[发明专利]一种双重仿生汽车底盘防护系统及其设计方法

权利要求书

1.一种双重仿生汽车底盘防护系统，其特征在于：包括由内至外依次粘贴在一起的内防护层(1)、外防护层(2)、双箭头型仿生负泊松比结构防护系统(3)；所述内防护层(1)、外防护层(2)、双箭头型仿生负泊松比结构防护系统(3)的曲面形状和大小均一致；所述双箭头型仿生负泊松比结构防护系统(3)在该底盘防护系统的最外表面；该底盘防护系统与汽车底盘连接在一起。

2.根据权利要求1所述的双重仿生汽车底盘防护系统，其特征在于：所述内防护层(1)由编织纤维复合材料层层叠加组成；所述外防护层(2)由金属叠加组成。

3.根据权利要求1所述的双重仿生汽车底盘防护系统，其特征在于：所述双箭头型仿生负泊松比结构防护系统(3)由外侧到内侧依次是支撑加强结构、负泊松比结构和填充泡沫负泊松比结构单元在横向、纵向、轴向三个方向排列拓展，且所述双箭头型仿生负泊松比结构防护系统(3)在该底盘防护系统的轴线上梯度分布，具体为在轴向方向依次采用按照数量比例为4：2：1：4：2：1的负泊松比结构梯度分布。

4.根据权利要求1所述的双重仿生汽车底盘防护系统，其特征在于：利用多目标优化算法以三层防护结构的厚度为优化目标进行计算并优化所述内防护层(1)、外防护层(2)、双箭头型仿生负泊松比结构防护系统(3)的三者之间排列厚度关系达到优化防护系统碰撞吸能效果与三层防护层总质量之间的最优解；利用单目标优化算法优化计算并优化所述内防护层(1)、外防护层(2)、双箭头型仿生负泊松比结构防护系统(3)的曲面形状角度和曲面覆盖距离大小，其外表形状基于龟壳盾片的拓扑结构仿生设计，达到优化最小离地间隙的目的。

5.根据权利要求1至4任一所述的双重仿生汽车底盘防护系统的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)利用Bezier曲面设计仿龟壳盾片形状的底盘防护系统；

2)基于人体骨骼肌仿生学原理设计双箭头型仿生负泊松比结构；

3)计算汽车底盘防护系统的非决定形状参数；

4)建立双重仿生汽车底盘防护系统的参数化模型；

5)建立双重仿生汽车底盘防护系统的高效计算响应面模型；

6)利用NSGA-II多目标遗传算法对双重仿生汽车底盘防护系统的设计参数进行多目标优化，并选取双重仿生汽车底盘防护系统的最优设计解；所述设计参数包括内防护层厚度、外防护层厚度、负泊松比结构的梯度及该底盘防护系统曲面形状及大小。

6.根据权利要求5所述的双重仿生汽车底盘防护系统的设计方法，其特征在于：步骤1)的具体方法为：基于龟壳盾片在转移冲击能量方面的仿生学原理，综合考虑防护系统的功能实现和重量限制，通过借鉴其形状、角度、结构和功能原理，利用Bezier曲面设计仿生外防护系统中单元盾片的拓扑形状、数量、排列方式及整体防护系统的三维曲率，优化内外防护系统的能量分配以及各防护层之间的连接关系；

步骤2)的具体方法为：将人体骨骼肌的结构和功能原理移植于双箭头型仿生负泊松比结构设计中，使负泊松比结构类似于横纹肌，支撑加强结构类似于骨骼；最后，通过将双箭头型仿生负泊松比结构用于与内防护层进行贴合的结构设计，增加内防护层的冲击能量吸收性能。

7.根据权利要求5所述的双重仿生汽车底盘防护系统的设计方法，其特征在于：步骤3)的具体方法为：参考车辆底盘平整性设计、最小离地间隙设计，用以满足车辆整体性与协调性的统一。