一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法與流程
本發明涉及電動汽車轉向系統控制技術領域，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。
背景技術：
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。混雜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。
技術實現要素：
基于背景技術存在的技術問題，本發明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。
本發明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。
本發明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，集合建立模塊具體用于：
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，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，電流優化模塊具體用于：
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。
本發明提出的電動助力轉向系統多模式切換控制方法及系統，基于模糊控制理論，針對EPS混雜系統的特點，設計了上層模糊切換控制器，通過輸出權重系數來完成EPS多個模式之間的切換，因此減小了切換過程中的沖擊，提升了切換過程的平穩性，較大改善了EPS控制性能；進一步地，本發明選用輸入到電機的目標電流的微分和二階微分作為特征狀態提取量，基于可拓理論對特征狀態進行劃分，對應可拓集合中的經典域、可拓域和非域，且當上述特征狀態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。
附圖說明
圖1為一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法的步驟示意圖；
圖2為一種電動助力轉向系統多模式切換控制系統的結構示意圖；
圖3為一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法及系統的EPS控制模式的切換示意圖；
圖4為一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法及系統的EPS模糊切換控制系統的結構示意圖；
圖5為一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法及系統的EPS可拓模糊切換控制器的結構示意圖；
圖6為一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法及系統的關于特征狀態的可拓集合的結構示意圖；
圖7為一種電動助力轉向系統多模式切換控制方法及系統的試驗系統框圖；
圖8為實施例中助力-阻尼模式切換目標電流硬件在環試驗結果比較示意圖；
圖9為實施例中助力-阻尼模式切換轉向盤轉角硬件在環試驗結果比較示意圖；
圖10為實施例中助力-阻尼模式切換橫擺角速度硬件在環試驗結果比較示意圖；
圖11為實施例中阻尼-助力模式切換目標電流仿真硬件在環試驗結果比較示意圖；
圖12為實施例中阻尼-助力模式切換轉向盤轉角硬件在環試驗結果比較示意圖；
圖13為實施例中阻尼-助力模式切換橫擺角速度硬件在環試驗結果比較示意圖；
圖14為實施例中回正-助力模式切換目標電流硬件在環試驗結果比較示意圖；
圖15為實施例中回正-助力模式切換轉向盤轉角硬件在環試驗結果比較示意圖；
圖16為實施例中回正-助力模式切換橫擺角速度硬件在環試驗結果比較示意圖。
具體實施方式
參照圖1、圖3-圖7，圖1、圖3-圖7為本發明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；
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。
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；
步驟S2具體包括：根據上述所建立的輸入、輸出及模糊規則設計模糊切換控制器，將阻尼模式、助力模式、回正模式三種模式的目標電流同控制器輸出的權重系數相乘再求和就可得到包含切換過程的輸出電流，即通過調節權重系數完成各模式之間的平滑切換；控制器的具體設計如下：
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。
模糊切換控制是模糊多模型控制的一種，與傳統意義上的模糊控制不同，其輸出一般不是控制對象的直接輸入，而是作為控制器的輸出調整指令。控制系統根據輸入條件對當前狀態進行判斷，在某一時刻，只有一個模糊切換控制器進行工作。模糊切換控制器通過輸出的權數來完成兩種模式的相互切換，在切換的過程中，前一個模式的加權系數從1降為0，后一個模式的加權系數從0升為1，從而完成切換。
在模糊切換控制系統中設計了兩個模糊切換控制器，分別為阻力-阻尼模糊切換控制器和助力-回正模糊切換控制器。由于車輛在高速下進行回正并不需要電機提供阻力，所以不涉及阻尼-回正模式之間的模糊切換及控制器。當車在低速時，不需要進行阻尼控制，只有助力和回正模式相互切換，此時，模糊切換控制器2工作。當車速較高時，不需要再給電機提供回正目標電流，模糊切換控制器1完成助力和阻尼模式之間的切換。
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；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，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
S4、基于可拓理論對模糊切換控制器進行性能拓展，以對可拓集合進行區域劃分，且為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，電機產生平穩變化的力矩以達到電動助力轉向系統多模式之間平滑切換的目的。
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}，此時特征狀態處于模糊切換控制可以控制的集合，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}，測度模式M2是可拓控制策略發揮作用的主要區域，控制器是為了盡可能拓展EPS系統切換時的控制性能提升空間，則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}，此模式下，特征狀態已經較遠地偏離了經典域，無法使特征狀態轉變到符合控制要求的范圍，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。
參照圖2-圖7，圖2-圖7為本發明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；
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。
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；
電流計算模塊具體用于：根據上述所建立的輸入、輸出及模糊規則設計模糊切換控制器，將阻尼模式、助力模式、回正模式三種模式的目標電流同控制器輸出的權重系數相乘再求和就可得到包含切換過程的輸出電流，即通過調節權重系數完成各模式之間的平滑切換；控制器的具體設計如下：
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。
模糊切換控制是模糊多模型控制的一種，與傳統意義上的模糊控制不同，其輸出一般不是控制對象的直接輸入，而是作為控制器的輸出調整指令。控制系統根據輸入條件對當前狀態進行判斷，在某一時刻，只有一個模糊切換控制器進行工作。模糊切換控制器通過輸出的權數來完成兩種模式的相互切換，在切換的過程中，前一個模式的加權系數從1降為0，后一個模式的加權系數從0升為1，從而完成切換。
在模糊切換控制系統中設計了兩個模糊切換控制器，分別為阻力-阻尼模糊切換控制器和助力-回正模糊切換控制器。由于車輛在高速下進行回正并不需要電機提供阻力，所以不涉及阻尼-回正模式之間的模糊切換及控制器。當車在低速時，不需要進行阻尼控制，只有助力和回正模式相互切換，此時，模糊切換控制器2工作。當車速較高時，不需要再給電機提供回正目標電流，模糊切換控制器1完成助力和阻尼模式之間的切換。
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；
集合建立模塊具體用于：
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，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
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，以對可拓集合進行區域劃分，且為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。
電流優化模塊具體用于：
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}，此時特征狀態處于模糊切換控制可以控制的集合，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}，測度模式M2是可拓控制策略發揮作用的主要區域，控制器是為了盡可能拓展EPS系統切換時的控制性能提升空間，則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}，此模式下，特征狀態已經較遠地偏離了經典域，無法使特征狀態轉變到符合控制要求的范圍，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。
本發明提出的電動助力轉向系統多模式切換控制方法及系統，基于模糊控制理論，針對EPS混雜系統的特點，設計了上層模糊切換控制器，通過輸出權重系數來完成EPS多個模式之間的切換，因此減小了切換過程中的沖擊，提升了切換過程的平穩性，較大改善了EPS控制性能；進一步地，本發明選用輸入到電機的目標電流的微分和二階微分作為特征狀態提取量，基于可拓理論對特征狀態進行劃分，對應可拓集合中的經典域、可拓域和非域，且當上述特征狀態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。
優選地，采用三個性能指標對本方法的有效性和可行性進行驗證，三個指標分別為切換后的電流I、轉向盤轉角θc以及橫擺角速度ωr；電流I和轉向盤轉角θc可以通過傳感器直接采集，橫擺角速度ωr需要通過線性二自由度模型獲得。所述的二自由度模型為：
二自由度車輛所受到的外力沿y軸方向的合力與繞質心的力矩為：
車輛前后輪側偏角為：
整理之后得到該二自由度汽車模型的動力學方程：
其中，β為車輛質心側偏角，ωr為車輛橫擺角速度，m為車輛的整車質量，Iz為車輛繞z軸的轉動慣量，lf為質心到前軸中心的距離，lr為質心到后軸中心的距離，δf為車輛前輪的轉角，Cf為車輛前輪胎的側偏剛度，Cr為車輛后輪胎的側偏剛度。
為驗證上述方法及系統的有效性和可行性，以下結合具體實施例對上述方法及系統進行驗證：
搭建用于EPS多模式切換的臺架進行試驗。本專利以某款裝配有EPS的轉向管柱和阻力模擬伺服電機為基礎搭建試驗臺架,并聯合LabVIEW進行試驗研究。試驗臺架主要設備包括轉向管柱、阻力模擬伺服電動機、各種傳感器、助力電機、PXI主機、SCB-68接線板和計算機等，具體試驗系統如圖7所示。在試驗過程中，利用接口系統采集轉向盤轉角傳感器、轉向盤轉矩傳感器等信號，并將信號傳送給PXI主機；在LabVIEW中編寫控制算法，由PXI主機執行；接口系統同時也將車輛模型中的轉向阻力矩和目標力矩分別發送到伺服電動機控制器和EPS電動機控制器，以此實施多種模式的切換控制。
硬件在環試驗在三種工況下進行，分別為：基于車速的助力模式到阻尼模式的切換、基于方向盤轉矩的阻尼模式到助力模式的切換、基于方向盤轉角的回正模式到助力模式的切換。每種工況都采用直接切換、模糊切換和可拓模糊切換三種控制策略進行試驗。
進行模糊控制切換的模糊控制規則如下表所示：
表1助力—阻尼模式切換模糊規則表
表2助力—回正模式切換模糊規則表
EPS系統在工作過程中,主要工作在助力模式、回正模式和阻尼模式下，三者各自構成了自己的連續動態過程；外界離散事件輸入或控制模式下連續動態的演化會引起EPS各模式的躍變，即多模式之間的相互切換。EPS直接切換進行控制，就是按照圖3所示的方式，當切換條件滿足時，直接切換至另一種工作模式。模糊切換和可拓模糊切換兩種控制策略已經詳細給出。
(1)助力—阻尼模式切換
給定方向盤轉矩為2N·m，車速以50km/h的速度遞增到90km/h，在這一過程中，EPS從助力模式切換到阻尼模式，分別采用直接切換、模糊切換和可拓模糊切換三種控制策略進行試驗。經反復試驗，可拓模糊切換控制器中的主要參數取KC＝[1-1]。圖8-圖10給出的是以車速70km/h作為EPS切換點的試驗結果圖。
(2)阻尼—助力模式切換
設車速為80km/h，方向盤力矩從0N·m遞增到5N·m，在這一過程中，EPS 從阻尼模式切換到助力模式，分別采用直接切換、模糊切換和可拓模糊切換三種控制策略進行試驗。可拓模糊切換控制器中的主要參數取KC＝[-1 1]。圖11-圖13給出的是以轉向盤力矩2N·m作為EPS切換點的試驗結果圖。
(3)回正—助力模式切換
設車速為20km/h，在回正過程中施加轉向力，EPS從回正模式切換到助力模式，分別采用直接切換、模糊切換和可拓模糊切換三種控制策略進行試驗。可拓模糊切換控制器中的主要參數取KC＝[-1 1]。圖14-圖16給出的是以轉向盤轉速和轉速微分乘積為0作為EPS切換點的試驗結果圖。
硬件在環試驗結果說明采用本發明的控制方法時，模糊切換控制能大幅改善EPS的控制性能，有效遏制EPS模式切換過程中的電流突變和性能惡化，減小了切換過程的沖擊，方向盤轉角和橫擺角速度在切換時也能更好的平穩過渡。可拓模糊切換控制在模糊切換控制的基礎上對目標的電流進行優化，進一步提升了系統的控制性能，實現了EPS混雜系統在多模式切換過程中的平滑切換。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
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