[发明专利]一种高速运载工具人工智能控制系统及其方法

说明书

本发明涉及高速运载工具减阻技术领域，特别涉及一种高速运载工具人工智能控制系统及其方法。其系统包括：感知单元，通过传感元件采集系统的气路数据，根据气路数据判断高速运载工具尾部压强大小，并用数据采集系统将气路数据转化为电压信号；执行单元，利用电压信号控制高速运载工具尾部的流动结构；控制单元，利用机器学习控制算法，用于根据控制目标对高速运载工具尾部的表面压强大小进行控制。控制单元根据感知单元获得的数据，来控制执行单元，通过射流激励器产生的射流有效改变尾流流场结构，进而显著提高高速运载工具尾部表面压强，大幅度降低其气动阻力。

技术领域

本发明涉及高速运载工具减阻技术领域，特别涉及一种高速运载工具人工智能控制系统及其方法。

背景技术

近年来，由于燃油价格飞速增长，高速运载工具的空气动力学减阻技术的研究和开发显得更加重要和紧迫。高速运载工具减阻技术的成功应用将会使交通运输业获得巨大的收益。在高速公路上行驶的汽车，超过60％的行驶阻力来自于车体受到的气动阻力。气动阻力系数每降低10％，汽车的燃油消耗可减少7％左右。时速250公里的高铁每小时耗电4800多度，而时速350公里的高铁每小时则需耗电9600多度；当列车以每小时200公里行驶的时候，空气阻力占总阻力的70％左右，和谐号在京沪高铁跑出时速486.1公里时，气动阻力超过了总阻力的92％，如果跑到500公里以上，95％以上都是气动阻力。空气阻力和列车运行速度的平方成近似正比关系，速度提高2倍，空气阻力将增至4倍。显然，减小高速运载工具所受的气动阻力，即使减少量很轻微，也将节约巨额的运行成本。燃油消耗的降低也意味着车辆尾气排放的减少，对减少城市空气污染具有重要意义。

安装翼板和采用流线型等被动减阻技术已取得了一定的减阻效果。然而，当改进高速运载工具气动外形等方法已接近其最佳效果时，只有主动减阻控制技术才能进一步显著降低高速运载工具的气动阻力。近年来，国内外很多学者及研究机构对汽车空气动力学主动减阻技术进行了大量的研究。但减阻技术还不够成熟，处于研究探索阶段。目前，欧洲汽车工业已确定如下目标：在不影响舒适性、客容量和安全性的前提下，降低汽车气动阻力30％以上。然而，目前已有的对于具有高气动阻力绕流流场的汽车的主动减阻技术，其所取得的减阻率很低，仅达到14％。

发明内容

本发明提供一种高速运载工具人工智能控制系统及其方法，旨在利用该系统和方法，能够成功降低高速运载工具气动阻力高达31％，并实现净节省能量达15％。

本发明提供一种高速运载工具人工智能控制系统，包括：

感知单元，通过传感元件采集系统的气路数据，根据气路数据判断高速运载工具尾部压强大小，并用数据采集系统将气路数据转化为电压信号；

执行单元，利用电压信号控制高速运载工具尾部的流动结构；

控制单元，利用机器学习控制算法，用于根据控制目标对高速运载工具尾部的表面压强大小进行控制。

作为本发明的进一步改进，所述执行单元包括射流激励器，当所述射流激励器通电时，所述控制单元通过控制算法设置射流激励器的频率、占空比。

作为本发明的进一步改进，所述射流激励器包括：第一射流激励器，布置于高速运载工具倾斜后背面的尾窗上缘；第二射流激励器，布置于高速运载工具倾斜后背面的尾窗两侧边缘；第三射流激励器，布置于高速运载工具垂直后背面上边缘；第四射流激励器，布置于高速运载工具垂直后背面下边缘。

作为本发明的进一步改进，所述第一射流激励器、第三射流激励、第四射流激励器的射流喷口由一排微射流圆孔组成，所述第二射流激励器的射流喷口为一狭槽。

作为本发明的进一步改进，所述第一射流激励器与第二射流激励器的射流喷口角度为与高速运载工具倾斜后背面垂直，所述第三射流激励器与第四射流激励器的射流喷口角度与水平方向成向上45°角。