本技术涉及车辆，尤其是涉及一种耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构。
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，进而影响汽车品质。车内噪声的振动源(声源)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等三大噪声振动源。对于传统燃油汽车，轮胎/路面噪声便是较为突出的噪声之一。而电动汽车由于缺少发动机噪声的掩蔽效应，中低频范围内，电动汽车的动力系统对车内噪声的贡献相对传统汽车而言明显降低，因此轮胎/路面噪声的贡献更加凸显。此外，在高频范围内，相比传统燃油车，电动汽车具有明显的电机等电驱系统的高频阶次噪声。特别是轮毂电机，其体积小、转矩高，且电机径向电磁力密度高，振速快，电磁噪声也会更大。同时，与其它噪声相比，轮胎/路面噪声与轮毂电机噪声会明显影响驾乘人员的乘坐舒适性。
2、噪声通过空气声传播、结构声传播两个途径传递至车内。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。轮胎/路面噪声的结构传播主要是经车轮、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。另外，电磁源、机械源和气动源是电机噪声的三大主要来源，对于轮毂电机等低速直驱电机，电磁噪声则是主要的噪声来源，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，抑制轮胎/路面噪声和轮毂电机噪声的结构声传播。
3、针对轮胎/路面噪声与轮毂电机噪声的结构声传递的抑制，现有的技术主要是从车轮、悬架、副车架等角度入手进行设计。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。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205hz的动力吸振器，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。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。
4、针对悬架弹簧的设计，有技术通过在原有均匀弹簧上增加金属层，实现对高频振动噪声的抑制；有技术设计了声学黑洞式螺旋弹簧，实现了对较宽频段振动噪声的抑制；还有技术通过在原有均匀弹簧上增加不同形的局域共振单元，实现对中低频轮胎/路面噪声的抑制。
5、现有技术能够针对轮胎/路面噪声与轮毂电机噪声的结构声有一定的抑制作用，不过仍然具有一定的缺点。对于在车轮中增加亥姆霍兹共振器的技术，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。在悬架系统中增加动力吸振器，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。在副车架上增加声子晶体梁结构，能够通过合理的设计降低副车架的振动，抑制结构声在副车架内的传递，但是针对传递中的另一重要路径即悬架系统的传递没有作用。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递，但是效果有限。将悬架弹簧设计为声学黑洞式结构能够一定程度上抑制较宽频带的结构声传递，但是效果有限，且力学性能较弱。在悬架弹簧上增加局域共振单元能够较好的抑制中低频结构声的传递，但是所抑制的频段范围较窄。
6、总的来说，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，针对悬架弹簧结构的宽频域高性能的噪声传递抑制技术较少，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递的重要环节，故可在该结构上采取更加合理的噪声抑制措施，以更加高效的抑制宽频域的结构声的传递。
技术实现思路
1、本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构，能有效抑制汽车轮胎/路面噪声、轮毂电机噪声等宽频噪声通过悬架系统向车内传递。
2、根据本实用新型实施例的耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构，包括：
3、突变型声学黑洞式螺旋弹簧，所述突变型声学黑洞式螺旋弹簧包括主体部，所述主体部具有呈周期性分布的多个突变型声学黑洞结构单元，每个所述突变型声学黑洞结构单元包括两个按特定幂律变化逐渐减小的变线径部，其中，两个所述变线径部的最大线径端彼此远离，且两个所述变线径部的最小线径端彼此临近且通过突变块连接；
4、局域共振单元，所述局域共振单元设置在所述主体部上。
5、根据本实用新型实施例的耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构，通过设计周期性分布的多个突变型声学黑洞结构单元并耦合局域共振单元，通过对突变型声学黑洞结构单元参数与位置及局域共振单元的参数与位置的合理设计，可以衰减各个频段的轮胎/路面噪声与轮毂电机噪声，阻碍从低频到高频的宽频范围内多频段的轮胎/路面噪声与轮毂电机噪声等的传递，从而有效地抑制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，提高汽车的减振降噪性能，具有较高的适用性。
6、在一些实施例中，每个所述突变型声学黑洞结构单元还包括两个均匀线径部，两个所述均匀线径部的一端对应地与两个所述变线径部的所述最大线径端相连，两个所述均匀线径部的径向尺寸对应地与两个所述变线径部的所述最大线径端的径向尺寸相同。
7、在一些实施例中，所述局域共振单元按照所需抑制频段的不同来确定自身的形状、尺寸、材质和布置位置。
8、在一些实施例中，所述局域共振单元包括声学黑洞型局域共振单元或/和非声学黑洞型局域共振单元；所述声学黑洞型局域共振单元包覆在所述突变块处，所述非声学黑洞型局域共振单元包覆在所述均匀线径部处。
9、在一些实施例中，所述非声学黑洞型局域共振单元包括切面椭圆型局域共振单元、长方体型局域共振单元、圆台型局域共振单元和/或圆柱型局域共振单元。
10、在一些实施例中，所述主体部具有六个突变型声学黑洞结构单元，所述声学黑洞型局域共振单元有六个，所述切面椭圆型局域共振单元有一个，所述长方体型局域共振单元、所述圆台型局域共振单元和所述圆柱型局域共振单元各为两个，其中，六个所述声学黑洞型局域共振单元一一对应地包覆在六个所述突变块处，一个所述切面椭圆型局域共振单元位于最中间的所述均匀线径部处，两个所述长方体型局域共振单元、所述圆台型局域共振单元和所述圆柱型局域共振单元在所述主体部长度方向上相对于所述切面椭圆型局域共振单元的两侧。
11、在一些实施例中，所述局域共振单元包括弹性包覆层和硬质壳体部，所述弹性包覆层包覆固定在所述主体部上，所述硬质壳体部包覆规定在所述弹性包覆层上。
12、在一些实施例中，所述弹性包覆层为橡胶包覆部；所述硬质壳体部为金属壳体部或塑料壳体部。
13、在一些实施例中，所述局域共振单元不与压缩行程中的所述突变型声学黑洞式螺旋弹簧发生干涉。
14、在一些实施例中，所述最小线径端的尺寸满足所述突变型声学黑洞式螺旋弹簧的轴向承载性能；所述突变型声学黑洞式螺旋弹簧上的均匀线径部和突变块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。
15、本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。
1.一种耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构，其特征在于，每个所述突变型声学黑洞结构单元还包括两个均匀线径部，两个所述均匀线径部的一端对应地与两个所述变线径部的所述最大线径端相连，两个所述均匀线径部的径向尺寸对应地与两个所述变线径部的所述最大线径端的径向尺寸相同。
3.根据权利要求2所述的耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构，其特征在于，所述局域共振单元按照所需抑制频段的不同来确定自身的形状、尺寸、材质和布置位置。
4.根据权利要求3所述的耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构，其特征在于，所述局域共振单元包括声学黑洞型局域共振单元或/和非声学黑洞型局域共振单元；所述声学黑洞型局域共振单元包覆在所述突变块处，所述非声学黑洞型局域共振单元包覆在所述均匀线径部处。
5.根据权利要求4所述的耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构，其特征在于，所述非声学黑洞型局域共振单元包括切面椭圆型局域共振单元、长方体型局域共振单元、圆台型局域共振单元和/或圆柱型局域共振单元。
6.根据权利要求5所述的耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构，其特征在于，所述主体部具有六个突变型声学黑洞结构单元，所述声学黑洞型局域共振单元有六个，所述切面椭圆型局域共振单元有一个，所述长方体型局域共振单元、所述圆台型局域共振单元和所述圆柱型局域共振单元各为两个，其中，六个所述声学黑洞型局域共振单元一一对应地包覆在六个所述突变块处，一个所述切面椭圆型局域共振单元位于最中间的所述均匀线径部处，两个所述长方体型局域共振单元、所述圆台型局域共振单元和所述圆柱型局域共振单元在所述主体部长度方向上相对于所述切面椭圆型局域共振单元的两侧。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构，其特征在于，所述局域共振单元包括弹性包覆层和硬质壳体部，所述弹性包覆层包覆固定在所述主体部上，所述硬质壳体部包覆规定在所述弹性包覆层上。
8.根据权利要求7所述的耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构，其特征在于，所述弹性包覆层为橡胶包覆部；所述硬质壳体部为金属壳体部或塑料壳体部。
9.根据权利要求1-6中任意一项所述的耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构，其特征在于，所述局域共振单元不与压缩行程中的所述突变型声学黑洞式螺旋弹簧发生干涉。
10.根据权利要求1-6中任意一项所述的耦合局域共振单元的突变型声学黑洞式螺旋弹簧结构，其特征在于，所述最小线径端的尺寸满足所述突变型声学黑洞式螺旋弹簧的轴向承载性能；所述突变型声学黑洞式螺旋弹簧上的均匀线径部和突变块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。
