一种充气轮胎噪音消声装置

本发明涉及一种降低轮胎空腔共振噪声的噪音消声装置，更特别的说，尤其是用于充气轮胎的噪音消声装置。

背景技术：

随着科学技术的进步，汽车工业的发展，车辆发动机的噪声得到有效的改善，因此轮胎噪声在车辆噪声中所占比随之增加，轮胎的空腔共振是轮胎噪声产生的重要机制。

轮胎空腔共振噪声是指由于路面不平而在轮胎内部的圆形空腔内产生共振，致使车轮产生振动，该振动经由悬架传递至车身时在车厢内产生噪声。具体的是指在轮胎运动过程中，会在150hz到300hz之间产生极大的峰值，空腔共振噪声的起源是轮胎内部的一阶共振现象。

为了降低轮胎空腔共振噪声，已有相关技术的车轮共振器为亥姆霍兹共振器，根据亥姆霍兹共振器原理将共振管安装在轮辋上，以减轻轮胎空腔产生共鸣音的方式改善空腔共振噪声，具体是将亥姆霍兹共振器安装在车轮的轮辋上，其狭窄颈部开口连通轮胎空腔。但是，相关技术存在如下问题：

1、当亥姆霍兹共振器消除噪声时，需要改变亥姆霍兹共振器的体积或颈部的尺寸大小并且需要多个不同尺寸的亥姆霍兹共振器一起使用，其结构复杂，实际应用中难以制造。

2、由单个亥姆霍兹共振管构成共振器并不能很好地消除宽频噪声，但将多个亥姆霍兹共振管的组合的共振器或者多个共振器安装在轮辋上时很难保证车轮的平衡。

技术实现要素：

本发明是为了避免上述现有技术存在的不足，提供一种充气轮胎噪音消声装置，在消声效果差别不大的情况下，使共振器结构更简单，实用性更强，并能更好的实现宽频降噪效果。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明充气轮胎噪音消声装置的特点是：在由轮胎和轮辋构成的环形轮胎空腔中设置共振器；所述共振器是由数个呈圆弧形的管腔并联排布构成；在各管腔中各设置一道挡板，由所述挡板将管腔分为前后两段，一段是消声管段，所述消声管段是一端开口一端封闭的四分之一波长管；另一段是平衡管段，所述平衡管段为两端封闭的腔体；在所述共振器的两侧分别设置有凸榫，利用所述凸榫将共振器安装轮辋上。

本发明充气轮胎噪音消声装置的特点也在于：所述共振器为两个相对位置上的共振器，分别是第一共振器和第二共振器，所述第二共振器的位置由第一共振器绕轮轴旋转180°得到；所述第一共振器设定为，具有针对共振频率和轮胎空腔共振频率相同的声音的消声特性，所述第二共振器设定为，具有针对共振频率在轮胎空腔共振频率两侧的声音的消声特性，所述第一共振器为并联排布的两个管腔，均设置为共振频率与轮胎空腔共振频率相同；所述第二共振器为并联排布的两个管腔，一一对应设置为，共振频率较之轮胎空腔共振频率低5～15hz，以及共振频率较之轮胎空腔共振频率高5～15hz。

本发明充气轮胎噪音消声装置的特点也在于：所述共振器的宽度小于轮辋宽度。

本发明充气轮胎噪音消声装置的特点也在于：在所述共振器中，各管腔的弧长均相同，所述管腔弧长为消声管段和平衡管段弧长之和；各管腔的截面面积相等，截面形状相同或不相同；所述四分之一波长管的弧长小于管腔弧长；所述管腔的内径为10mm～30mm；所述管腔的壁厚为1mm～3mm；所述管腔的弧长为轮辋周长的25％～50％。

本发明充气轮胎噪音消声装置的特点也在于：在所述共振器中：所述挡板与管腔一体成型。

本发明充气轮胎噪音消声装置的特点也在于：包括挡板和两侧凸榫在内的共振器为塑料制品。

本发明充气轮胎噪音消声装置的特点也在于：所述共振器在沿其弧长方向上以40mm～280mm的间隔等间隔设置。

与现有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明的充气轮胎噪音消声装置中的共振器是由两个管腔并联排布组成，从而代替传统的亥姆霍兹共振器，在轮胎轮辋圆周上可以等距离安装数个共振器，调节挡片的位置使不同管腔的共振频率对应轮胎不同的共振频率，使之能最大程度的实现宽频降噪并且保证轮胎的平衡；

2、本发明中的共振器一侧通过侧边的凸榫与轮辋上的凹槽紧密配合，另一侧通过凸榫和螺钉固定在轮辋上，使共振器在保持车轮平衡的同时牢固地安装在车轮上，能有效避免共振器从轮辋上脱离；

3、本发明中的共振器管腔内的挡板可以根据不同的车轮尺寸制造不同的位置，适应性强。

附图说明

图1为本发明中安装有共振器的轮毂示意图；

图2为本发明中共振器结构示意图；

图3为本发明中共振器立体线图；

图4为本发明中共振器与轮辋间安装结构图；

图5a为具有方形截面的共振器管腔；

图5b为具有椭圆形状截面的共振器管腔；

图6为仿真获得的三种模型的频谱。

图中标号：1共振器，1a第一共振器，1b第二共振器，2管腔，2a第一共振器右侧管腔，2b第一共振器左侧管腔，2c第二共振器左侧管腔，2d第二共振器右侧管腔，3凸台，4轮辋，5轮辋右侧凹槽，6轮辋左侧凹槽，7轮毂，8凸起，9螺孔，10挡板。

具体实施方式

本实施例中充气轮胎噪音消声装置是在由轮胎和轮辋构成的环形轮胎空腔中设置共振器。

参见图1、图2、图3和图4，共振器1由数个呈圆弧形的管腔2并联排布构成；在各管腔2中各设置一道挡板10，如图3所示，由挡板10将管腔2分为前后两段，一段是消声管段，消声管段是一端开口一端封闭的四分之一波长管；另一段是平衡管段，平衡管段为两端封闭的腔体；如图4所示，在共振器1的两侧分别设置有凸榫，利用凸榫将共振器1安装轮辋4上。

本实施例中将共振器1设置为两个相对位置上的共振器，分别是第一共振器和第二共振器，第二共振器的位置由第一共振器绕轮毂7的轮轴旋转180°得到；为了实现安装，各共振器1的宽度应小于轮辋4的宽度。

关于各共振器的消声特性的设置：

本实施例中将第一共振器设定为具有针对共振频率和轮胎空腔共振频率相同的声音的消声特性，第一共振器为并联排布的两个管腔，均设置为共振频率与轮胎空腔共振频率相同；将第二共振器设定为具有针对共振频率在轮胎空腔共振频率两侧的声音的消声特性；第二共振器为并联排布的两个管腔，一一对应设置为，共振频率较之轮胎空腔共振频率低5～15hz，以及共振频率较之轮胎空腔共振频率高5～15hz。

关于各管腔的参数设置：

本实施例中设置各管腔的弧长均相同，管腔弧长为消声管段和平衡管段弧长之和；各管腔的截面面积相等，截面形状相同或不相同；四分之一波长管的弧长应小于管腔弧长；管腔的内径为10mm～30mm；管腔的壁厚为1mm～3mm；管腔的弧长为轮辋周长的25％～50％；共振器在沿其弧长方向上以40mm～280mm的间隔等间隔设置；管腔的数量和尺寸依据轮胎空腔共振频率和对应的共振峰值而决定，不同的参数设置的共振器用于消除相应的不同频率范围的空腔共振噪声，单个或多个共振器等距离的安装在轮辋外表面上能够有效实现宽频降噪。

关于共振器的制作：

共振器可以是轻质塑料制品，比如以热塑性轻质通用塑料聚丙烯为材质，具有良好的耐化学性和耐热性，具有高强度的机械性能，保证安装和使用可靠，不发生断裂，将挡板10与管腔2一体成型，为整体结构。

图1所示的第一共振器中两个并联空腔分别为第一共振器右侧管腔2a和第一共振器左侧管腔2b，第二共振器中两个并联空腔分别为第二共振器左侧管腔2c和第二共振器右侧管腔2d；其中，第一共振器中两个并联管腔的共振频率均与轮胎空腔共振频率相同，记为f0，第二共振器左侧管腔2c的共振频率f1低于轮胎空腔共振频率5～15hz；第二共振器右侧腔2d的共振频率f2高于轮胎空腔共振频率5～15hz，即：f1<f0<f2；在共振器中设置多管腔能够更进一步加宽降噪频带。

图4所示为共振器1与轮辋4之间的安装结构：在共振器1的两侧对称设有凸台3，在各凸台3上分别设置突起8，形成凸榫；在轮毂7上、分处在轮辋4的两侧、与各凸榫相对应的位置处一一对应设置轮辋右侧凹糟5和轮辋左侧凹槽6，将凸榫嵌设在凹槽中进行定位。图3还示出了在凸榫中设置螺孔9，对应位置的轮辋表面也同样设置螺孔，利用螺孔和螺然将共振器在轮辋表面进行固定。

由挡板10分隔的消声管段即四分之一波长管用于降低噪声，平衡管段起着平衡作用，消声管段的长度与平衡管段的长度之和为管腔的长度，这样可以保证共振器中管腔的长度相同，以便于制造、安装，同时可以保证轮胎的平衡；由于共振频率fn的表达式为：

其中，c为管中空气声速；d为波长管内径，x为修正系数；

l为波长管长度，即四分之一波长管长度，其与挡板在管腔中的位置相关；

因此，依据共振频率fn的确定挡板的位置。

图5a所示为具有方形截面的共振器管腔，图5b所示为具有椭圆形状截面的共振器管腔，在保证管腔截面面积的情况下，管腔截面形状不影响宽频降噪效果。

仿真对比：

为了验证本发明技术方案的有效性，建立了三种对比方案，第一种方案是未安装本发明中共振器的车轮，第二种方案是安装了第一共振器的车轮，第三种方案是安装了第一共振器和第二共振器的车轮。

仿真使用的充气轮胎尺寸为205/55r16；

图4所示，设置共振器中管腔外径d1为22mm，管腔内径d2为20mm；

图1所示，在轮辋上安装两个共振器，分别是第一共振器1a和第二共振器1b，其中第一共振器1a中的第一共振器右侧管腔2a和第一共振器左侧管腔2b并联排布，第二共振器1b中的第二共振器左侧管腔2c和第二共振器右侧管腔2d并联排布。

设置各管腔尺寸：

第一共振器1a和第二共振器1b的弧长l均为600mm，其中：

第一共振器右侧管腔2a中消声管段弧长l1为402mm，平衡管段弧长l2为198mm；

第二共振器左侧管腔2b中消声管段弧长l1为402mm，平衡管段弧长l2为198mm；

第二共振器左侧管腔2c中消声管段弧长l1为435.5mm，平衡管段弧长l2为164.5mm；

第二共振器右侧管腔2d中消声管段弧长l1为372.6mm，平衡管段弧长l2为227.4mm。

图6示出了仿真获得的三种模型的频谱对比，图6中曲线a为未安装本发明中共振器的轮胎空腔模型的声压级频率响应曲线；曲线b为安装第一共振器1a的轮胎空腔模型的声压级频率响应曲线；曲线c为安装第一共振器1a和第二共振器1b的轮胎空腔模型的声压级频率响应曲线。由图6可见，曲线a所示未安装共振器的频谱对应的空腔一阶频率为212hz，相应的声压级幅值为119.45db，曲线b所示安装第一共振器1a的轮胎空腔模型的频谱存在两个峰值，第一峰值的频率为199hz，对应的峰值为113.76db，第二峰值的频率为221hz，对应的峰值为113.85db。曲线c所示安装第一共振器1a和第二共振器1b的轮胎空腔模型的频谱存在四个峰值，第一峰值的频率为189hz，对应的峰值为109.4db，第二峰值的频率为201hz，对应的峰值为108.51db，第三峰值的频率为218hz，对应的峰值为108.24db，第四峰值的频率为231hz，对应的峰值为107.65db。

通过三种情况对比可见，本发明装置能够将空腔的一阶共振峰分为两个小峰或者四个小峰且每个小峰值都低于空腔一阶共振峰值，能够很好地将空腔共振噪声所集中的能量分散；据此，并联布置多个针对不同峰值频率的管腔组成的共振器，理论上可以在宽频上无限降低噪声，最终处于一个较低的水平。在实际应用中，在不占用轮辋太大面积和增加轮胎太多重量的情况下可以多个并联排布使用，能够使轮胎空腔共振噪声的能量在较宽频段内有所降低，达到很好的宽频降噪的目的。