CN113674728A - 吸声器单元和具有吸声装置的车轮 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及吸声器单元和具有吸声装置的车轮，所述吸声装置包括至少一个吸声器单元(10)或者包括至少一个由多个吸声器单元组合为整体的吸声器组件。所述吸声器单元构造为呈长方六面体状的盒体并形成一种两孔双层赫姆霍兹共振吸声结构，同时，所述吸声器单元或所述吸声器组件自身形成一种结构共振吸声器件。根据本申请，可以实现赫姆霍兹共振吸声和结构共振吸声有机结合的双重吸收车轮气室声共振的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸声器单元和一种具有吸声装置的车轮，特别是配有充气轮胎的汽车车轮。
背景技术
在车辆的正常行驶过程中，路面对车轮的激励和车轮旋转不平衡导致的轮轴对车轮的激励，均可激发车轮内的空气室产生声共振，该共振又经过轮轴、悬架系统传至车身结构，继而向车内辐射噪声。其噪声特征以低频窄带为主，量值较高，给车内乘坐环境形成噪声干扰，需进行有效控制。
目前，有众多研究和专利提供了有效控制这种声共振的方法。该方法主要采用吸声控制原理，其中赫姆霍兹共振吸声应用较为广泛，效果较好。例如，中国专利CN101301842B、CN104981359B、CN105209267B、CN104908513B涉及一系列基于赫姆霍兹共振器降噪法实施的车轮技术方案。然而，在由现有技术已知的方案中，赫姆霍兹共振器的构造设计和安装结构较为复杂，并且在其吸声效果方面亦不甚理想。特别是，由于四车轮行驶过程中的状态不尽相同，会存在多个不同分布特性的窄带高值噪声，使得其在较宽频带内呈现出较大的噪声量值，这与赫姆霍兹窄带吸声的优点相矛盾。所以，基于赫姆霍兹吸声原理的结构仍需不断发展改进。同时，基于这种原理的结构多样，在控制幅值和频带宽度方面还有进一步提升的空间。另外，赫姆霍兹吸声原理也适宜与其它降噪原理(例如盒式结构共振吸声)相结合，以弥补赫姆霍兹原理的不足，从而能够更加有效地提高控制空气室共振的效率，但目前多种降噪原理的融合，在车轮气室声共振降低方面并未得以推广应用。
再者，在由上述现有技术已知的方案中，赫姆霍兹共振器的构造设计和安装结构较为复杂，为此，共振器部件(“副气室构件”)构造有法兰状薄板凸缘(“缘部”)，在轮毂上专门构造的壁面上形成有凹槽(“槽部”)，共振器部件的定位固定是通过法兰状薄板凸缘与壁面槽部相卡嵌实现的，这种卡嵌机构一方面受制于其薄壁特征而难以保证连接强度，另一方面由于部件两方连接配合的实现基本上依赖于结构尺寸精度，因此对于部件的加工制造提出较高要求，而且，部件两方的对位安装费工费力，最终的安装紧固力也是无法把控的。
发明内容
本发明拟提出一种基于赫姆霍兹共振器原理特别构造的吸声器单元，将其所构成的吸声装置应用于车轮降噪，以部分或完全克服现有技术中存在的上述缺陷，尤其是，通过采用双层两孔赫姆霍兹结构吸声和盒式结构共振吸声相结合的方式，实现更为有效的降噪效果。
为了提升车轮气室共振控制效果，本发明主要基于如下思想：一是采用双层两孔共振吸声结构，在控制原理上克服单一赫姆霍兹共振吸声在有限体积下提高低频吸声能力较困难以及吸声频带偏窄的缺陷；二是采用呈长方六面体状的盒式结构，优选由塑料材料制作，设计其结构共振频率和空气室共振频率一致，在双层两孔共振吸声基础上进一步增加吸声量，并扩展吸声频段；三是采用两层各一个空心管的结构，相比于多空心管设计而言，控制参数更少，构造更简单、加工更方便。
具体而言，本发明提供一种吸声器单元，该吸声器单元安装在处于气体环境的运动部件(例如车轮的轮毂)上用以降低声共振，其特征在于，所述吸声器单元构造为呈长方六面体状的盒体并形成一种两孔双层赫姆霍兹共振吸声结构；所述盒体具有两个在运动部件的运动方向上限定该盒体两端边界的侧面，其中一端形成开口端侧面，具有通入盒体内部空腔的开口，而另一端形成封闭端侧面；盒体内部通过隔板被分割为沿着所述运动部件的运动方向相继布置的第一空腔和第二空腔，在所述开口端侧面上形成有第一空心管的管口，该第一空心管的管口向气体环境空间开放，所述第一空心管以相应于其管长的距离延伸到所述第一空腔之中并且保有空隙地终止于所述隔板之前，在所述隔板上形成有第二空心管的管口，该第二空心管的管口向所述第一空腔开放，所述第二空心管以相应于其管长的距离延伸到所述第二空腔之中并且保有空隙地终止于所述封闭端侧面之前，其中，假设第一空心管沿其延伸方向延长后与隔板相交形成一个虚拟的面积区域，所述第二空心管的管口布置在隔板上相对于该面积区域偏离的位置，所述第一空腔和第二空腔构成两孔双层赫姆霍兹共振吸声结构的两个分层作用的共振腔。
值得注意的是，本申请中所述“长方六面体状”并非严格限制于几何意义下规则的长方体形状，而是大体上呈现类似于长方六面体的形状即可，其中一个或多个面构造为具有一定的弧度(例如，盒体底面具有适配于轮辋外表面轮廓的圆弧形)和/或具有局部的凸起或者凹陷结构(例如为了安装或固定之需要而设)、相交面之间可以不是绝对正交、相对面之间可以不是绝对平行，均不影响本发明技术方案的实施。
根据一种实施形式，所述第一空心管在第一空腔内延伸的管长为所述开口端侧面与所述隔板之间净空距离的0.3至0.9倍。第一空心管的实际管长尺寸可以依据具体的结构设计和声学特性来确定。
根据一种实施形式，所述第二空心管具有至少一处折弯，使得该第二空心管在第二空腔内延伸的管长为所述隔板与所述封闭端侧面之间净空距离的0.6至2倍。所述折弯例如可以构造为60度至120度的弯曲部。优选地，所述第二空心管在靠近所述封闭端侧面的位置具有一处90度折弯。通过这种折弯或迂回设计，可以增加第二空心管在第二空腔内延伸的管长，从而允许在局部对系统的声学特性进行优化调节。
根据一种实施形式，所述第二空心管的管口几何中心相对于所述面积区域几何中心的偏离量为所述第一空心管内径的0.5至3倍。由此可以有效避免所不希望的“声学短路”现象。
根据一种实施形式，有益的是，所述吸声器单元的盒体的结构参数由所述两孔双层赫姆霍兹共振吸声结构的预定吸声系数和吸声量确定，所述结构参数包括所述隔板和所述开口端侧面及封闭端侧面的板体厚度、所述第一空心管和第二空心管的管口孔径以及管长、所述第一空腔和第二空腔的形状、体积和壁厚。
相应地，本发明提供一种车轮，该车轮配备有安装于车轮气室内部用以降低声共振的吸声装置，所述吸声装置包括至少一个如上所述的吸声器单元或者包括至少一个由多个所述吸声器单元组合为整体的吸声器组件。
根据一种实施形式，所述吸声器单元或所述吸声器组件可以通过束缚元件绑定在车轮的轮毂上。尤其是，采用张紧作用的束缚元件固定吸声器单元，允许实施方便可控的安装操作，同时保证车轮组件(特别是其吸声装置模块)拆装方便，有益于后期的维护保养和备件更换。
所述吸声器单元或所述吸声器组件可以由金属材料或者塑料材料一体成型制成。有益的是，盒式的吸声器单元或吸声器组件自身形成一种结构共振吸声器件，作为该结构共振吸声器件，其第一阶固有模态频率与车轮气室的第一阶固有模态频率一致。
根据一种实施形式，所述束缚元件为绑带(例如可采用钢带)，所述绑带从吸声器单元或吸声器组件的盒体顶面将其压向车轮轮毂的轮辋外表面并绕轮毂一周紧固所述吸声器单元或吸声器组件，绑带的两个端头通过卡扣固定连接，绑带张紧力能够借助紧固工具调定和/或显示。
对此，有利的是，所述吸声器单元或所述吸声器组件在其盒体顶面上设有用于嵌入所述绑带的U形凹槽。
根据又一种实施形式，所述束缚元件为承载带(例如可采用钢带)，所述吸声器单元或吸声器组件预先固定在所述承载带上而形成预装单元，承载带绕轮毂一周并围箍张紧于轮辋外表面上而使所述预装单元得以紧固。
对此，可行的是，所述吸声器单元或吸声器组件以其盒体底面与所述承载带建立面配合并粘接固定在所述承载带上，以使二者牢固接合而形成预装单元。所述吸声器单元或吸声器组件也可以通过适用的紧固件(例如胶带、卡箍、螺钉等等)固定在所述承载带上。
根据一种实施形式，所述吸声器组件由两个所述吸声器单元以其封闭端侧面相连组合而成。采用这种吸声器组件，安装时不必担心发生取向错误而导致吸声结构迎流面装反的情形，在实际使用过程中，装备有相应吸声装置的车轮也可以任意调换而不影响降噪效果。
根据一种实施形式，在车轮的轮毂上并排设置有多个所述吸声器单元或所述吸声器组件，或者沿着轮毂周向分布设置有多个所述吸声器单元或所述吸声器组件，以优化或者适应车轮整体的吸声降噪要求或其动平衡特性。尤其是可以沿着轮毂周向均布设置有多个吸声器单元或吸声器组件，例如，针对特定车型的具体情况，可以将两个吸声器单元(或者吸声器组件)沿着轮毂周向对称布置，亦即在车轮直径方向上相互对置地安装。
根据一种实施形式，所述吸声器单元或所述吸声器组件在安装状态以盒体底面贴靠在轮毂的轮辋外表面上。对此，适宜的是，所述吸声器单元或所述吸声器组件设置有沿着其盒体横向延伸的至少一个折弯部，所述折弯部将该吸声器单元或吸声器组件在其盒体纵向上分为至少两个节段，以便在安装状态使盒体底面符合于轮辋外表面的圆弧形轮廓。针对吸声器单元，例如可以在第一腔室与第二腔室之间设置所述折弯部；针对吸声器组件，例如可以附加地在吸声器单元的连接部位设置所述折弯部。所述折弯部可以设计为盒体的材料薄弱部，沿着盒体横向可以是连续的、也可以是非连续的，可以贯通盒体横向延伸、也可以仅在盒体横向的部分区段上延伸。
于是，根据本发明，便可实现一种安装于轮毂上用以降低车轮气室声共振的结构。其具体实施为一种呈长方六面体状的盒式结构，内由一层薄板分割成两个空腔，盒式结构的一个侧面(平行于盒内分割薄板)安装(或构造)有一个空心管，盒内分割薄板也安装(或构造)有一个空心管，第一个空心管的一端管口平面和盒式结构的侧面在一个面上，管长延伸到空腔内，第二个空心管的一端管口平面和盒内分割薄板在一个面上，管长延伸到另一空腔内，由于该空心管较长，所以其在空腔内可以折弯90度。所述结构的两个空心管和轮胎空气室相通，其安装于轮毂圆形弧周面上形成两孔双层赫姆霍兹共振吸声结构。这种结构与单腔单孔式赫姆霍兹共振吸声相比，设计更容易向低频靠近，同时吸声频带更宽。所述结构的相关参数利用双层赫姆霍兹共振吸声结构的吸声系数和吸声量确定。
所述盒式结构优选由具有一定刚度和强度的塑料材料制作而成，紧贴于轮毂圆形弧周面上，并利用钢带进行固定安装。在此安装方式下的所述结构，其第一阶固有模态频率和车轮气室第一阶固有模态频率一致，形成结构共振吸声结构。
该结构的固有模态通过板厚和形状调节达到设计要求，该调节需要通过有限元计算实现。一方面其设计可以进一步增加上述两孔双层共振吸声结构的吸声量，也可以通过设计进一步增加吸声带宽。
由两孔双层共振吸声和结构共振吸声组成的这种盒式吸声结构，上表面可设计有U形凹槽，该盒式结构的安装方式是利用钢带通过U形凹槽，并绕轮毂一周对其进行固定。按实际需要和具体设计情况，在轮毂上布置多个盒式吸声结构也是可能的，钢带绕轮毂一周将轮毂上的几个盒式吸声结构一同固定。钢带连接处用卡扣紧固，紧固力可以用紧固工具显示，以判断安装的牢固程度。
本发明所能实现的有益技术效果特别在于，由两孔双层共振吸声和结构共振吸声组成的综合吸声结构，实现更有效的吸声效果，这体现在：一、吸声频率更容易向低频靠近；二、吸声频带更宽；三、吸声量更高。
附图说明
图1为吸声器单元在车轮上的安装示意图。
图2为吸声器单元按照第一实施方式设置在车轮轮毂上的示意图。
图3为吸声器单元按照第二实施方式设置在车轮轮毂上的示意图。
图4A为吸声器单元第一种实施例的构造原理示意图。
图4B为吸声器单元第二种实施例的构造原理示意图。
图4C为一种吸声器组件的构造原理示意图。
图5为一种吸声器组件的实物外观透视图。
图6为一种具有吸声装置的车轮实例透视图，示出了绑定于车轮轮毂上的吸器组件。
图7为在图6所示实例中应用的吸器组件与束缚元件组合透视图。
图8为被测车辆在车速15km/h的路面行驶测试中，在其车轮未装备共振吸声结构、按照参考技术装备共振吸声结构和按照本发明装备共振吸声结构三种情况下，车内实测得到的噪声级频谱图。
图9为被测车辆在车速30km/h的路面行驶测试中，在其车轮未装备共振吸声结构、按照参考技术装备共振吸声结构和按照本发明装备共振吸声结构三种情况下，车内实测得到的噪声级频谱图。
其中：1-盒体的开口端侧面，1’-盒体的封闭端侧面，2-第一空心管，3-第一空腔，4-隔板，5-第二空心管，6-第二空腔，7-U形凹槽；8-折弯部，8’-折弯部，10-吸声器单元，20-轮毂，30-车轮气室，40-轮胎，50-束缚元件。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变换措辞，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。本领域技术人员应理解的是，在本申请说明书和权利要求书的描述当中，诸如术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等所指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系而言的，其仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而非指示或暗示所指的装置、机构、结构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
本申请提供一种吸声器单元10，该吸声器单元安装在处于气体环境(如图1所示，尤其是车轮气室30)的运动部件(如图1所示，尤其是配有充气轮胎40的汽车车轮的轮毂20)上用以降低声共振，如图2以及特别是如图4A和图4B所示，所述吸声器单元构造为呈长方六面体状的盒体并形成一种两孔双层赫姆霍兹共振吸声结构；所述盒体具有两个在运动部件的运动方向上限定该盒体两端边界的侧面，其中一端形成开口端侧面1，具有通入盒体内部空腔的开口，而另一端形成封闭端侧面1’；盒体内部通过隔板4被分割为沿着所述运动部件的运动方向相继布置的第一空腔3和第二空腔6，在所述开口端侧面1上形成有第一空心管2的管口，该第一空心管的管口向气体环境空间开放，所述第一空心管以相应于其管长的距离延伸到所述第一空腔3之中并且保有空隙地终止于所述隔板4之前，在所述隔板4上形成有第二空心管5的管口，该第二空心管的管口向所述第一空腔3开放，所述第二空心管以相应于其管长的距离延伸到所述第二空腔6之中并且保有空隙地终止于所述封闭端侧面1’之前，其中，假设第一空心管2沿其延伸方向延长后与隔板4相交形成一个虚拟的面积区域，所述第二空心管5的管口布置在隔板4上相对于该面积区域偏离的位置，所述第一空腔3和第二空腔6构成两孔双层赫姆霍兹共振吸声结构的两个分层作用的共振腔。
所述第一空心管2在第一空腔3内延伸的管长可以为所述开口端侧面1与所述隔板4之间净空距离的0.3至0.9倍。
所述第二空心管5可以具有至少一处折弯，使得该第二空心管在第二空腔6内延伸的管长为所述隔板4与所述封闭端侧面1’之间净空距离的0.6至2倍。优选所述第二空心管5在靠近所述封闭端侧面1’的位置具有一处90度折弯。
优选地，所述第二空心管5的管口几何中心相对于所述面积区域几何中心的偏离量为所述第一空心管2内径的0.5至3倍。
根据本发明，所述吸声器单元10的盒体的结构参数由所述两孔双层赫姆霍兹共振吸声结构的预定吸声系数和吸声量确定，所述结构参数包括所述隔板4和所述开口端侧面1及封闭端侧面1’的板体厚度、所述第一空心管2和第二空心管5的管口孔径以及管长、所述第一空腔3和第二空腔6的形状、体积和壁厚。对此还将在下文作进一步阐释。
在此基础上，本申请还提供一种车轮，该车轮配备有安装于车轮气室30内部用以降低声共振的吸声装置，所述吸声装置包括至少一个如上所述的吸声器单元10或者包括至少一个由多个所述吸声器单元10组合为整体的吸声器组件。
所述吸声器单元10或所述吸声器组件可以由金属材料或者塑料材料一体成型制成。有益的是，所述吸声器单元10或所述吸声器组件自身形成一种结构共振吸声器件，作为该结构共振吸声器件，其第一阶固有模态频率与车轮气室30的第一阶固有模态频率一致。对此还将在下文作进一步阐释。
所述吸声器单元或所述吸声器组件可以通过束缚元件50绑定在车轮的轮毂20上(参见图2和图3)。
图2为吸声器单元按照第一实施方式设置在车轮轮毂上的示意图。据此，所述束缚元件50为绑带(例如钢带)，所述绑带从吸声器单元10或吸声器组件的盒体顶面将其压向车轮轮毂的轮辋外表面并绕轮毂20一周紧固所述吸声器单元10或吸声器组件，绑带的两个端头通过卡扣固定连接，绑带张紧力能够借助紧固工具调定和/或显示。适宜的是，所述吸声器单元10或所述吸声器组件在其盒体顶面上设有用于嵌入所述绑带的U形凹槽7(参见图4A)。
作为在车轮轮毂上利用束缚元件绑定而组装固定吸声器单元或吸声器组件的另一种可行方案，所述束缚元件50也可以设计为承载带，所述吸声器单元10或吸声器组件预先固定在所述承载带上而形成预装单元，承载带绕轮毂一周并围箍张紧于轮辋外表面上而使所述预装单元得以紧固。为形成所述预装单元，吸声器单元10或吸声器组件以其盒体底面与所述承载带建立面配合并粘接固定在所述承载带上；或者，吸声器单元10或吸声器组件通过紧固件(例如胶带、卡箍、螺钉等等)固定在所述承载带上。
图3为吸声器单元按照第二实施方式设置在车轮轮毂上的示意图，其中，将两个吸声器单元(或者吸声器组件)沿着轮毂周向对称布置，亦即在车轮直径方向上相互对置地安装。
图4A和图4B示出了单个吸声器单元的大体外形结构和内部构造，其中，图4A所示吸声器单元第一种实施例在盒体顶面设有凹槽，特别适于按照图2和图3所示实施方式利用绑带进行组装及固定；而图4B所示吸声器单元第二种实施例外形简单规整，便于制造和贮放。图4C示例性地示出了由两个吸声器单元组合而成的吸声器组件的大体外形结构和内部构造，如图所示，吸声器组件可以由两个所述吸声器单元10以其封闭端侧面1’相连组合而成。
优选地，所述吸声器单元10(见图4A和图4B)或所述吸声器组件(见图4C)为由塑料材料一体成型制成的长方六面体状盒体，并且可以通过3D打印工艺进行制造，从而允许实现所述吸声器单元和/或所述吸声器组件的高效、柔性生产。
根据实际需要，可以在车轮的轮毂20上并排设置有多个所述吸声器单元10或所述吸声器组件，或者沿着轮毂周向分布设置有多个所述吸声器单元10或所述吸声器组件。所述吸声器单元10或所述吸声器组件在安装状态以盒体底面贴靠在轮毂20的轮辋外表面上。
如图5所示，对此适宜的是，所述吸声器单元10或所述吸声器组件设置有沿着其盒体横向延伸的至少一个折弯部，所述折弯部将该吸声器单元或吸声器组件在其盒体纵向上分为至少两个节段，以便在安装状态使盒体底面符合于轮辋外表面的圆弧形轮廓。针对吸声器单元，例如可以在第一腔室与第二腔室之间设置所述折弯部8’(见图5)；针对吸声器组件，例如可以附加地在吸声器单元的连接部位设置所述折弯部8(见图5)。所述折弯部可以设计为盒体的材料薄弱部，沿着盒体横向可以是连续的、也可以是非连续的，可以贯通盒体横向延伸、也可以仅在盒体横向的部分区段上延伸。
具体地，图4A和图4B示出了本发明吸声器单元的实施例，其体现为一种由注塑加工的呈长方六面体状的盒式结构。内由一层薄板(隔板4)分割成两个空腔，亦即第一空腔3和第二空腔6，盒式结构的一个侧面1(平行于盒内分割薄板)上形成有一个空心管(即第一空心管2)的管口，盒内分割薄板上亦形成有一个空心管(即第二空心管5)的管口。第一空心管2的一端管口平面和盒式结构的侧面1在一个面上，管长延伸到第一空腔3内，第二空心管5的一端管口平面和盒内分割薄板(隔板4)在一个面上，管长延伸到第二空腔6内，该第二空心管在第二空腔6内偏向一侧安装，避免与第一空心管1相对，且该第二空心管有一段在第二空腔6内弯曲90度。图4A和图4B中所示盒式共振吸声结构的第一空心管2和图1所示的车轮气室(或者说轮胎空气室)30相通，该盒式共振吸声结构安装于图1所示轮毂20的圆形弧周面上，形成两孔双层赫姆霍兹共振吸声结构。
图中所示呈长方六面体状的盒式结构的相关参数利用双层赫姆霍兹共振吸声结构的吸声系数和吸声量确定，如下式所述：
Z为共振结构的声阻抗。Zp1为第一层穿孔结构的孔的声阻抗，Za1为第一层空腔的声阻抗。Zp2为第二层穿孔结构的孔的声阻抗，Za2为第二层空腔的声阻抗。
式中，ρ为空气密度，c为空气声速，ω＝2πf，f为频率。γ为空气运动粘滞系数,γ＝15×10-6m2/s。t1和t2分别为第一层和第二层板的厚度，d1和d2分别为第一层和第二层板的孔径，δ1和δ2分别为第一层和第二层板的穿孔率，D1和D2分别为第一层和第二层空腔的厚度。
Zr为共振结构的相对声阻抗率。
令R为Zr的实部，X为Zr的虚部，共振吸声结构的吸声系数α为：
吸声量计算公式：
A＝αs (2)
其中：A为共振吸声结构的吸声量。
S为共振吸声结构第一空心管2的横截面积。
图中所示呈长方六面体状的盒式结构作为共振吸声结构，其第一阶固有模态频率和车轮气室第一阶固有模态频率一致。其固有频率通过板厚和形状调节达到设计要求，其调节方式需要通过有限元计算实现。
作为示例，图2示出了吸声器单元在车轮轮毂上设置的第一实施方式。如图4A所示的两孔双层共振吸声结构，其上表面设计有U形凹槽7，是为了将该吸声结构安装在图1所示的轮毂20上。如图2所示，安装方式是：将钢带作为绑带通过并嵌入U形凹槽7，绕轮毂一周将共振吸声结构紧压在轮毂上对其进行固定。钢带绕轮毂一周可以在轮毂上固定一个或多个吸声结构。钢带连接处用卡扣紧固，紧固力可以用紧固工具显示，以判断安装的牢固程度。
作为示例，图3示出了吸声器单元在车轮轮毂上设置的第二实施方式。对此，在图6所示的应用实例中，特别针对某款SUV汽车在行驶状态下的空气室变形几何尺寸，利用某商用软件对其固有频率进行计算，针对该频率，据式(1)和式(2)对图4A或图4B所示共振吸声结构各几何尺寸和吸声性能进行设计和调试。由于单个所述共振吸声结构的固有结构模态较高，为了使所述共振吸声结构的结构模态和轮胎空气室的固有模态一致，达到结构共振降噪的目的，将两个所述共振吸声结构(亦即上文所说“吸声器单元10”)在封闭端连在一起，并利用数值仿真手段对整个连在一起的结构固有频率进行几何尺寸调试，从而完成共振吸声结构设计。本案例采用塑料材料利用3D打印手段制作共振吸声结构实物(“吸声器单元”或“吸声器组件”)，两个吸声器单元组合在一起，如图5所示，成为一个吸声器组件(也就是说，用一对吸声器单元构成一个吸声器组件)。将两个吸声器组件(亦即共两对吸声器单元)安装于轮辋面上，这两个吸声器组件对称安装于轮辋面上，如图7所示。可行的是，将两个吸声器组件预先固定于束缚元件，以形成一个预装单元(在此情况下束缚元件起到承载带的作用，例如可以采用钢带)，然后再将该预装单元组装固定到车轮轮毂上。
以所述SUV汽车作为被测车辆，分别在其车轮未装备共振吸声结构、按照参考技术装备共振吸声结构和按照本发明装备共振吸声结构三种情况下，在15km/h和30km/h车速下执行路面工况行驶，进行车内噪声特性实测对比，测点位于副驾驶位置。图8示出了被测车辆在车速15km/h的路面行驶测试中，在其车轮未装备共振吸声结构、按照参考技术装备共振吸声结构和按照本发明装备共振吸声结构三种情况下，车内实测得到的噪声级频谱图。图9示出了被测车辆在车速30km/h的路面行驶测试中，在其车轮未装备共振吸声结构、按照参考技术装备共振吸声结构和按照本发明装备共振吸声结构三种情况下，车内实测得到的噪声级频谱图。在此。四个车轮中的每一车轮均安装两对所述共振吸声结构(参见图7)，共八对。在较为粗糙的路面进行实车测试。在图8和图9中，图线“III”为所试车辆未装共振吸声结构时车内的噪声级频谱图，图线“I”为安装本发明所述共振吸声结构时车内的噪声级频谱图，图线“II”为安装另一种共振吸声结构时车内的噪声级频谱图(仅供比较参考)。从图中可以看出，在200Hz附近车内由轮胎空气室共振产生的噪声峰值突出，安装本发明所述共振吸声结构后，峰值大幅度降低，最大值约8dB(A)，有效地降低了轮胎空气室共振产生的噪声。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的核心思想；同时，对于本领域普通技术人员来说，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (16)
1.一种吸声器单元(10)，该吸声器单元安装在处于气体环境的运动部件上用以降低声共振，其特征在于，所述吸声器单元构造为呈长方六面体状的盒体并形成一种两孔双层赫姆霍兹共振吸声结构；所述盒体具有两个在运动部件的运动方向上限定该盒体两端边界的侧面，其中一端形成开口端侧面(1)，具有通入盒体内部空腔的开口，而另一端形成封闭端侧面(1’)；盒体内部通过隔板(4)被分割为沿着所述运动部件的运动方向相继布置的第一空腔(3)和第二空腔(6)，在所述开口端侧面(1)上形成有第一空心管(2)的管口，该第一空心管的管口向气体环境空间开放，所述第一空心管以相应于其管长的距离延伸到所述第一空腔(3)之中并且保有空隙地终止于所述隔板(4)之前，在所述隔板(4)上形成有第二空心管(5)的管口，该第二空心管的管口向所述第一空腔(3)开放，所述第二空心管以相应于其管长的距离延伸到所述第二空腔(6)之中并且保有空隙地终止于所述封闭端侧面(1’)之前，其中，假设第一空心管(2)沿其延伸方向延长后与隔板(4)相交形成一个虚拟的面积区域，所述第二空心管(5)的管口布置在隔板(4)上相对于该面积区域偏离的位置，所述第一空腔(3)和第二空腔(6)构成两孔双层赫姆霍兹共振吸声结构的两个分层作用的共振腔。
2.根据权利要求1所述的吸声器单元(10)，其特征在于，所述第一空心管(2)在第一空腔(3)内延伸的管长为所述开口端侧面(1)与所述隔板(4)之间净空距离的0.3至0.9倍。
3.根据权利要求1所述的吸声器单元(10)，其特征在于，所述第二空心管(5)具有至少一处折弯，使得该第二空心管在第二空腔(6)内延伸的管长为所述隔板(4)与所述封闭端侧面(1’)之间净空距离的0.6至2倍。
4.根据权利要求3所述的吸声器单元(10)，其特征在于，所述第二空心管(5)在靠近所述封闭端侧面(1’)的位置具有一处90度折弯。
5.根据权利要求1所述的吸声器单元(10)，其特征在于，所述第二空心管(5)的管口几何中心相对于所述面积区域几何中心的偏离量为所述第一空心管(2)内径的0.5至3倍
6.根据权利要求1至5之任一项所述的吸声器单元(10)，其特征在于，所述吸声器单元(10)的盒体的结构参数由所述两孔双层赫姆霍兹共振吸声结构的预定吸声系数和吸声量确定，所述结构参数包括所述隔板(4)和所述开口端侧面(1)及封闭端侧面(1’)的板体厚度、所述第一空心管(2)和第二空心管(5)的管口孔径以及管长、所述第一空腔(3)和第二空腔(6)的形状、体积和壁厚。
7.一种车轮，该车轮配备有安装于车轮气室(30)内部用以降低声共振的吸声装置，所述吸声装置包括至少一个如权利要求1至6之任一项所述的吸声器单元(10)或者包括至少一个由多个所述吸声器单元(10)组合为整体的吸声器组件。
8.根据权利要求7所述的车轮，其特征在于，所述吸声器单元或所述吸声器组件通过束缚元件(50)绑定在车轮的轮毂(20)上。
9.根据权利要求8所述的车轮，其特征在于，所述吸声器单元(10)或所述吸声器组件由金属材料或者塑料材料一体成型制成并且自身形成一种结构共振吸声器件，作为该结构共振吸声器件，其第一阶固有模态频率与车轮气室(30)的第一阶固有模态频率一致。
10.根据权利要求8所述的车轮，其特征在于，所述束缚元件(50)为绑带，所述绑带从吸声器单元(10)或吸声器组件的盒体顶面将其压向车轮轮毂的轮辋外表面并绕轮毂(20)一周紧固所述吸声器单元(10)或吸声器组件，绑带的两个端头通过卡扣固定连接，绑带张紧力能够借助紧固工具调定和/或显示。
11.根据权利要求10所述的车轮，其特征在于，所述吸声器单元(10)或所述吸声器组件在其盒体顶面上设有用于嵌入所述绑带的U形凹槽(7)。
12.根据权利要求8所述的车轮，其特征在于，所述束缚元件(50)为承载带，所述吸声器单元(10)或吸声器组件预先固定在所述承载带上而形成预装单元，承载带绕轮毂一周并围箍张紧于轮辋外表面上而使所述预装单元得以紧固。
13.根据权利要求7所述的车轮，其特征在于，所述吸声器组件由两个所述吸声器单元(10)以其封闭端侧面(1’)相连组合而成。
14.根据权利要求7所述的车轮，其特征在于，在车轮的轮毂(20)上并排设置有多个所述吸声器单元(10)或所述吸声器组件，或者沿着轮毂周向分布设置有多个所述吸声器单元(10)或所述吸声器组件。
15.根据权利要求7至14之任一项所述的车轮，其特征在于，所述吸声器单元(10)或所述吸声器组件在安装状态以盒体底面贴靠在轮毂(20)的轮辋外表面上。
16.根据权利要求15所述的车轮，其特征在于，所述吸声器单元(10)或所述吸声器组件设置有沿着其盒体横向延伸的至少一个折弯部(8，8’)，所述折弯部将该吸声器单元或吸声器组件在其盒体纵向上分为至少两个节段，以便在安装状态使盒体底面符合于轮辋外表面的圆弧形轮廓。
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