种实施例的特征能够进行组合以形成本发明的可能未被明确描述或图示的另外的实施例。虽然各种实施例可能已被描述为提供了优点或就一个或多个期望特性而言优于其他实施例或现有技术实施方式，但本领域普通技术人员认识到，为了实现期望的整体系统属性，能够对一个或多个特征或特性做出妥协，所述整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性能够包括但不限于成本、强度、耐用性、寿命周期成本、适销性、外观、包装、尺寸、服务能力、重量、可制造性、组装难易等。因而，被描述为就一个或多个特性而言不如其他实施例或现有技术实施方式理想的实施例并没有位于本公开的范围之外，并且对于特定应用而言能够是期望的。

Claims (10)

1.一种组件，其包括：
具有面板边缘的面板构件，所述面板构件具有第一材料组合物，所述面板构件具有限定平面的第一长轴和第二长轴以及正交于所述平面的厚度；以及
声学汇聚构件，其具有带有周边的本体，所述周边联接到所述面板边缘，所述本体具有第二材料组合物，所述第二材料组合物与所述第一材料组合物不同，其中，所述汇聚构件在所述周边处的声学阻抗等于所述面板构件在所述面板边缘处的声学阻抗，并且其中，所述本体具有由幂律限定的厚度轮廓。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一材料组合物包括金属。
3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述金属包括钢。
4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第二材料组合物包括塑料。
5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述塑料包括ABS。
6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述面板构件是机动车辆的部件。
7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述面板构件具有延伸穿过其的孔口，其中，所述面板边缘限定所述孔口，并且其中，所述汇聚构件安置在所述孔口中。
8.根据权利要求1所述的组件，其中，所述汇聚构件的所述本体在所述周边处的厚度由关系式
Figure 494651DEST_PATH_IMAGE001
限定，其中，T1是所述汇聚构件的所述本体在所述周边处的所述厚度，T2是所述面板边缘的厚度，E1是所述本体的杨氏模量，ρ1是所述本体的材料密度，E2是所述面板构件的杨氏模量，且ρ2是所述面板的材料密度。
9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述幂律被限定为
Figure 8809DEST_PATH_IMAGE002
，其中h(x)是所述本体在位置x处的局部厚度，T1是所述汇聚构件的所述本体在所述周边处的厚度，t是所述汇聚构件的所述本体的最小厚度，L是所述汇聚构件的所述本体的长度尺寸，且m是幂律指数。
10.一种构造阻尼器的方法，所述方法包括：
提供具有面板边缘的面板构件，所述面板构件具有第一材料组合物；
确定用于声学汇聚构件的第二材料组合物；
确定所述声学汇聚构件的周边厚度以与所述面板构件的声学阻抗匹配；
基于期望的阻尼频率来确定所述声学汇聚构件的长度尺寸；
基于幂律来确定所述声学汇聚构件的厚度轮廓；以及
将所述声学汇聚构件组装到所述面板边缘。
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