【技术实现步骤摘要】
一种基于四阶偏微分方程的列车头型参数化控制方法
本专利技术涉及高速列车车型涉及领域，具体涉及一种基于四阶偏微分方程的列车头型参数化控制方法。
技术介绍
随着高速列车速度的不断提升，一些在低速情况下被忽略的工程问题，如空气阻力、车内压力变化、横风效应等消耗着大量的能量，并且限制着列车速度的进一步提升；现有研究指出，对于运行速度达到300km/h的高速列车来说，当车头长度大于5m时，列车所受的气动阻力占总阻力的85％；而当头型长度大于10m时，列车受到的气动阻力占总阻力的比重将会减少到75％；因此列车头型形状的设计在解决这些动力学问题中起着关键的作用。高速列车参数化控制方法主要分为三种：基于二维纵向轮廓形状的参数化建模、基于三维空间列车头型轮廓线的参数化建模以及基于网格变形技术的参数化建模；在二维列车纵向轮廓线建模方面，有两参数控制方法和Hick-Henne方程控制方法来控制列车来控制列车流线型的纵向型线两种方式；二维列车模型参数化建模虽然在优化速度上较快，但只能控制纵向型线的形状，而无法控制导流板、驾驶室等形状；在三维空间列车头型轮廓线参数化控制方面，车辆建模方程(...
【技术保护点】
1.一种基于四阶偏微分方程的列车头型参数化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用四阶偏微分方程来参数化列车头型表面面片，得到列车头型的数学模型M；步骤2：通过多边形建模建立列车头型的模型N，对模型N进行四边形网格化，对网格化的列车头型进行面片划分，并且对网格进行简化，获取用于偏微分方程逼近的目标点；计算得到求解偏微分方程所需要的边界条件；步骤3：用随机数初始化模型M中三个参数的组合形成的种群，通过有限差分法根据初始三参数组合和步骤2得到的边界条件求解步骤1中的偏微分方程，得到偏微分方程数值解及其对应的曲面点；步骤4：以步骤3中偏微分方程数值解对应曲面点与目标点之间...
【技术特征摘要】
1.一种基于四阶偏微分方程的列车头型参数化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用四阶偏微分方程来参数化列车头型表面面片，得到列车头型的数学模型M；步骤2：通过多边形建模建立列车头型的模型N，对模型N进行四边形网格化，对网格化的列车头型进行面片划分，并且对网格进行简化，获取用于偏微分方程逼近的目标点；计算得到求解偏微分方程所需要的边界条件；步骤3：用随机数初始化模型M中三个参数的组合形成的种群，通过有限差分法根据初始三参数组合和步骤2得到的边界条件求解步骤1中的偏微分方程，得到偏微分方程数值解及其对应的曲面点；步骤4：以步骤3中偏微分方程数值解对应曲面点与目标点之间的误差为适应度函数，判断适度函数在种群中是否小于设定阈值，如果是则转入步骤5；如果否则继续优化偏微分方程三参数，并转入步骤2；步骤5：根据步骤4中优化的结果，获得当列车头型上所有面片偏微分方程解对应的面片点最逼近目标点时偏微分方程的解以及与相对应的偏微分方程控制面片局部形变的参数；结合所有偏微分方程解对应的散点模型得到可参数化控制的车头模型S；步骤6：通过边界边的形变、边界切线方向的改变或步骤5得到的控制面片局部形变的参数的调整中任意一种或一种以上方法，改变偏微分方程求解的边界条件和初始条件，重新求解相应的偏微分方程，从而控制列车头型的形状，得到新的列车车头模型。2.根据权利要求1所述的一种基于四阶偏微分方程的列车头型参数化控制方法，其特征在于，所述步骤3中优化偏微分方程三参数过程如下：以步骤2中的目标点为逼近目标，通过遗传算法和并行计算，来优化偏微分方程三参数。3.根据权利要求1所述的一种基于四阶偏微分方程的列车头型参数化控制方法，其特征在于，所述步骤1中数学模型M为：式中：f1(u,v),f2(u,v),f3(u,v)分别为面片网络点在三维空间内的位置方程，u和v为偏微分方程参数；a1、a2和a3为控制面片局部形变的参数。4.根据权利要求3所述的一种基于四阶偏微分方程的列车头型参数化控制方法，其特征在于，所述步骤2中边界条件包括边界点和边界点对应的切线；其中边界点为划分面片简化后的边界网格点；边界切线求解方法如下：结合简化前网格点与简化后的边界点，建立求解模型，通过式(2)和式(...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐兆，王瑞斌，张建军，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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