[發明專利]一種雙重仿生汽車底盤防護系統及其設計方法

在審

• 申請號: 201910519375.1
• 申請日: 2019-06-17
• 公開（公告）號: CN110341615A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 周冠;王琪;趙萬忠;王源隆;沈鍇君
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B60R13/08
• 分類號: B60R13/08;G06F17/50
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張婷婷

1.一種雙重仿生汽車底盤防護系統，其特征在于：包括由內至外依次粘貼在一起的內防護層(1)、外防護層(2)、雙箭頭型仿生負泊松比結構防護系統(3)；所述內防護層(1)、外防護層(2)、雙箭頭型仿生負泊松比結構防護系統(3)的曲面形狀和大小均一致；所述雙箭頭型仿生負泊松比結構防護系統(3)在該底盤防護系統的最外表面；該底盤防護系統與汽車底盤連接在一起。

2.根據權利要求1所述的雙重仿生汽車底盤防護系統，其特征在于：所述內防護層(1)由編織纖維復合材料層層疊加組成；所述外防護層(2)由金屬疊加組成。

3.根據權利要求1所述的雙重仿生汽車底盤防護系統，其特征在于：所述雙箭頭型仿生負泊松比結構防護系統(3)由外側到內側依次是支撐加強結構、負泊松比結構和填充泡沫負泊松比結構單元在橫向、縱向、軸向三個方向排列拓展，且所述雙箭頭型仿生負泊松比結構防護系統(3)在該底盤防護系統的軸線上梯度分布，具體為在軸向方向依次采用按照數量比例為4：2：1：4：2：1的負泊松比結構梯度分布。

4.根據權利要求1所述的雙重仿生汽車底盤防護系統，其特征在于：利用多目標優化算法以三層防護結構的厚度為優化目標進行計算并優化所述內防護層(1)、外防護層(2)、雙箭頭型仿生負泊松比結構防護系統(3)的三者之間排列厚度關系達到優化防護系統碰撞吸能效果與三層防護層總質量之間的最優解；利用單目標優化算法優化計算并優化所述內防護層(1)、外防護層(2)、雙箭頭型仿生負泊松比結構防護系統(3)的曲面形狀角度和曲面覆蓋距離大小，其外表形狀基于龜殼盾片的拓撲結構仿生設計，達到優化最小離地間隙的目的。

5.根據權利要求1至4任一所述的雙重仿生汽車底盤防護系統的設計方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)利用Bezier曲面設計仿龜殼盾片形狀的底盤防護系統；

2)基于人體骨骼肌仿生學原理設計雙箭頭型仿生負泊松比結構；

3)計算汽車底盤防護系統的非決定形狀參數；

4)建立雙重仿生汽車底盤防護系統的參數化模型；

5)建立雙重仿生汽車底盤防護系統的高效計算響應面模型；

6)利用NSGA-II多目標遺傳算法對雙重仿生汽車底盤防護系統的設計參數進行多目標優化，并選取雙重仿生汽車底盤防護系統的最優設計解；所述設計參數包括內防護層厚度、外防護層厚度、負泊松比結構的梯度及該底盤防護系統曲面形狀及大小。

6.根據權利要求5所述的雙重仿生汽車底盤防護系統的設計方法，其特征在于：步驟1)的具體方法為：基于龜殼盾片在轉移沖擊能量方面的仿生學原理，綜合考慮防護系統的功能實現和重量限制，通過借鑒其形狀、角度、結構和功能原理，利用Bezier曲面設計仿生外防護系統中單元盾片的拓撲形狀、數量、排列方式及整體防護系統的三維曲率，優化內外防護系統的能量分配以及各防護層之間的連接關系；

步驟2)的具體方法為：將人體骨骼肌的結構和功能原理移植于雙箭頭型仿生負泊松比結構設計中，使負泊松比結構類似于橫紋肌，支撐加強結構類似于骨骼；最后，通過將雙箭頭型仿生負泊松比結構用于與內防護層進行貼合的結構設計，增加內防護層的沖擊能量吸收性能。

7.根據權利要求5所述的雙重仿生汽車底盤防護系統的設計方法，其特征在于：步驟3)的具體方法為：參考車輛底盤平整性設計、最小離地間隙設計，用以滿足車輛整體性與協調性的統一。