可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构及车辆

本发明涉及车辆，特别是涉及一种可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构及车辆。

背景技术：

1、汽车的振动与噪声直接影响驾乘人员的舒适性，从而影响汽车的品质。汽车噪声的来源主要在车身外部，具体包括动力系统噪声振动源、轮胎/路面噪声振动源和源自风激励的噪声振动源三大噪声振动源。噪声会通过空气声传播、结构声传播两个途径传递至车内。其中轮胎/路面噪声的结构声，是指汽车轮胎受路面激励，振动经底盘系统传递至车身，从而引起车身板件振动产生噪声，频率主要集中在20-500hz的较宽范围，是传统燃油汽车较为突出在噪声之一，但是电动汽车由于缺少发动机噪声的掩隐效应，所以在中低频范围内，轮胎/路面噪声的对电动汽车的影响更加明显，急需解决。轮胎/路面噪声的结构声传播主要是经车轮、轮毂后由前后悬架系统与副车架进行传递。有研究对轮胎/路面噪声在悬架系统中的传递路径进行了分析，结果表明不同路面条件下以一定速度行驶时，对几个噪声峰值贡献较大的传递路径主要为减振器、悬架螺旋弹簧等，而各种连杆摆臂等路径的贡献量相对较小。所以有必要针对悬架弹簧进行优化，抑制轮胎/路面噪声的结构声传播。

2、电机噪声也会对驾乘人员的舒适度造成影响，特别是电动汽车的轮毂电机等低速直驱电机，轮毂电机体积小、转矩高，且电机径向电磁力密度高，振速快，电磁噪声也更大，并且主要集中在500-8000hz的较宽且高频的频带范围内。对于电驱系统噪声特别是轮毂电机噪声的结构声，类似的也会通过车轮系统后由前后悬架系统与副车架传递至车身，而螺旋弹簧也是其重要的传递路径之一。所以有必要针对悬架弹簧进行优化，抑制轮毂电机噪声的结构声传播。

3、现有的技术主要是从车轮、悬架、副车架等角度进行设计，以抑制轮胎/路面噪声与轮毂电机噪声的结构声传播。有技术在车轮中增加亥姆霍兹共振腔，即在轮辐与轮辋连接部位内部布置亥姆霍兹共振器，实现了对200hz左右的胎腔共振噪声的有效抑制，但只是对200hz左右的胎腔共振噪声的抑制较为有效，然而针对其他频段的轮胎/路面噪声的抑制不明显。有技术在悬架系统上增加动力吸振器，即在后悬架的某一连接轴套处增加动力吸振器，改变悬架的模态频率，避免与轮胎声腔模态共振，减少车内噪声。但是只是针对某一频率的有抑制效果，并且增加金属材质的动力吸振器，其轻量化水平较差。有技术在副车架上增加声子晶体梁结构，实现了较好的副车架的减振作用，抑制结构声在副车架内的传播。但是针对传递中的另一重要路径即悬架系统的传播没有作用。在悬架弹簧上增加金属层能够利用阻抗突变一定程度上抑制高频结构声的传播，效果有限。有技术通过在悬架螺旋弹簧的原有均匀弹簧上增加金属层，实现对高频振动噪声的抑制；还有技术通过在原有均匀弹簧上增加不同形状的局域共振单元，实现对中低频轮胎/路面噪声的抑制。但是所抑制的频段范围较窄。

4、现有的针对轮胎/路面噪声与轮毂电机噪声抑制的技术主要集中在车轮、副车架方面，针对悬架系统进行噪声传播抑制的技术较少，也未见针对悬架螺旋弹簧结构的宽频域高性能的噪声传播抑制技术，而悬架弹簧结构是轮胎/路面噪声与轮毂电机噪声向车内传播的重要环节，故可在该结构上采取更加合理的噪声抑制措施，以更加高效地抑制宽频域的结构声的传播。

技术实现思路

1、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可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构及车辆，可以高效地抑制宽频域的结构声的传播，达到抑制宽频噪声通过悬架系统向车内传播，增加驾乘人员的舒适度，提升车辆的品质。

2、本发明第一方面提出了一种可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构，用于车辆上，包括：

3、声学黑洞螺旋弹簧，所述声学黑洞螺旋弹簧的任意径向截面为圆形，所述声学黑洞螺旋弹簧包括声学黑洞弹簧主体，所述声学黑洞弹簧主体具有呈周期性分布的多个声学黑洞弹簧结构。

4、由于所述声学黑洞螺旋弹簧的所述声学黑洞弹簧主体具有呈周期性分布的多个所述声学黑洞弹簧结构，可使弹性波的振动能量汇聚，并通过周期性阻抗失配设计，可以进一步操控宽频范围内的波，进而实现宽频范围内的减振降噪。因此，本发明第一方面实施例的可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构，通过对多个所述声学黑洞弹簧结构参数与位置的设计，可以衰减各个频段的轮胎/路面噪声与轮毂电机噪声，实现不同范围的振动的抑制，以达到降低特定的宽频范围的轮胎/路面噪声与轮毂电机噪声向车身传播的效果，对于汽车行驶中产生的噪声具有良好的抑制效果，增加驾乘人员的舒适度，提升车辆的品质。

5、在一些实施例中，每个所述声学黑洞弹簧结构包括两个按特定幂律变化逐渐减小的变线径部分，其中，两个所述变线径部分的最大线径端彼此远离，且两个所述变线径部分的最小线径端彼此临近。

6、在一些实施例中，每个所述声学黑洞弹簧结构还包括均匀线径部分和残余线径部分；所述均匀线径部分有两个，两个所述均匀线径部分的一端对应地与两个所述变线径部分的最大线径端相连，两个所述均匀线径部分的径向尺寸对应地与两个所述变线径部分的最大线径端的径向尺寸相同；所述残余线径部分连接于两个所述变线径部分的最小线径端之间，所述残余线径部分的径向尺寸与两个所述变线径部分的最小线径端的径向尺寸相同。

7、在一些实施例中，所述残余线径部分满足所述声学黑洞螺旋弹簧的轴向承载性能。

8、在一些实施例中，所述声学黑洞螺旋弹簧上的均匀线径部分和残余线径部分的分布要求保证所述声学黑洞螺旋弹簧承载的轴向稳定性。

9、在一些实施例中，所述声学黑洞螺旋弹簧上的均匀线径部分和残余线径部分在所述声学黑洞螺旋弹簧的环向上交错均布。

10、在一些实施例中，所述声学黑洞螺旋弹簧还包括两个固定部分，两个所述固定部分分别对应地位于所述声学黑洞弹簧主体的两端处，且两个所述固定部分的一端分别对应地与所述声学黑洞弹簧主体的两端相连。

11、在一些实施例中，两个所述固定部分的径向尺寸均不小于所述均匀线径部分的径向尺寸。

12、在一些实施例中，还包括弹簧挡盘和弹簧支座，所述弹簧挡盘与两个所述固定部分中的一个所述固定部分固定，所述弹簧支座与两个所述固定部分中的另一个所述固定部分固定。

13、本发明第二方面提出了一种车辆。

14、根据本发明第二方面实施例的车辆，包括本发明第一方面任意一项实施例的可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构。

15、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。

技术特征：

1.一种可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构，其特征在于，用于车辆上，包括：

2.根据权利要求1所述的可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构，其特征在于，每个所述声学黑洞弹簧结构包括两个按特定幂律变化逐渐减小的变线径部分，其中，两个所述变线径部分的最大线径端彼此远离，且两个所述变线径部分的最小线径端彼此临近。

3.根据权利要求2所述的可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构，其特征在于，每个所述声学黑洞弹簧结构还包括均匀线径部分和残余线径部分；所述均匀线径部分有两个，两个所述均匀线径部分的一端对应地与两个所述变线径部分的最大线径端相连，两个所述均匀线径部分的径向尺寸对应地与两个所述变线径部分的最大线径端的径向尺寸相同；所述残余线径部分连接于两个所述变线径部分的最小线径端之间，所述残余线径部分的径向尺寸与两个所述变线径部分的最小线径端的径向尺寸相同。

4.根据权利要求3所述的可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构，其特征在于，所述残余线径部分满足所述声学黑洞螺旋弹簧的轴向承载性能。

5.根据权利要求3所述的可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构，其特征在于，所述声学黑洞螺旋弹簧上的均匀线径部分和残余线径部分的分布要求保证所述声学黑洞螺旋弹簧承载的轴向稳定性。

6.根据权利要求5所述的可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构，其特征在于，所述声学黑洞螺旋弹簧上的均匀线径部分和残余线径部分在所述声学黑洞螺旋弹簧的环向上交错均布。

7.根据权利要求3、5或6所述的可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构，其特征在于，所述声学黑洞螺旋弹簧还包括两个固定部分，两个所述固定部分分别对应地位于所述声学黑洞弹簧主体的两端处，且两个所述固定部分的一端分别对应地与所述声学黑洞弹簧主体的两端相连。

8.根据权利要求7所述的可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构，其特征在于，两个所述固定部分的径向尺寸均不小于所述均匀线径部分的径向尺寸。

9.根据权利要求7所述的可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构，其特征在于，还包括弹簧挡盘和弹簧支座，所述弹簧挡盘与两个所述固定部分中的一个所述固定部分固定，所述弹簧支座与两个所述固定部分中的另一个所述固定部分固定。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构。

技术总结
本发明公开了一种可抑制结构噪声传播的声学黑洞螺旋弹簧结构及车辆。其中，该声学黑洞螺旋弹簧结构用于车辆上，包括：声学黑洞螺旋弹簧。所述声学黑洞螺旋弹簧的任意径向截面为圆形，所述声学黑洞螺旋弹簧包括声学黑洞弹簧主体，所述声学黑洞弹簧主体具有呈周期性分布的多个声学黑洞弹簧结构。本发明可以高效地抑制宽频域的结构声的传播，达到抑制宽频噪声通过悬架系统向车内传播，增加驾乘人员的舒适度，提升车辆的品质。

技术研发人员：刘献栋,姚政成,鲍岳,单颖春,何田
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15