本案是以申请号为201610039649.3，申请日为2016-01-21，名称为《基于amt的混合动力系统及其控制方法》的专利申请为母案的分案申请。
本发明涉及混合动力系统，尤其涉及一种基于amt的混合动力系统及其控制方法。
背景技术：
随着日益严重的环境污染，新能源汽车得到不断的推广。新能源公交车已不再单纯的运营于一线或者二线城市，三线城市以及部分乡镇也开始广泛的应用新能源公交车。公交车的运行工况变得更加的复杂多样化，传统的直驱的混合动力系统已经无法满足这种多样化的公交工况。现有的amt混合动力系统的大部分使用的是转速和油门结合判断的换挡策略，例如，中国专利申请公开cn105197006a公开了一种混合动力汽车纯电驱动起步控制方法，当整车进行纯电动起步时，控制驱动电机进行转速闭环控制，要求驱动电机的转速保持在目标转速，控制变速箱中的离合器缓慢结合，由驱动电机通过变速箱控制整车缓慢起步，整车进入蠕行工况行驶；当系统在蠕行行驶过程中，驾驶员进行踩油门加速时，控制驱动电机退出转速闭环控制，对驱动电机进行扭矩控制，驱动电机执行的扭矩为驱动电机在蠕行工况下的实际扭矩与驾驶员需求扭矩的叠加。然而现在的运行工况复杂，比如在坡道上需要满足一定的加速度，后桥需要输出较大的扭矩，过晚的换挡可能导致车辆的加速扭矩不够，不同的爬坡度，车辆所受到的阻力不同。因而，转速和油门结合判断的换挡策略已无法适应复杂的运行工况需求，也无法满足高节油率的要求。
另外，现有的搭载amt的混合动力受到成本的制约一般有两种电源的匹配方案，一种是单纯的匹配超级电容，一种是匹配少量的高倍率电池。匹配电容的amt混合电力系统，电源的回收能力较差；匹配少量高倍率的电池，充放电倍率有限，充放电效率低。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于amt的混合动力系统及其控制方法，能够满足高充放电效率以及适应复杂的运行工况。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于amt的混合动力系统，包括：驱动电机、发动机以及amt模块，所述amt模块与驱动电机以及车辆的传动轴连接；还包括：
采集模块，用于采集各档位区间内驱动电机输出的或发动机与驱动电机耦合工作输出的或发动机输出的最大扭矩，以及实时采集油门的开度、车辆的速度和电池的剩余电量；
所述amt模块包括：
计算模块，用于根据实时采集的油门的开度以及最大扭矩与转速的映射表计算出当前加速度；
切换模块，用于根据设定的加速度阈值、当前速度、当前加速度以及电池的剩余电量，进行换挡。
本发明基于amt的混合动力系统的有益效果在于：采集模块采集各档位区间内的最大扭矩，从而计算模块能够根据最大扭矩和转速的映射表以及实时的油门开度，得到车辆实时的当前加速度，切换模块根据已经设定好的加速度阈值、当前加速度当前速度以及电池剩余电量，即可选择使用纯电驱动、纯发动机驱动还是发动机与驱动电机耦合驱动，以及是否继续加速或是否切换至另一档位。从而使得车辆能够适应复杂的运行工况，高效、节能地运行。
一种基于amt的混合动力系统的控制方法，包括：
采集各档位区间内驱动电机输出的或发动机与驱动电机耦合工作输出的或发动机输出的最大扭矩，建立最大扭矩与转速的映射表；
实时采集油门的开度、车辆的速度和电池的剩余电量；
根据实时采集的油门的开度以及所述映射表计算出当前加速度；
根据设定的加速度阈值、当前速度、当前加速度以及电池的剩余电量，进行换挡。
本发明基于amt的混合动力系统的控制方法的有益效果在于：根据发动机及其电机的外特性，计算出各个档位区间内，驱动电机或发动机与驱动电机耦合工作能够输出的最大扭矩，制作最大输出扭矩与转速的映射数据表，并实时采集油门的开度，根据油门的开度、车辆的当前加速度以及当前速度，计算出当前车辆需要的驱动扭矩，再根据以上的最大输出扭矩与转速的数据表，作为换挡的条件约束。根据油门开度、最大扭矩与转速即可计算得到实时的当前加速度，根据已经设定好的加速度阈值、当前加速度当前速度以及电池剩余电量，选择最佳的换挡方案，使得车辆工作在最佳状态，从而能够适应复杂的运行工况，高效、节能地运行。
附图说明
图1为本发明实施例一的基于amt的混合动力系统的结构图；
图2为本发明实施例一的基于amt的混合动力系统的切换模块结构图；
图3为本发明实施例一的基于amt的混合动力系统的采集模块结构图；
图4为本发明实施例二的基于amt的混合动力系统的控制方法流程图；
图5为本发明实施例二的基于amt的混合动力系统的基于amt的混合动力系统的10.5米混合动力公交车控制方法流程图；
图6为本发明实施例二的基于amt的混合动力系统的控制方法的现有技术的加速试验结果示意图；
图7为本发明实施例二的基于amt的混合动力系统的控制方法的表1所示公交车加速试验结果示意图。
标号说明：
1、驱动电机；2、发动机；3、amt模块；31、计算模块；32、切换模块；321、比较判断模块；322、控制模块；4、采集模块；41、扭矩采集模块；42、油门开度采集模块；43、转速采集模块；44、第一计算模块；45、电量采集模块；5、bsg发电机；6、集成电机控制器；7、整车集成控制器；8、电池。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
本发明最关键的构思在于：计算模块根据实时采集的油门开度和最大扭矩与传输的映射表计算当前加速度，切换模块根据当前加速度、预设的加速度阈值、当前速度和电池的剩余电量进行换挡。
本发明涉及的技术术语解释：
请参阅图1至图3，
一种基于amt的混合动力系统，包括：驱动电机1、发动机2以及amt模块3，所述amt模块3与驱动电机1以及车辆的传动轴连接；还包括：
采集模块4，用于采集各档位区间内驱动电机1输出的或发动机2与驱动电机1耦合工作输出的最大扭矩，以及实时采集油门的开度、车辆的速度和电池的剩余电量；
所述amt模块3包括：
计算模块31，用于根据实时采集的油门的开度以及最大扭矩与转速的映射表计算出当前加速度；
切换模块32，用于根据设定的加速度阈值、当前速度、当前加速度以及电池的剩余电量，进行换挡。
从上述描述可知，本发明基于amt的混合动力系统的有益效果在于：采集模块4采集各档位区间内的最大扭矩，从而计算模块31能够根据最大扭矩和转速的映射表以及实时的油门开度，得到车辆实时的当前加速度，切换模块32根据已经设定好的加速度阈值、当前加速度当前速度以及电池剩余电量，即可选择使用纯电驱动、纯发动机驱动还是发动机与驱动电机耦合驱动，以及是否继续加速或是否切换至另一档位。从而使得车辆能够适应复杂的运行工况，高效、节能地运行。
进一步的，所述切换模块32包括：
比较判断模块321，用于比较当前加速度和加速度阈值以及电池的当前剩余电量和电量阈值；所述电量阈值包括第一电量阈值和第二电量阈值，第一电量阈值大于第二电量阈值；
控制模块322，用于当前加速度大于加速度阈值且电池的剩余电量大于第一电量阈值时，关闭发动机2，驱动电机1驱动车辆进行加速及换档；当前加速度大于加速度阈值且电池的剩余电量小于第一电量阈值且大于第二电量阈值时，启动发动机2，根据发动机负荷控制发动机2和驱动电机1耦合驱动车辆进行加速及换档；当前加速度小于加速度阈值或电池的剩余电量小于第二电量阈值时，关闭驱动电机1，启动发动机2驱动车辆进行加速及换档。
从上述描述可知，比较判断模块321比较当前加速度和加速度阈值、电池的当前剩余电量和电量阈值，从而控制模块322根据比较判断模块321的比较结果控制车辆进行换挡，并控制发动机2关闭或启动以及驱动电机1关闭或启动。
进一步的，所述采集模块4包括：
扭矩采集模块41，用于采集驱动电机1、发动机2或者发动机2和驱动电机1耦合工作输出的最大扭矩；
油门开度采集模块42，用于采集油门的开度；
转速采集模块43，用于采集后桥转速；第一计算模块44，用于根据后桥转速计算车辆的速度；
电量采集模块45，用于采集电池的剩余电量。
从上述描述可知，通过扭矩采集模块41采集车辆的扭矩，油门开度采集模块42实时采集油门的开度，转速采集模块43采集后前转速从而计算模块31根据后桥转速计算车辆的速度，无需再添加其他传感器。
进一步的，还包括：bsg发电机5以及集成电机控制器6，bsg发电机5控制发动机2启动或关闭，集成电机控制器6控制驱动电机1和bsg发电机5启动或关闭。
从上述描述可知，能够通过集成电机控制器6控制发动机或驱动电机1的启动或关闭，实现统一控制。
进一步的，还包括：整车集成控制器7，所述采集模块4内置于整车集成控制器7中，所述整车集成控制器7与集成电机控制器6连接。
从上述描述可知，整车集成控制器7控制采集模块4和集成电机控制器6，实现对整个车辆的控制。
请参阅图4至图7，
一种基于amt的混合动力系统的控制方法，包括：
s1、采集各档位区间内驱动电机1输出的或发动机2与驱动电机1耦合工作输出的或发动机输出的最大扭矩，建立最大扭矩与转速的映射表；
s2、实时采集油门的开度、车辆的速度和电池的剩余电量；
s3、根据实时采集的油门的开度以及所述映射表计算出当前加速度；
s4、根据设定的加速度阈值、当前速度、当前加速度以及电池的剩余电量，进行换挡。
本发明基于amt的混合动力系统的控制方法的有益效果在于：根据发动机及其电机的外特性，计算出各个档位区间内，驱动电机或发动机与驱动电机耦合工作或发动机能够输出的最大扭矩，制作最大输出扭矩与转速的映射数据表，并实时采集油门的开度，根据油门的开度、车辆的当前加速度以及当前速度，计算出当前车辆需要的驱动扭矩，再根据以上的最大输出扭矩与转速的数据表，作为换挡的条件约束。根据油门开度、最大扭矩与转速即可计算得到实时的当前加速度，根据已经设定好的加速度阈值、当前加速度当前速度以及电池剩余电量，选择最佳的换挡方案，使得车辆工作在最佳状态，从而能够适应复杂的运行工况，高效、节能地运行。
进一步的，当前加速度大于加速度阈值且电池的剩余电量大于第一电量阈值时，关闭发动机，驱动电机驱动车辆进行加速及换挡；当前加速度大于加速度阈值且电池的剩余电量小于第一电量阈值且大于第二电量阈值时，启动发动机和驱动电机，根据发动机负荷控制发动机和驱动电机耦合驱动车辆进行加速及换挡；当前加速度小于加速度阈值或电池的剩余电量小于第二电量阈值时，关闭驱动电机，启动发动机驱动车辆进行加速及换挡；所述第一电量阈值大于第二电量阈值。
从上述描述可知，通过比较当前加速度和加速度阈值、电池的当前剩余电量和电量阈值，从而控制车辆进行换挡以及切换驱动模式。
进一步的，所述加速度阈值计算可根据预设时间段内车辆启动至设定速度的平均加速度来确定。
从上述描述可知，通过预设时间段内车辆启动至设定速度的平均加速度确定加速度阈值，从而加速度阈值能够满足一定的速度要求。
进一步的，实时采集所述车辆的速度具体为：实时采集后桥转速，根据转速计算车辆的速度。
从上述描述可知，无需再添加其他传感器来采集车辆的速度。
请参照图1至图3，本发明的实施例一为：
一种基于amt的混合动力系统，包括：驱动电机1、发动机2、amt模块3、bsg发电机5、集成电机控制器6以及整车集成控制器7，所述整车集成控制器7内置采集模块4，所述整车集成控制器7与集成电机控制器6连接，所述集成电机控制器6分别与bsg发电机5和驱动电机1连接，所述bsg发电机5与发动机2连接，为发动机2供电，所述amt模块3与驱动电机1以及车辆的传动轴连接。所述bsg发电机5用于控制发动机2启动或关闭，集成电机控制器6控制驱动电机1和bsg发电机5启动或关闭。优选的，还包括高倍率的电池8，所述高倍率的电池8为整车集成控制器7、集成电机控制器6、bsg发电机5、驱动电机1以及amt模块3供电。
所述采集模块4用于采集各档位区间内纯电动时驱动电机1输出的或混合动力时发动机与驱动电机1耦合工作输出的或纯发动机输出的最大扭矩，以及实时采集油门的开度、车辆的速度和电池8的剩余电量；包括：
扭矩采集模块41，用于采集纯电动时驱动电机1、纯发动机2或者混合动力时发动机2和驱动电机1耦合工作输出的最大扭矩；
油门开度采集模块42，用于采集油门的开度；
转速采集模块43，用于采集后桥转速；第一计算模块44，用于根据后桥转速计算车辆的速度；
电量采集模块45，用于采集电池8的剩余电量。
所述amt模块3包括：
计算模块31，用于根据实时采集的油门的开度以及最大扭矩与转速的映射表计算出当前加速度；
切换模块32，用于根据设定的加速度阈值、当前速度、当前加速度以及电池的剩余电量，进行换挡。优选的，所述加速度阈值可设置的最大值为0.914㎡/s。具体的，所述切换模块32包括：
比较判断模块321，用于比较当前加速度和加速度阈值以及电池的当前剩余电量和电量阈值；所述电量阈值包括第一电量阈值和第二电量阈值，第一电量阈值大于第二电量阈值；优选的，所述第一电量阈值可设置的范围为电池总电量的55％～80％，所述第二电量阈值可设置的范围为电池总电量的30％～50％。
控制模块322，用于当前加速度大于加速度阈值且电池的剩余电量大于第一电量阈值时，关闭发动机2，驱动电机1驱动车辆进行加速及换档；当前加速度大于加速度阈值且电池的剩余电量小于第一电量阈值且大于第二电量阈值时，启动发动机2和驱动电机1，根据发动机负荷控制发动机2和驱动电机1耦合驱动车辆进行加速及换档；当前加速度小于加速度阈值或电池的剩余电量小于第二电量阈值时，关闭驱动电机1，启动发动机2驱动车辆进行加速及换档。电池电量低时，可以在发动机负荷低时，在发动机驱动车辆的同时，利用富余的功率带动驱动电机1对电池进行充电。这样不但可以满足电池在寿命及效率高的区间内工作，还能有效的提高车辆的节油率。
请参照图4至图7，本发明的实时例二为，一种配合实施例一中基于amt的混合动力系统的使用的控制方法，包括：
根据预设时间段内车辆启动至设定速度的平均加速度确定加速度阈值；所述预设时间段由车辆的性能确定，例如，对于一辆10.5米混合动力公交车，要求该车0-50km/h加速时间为25s，则预设时间段为25s；
采集模块4采集各档位区间内驱动电机1输出的或发动机与驱动电机1耦合工作输出的或发动机输出的最大扭矩，建立最大扭矩与转速的映射表；实时采集油门的开度、车辆的速度和电池的剩余电量，计算出当前车辆需要的驱动扭矩，再根据以上的最大输出扭矩与转速的数据表，作为换挡的条件约束；优选的，实时采集车辆的速度具体为：实时采集后桥转速，根据转速计算车辆的速度。
计算模块31根据实时采集的油门的开度以及所述映射表计算出当前加速度；
切换模块32根据设定的加速度阈值、当前速度、当前加速度以及电池的剩余电量，进行换挡；具体的，
若当前加速度大于加速度阈值且电池的剩余电量在第一电量阈值以上，则发动机关闭，驱动电机启动，进入纯电驱动模式驱动车辆进行加速，当车速达到预设车速时，切换至上一档位；若当前加速度小于加速度阈值或电池的剩余电量在第二电量阈值以下，则发动机启动，驱动电机关闭，进入纯发动机驱动模式，其中第一电量阈值大于第二电量阈值，当车速达到预设车速时，切换至上一档位；若当前加速度大于加速度阈值且电池的剩余电量在第二电量阈值和第一电量阈值之间，发动机启动，驱动电机启动，根据发动机负荷控制发动机和驱动电机耦合，当车速达到预设车速时，切换至上一档位。例如，当车速达到20km/h时，切换至二挡，当车速达到31km/h时切换至三挡；若否，说明路况不佳，不做换挡。进一步的，上述仅描述了往上换挡的情况，往下换挡也类似，当车速降低到预设车速以下，则切换至下一档位。优选的，车辆启动时选择纯电驱动启动。优选的，若驱动电机或发动机在前一步骤已经启动，则下一步骤中启动驱动电机或启动发动机为保持驱动电机的启动状态或保持发动机的启动状态。例如，当前加速度大于加速度阈值且剩余电量在第一电量阈值和第二电量阈值之间时，启动发动机和驱动电机，驱动电机和发动机耦合驱动车辆加速达到20km/h时，切换至二档，切换后当前加速度大于加速度阈值而剩余电量小于第二电量阈值时，启动发动机关闭驱动电机，这里的启动发动机即保持发动机的启动状态。
以应用了基于amt的混合动力系统的10.5米混合动力公交车为例，整车的基本参数如表1所示；
表1
假设，要求0-50km/h加速时间为25s，整车需求加速度阈值a＝0.55*油门踏板的比例。则控制方法如下：
如图5所示为本发明混合动力系统模式切换和换挡的基本过程示意图，当剩余电量soc大于第一电量阈值60％时，切换至纯电驱动模式，发动机关闭，驱动电机1一档起步至车速大于13km/h；判断是否当前加速度a1大于加速度阈值a且剩余电量soc大于第一电量阈值60％；若是，加速至20km/h，并换至二档；若否，判断是否剩余电量soc大于第二电量阈值45％且a1大于加速度阈值a，若是，则切换至混合动力驱动模式，启动发动机，根据发动机负荷控制发动机和驱动电机1耦合，加速至20km/h，并换至二档，若否，则切换至纯发动机驱动模式，启动发动机，驱动电机关闭，加速至20km/h，并换至二档；判断是否当前加速度a2大于加速度阈值a且剩余电量大于第一电量阈值60％；若是，则关闭发动机，启动驱动电机(当前面发动机已经是关闭状态时，保持发动机关闭状态，当前面驱动电机已经是启动状态，保持驱动电机的启动状态)，加速至31km/h，并换至三档；若否，判断是否剩余电量soc大于第二电量阈值45％且a2大于加速度阈值a，若是，则切换至混合动力驱动模式，启动发动机，根据发动机负荷控制发动机和驱动电机1耦合，加速至20km/h，并换至三档，若否，则切换至纯发动机驱动模式，启动发动机，驱动电机关闭，加速至20km/h，并换至三档；判断是否当前加速度a3大于加速度阈值a且剩余电量大于第一电量阈值60％；若是，关闭发动机，启动驱动电机(当前面发动机已经是关闭状态时，保持发动机关闭状态，当前面驱动电机已经是启动状态，保持驱动电机的启动状态)，加速至40km/h，并启动发动机，切换至四挡；若否，判断是否剩余电量soc大于第二电量阈值45％且a3大于加速度阈值a，若是，则切换至混合动力驱动模式，启动发动机，根据发动机负荷控制发动机和驱动电机1耦合，加速至20km/h，并换至四档，若否，则切换至纯发动机驱动模式，启动发动机，驱动电机关闭，加速至20km/h，并换至四档。
图5所示为一个完整的加速过程，但实际上车辆并不是一直都在加速运行的，受路况影响，车辆的加速度和车速都在不断变化，因此，系统以固定时间间隔对车辆当前加速度和剩余电量进行判断，以便及时切换至相应的工作模式，适应不同的路况。也就是说，在实际道路行驶时，车辆会根据加速度和剩余电量在三种模式中来回切换，只要加速度和剩余电量符合相应模式，系统就工作在相应的模式，不仅能更好的适应路况，也能更好的维护车辆性能。车辆换挡也是同理，图5所示仅从低档换到高档，在实际运行中，当速度将到预设速度以下，则将切换到低一档。所述时间间隔为500ms～5s，优选的，将时间间隔设为1s。
如图6和图7所示为本发明表1所示公交车与现有技术的加速试验比较结果示意图，经试验得到如图6所示的结果：油门踩到底加速，加速到62km/h，加速时间缩短1.5s。
综上所述，本发明提供的基于amt的混合动力系统及控制方法，采用高倍率电池充电，从而能够加长车辆的纯电动运行时间。采集模块内置于整车集成控制器内，从而整车集成控制器控制此采集模块采集各档位区间内驱动电机输出的或发动机与驱动电机耦合工作输出的最大扭矩，建立最大扭矩与转速的映射表；amt模块中的计算模块根据实时采集的油门开度、最大扭矩与转速的映射表计算出当前加速度；amt模块中的切换模块根据当前加速度、加速度阈值、当前速度和电池的剩余电量控制车辆进行换挡，集成电机控制控制驱动电机或bsg发电机关闭或启动，进一步通过bsg发电机控制发动机关闭或打开，选择是否使用发动机和驱动电机耦合驱动。从而能够适应复杂的运行工况，高效、节能地运行。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。