CN110080856B - 噪音调节装置及具有其的汽车 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车消音技术领域，具体涉及一种噪音调节装置及具有其的汽车。该噪音调节装置包括：壳体，所述壳体具有进气口和排气口；至少一个扩张腔，所述至少一个扩张腔设于所述壳体的内部并与所述进气口连通；至少一个谐振腔，所述至少一个谐振腔设于所述壳体的内部；至少一个阻性腔，所述至少一个阻性腔设于所述壳体的内部并与所述排气口连通，所述至少一个阻性腔还能够与至少一个扩张腔相连通；中间管，所述中间管用于连通所述至少一个谐振腔和所述至少一个扩张腔。本发明通过扩张腔、谐振腔、阻性腔的配合消音能够在发动机全转速范围内改善汽车的声品质，满足消费者对排气噪声动力感或运动感等个性化需求。

Description

噪音调节装置及具有其的汽车

技术领域

本发明属于汽车降噪技术领域，特别是涉及一种噪音调节装置及具有其的汽车。

背景技术

声品质是指在特定的技术目标或任务内涵中声音的适宜性。汽车声品质就是在满足人和环境的要求的汽车产品声音。噪声控制不仅是消极被动地降低噪声的声压级，而且是能够根据顾客的主观感受，通过合理有效的措施，使产品的噪声听上去不仅仅安静，而且尽可能的悦耳，甚至调节噪声至理想状态，使不同的产品有各自独特的声音特性。改善汽车的声品质，提高消费者对噪声的主观满意度已经成为汽车制造商和工程技术人员关注的焦点。

排气噪声是汽车的主要噪声源之一，其声品质对整车的声品质有重要影响，因此必须对排气声品质予以严格控制。此外，排气声品质控制不单要降低噪声声压级，更要能够调节噪声的频率特性，尤其是有效控制排气噪声中的低频阶次特性，满足消费者对整车声品质的个性化要求。现有技术一般通过控制阀的通断，实现高速和低速两种模式下的声音特性。但是，随着发动机转速的变化，排气噪声存在多个频率特性，仅两种模式是不足以有效控制排气声品质的；另外，现有技术也不能实现对排气噪声各阶次能量分布的调节。

发明内容

本发明的目的至少解决现有的汽车消音器难以有效控制排气声品质的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种噪音调节装置，包括：

壳体，所述壳体具有进气口和排气口；

至少一个扩张腔，所述至少一个扩张腔设于所述壳体的内部并与所述进气口连通；

至少一个谐振腔，所述至少一个谐振腔设于所述壳体的内部；

至少一个阻性腔，所述至少一个阻性腔设于所述壳体的内部并与所述排气口连通，所述至少一个阻性腔还能够与至少一个扩张腔相连通；

中间管，所述中间管用于连通所述至少一个谐振腔和所述至少一个扩张腔。

本发明提供的噪音调节装置通过至少一个扩张腔可以调整中频段能量配比，消除中频噪声，通过至少一个阻性腔可以吸音消除高频噪声，使得阶次噪声更加凸显，通过调节中间管***到至少一个谐振腔内的长度尺寸，可以调节谐振腔的消音频率，调整排气噪声各阶次能量配比，降低低频成分的噪声；该噪音调节装置通过扩张腔、谐振腔和阻性腔等多个腔室的配合消音使产品的噪声听上去不仅仅安静，而且尽可能的悦耳，甚至调节噪声至理想状态，使不同的产品有各自独特的声音特性，在发动机全转速范围内改善汽车的声品质，满足消费者对排气噪声动力感或运动感等个性化需求。

另外，根据本发明提供的上述噪音调节装置，还可具有以下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述至少一个扩张腔、所述至少一个谐振腔以及所述至少一个阻性腔通过设置在所述壳体内的隔板分隔形成。

在本发明的一些实施例中，所述至少一个扩张腔的数量为两个，包括沿排气运动方向依次连通布置的第一扩张腔和第二扩张腔，所述第一扩张腔的内部设有进气内管，所述进气内管的一端与所述进气口连通，所述进气内管的另一端与所述第二扩张腔相连通，所述进气内管的侧壁上沿周向方向均布有多个第一穿孔。

在本发明的一些实施例中，所述至少一个谐振腔的数量为三个，包括与所述第一扩张腔分别连通的第一谐振腔和第二谐振腔以及与所述第二扩张腔连通的第三谐振腔，所述第一谐振腔与所述第一扩张腔之间通过第一中间管连通，所述第二谐振腔与所述第一扩张腔之间通过第二中间管连通，所述第三谐振腔与所述第二扩张腔之间通过第三中间管连通。

在本发明的一些实施例中，所述至少一个阻性腔的数量为一个。

在本发明的一些实施例中，所述中间管为可伸缩套管，所述可伸缩套管包括外筒以及同轴套设在所述外筒内的内筒，所述内筒能够沿所述外筒的轴线方向往复直线移动伸出或伸入所述外筒，从而调节所述中间管的长度。

在本发明的一些实施例中，所述阻性腔的内部设有排气内管，所述排气内管的一端与所述排气口连通，所述排气内管的另一端与所述第二扩张腔连通，所述排气内管的侧壁上沿周向方向均布有多个第二穿孔。

在本发明的一些实施例中，所述噪音调节装置还具有控制器和执行器，所述控制器与所述执行器电连接，所述控制器能够控制所述执行器调整所述中间管***至所述至少一个谐振腔的内部的长度。

在本发明的一些实施例中，所述阻性腔内设有用于吸收高频段噪声的阻性材料。

本发明的第二方面提出了一种汽车，具有上述的噪音调节装置，所述噪音调节装置的所述进气口与所述汽车的发动机的排气歧管连接。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的噪音调节装置的结构示意图；

附图中各标号表示如下：

1-壳体、101-进气口、102-排气口；

21-第一扩张腔、22-第二扩张腔；

31-第一谐振腔、32-第二谐振腔、33-第三谐振腔；

4-阻性腔；

51-第一隔板、52-第二隔板、53-第三隔板、54-第四隔板、55-第五隔板；

61-第一中间管、62-第二中间管、63-第三中间管；

7-控制器；8-执行器；

20-进气管、30-排气管、201-进气内管、301-排气内管。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

排气噪声是发动机噪声中最主要的噪声源，其噪声一般要比发动机整机噪声高出10～15dB(A)。发动机排气属高温(800～1000D)、高压气体。排气过程一般分为两个阶段，即自由排气阶段和强制排气阶段，发动机废气从排气门高速冲出，沿着排气歧管进入消声装置，最后从排气尾管排入大气，在这一过程中产生了宽频带的排气噪声。

排气声品质对汽车声品质有重要的影响。汽车排气噪声包含着大量的阶次信息，能量主要分布在发动机的发火阶次及谐波阶次(如四缸四冲程发动机的发火及谐波阶次成分为2、4、6……阶，六缸四冲程发动机的发火及谐波阶次成分为3、6、9……阶)，而且随着发动机转速的变化，发火阶次和谐波阶次对应的频率会相应的发生变化。排气声品质可定量描述如下：

SQ＝α×Order+β×Tonality+λ×SPL+γ×Speed+τ

式中，α、β、λ、γ、τ为系数项；Order表示排气噪声的主要阶次成分；Tonality表示排气噪声的音调度；SPL表示排气噪声的总体声压级；Speed表示发动机的转速。根据上述公式，排气声品质控制的实质是控制排气噪声在低频、中频、高频段的能量分布，以及主要分布在低频段的各阶次成分的能量分布。

图1为本发明一实施例的噪音调节装置的结构示意图(图中箭头方向为排气流向)。如图1所示，根据本发明的实施方式提出了一种噪音调节装置，包括壳体1以及设置于壳体1内的至少一个扩张腔、至少一个谐振腔、至少一个阻性腔4和中间管，壳体1具有进气口101和排气口102，至少一个扩张腔与进气口101连通，至少一个阻性腔4与排气口102连通，至少一个阻性腔4还能够与至少一个扩张腔相连通，中间管用于连通至少一个谐振腔和至少一个扩张腔。

本发明提供的噪音调节装置通过至少一个扩张腔可以调整中频段能量配比，消除中频噪声，通过至少一个阻性腔可以吸音消除高频噪声，使得阶次噪声更加凸显，通过调节至少一个谐振腔的尺寸，可以调节谐振腔的消音频率，调整排气噪声各阶次能量配比，降低低频成分的噪声；该噪音调节装置通过扩张腔、谐振腔和阻性腔等多个腔室的配合消音使产品的噪声听上去不仅仅安静，而且尽可能的悦耳，甚至调节噪声至理想状态，使不同的产品有各自独特的声音特性，在发动机全转速范围内改善汽车的声品质，满足消费者对排气噪声动力感或运动感等个性化需求。另外，设置有多个腔室增加了排气时的气流路径，使气流的流速减缓，缓慢排出，进一步优化排气减噪效果。

在本发明的一些实施例中，至少一个扩张腔的数量为两个，包括沿排气运动方向依次连通布置的第一扩张腔21和第二扩张腔22，第一扩张腔21的内部设有进气内管201，进气内管201的一端与进气口101连通，进气内管201的另一端与第二扩张腔22相连通，进气内管201的侧壁上沿周向方向均布有多个第一穿孔，进气内管201内的气流能够穿过第一穿孔进入第一扩张腔21。

进气管20位于第一扩张腔21内的部分(进气内管201)设有第一穿孔形成微穿孔消音结构，当排气气流进入噪音调节装置时，气流随进气管20进入并通过进气内管201侧壁上的第一穿孔入第一扩张腔21，气流进入第一扩张腔21后扩散，消耗气体能量并降低噪声。

由于第一扩张腔21的截面大于进气管20的截面，气流截面的突变导致声波的特性发生变化，一部分入射波就会被反射回原来的声源，抑制声波的向外传播，而起到消声作用，使得噪声得到一定程度的衰减。理论上，截面突变越明显，噪声扩张比就越大，消声效果也就越明显，因此，沿气流方向在第一扩张腔21的下游设置截面积更大的第二扩张腔22能够进一步消音。第一扩张腔21与第二扩张腔22的不同长度及宽度又使得它们主要的消声频率段存在差异，能够产生更加宽频的消声效果，通过第一扩张腔21和第二扩张腔22的逐级消声能够消除中频噪声。另外，第一扩张腔21和第二扩张腔22较大的容积能够降低气流流速，减弱气流脉动，还能起到一定的稳压作用。

至少一个谐振腔的数量为三个，且该谐振腔为赫姆霍兹谐振腔，包括与第一扩张腔21分别连通的第一谐振腔31和第二谐振腔32以及与第二扩张腔22连通的第三谐振腔33，第一谐振腔31与第一扩张腔21之间通过第一中间管61连通，第二谐振腔32与所述第一扩张腔21之间通过第二中间管62连通，第三谐振腔33与第二扩张腔22之间通过第三中间管63连通。噪音调节装置采用谐振，可以在谐振腔内产生不同频率的干扰噪声，对排气噪声造成干扰，改善降噪效果。噪声由中间管进入谐振腔后，中频和低频的噪声进一步减弱，最终噪声就降到一个比较低的水平。另外，本实施例中将谐振腔设置在不同的扩张腔的一侧，可以在宽频范围内消除噪声。

上述的中间管均为伸缩套管，包括外筒以及同轴套设在外筒内的内筒，外筒的两端分别伸入至谐振腔内和扩张腔内，内筒能够沿外筒的轴线方向往复直线移动伸出或伸入外筒，从而调节中间管的长度。

赫姆霍兹谐振腔的消音频率为，

式中c为声速，S为赫姆霍兹谐振腔管道的截面积，V为赫姆霍兹谐振腔的体积，L为赫姆霍兹谐振腔管道的长度。

根据上述公式，在S、V固定的情况下，只需要调节赫姆霍兹谐振腔管道的长度L就可以调节消音频率。

本实施例中，通过调节第一中间管61、第二中间管62、第二中间管63的长度，可以调节中间管所对应的赫姆霍兹谐振腔的消音频率，调节排气噪声不同阶次的能量配比，以适应发动机转速的变化，改善汽车声品质。

至少一个阻性腔4的数量为一个，阻性腔4的内部设有排气内管301，排气内管301的一端与排气口102连通，排气内管301的另一端与第二扩张腔22连通，排气内管301的侧壁上沿周向方向均布有多个第二穿孔，使得排气内管301内的气流能够穿过第二穿孔进入阻性腔4中。

阻性腔4中填充有用于吸收高频段噪声的阻性材料，当声波通过阻性材料时，高频噪声被阻性材料吸收而转变成热能，从而降低高频噪声。由于沿管道传播的噪声随距离而衰减，将阻性腔4设置在靠近排气口102的位置可以提高高频消声效果。

在本发明的一些实施例中，上述的至少一个扩张腔、至少一个谐振腔以及至少一个阻性腔通过设置在壳体1内的隔板分隔形成。

本实施例中，第一扩张腔21、第二扩张腔22以及阻性腔4通过沿壳体1的轴向方向依次间隔设置的竖向第一隔板51和第二隔板52分隔形成，第一隔板51和第二隔板52卡接在壳体1的内壁上，且与壳体1的截面尺寸相匹配。通过调节第一隔板51和第二隔板52的轴向尺寸可以调节第一扩张腔21和第二扩张腔22的容积，从而调整中频段能量配比。

第一扩张腔21中，通过水平设置的第三隔板53在第一扩张腔21的上方分隔形成谐振腔，谐振腔中又通过竖向设置的第四隔板54将谐振腔分为第一谐振腔31和第二谐振腔32，第一中间管61和第二中间管62均固定在第三隔板53上，第一中间管61的两端分别与第一扩张腔21和第一谐振腔31连通，第二中间管62的两端分别与第一扩张腔21和第二谐振腔32连通。

阻性腔4的下方通过水平的第五隔板55分隔形成第三谐振腔33，第三中间管63固定在第二隔板52上，第三中间管63的两端分别与第二扩张腔22和第三谐振腔33连通，扩散至第二扩张腔22中的气体经过第三中间管63进入第三谐振腔33中。

在本发明的其他实施例中，可以通过改变谐振腔的管道截面积或者谐振腔的容积，改变赫姆霍兹谐振腔的消音频率，从而调整排气噪声各阶次能量配比。例如，将第三隔板53和第四隔板54设置为可移动隔板，使得谐振腔的容腔大小可调，从而可以调节第一谐振腔31和第二谐振腔32的消音频率。

进一步地，也可通过同时改变赫姆霍兹谐振腔管道的截面积S，赫姆霍兹谐振腔的体积V、以及赫姆霍兹谐振腔管道的长度L来调节排气噪声各阶次能量配比。

本实施例中采用了3个赫姆霍兹谐振腔调整低频段各阶次能量配比、2个扩张腔调整中频段能量配比以及1个阻性腔4消除高频段噪声，满足改善排气声品质的目标。在本发明其他实施例中，也可以通过增加或者减少谐振腔、扩张腔以及阻性腔4的数量，并通过改变谐振腔、扩张腔以及阻性腔4的位置分布，以适应不同汽车产品噪声的实际需求，实现不同发动机全转速范围内汽车声品质的改善。

由于谐振腔的数量越多，可调节的低频段的排气噪声的阶次范围越广，因此，在本发明的一些实施例中，与第一扩张腔21连通的谐振腔可设置为一个或多个，可将第一谐振腔31和第二谐振腔32合为一体，也可设置多个竖向的第四隔板54，将设置在第一扩张腔21上方的谐振腔分隔为更多的小谐振腔。与其他扩张腔连通的谐振腔的数量也可根据需要设置，本发明不具体限定。

本发明提供的噪音调节装置还具有控制器7和执行器8，控制器7与执行器8电连接，执行器8分别与不同的中间管电连接，控制器7能够控制执行器8调整中间管***至至少一个谐振腔的内部的长度，继而调节不同谐振腔的消音频率以适应发动机转速的变化。

控制器7可以根据发动机的转速信号、进气管20的排气温度压力信号、进气管20的噪声信号以及预设的控制程序将执行指令发送至执行器8，执行器8根据控制器7的执行指令改变不同的中间管的长度。控制器7也可以设置为根据排气管30的噪声信号，实现执行器8的反馈控制。

在本发明的一些实施例中，噪音调节装置的壳体1及壳体1内的谐振腔、扩张腔以及阻性腔的形状可以根据需要设置，例如噪音调节装置可以为箱式噪音调节装置、桶式噪音调节装置或者异形噪音调节装置等。

在本发明的一些实施例中，进气管20和排气管30均呈水平布置，进气管20位于排气管30下方，这样下部进气、上部出气的布置更有利于气体的流动。

本发明的第二方面提出了一种汽车，该汽车具有上述的噪音调节装置，噪音调节装置的进气管20与汽车发动机的排气歧管连接。汽车的排气气流流经排气歧管并经由进气管20进入噪音调节装置中，通过沿气流方向依次布置的扩张腔逐级消声可以调整中频段能量配比，消除中频噪声；通过阻性腔4可以吸音消除高频噪声；通过调节不同谐振腔的管道长度，可以调节各谐振腔的消音频率，调整排气噪声低频段各阶次的能量配比，降低低频成分的噪声。降噪后的气体通过排气管30排出再流经发动机的排气尾管导入大气中，通过长尾管效应再次消除发动机排气能量，最终成功消除发动机噪声，改善汽车的声品质。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种噪音调节装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体具有进气口和排气口；

设于壳体内部的第一扩张腔和第二扩张腔，所述第一扩张腔和所述第二扩张腔沿排气运动方向依次连通布置，所述进气口与所述第一扩张腔连通，所述第一扩张腔与所述第二扩张腔的长度和宽度不同，所述第一扩张腔和所述第二扩张腔设置成调整中频段能量配比；

设于壳体内部的第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔，所述第一谐振腔与所述第一扩张腔之间通过第一中间管连通，所述第二谐振腔与所述第一扩张腔之间通过第二中间管连通，所述第三谐振腔与所述第二扩张腔之间通过第三中间管连通，所述第一谐振腔、所述第二谐振腔和所述第三谐振腔设置成调整排气噪声各阶次能量配比；

阻性腔，所述阻性腔的内部设有排气内管，所述排气内管的一端与所述排气口连通，所述排气内管的另一端与所述第二扩张腔连通，所述阻性腔设置成消除高频噪声，以凸显阶次噪声；

所述第一扩张腔、所述第二扩张腔以及所述阻性腔通过沿所述壳体的轴向方向依次间隔设置的竖向第一隔板和第二隔板分隔形成；

所述第一扩张腔中，通过水平设置的第三隔板在所述第一扩张腔的上方分隔形成谐振腔，谐振腔中又通过竖向设置的第四隔板将谐振腔分为所述第一谐振腔和所述第二谐振腔；

所述阻性腔的下方通过水平的第五隔板分隔形成所述第三谐振腔；

控制器和执行器，所述控制器与所述执行器电连接，所述控制器能够根据排气管的噪声信号控制所述执行器以调整所述第一中间管***至所述第一谐振腔、所述第二中间管***至所述第二谐振腔和所述第三中间管***至所述第三谐振腔的内部的长度，以调整排气噪声中各阶次能量配比。

2.根据权利要求1所述的噪音调节装置，其特征在于，所述第一扩张腔的内部设有进气内管，所述进气内管的一端与所述进气口连通，所述进气内管的另一端与所述第二扩张腔相连通，所述进气内管的侧壁上沿周向方向均布有多个第一穿孔。

3.根据权利要求1所述的噪音调节装置，其特征在于，所述中间管为可伸缩套管，所述可伸缩套管包括外筒以及同轴套设在所述外筒内的内筒，所述内筒能够沿所述外筒的轴线方向往复直线移动伸出或伸入所述外筒，从而调节所述中间管的长度。

4.根据权利要求1所述的噪音调节装置，其特征在于，所述排气内管的侧壁上沿周向方向均布有多个第二穿孔。

5.根据权利要求1所述的噪音调节装置，其特征在于，所述阻性腔内设有用于吸收高频段噪声的阻性材料。

6.一种汽车，其特征在于，具有根据权利要求1至5中任一项所述的噪音调节装置，所述噪音调节装置的所述进气口与所述汽车的发动机的排气歧管连接。

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