一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法技術方案

本發明專利技術公開了一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法及系統；所述方法包括以下步驟：S1、獲取車輛轉向盤轉矩、轉向盤轉角、車速信息并選擇控制模式；S2、設計模糊切換控制器，且根據目標電流與權重系數計算得出輸出電流；S3、計算上述輸出電流的微分以及二階微分并建立關于特征狀態的可拓集合并進行區域劃分；S4、基于可拓理論對模糊切換控制器進行性能拓展，在可拓集合不同區域設定不同控制方法，且建立關聯函數，并判定輸出電流處于可拓集合的哪個區域內，并將優化后的電量輸入至電機。本發明專利技術根據電流處于不同的集合狀態時采用不同的控制策略以優化此目標電流，從而獲得了更好的控制性能，實現了EPS多模式的平滑切換。

【技術實現步驟摘要】
一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法
本專利技術涉及電動汽車轉向系統控制
，尤其涉及一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法及系統。
技術介紹
電動助力轉向系統相比傳統的液壓助力轉向系統，具有體積小、高效低耗和能提高操縱穩定性等特點，目前已經普遍應用于汽車。EPS的控制模式依據工況的不同，一般分為助力控制模式、回正控制模式、阻尼控制模式。EPS根據當前汽車行駛的工況采用相應的控制模式對汽車轉向系統進行控制，這不僅減輕了駕駛員的負擔，也提高了汽車的操縱穩定性。汽車在某一行駛工況中，EPS處于一種控制模式，這是一個連續動態過程，當車速、方向盤轉矩、方向盤轉角等離散事件輸入發生變化時，EPS從一種控制模式躍變到另一種控制模式，EPS兩種模式之間完成切換，從一種連續動態到另一種連續動態，這是一個離散的過程。因此，EPS系統是一個包含離散事件和連續動態過程的復雜動力學系統，具有典型的混雜系統特征?；祀s系統在切換過程中穩定性較差，如果控制性能不佳，EPS各個模式在切換過程中會產生電機電流突變、方向盤抖動等現象，這會嚴重影響EPS的性能。所以，如何提高EPS多模式之間切換過程的穩定性是改善EPS性能的關鍵。
技術實現思路
基于
技術介紹
存在的技術問題，本專利技術提出了一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法及系統。本專利技術提出的電動助力轉向系統多模式切換控制方法，包括以下步驟：S1、獲取車輛轉向盤轉矩、轉向盤轉角、車速信息，并根據車輛轉向盤轉矩、轉向盤轉角、車速信息選擇控制模式；S2、基于模糊控制理論建立模糊規則，并根據上述模糊規則設計模糊切換控制器，且根據不同控制模式的目標電流與該控制模式的權重系數計算得出輸出電流；S3、計算上述輸出電流的微分以及二階微分，并將上述輸出電流的微分以及二階微分作為特征狀態建立關于特征狀態的可拓集合，根據輸出電流的微分以及二階微分的容許范圍和系統可調的最大微分和二階微分對可拓集合進行區域劃分；S4、基于可拓理論對模糊切換控制器進行性能拓展，在可拓集合不同區域設定不同控制方法；且建立關聯函數，并結合關聯函數、輸出電流的微分以及二階微分判定輸出電流處于可拓集合的哪個區域內，并利用該區域對應的控制方法對電流進行優化，且將優化后的電量輸入至電機。優選地，步驟S1具體包括：通過傳感器獲取車輛轉向盤轉矩Th、轉向盤轉角θc、車速V信息；當或V≥70km/h&&|Th|＞2N·m時，選擇助力模式；當時，選擇回正模式；當V≥70km/h&&|Th|≤2N·m時，選擇阻尼模式。優選地，步驟S2具體包括：基于模糊控制理論，選用三角形隸屬度函數并建立模糊規則；將轉向盤轉矩Th、轉向盤轉角θc、車速V信息作為模糊切換控制器輸入，各模式的權重系數σ作為輸出，分別對模糊切換控制器的輸入和輸出設定基本論域、模糊論域、模糊子集；優選地，對模糊切換控制器的輸入和輸出設定基本論域、模糊論域、模糊子集具體包括：對于控制助力—阻尼模式的模糊切換控制器：Th的基本論域定為[-5,5]、模糊論域定為{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}、模糊子集為{NB1,NB2,NM1,NM2,NS1,NS2,ZO,PS1,PS2,PM1,PM2,PB1,PB2}；V的基本論域定為[50,90]、模糊論域定為{1,2,3,4,5,6}、模糊子集為{PS1,PS2,PM1,PM2,PB1,PB2}；模糊切換控制器輸出的基本論域為[0,1]、模糊論域為{0,1,2,3}、模糊子集為{ZO,PS,PM,PB}；對于控制助力—回正模式的模糊切換控制器：θc的基本論域定為[-3,3]、模糊論域定為{-3,-2,-1,0,1,2,3}、模糊子集為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}；模糊切換控制器輸出的基本論域為[0,1]、模糊論域為{0,1,2,3}、模糊子集為{ZO,PS,PM,PB}；將阻尼模式、助力模式、回正模式三種模式的目標電流同對應模式下的權重系數相乘再求和得出輸出電流，設計模糊切換控制器控制器具體包括：模糊切換控制器作為上層控制器控制目標電流的輸出，完成各模式之間的切換，下層EPS采用PID控制器進行控制；輸出電流即可通過下式得出：其中，I1為助力模式的目標電流，I2為阻尼模式的目標電流，I3為回正模式的目標電流，σ1、σ2、σ3、σ4均為模糊切換器輸出加權系數。優選地，步驟S3具體包括：根據上述輸出電流I，計算其微分以及二階微分提取以及組成特征狀態并建立關于特征狀態的可拓集合；設輸出電流的微分的容許范圍分別為輸出電流的二階微分的容許范圍為系統可調的最大微分和二階微分分別為以作為可拓集合的橫坐標、為縱坐標，和作為橫坐標的域值邊界，其中經典域范圍為可拓域范圍為作為縱坐標的域值邊界，其中經典域范圍為可拓域范圍為優選地，步驟S4具體包括：輸出電流I的微分以及二階微分組成的特征平面，設特征平面的原點為S0(0,0)，記對特征平面上任一點定義關聯函數為：其中，Roy為經典域，為可拓集合不同區域設定不同控制方法具體包括：在經典域內，測度模式為M1＝{S|K(S)≥0}，采用模糊切換控制策略；在可拓域內，測度模式為M2＝{S|-1≤K(S)≤0}，模糊切換控制策略輸出為：其中，KC為當前測度模式的控制系數，為目標電流微分的符號函數；在非域內，測度模式為M3＝{S|K(S)≤-1}，取模糊切換控制器輸出最大值um作為模糊切換控制策略；即EPS可拓模糊切換控制器輸出為：根據關聯函數值對應不同的域選擇該域對應的控制，得到所需電流值。本專利技術提出的電動助力轉向系統多模式切換控制系統，包括：模式選擇模塊，用于獲取車輛轉向盤轉矩、轉向盤轉角、車速信息，并根據車輛轉向盤轉矩、轉向盤轉角、車速信息選擇控制模式；電流計算模塊，用于基于模糊控制理論建立模糊規則，并根據上述模糊規則設計模糊切換控制器，且根據不同控制模式的目標電流與該控制模式的權重系數計算得出輸出電流；集合建立模塊，用于計算上述輸出電流的微分以及二階微分，并將上述輸出電流的微分以及二階微分作為特征狀態建立關于特征狀態的可拓集合，根據輸出電流的微分以及二階微分的容許范圍和系統可調的最大微分和二階微分對可拓集合進行區域劃分；電流優化模塊，用于基于可拓理論對模糊切換控制器進行性能拓展，在可拓集合不同區域設定不同控制方法；且建立關聯函數，并結合關聯函數、輸出電流的微分以及二階微分判定輸出電流處于可拓集合的哪個區域內，并利用該區域對應的控制方法對電流進行優化，且將優化后的電量輸入至電機。優選地，模式選擇模塊具體用于：通過傳感器獲取車輛轉向盤轉矩Th、轉向盤轉角θc、車速V信息；當或V≥70km/h&&|Th|＞2N·m時，選擇助力模式；當時，選擇回正模式；當V≥70km/h&&|Th|≤2N·m時，選擇阻尼模式。優選地，電流計算模塊具體用于：基于模糊控制理論，選用三角形隸屬度函數并建立模糊規則；將轉向盤轉矩Th、轉向盤轉角θc、車速V信息作為模糊切換控制器輸入，各模式的權重系數σ作為輸出，分別對模糊切換控制器的輸入和輸出設定基本論域、模糊論域、模糊子集；優選地，對模糊切換控制器的輸入和輸出設定基本論域、模糊論域、模糊子集本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、獲取車輛轉向盤轉矩、轉向盤轉角、車速信息，并根據車輛轉向盤轉矩、轉向盤轉角、車速信息選擇控制模式；S2、基于模糊控制理論建立模糊規則，并根據上述模糊規則設計模糊切換控制器，且根據不同控制模式的目標電流與該控制模式的權重系數計算得出輸出電流；S3、計算上述輸出電流的微分以及二階微分，并將上述輸出電流的微分以及二階微分作為特征狀態建立關于特征狀態的可拓集合，根據輸出電流的微分以及二階微分的容許范圍和系統可調的最大微分和二階微分對可拓集合進行區域劃分；S4、基于可拓理論對模糊切換控制器進行性能拓展，在可拓集合不同區域設定不同控制方法；且建立關聯函數，并結合關聯函數、輸出電流的微分以及二階微分判定輸出電流處于可拓集合的哪個區域內，并利用該區域對應的控制方法對電流進行優化，且將優化后的電量輸入至電機。

【技術特征摘要】
1.一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、獲取車輛轉向盤轉矩、轉向盤轉角、車速信息，并根據車輛轉向盤轉矩、轉向盤轉角、車速信息選擇控制模式；S2、基于模糊控制理論建立模糊規則，并根據上述模糊規則設計模糊切換控制器，且根據不同控制模式的目標電流與該控制模式的權重系數計算得出輸出電流；S3、計算上述輸出電流的微分以及二階微分，并將上述輸出電流的微分以及二階微分作為特征狀態建立關于特征狀態的可拓集合，根據輸出電流的微分以及二階微分的容許范圍和系統可調的最大微分和二階微分對可拓集合進行區域劃分；S4、基于可拓理論對模糊切換控制器進行性能拓展，在可拓集合不同區域設定不同控制方法；且建立關聯函數，并結合關聯函數、輸出電流的微分以及二階微分判定輸出電流處于可拓集合的哪個區域內，并利用該區域對應的控制方法對電流進行優化，且將優化后的電量輸入至電機。2.根據權利要求1所述的電動助力轉向系統多模式切換控制方法，其特征在于，步驟S1具體包括：通過傳感器獲取車輛轉向盤轉矩Th、轉向盤轉角θc、車速V信息；當或V≥70km/h&&|Th|＞2N·m時，選擇助力模式；當時，選擇回正模式；當V≥70km/h&&|Th|≤2N·m時，選擇阻尼模式。3.根據權利要求2所述的電動助力轉向系統多模式切換控制方法，其特征在于，步驟S2具體包括：基于模糊控制理論，選用三角形隸屬度函數并建立模糊規則；將轉向盤轉矩Th、轉向盤轉角θc、車速V信息作為模糊切換控制器輸入，各模式的權重系數σ作為輸出，分別對模糊切換控制器的輸入和輸出設定基本論域、模糊論域、模糊子集；優選地，對模糊切換控制器的輸入和輸出設定基本論域、模糊論域、模糊子集具體包括：對于控制助力—阻尼模式的模糊切換控制器：Th的基本論域定為[-5,5]、模糊論域定為{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}、模糊子集為{NB1,NB2,NM1,NM2,NS1,NS2,ZO,PS1,PS2,PM1,PM2,PB1,PB2}；V的基本論域定為[50,90]、模糊論域定為{1,2,3,4,5,6}、模糊子集為{PS1,PS2,PM1,PM2,PB1,PB2}；模糊切換控制器輸出的基本論域為[0,1]、模糊論域為{0,1,2,3}、模糊子集為{ZO,PS,PM,PB}；對于控制助力—回正模式的模糊切換控制器：θc的基本論域定為[-3,3]、模糊論域定為{-3,-2,-1,0,1,2,3}、模糊子集為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}；模糊切換控制器輸出的基本論域為[0,1]、模糊論域為{0,1,2,3}、模糊子集為{ZO,PS,PM,PB}；將阻尼模式、助力模式、回正模式三種模式的目標電流同對應模式下的權重系數相乘再求和得出輸出電流，設計模糊切換控制器控制器具體包括：模糊切換控制器作為上層控制器控制目標電流的輸出，完成各模式之間的切換，下層EPS采用PID控制器進行控制；輸出電流即可通過下式得出：其中，I1為助力模式的目標電流，I2為阻尼模式的目標電流，I3為回正模式的目標電流，σ1、σ2、σ3、σ4均為模糊切換器輸出加權系數，控制器1為助力-阻尼模式之間相互切換的模糊切換控制器，控制器2為助力-回正模式之間相互切換的模糊切換控制器。4.根據權利要求3所述的電動助力轉向系統多模式切換控制方法，其特征在于，步驟S3具體包括：根據上述輸出電流I，計算其微分以及二階微分提取以及組成特征狀態并建立關于特征狀態的可拓集合；設輸出電流的微分的容許范圍分別為輸出電流的二階微分的容許范圍為系統可調的最大微分和二階微分分別為和以作為可拓集合的橫坐標、為縱坐標，和作為橫坐標的域值邊界，其中經典域范圍為可拓域范圍為和作為縱坐標的域值邊界，其中經典域范圍為可拓域范圍為5.根據權利要求4所述的電動助力轉向系統多模式切換控制方法，其特征在于，步驟S4具體包括：輸出電流I的微分以及二階微分組成的特征平面，設特征平面的原點為S0(0,0)，記對特征平面上任一點定義關聯函數為：其中，Roy為經典域，為可拓集合不同區域設定不同控制方法具體包括：在經典域內，測度模式為M1＝{S|K(S)≥0}，采用模糊切換控制策略；在可拓域內，測度模式為M2＝{S|-1≤K(S)≤0}，模糊切換控制策略輸出為：其中，KC為當前測度模式的控制系數，為目標電流微分的符號函數；在非域內，測度模式為M3＝{S|K(S)≤-1}，取模糊切換控制器輸出最大值um作為模糊切換控制策略；即EPS可拓模糊切換控制器輸出為：根據關聯函數值對應不同的域選擇該域對...

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪洪波，夏志，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：安徽,34