(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211190327.0 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 吉林大学 地址 130012 吉林省长 春市南关区人民大 街5988号吉林大 学南岭校区 (72)发明人 梁鸿宇　薛桂连　王登峰　蒲永锋　 田广东　马芳武　 (74)专利代理 机构 吉林省长 春市新时代 专利商 标代理有限公司 2 2204 专利代理师 唐盼 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) F16F 1/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种具有冲击角度适应性的自适应负泊松 比吸能装置 (57)摘要 本发明属于汽 车用吸能结构技术领域， 涉及 一种具有冲击角度适应性的自适应负泊松比吸 能装置， 该装置包括纵向压缩量感知单元、 负泊 松比吸能结构、 电磁铁、 支撑板、 永磁体、 控制单 元； 纵向压缩量感知单元安装在负泊松比吸能结 构上， 电磁铁安装在负泊松比吸能结构的最底 层， 支撑板设置在负泊松比吸能结构 的底部， 支 撑板的中央安装有永磁体， 该吸能装置根据纵向 压缩量感知单元感应的纵向压缩量， 控制单元胞 体的X向压缩量， 利用 负泊松比吸能结构下方的 永磁体对吸能结构施加相应变形量的横向作用 力， 控制吸能结构 的变形模式， 实现最佳的吸能 状态， 使得负泊松比吸能结构在角度冲击下仍具 有优异的吸能效果。 权利要求书3页 说明书9页 附图7页 CN 115495837 A 2022.12.20 CN 115495837 A 1.一种具有冲击角度适应性的自适应负泊松比吸能装置， 其特征在于， 该装置包括纵 向压缩量感知单元、 负泊松比吸能结构、 电磁铁、 支撑板、 永磁体、 控制单元； 其中， 所述 纵向 压缩量感知单元安装在负泊松比吸能结构上， 用于感应冲击过程中负泊松比吸能结构的纵 向压缩量， 并将感应数据发送给控制单元， 冲击过程中冲击载荷在纵向上产生的压缩量为 δcrash； 所述负泊松比吸能结构包括单元胞体、 连接臂， 所述单元胞体为内凹六边形单元胞体， 内凹六边形单元胞体的底板与内凹斜板的夹角为θ， X向相 邻的两个内凹六边形单元胞体之 间通过连接臂连接， Y向的内凹六边形单元胞体之 间依次连接， 所述连接臂与单元胞体的底 部平行， 连接臂的两端分别固定在X向相 邻的两个内凹六边形单元胞体的内凹角处； 内凹六 边形单元胞体的底板 长度为H、 内凹斜板的边长为 L、 壁厚为t； 所述电磁铁安装在负泊松比吸能结构的最底层， 且负泊松比吸能结构底层的每个单元 胞体上均安装有电磁铁， 所述电磁铁与控制单元电连接， 控制单元通过控制每个电磁铁的 通电电流， 保证底层的内凹六边形单元胞体底部两侧的电磁铁与永磁体之间的作用力F一 致； 所述支撑板设置在负泊松比吸能结构的底部， 支撑板的中央安装有永磁体， 所述永磁 体与负泊松比吸能结构底部中央位置的电磁铁吸附， 使支撑板固定在负泊松比吸能结构的 底部， 所述永磁 体与负泊松比吸能结构底部 两侧的电磁铁之间相互吸引； 所述控制单元内设置有参数输入模块、 代表单元Y向压缩量计算模块、 代表单元X向压 缩量计算模块、 代表单元电磁力计算模块、 单元胞体磁力计算模块、 电磁铁通电电流控制模 块； 其中， 参数输入模块， 用于输入代表单元的参数信息， 所述参数信息包括代表单元 的内 凹斜板的长度L、 代表单元 的内凹斜板的截面积A、 构成负泊松比吸能结构材料的杨氏模量 E、 代表单元的内凹斜板的惯性矩I； 所述代表单元Y向压缩量计算模块， 用于根据纵向压缩量感知单元发送的数据， 计算负 泊松比吸能结构中代 表单元沿Y向的压缩量， 计算公式如下： δcrash＝2nΔy 式中， Δy为冲击过程中代表单元沿Y向 的压缩量， n为负泊松比吸能结构沿Y向设置的层 数； 所述代表单元X向压缩量计算模块， 用于根据代表单元Y向压缩量计算模块获取的数 据， 计算负泊松比吸能结构中代 表单元沿X向的压缩量， 计算公式如下： H2＝(H‑2Δy)2+(2Δx)2 式中， Δx为冲击过程中代 表单元沿X向的压缩量， H为内凹六边形 单元胞体的底板 长度； 所述代表单元电磁力计算模块， 用于根据参数输入模块输入的参数数据、 代表单元体Y 向压缩量计算模块、 代表单元X向压缩量计算模块获取的数据， 计算负泊松比吸能结构的代 表单元发生Δx变形时所需的电磁力P， 计算公式如下： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115495837 A 2式中， L为代表单元的内凹斜板的长度； A为代表单元的内凹斜板的截面积； E为构成负 泊松比吸能结构材 料的杨氏模量； I 为代表单元的内凹斜板的惯性矩； 所述单元胞体磁力计算模块， 用于根据代表单元发生Δx变形时所需的电磁力， 计算永 磁体与单元胞体底部的电磁铁之间的作用力， 计算公式如下： F＝2nP 式中， F为单元胞体底部的电磁铁与永磁体之间的电磁力； n为负泊松比吸能结构沿Y向 设置的层数； 所述电磁铁通电电流控制模块， 用于根据单元胞体磁力计算模块确定的 电磁力， 控制 对每个电磁铁的通电 电流。 2.根据权利要求1所述的一种具有冲击角度适应性的自适应负泊松比吸能装置， 其特 征在于， 所述内凹六边形单元胞体沿X向至少设置5排， 沿Y向至少设置5层， 内凹六边形单元 胞体底部的壁厚t设计为L/5 ‑L/10之间， 内凹斜板的边长L＝H/2， 连接臂的长度等于H， 所述 电磁铁设置在内凹六边形 单元胞体的中央。 3.根据权利要求1所述的一种具有冲击角度适应性的自适应负泊松比吸能装置， 其特 征在于， 所述电磁铁与永磁 体之间的电磁力F满足下述关系式： 式中， Fmax为电磁铁与永磁体磁力最强处的电磁力； μ0为导磁率； S0气隙面积； U为通电 电压； ρ 为绕组的电阻率； δ为气隙长度； d为漆包线直径； D1、 D2分别为电磁线圈的内径和外 径， K为系数， L1为电磁铁与永磁铁之间的距离， 电磁铁通电电流控制模块按照此公式控制 电磁铁的通电 电流。 4.根据权利要求1所述的一种具有冲击角度适应性的自适应负泊松比吸能装置， 其特 征在于， 代 表单元的内凹斜板的截面积A＝t ×b， b为负泊松比吸能结构沿Z向的厚度。 5.根据权利要求1所述的一种具有冲击角度适应性的自适应负泊松比吸能装置， 其特 征在于， 代表单元的构建方法为： 将与1/2连接臂连接的单元胞体沿X向、 Y向切割， 平分成大 小结构相同的四等份， 以其中的1/4 为代表单元。 6.根据权利要求1所述的一种具有冲击角度适应性的自适应负泊松比吸能装置， 其特 征在于， 所述负泊松比吸能结构为3D打印的一体式结构。 7.权利要求1所述的具有冲击角度适应性的自适应负泊松比吸能装置的控制方法， 其 特征在于， 该 方法包括以下步骤： 步骤S1、 构 建代表单元： 将与1/2连接臂连接的单元胞体沿X向、 Y向切割， 平分成大小结 构相同的四等份， 以其中的1/4 为代表单元； 步骤S2、 确定代表单元的相应参数， 并将确定的参数录入控制单元的参数输入模块； 所 述参数包括代表单元的内凹斜板的长度L、 代表单元的内凹斜板的截面积A、 构成负泊松比 吸能结构材 料的杨氏模量E、 代 表单元的内凹斜板的惯性矩I； 步骤S3、 负泊松比吸能结构受到载荷冲击时， 在冲击过程中纵向压缩量感知单元实时权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115495837 A 3