一种具有声学黑洞内腔的中空隔声汽车轮罩结构

摘要

本发明公开了一种具有声学黑洞内腔的中空隔声汽车轮罩结构，所述汽车轮罩结构包括：罩本体，所述罩本体内形成有声学黑洞内腔，所述声学黑洞内腔包括第一腔室和第二腔室，所述第二腔室的一端与所述第一腔室的一端连通，在所述罩本体的径向上，所述第一腔室的彼此相对的两个腔壁的间距为h，所述第二腔室的一端彼此相对的两个腔壁的间距为kh0；吸声材料，所述吸声材料填充于所述第二腔室内，其中，沿远离所述第二腔室的方向，所述h满足：h(x)＝kh0+kεxm，m大于或者等于2，k等于1或者2，ε为常数。根据本发明实施例的汽车轮罩结构具有较好的隔声效果，且汽车轮罩结构重量轻，有利于实现车辆的轻量化，生产成本较低。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，更具体地，涉及一种具有声学黑洞内腔的中空隔声汽车轮罩结构。

背景技术

在相关技术中，通过增加轮罩的厚度、改变轮罩的材料或在轮罩上方贴合吸声材料来提高轮罩的吸声性能。然而，增加轮罩的厚度易导致轮罩质量增加，不符合轻量化趋势，且提高了制造成本；改变轮罩的材料需要投入大量研发资金进行实验，且结果较难预期；在轮罩上方贴合吸声材料所需吸声材料较多，增加了轮罩的质量、成本，且吸声材料易与车辆的其他部件发生干涉，在行驶过程中易发生脱落。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有声学黑洞内腔的中空隔声汽车轮罩结构，所述汽车轮罩结构具有较好的隔声效果，且汽车轮罩结构重量轻，有利于实现车辆的轻量化，生产成本较低。

根据本发明实施例的具有声学黑洞内腔的中空隔声汽车轮罩结构，所述汽车轮罩结构包括：罩本体，所述罩本体内形成有声学黑洞内腔，所述声学黑洞内腔包括第一腔室和第二腔室，所述第二腔室的一端与所述第一腔室的一端连通，在所述罩本体的径向上，所述第一腔室的彼此相对的两个腔壁的间距为h，所述第二腔室的一端彼此相对的两个腔壁的间距为kh

根据本发明实施例的具有声学黑洞内腔的中空隔声汽车轮罩结构，通过声学黑洞内腔包括第一腔室和第二腔室，第一腔室的彼此相对的两个腔壁的间距h满足：h(x)＝kh

另外，根据本发明上述实施例的汽车轮罩结构还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明一些实施例的汽车轮罩结构，所述声学黑洞内腔为轴对称结构。

根据本发明的一些实施例，所述声学黑洞内腔包括两个所述第一腔室和两个所述第二腔室，两个所述第一腔室的另一端连通。

根据本发明的一些实施例，所述第二腔室沿所述罩本体的径向彼此相对的两个腔壁的间距处处相等且为kh

根据本发明的一些实施例，所述声学黑洞内腔还包括第三腔室，所述第三腔室与所述第一腔室的另一端连通，其中，所述第三腔室沿所述罩本体的径向彼此相对的两个腔壁的间距处处相等。

根据本发明的一些实施例，所述声学黑洞内腔为多个，其中，至少两个所述声学黑洞内腔沿所述罩本体的周向错开；和/或，至少两个所述声学黑洞内腔沿所述罩本体的轴向错开。

根据本发明的一些实施例，多个所述声学黑洞内腔阵列分布。

根据本发明的一些实施例，所述第一腔室的一端与另一端的间距为x

根据本发明的一些实施例，所述罩本体包括内层罩和外层罩，所述内层罩的内表面与所述外层罩的外表面相连，其中，所述内层罩和所述外层罩中的一个设有凹槽，且另一个盖封所述凹槽的槽口以限定出所述声学黑洞内腔。

根据本发明的一些实施例，所述罩本体包括内层罩和外层罩，所述内层罩的内表面与所述外层罩的外表面相连，其中，所述内层罩设有第一凹槽，所述外层罩设有第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽相对设置以构成所述声学黑洞内腔。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明第一实施例的汽车轮罩结构的结构示意图；

图2是图1沿A-A线所示方向的局部剖视图；

图3是根据本发明第二实施例的汽车轮罩结构沿图1中A-A线所示方向的局部剖视图；

图4是根据本发明第三实施例的汽车轮罩结构沿图1中A-A线所示方向的局部剖视图；

图5是根据本发明第四实施例的汽车轮罩结构沿图1中A-A线所示方向的局部剖视图；

图6是根据本发明第五实施例的汽车轮罩结构沿图1中A-A线所示方向的局部剖视图；

图7是根据本发明一些实施例的内层罩的结构示意图；

图8是根据本发明一些实施例的外层罩的结构示意图。

附图标记：

汽车轮罩结构100；

罩本体10；声学黑洞内腔11；第一腔室12；第二腔室13；第三腔室14；内层罩101；外层罩102；

吸声材料20；

第一凹槽31；第二凹槽32。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征，“多个”的含义是两个或两个以上，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

控制车辆车内噪声是提升车辆乘坐舒适性的重要内容。随着车辆振动噪声控制技术的发展，车内各种噪声源的贡献度排序也发生变化。发动机优化以及排气消声技术的应用和发展使动力系统的噪声明显降低，而轮胎-路面噪声正逐渐成为车辆尤其是电动车辆行驶过程中的主要噪声源之一。此外，在车辆行驶过程中，高速旋转的轮胎与车辆的轮罩所形成的空间内空气流动较为复杂，以形成空气流动噪声，而车辆的轮罩是隔断轮胎-路面噪声和空气流动噪声向车内传递的第一道“屏障”。

为了提高轮罩的吸声性能、抑制噪音向车内传播，相关技术中通常采用增加轮罩的厚度、改变轮罩的材料或在轮罩上方贴合一层吸声材料或阻尼材料的方法，以减少车辆行驶过程中的轮胎-路面噪声、空气流动噪声和砾石、雨水敲击噪声，从而优化车内噪声环境。然而，增加轮罩的厚度易导致轮罩的质量增加，不符合车辆轻量化趋势，且提高了制造成本。改变轮罩的材料需要投入大量研发资金进行实验，且结果较难预期。在轮罩上方贴合吸声材料，吸声材料吸声效率或耗能效率较低，不能保证所贴合的吸声材料厚度和位置是最优方案，所需吸声材料较多，从而增加轮罩总成的质量，与车辆轻量化理念相违背，且增加了成本。同时，贴合的吸声材料易与车辆的其他部件发生干涉，在行驶过程中易发生脱落。

因此，本发明提出了一种具有声学黑洞内腔11的中空隔声汽车轮罩结构100，能够实现高效的噪声控制，并且通过去除部分材料、减少吸声材料的用量，实现了汽车轮罩结构100的轻量化，兼顾了噪声控制效果好、制造维护成本低的优点。

下面参考附图描述根据本发明实施例的一种具有声学黑洞内腔11的中空隔声汽车轮罩结构100。

参照图1-图6所示，根据本发明实施例的汽车轮罩结构100可以包括：罩本体10与吸声材料20。

具体而言，罩本体10内形成有声学黑洞内腔11，声学黑洞内腔11将天文物理学中的黑洞概念引入到声振领域，声波进入声学黑洞内腔11后，利用声学黑洞效应实现对于轮胎-路面噪声和空气流动噪声等噪音的汇聚，最终被少量的吸声材料20吸收耗散，从而实现高效隔声。

为更清楚地示出声学黑洞内腔11的具体结构，图2-图6所示的声学黑洞内腔11为不同实施例中声学黑洞内腔11沿图1中A-A线所示截面(即垂直于声学黑洞内腔11的轴线、且经过声学黑洞内腔11的中心的截面)的展开图。

如图3-图6所示，声学黑洞内腔11可以包括第一腔室12和第二腔室13，第二腔室13的一端(例如图3所示的右端)与第一腔室12的一端(例如图3所示的左端)连通。在罩本体10的径向(例如图3中所示的内外方向)上，第一腔室12的彼此相对的两个腔壁的间距为h，第二腔室13的一端彼此相对的两个腔壁的间距为kh

如图2-图6所示，沿远离相连的第二腔室13的方向，该第一腔室12的h可以满足：h(x)＝kh

由此，第一腔室12的空腔厚度向靠近第二腔室13的方向按一定幂指数形式逐渐减小，第一腔室12的彼此相对的两个腔壁一端彼此靠近且另一端彼此远离，以使第一腔室12大体形成为喇叭形且具有大头端和小头端，使得声波在第一腔室12中传播的相速度和群速度也减小，从而实现声波的汇聚。

此外，如图2所示，吸声材料20可以填充于第二腔室13内，即邻近第一腔室12的小头端设置，换言之在声波的高能量密度区域贴合吸声材料20，能够实现声波的吸收，起到减振降噪的目的，减少了车辆行驶过程中的砾石、雨水、泥等撞击造成的噪声，抑制噪声向车内传播，从而优化了车内噪声环境。而且，通过第一腔室12实现能量的汇聚，可以仅在第二腔室13内使用较少的吸声材料20，第一腔室12为空腔结构，减少了吸声材料20的用量，降低了重量和生产制造成本。而且，吸声材料20位于第二腔室13内，能够保证汽车轮罩结构100的平整美观，避免相关技术中在轮罩上方贴合吸声材料而导致车辆的其他部件发生干涉，确保吸声材料20不易发生脱落。

此外，汽车轮罩结构100内形成声学黑洞内腔11，还降低了汽车轮罩结构100的重量，有利于实现车辆的轻量化，且不会损害车轮总成的性能，有利于汽车轮罩结构100的减振降噪的效果。

在一些实施例中，k等于1，如图3与图4所示，在罩本体10的径向上，第一腔室12的彼此相对的两个腔壁中的一个可以为平面，另一个为弧面。例如图3中第一腔室12的内腔壁为平面，以内腔壁的端点为零点，外腔壁沿远离第二腔室13的方向且沿幂指数h(x)＝h

在另一些实施例中，k等于2，如图5与图6所示，在罩本体10的径向上，第一腔室12的彼此相对的两个腔壁均为弧面，以两个腔壁的靠近第二腔室13的一端的中点为零点，两个腔壁均沿远离第二腔室13的方向且沿幂指数h(x)＝h

需要说明的是，在本发明的实施例中，第一腔室12和第二腔室13的排布方向可以根据实际情况灵活设置。例如，在一些实施例中，如图2所示，第一腔室12和第二腔室13可以沿罩本体10的周向(例如图2中所示的左右方向)排布，或者第一腔室12和第二腔室13可以沿罩本体10的轴向(例如图7中所示的前后方向)排布，又或者第一腔室12和第二腔室13可以相对于罩本体10的轴线倾斜任意角度(例如15°、30°、60°等)排布等，可以根据具体的实际情况进行灵活设置，以满足对不同声波的频率的汇聚。

在一些实施例中，吸声材料20可以包括泡沫材料、多孔材料等，质量轻，具有较好的隔音吸音性能。

另外需要说明的是，为便于描述，本发明中“内外方向”、“左右方向”、“前后方向”等方位是基于附图中所示方位关系，而并非对实际应用过程中方位的限定。

在本发明的实施例中，声学黑洞内腔11可以包括多个第一腔室12和多个第二腔室13，多个第一腔室12和多个第二腔室13一一对应地连通，且多个第一腔室12和多个第二腔室13共同构成一个完整的腔室，以提高声学黑洞内腔11的降噪效果。

例如，在一些具体实施例中，如图2所示，声学黑洞内腔11可以包括两个第一腔室12和两个第二腔室13，两个第一腔室12的另一端连通(即两个第一腔室12的大头端相互连通)，两个第二腔室13分别位于两个第一腔室12的彼此远离的一侧。例如图2所示，两个第一腔室12沿左右方向排布，一个第二腔室13(例如位于声学黑洞内腔11左部分)的右端与位于左侧的第一腔室12的左端连通，另一个第二腔室13(例如位于声学黑洞内腔11右部分)的左端与位于右侧的第一腔室12的右端连通，位于左侧的第一腔室12的右端与位于右侧的第一腔室12的左端连通，以形成连通的声学黑洞内腔11。在车辆行驶时产生的声波可以进入声学黑洞内腔11内，在两个第一腔室12中传播，并分别汇聚于两个第二腔室13内，第二腔室13内的吸声材料20可以吸收、耗散汇聚的声波，以起到较好的隔声目的，声波在两个第一腔室12内的汇聚效果更好，确保了更好的降噪效果。

根据本发明实施例的汽车轮罩结构100，通过声学黑洞内腔11包括第一腔室12和第二腔室13，第一腔室12的彼此相对的两个腔壁的间距h满足：h(x)＝kh

在一些实施例中，声学黑洞内腔11可以为轴对称结构，有利于增加隔声与吸声的宽频效果，使降噪的效果更好，且结构简单，便于罩本体10的加工制造。

例如，如图2所示，声学黑洞内腔11可以关于罩本体10的轴向截面(例如图2中C-C线所示截面)对称，例如声学黑洞内腔11包括对称设置两个第一腔室12和两个第二腔室13。再例如，如图5与图6所示，声学黑洞内腔11可以关于罩本体10的周面(例如图2中B-B线所示的截面)对称，例如第一腔室12彼此相对的的两个腔壁对称设置，第二腔室13的两个腔壁也对称设置。

在一些实施例中，如图2所示，声学黑洞内腔11可以形成为中心对称结构，使得声学黑洞内腔11能够进一步增加隔声与吸声的宽频效果，降噪效果更佳。

在本发明的一些实施例中，第二腔室13沿罩本体10的径向彼此相对的两个腔壁结构可以根据实际情况灵活设置。

在一些实施例中，第二腔室13的两个腔壁的间距向靠近第一腔室12的方向递增。例如，第二腔室13的两个腔壁的间距为y，沿靠近第一腔室12的方向，y满足：y(x)＝kh

在另一些实施例中，如图2所示，第二腔室13沿罩本体10的径向彼此相对的两个腔壁的间距处处相等，且第二腔室13沿罩本体10的径向彼此相对的两个腔壁的间距可以为kh

根据本发明的一些实施例，如图2所示，声学黑洞内腔11还包括第三腔室14，第三腔室14与第一腔室12的另一端(即远离第二腔室13的一端)连通，以使第三腔室14与第一腔室12连通，避免了在第一腔室12的另一端出现应力集中的情况，确保了罩本体10的结构强度好，且第三腔室14沿罩本体10的径向彼此相对的两个腔壁的间距处处相等，有利于加工制造，且能够增强声学黑洞内腔11的汇聚效果，使得隔声效果更好。

在声学黑洞内腔11包括两个第一腔室12与两个第二腔室13的实施例中，如图2所示，两个第一腔室12可以与同一个第三腔室14连通，或者声学黑洞内腔11可以包括两个第三腔室14，两个第一腔室12分别可以与两个第三腔室14连通，且两个第三腔室14彼此连通。均可以避免两个第一腔室12相连的连接处出现应力集中、连接处出现结构刚度差的情况，确保罩本体10具有较好的结构强度。

轮胎-路面噪声的低频成分占比比较大，而相关技术中在轮罩上方贴合吸声材料的方式对于低频带噪音吸声、隔音能力差，噪音控制能力不足。而在本发明的一些实施例中，如图1所示，声学黑洞内腔11可以为多个(大于等于两个)。其中，至少两个声学黑洞内腔11沿罩本体10的周向错开，以使多个声学黑洞内腔11可以在罩本体10周向上覆盖更大范围，能够增强对低频带噪音的吸声与隔声效果，实现降噪的需求。或者，至少两个声学黑洞内腔11可以沿罩本体10的轴向错开，以在罩本体10的轴向上覆盖更大范围，能够增强在低频下的吸声与隔声效果，再或者，多个声学黑洞内腔11可以沿罩本体10的周向与轴向错开，以进一步提高降噪的效果。

根据本发明的一些实施例，如图7和图8所示，多个声学黑洞内腔11可以阵列分布，使多个声学黑洞内腔11可以对车辆在行驶中产生的各种低频噪声都具有良好的吸收效果，有效解决相关技术中低频噪音吸声效率低的问题。例如，多个声学黑洞内腔11可以形成轴向阵列、矩形阵列、品字阵列等，或者多个声学黑洞内腔11可以具有上述多种阵列，能够实现全向能量的汇聚与耗散，具有更好的降噪效果。

在本发明的一些实施例中，如图2-图6所示，第一腔室12的一端与另一端的间距为x

对于不同汽车轮罩结构100而言，声学黑洞内腔11的数量、排布方式、参数取值等也可以不相同，以满足不同车型等实际降噪需求。在一些实施例中，不同的声学黑洞内腔11的第二腔室13或第三腔室14的结构尺寸可以不相同，根据噪声的频带范围或者汽车轮罩结构100的实际情况进行灵活的设置，以满足不同车型的不同需求。

在一些实施例中，根据不同的噪声频带范围，多个不同的声学黑洞内腔11可以阵列分布，以得到异质声学黑洞内腔11阵列，能够在车辆行驶时，对产生的噪声进行高效抑制，从而具有更好的隔声效果。

在一些实施例中，如图1、图2、图7与图8所示，罩本体10可以包括内层罩101和外层罩102，内层罩101的内表面与外层罩102的外表面相连，内层罩101设有凹槽，且外层罩102盖封凹槽的槽口，以形成声学黑洞内腔11，提高了声学黑洞内腔11的结构强度，且罩本体10为分体件方便成型，且便于吸声材料20的安装。声波进入声学黑洞内腔11后利用声学黑洞效应实现汇聚，最终被吸声材料20吸收耗散，实现高效隔声。此外，内层罩101设有凹槽，能够去除原结构的部分材料，降低了汽车轮罩结构100的重量，有利于实现车辆的轻量化。

当然，凹槽也可以设于外层罩102，具体地，外层罩102设有凹槽，且内层罩101盖封凹槽的槽口以限定出声学黑洞内腔11，这也在本发明的保护范围之内。

在一些实施例中，如图2-图8所示，内层罩101可以设有第一凹槽31，外层罩102可以设有第二凹槽32，第一凹槽31与第二凹槽32相对设置，以使第一凹槽31与第二凹槽32构成声学黑洞内腔11，使得声学黑洞内腔11可以更大，更便于对声波的汇聚，从而起到更好的降噪效果。

在一些实施例中，如图7与图8所示，内层罩101的厚度(即内表面与外表面的间距)为H1，外层罩102的厚度为H2，H1、H2均可以根据实际情况进行灵活设置，以满足对不同汽车轮罩结构100的需求。

在一些实施例中，内层罩101和外层罩102可以为塑料板，塑料板的抗压性能和弯曲性能较好，不容易变形，加工工艺简单、质量轻，有利于实现车辆的轻量化，降低生产成本。

在一些实施例中，内层罩101和外层罩102可以通过注塑成型，尺寸稳定，易于实现自动化，生产效率高，产品一致性好，适合大批量生产。

在一些实施例中，内层罩101和外层罩102可以通过铆接、卡扣、粘接等方式连接，以使内层罩101和外层罩102连接效果好，确保能够盖封凹槽的槽口以形成声学黑洞内腔11，连接结构简单，连接稳固。

根据本发明实施例的汽车轮罩结构100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“具体实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。