一种混合动力汽车换挡方法及系统.pdf

本发明中提供一种混合动力汽车换挡方法，首先根据电池SOC、驾驶员需求转矩和车辆状态，确定出电池是可放电状态或需充电状态；其次，确定在上述两种状态下，某一车速下可能出现的挡位，以及每个挡位对应的发动机转矩和转速；最后，以发动机燃油消耗率最小为条件，确定出目标挡位，并根据两次换挡的间隔时间，确定是否进行换挡操作。本方法优点在于判断电池状态时，通过使用电池SOC、驾驶员需求转矩和车辆状态值的综合判断，避免了SOC跳变导致电池状态反复变化的问题，是在确定目标挡位时，以发动机燃油消耗率最小为条件，从各个可能挡位中确定处目标挡位，确保目标挡位下车辆油耗最小；同时根据两次换挡间隔时间决定是否换挡，避免了频繁换挡。

1.  一种混合动力汽车的换挡方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据电池使用状况、驾驶员的动力需求转矩和车辆状态判断电池是处于可放电状态还是需充电状态；
根据电池的状态和车速信息，确定可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速；
在上述可选目标挡位中，选择发动机燃油消耗量最小的挡位作为目标挡位；
与当前挡位比较，确定是否进行换挡操作。

2.  根据权利要求1所述的换挡方法，其特征在于，在所述“根据电池状况、驾驶员需求和车辆状态判断电池是处于可放电状态还是需充电状态”中，包括：
当电池的剩余电量大于高限阈值时，电池为可放电状态；
当电池的剩余电量低于低限阈值时，电池为需充电状态；
当电池的剩余电量位于高限阈值和低限阈值之间时，如果车轮处的动力需求转矩大于一定阈值时，电池为可放电状态，否则所述电池的状态为保持其前一状态；
此外，当车辆刚起步时，不考虑电池的使用状况，将所述电池设置为可放电状态。

3.  根据权利要求1或2所述的换挡方法，其特征在于，在所述“根据电池的状态和车速信息，确定可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速”的过程，包括
当发动机处于怠速时，判断车速是否大于车速中的最小值，如果否，则可选目标挡位为起步挡位；如果是，则根据限定的发动机最小转速和最大转速，确定当前车速的可用挡位；然后根据电池的状态从可用档位中分别获得 可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速。

4.  根据权利要求3所述的换挡方法，其特征在于，在所述“根据电池的状态从可用档位中分别获得可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速”的过程，包括电池处于可放电状态时，为助力模式，获得可选目标挡位的过程，包括：
确定电机可助力的最小转矩和最大转矩，
确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的输出转矩；
判断是否存在一个或多个挡位，使得发动机输出所述输出转矩且电机的助力转矩处于所述最小转矩和最大转矩之间时，满足此时的动力需求转矩，如果存在则将该一个或多个挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足该条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，仅使用发动机满足此时的动力需求转矩，如果存在，则将该对应的挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，电机输出最大转矩，其余由发动机提供时满足此时的动力需求转矩，如果存在则将该对应的挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下的发动机转矩和转速。

5.  根据权利要求3或4所述的换挡方法，其特征在于，在所述“根据电池的状态从可用档位中分别获得可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速”的过程，包括：
电池处于需充电状态时，为发电模式，获得可选目标挡位的过程为：
确定电机可发电的最小转矩和最大转矩；
确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的输出转矩；
判断是否存在一个或多个挡位，使得发动机输出上述输出转矩且电机发电转矩处于上述最小转矩和最大转矩之间时，满足此时的动力需求转矩，如 果存在该挡位，则将该挡位作为可选目标挡位，并获取该挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出转矩满足电机输出最大发电转矩与此时的动力需求转矩之和，如果存在该挡位，则将其作为可选目标挡位，获取该挡位下的发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则获取纯发动机工况时对应的挡位作为可选目标挡位，并获取该挡位下的发动机转矩和转速。

6.  根据权利要求1-5任一所述的换挡方法，其特征在于，在所述“在上述可选目标挡位中，选择发动机燃油消耗量最小的挡位作为目标挡位”的过程，包括：根据各可选目标挡位发动机的转矩和转速，利用发动机的万有特性，插值确定出对应的发动机燃油消耗率，将燃油消耗率最小值对应的挡位确定为目标挡位。

7.  根据权利要求1-6任一所述的换挡方法，其特征在于，在所述“确定是否进行换挡操作”的过程中，包括判断两次换挡时间的间隔是否大于阈值，是则根据需要进行换挡，否则维持当前挡位不变。

8.  一种混合动力汽车的换挡系统，其特征在于，包括：
状态判断单元：根据电池使用状况、驾驶员的动力需求转矩和车辆状态判断电池是处于可放电状态还是需充电状态；
可选目标挡位确定单元：根据电池的状态和车速信息，确定可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速；
目标挡位确定单元：在上述可选目标挡位中，选择发动机燃油消耗量最小的挡位作为目标挡位；
换挡单元：与当前挡位比较，确定是否进行换挡操作。

9.  根据权利要求8所述的换挡系统，其特征在于，在所述状态判断单元中，包括：
状态判断第一子单元：当电池的剩余电量大于高限阈值时，电池为可放电状态；
状态判断第二子单元：当电池的剩余电量低于低限阈值时，电池为需充电状态；
状态判断第三子单元：当电池的剩余电量位于高限阈值和低限阈值之间时，如果车轮处的动力需求转矩大于一定阈值时，电池为可放电状态，否则所述电池的状态为保持其前一状态；
状态判断第四子单元：当车辆刚起步时，不考虑电池的使用状况，将所述电池设置为可放电状态。

10.  根据权利要求8或9所述的换挡系统，其特征在于，可选目标挡位确定单元，包括
可选目标挡位第一子单元：当发动机处于怠速时，判断车速是否大于车速中的最小值，如果否，则可选目标挡位为起步挡位；如果是，则根据限定的发动机最小转速和最大转速，确定当前车速的可用挡位；
可选目标挡位第二子单元：根据电池的状态分别获得可选目标挡位。

11.  根据权利要求10所述的换挡系统，其特征在于，所述可选目标挡位第二子单元，包括助力模式判断单元，包括：
第一助力模式子单元：确定电机可助力的最小转矩和最大转矩，
第二助力模式子单元：确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的输出转矩；
第三助力模式子单元：判断是否存在一个或多个挡位，使得发动机输出所述输出转矩且电机的助力转矩处于所述最小转矩和最大转矩之间时，满足此时的动力需求转矩，如果存在，则将该一个或多个挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足该条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，仅使用发动机满足此时的动力需求转矩，如果存在，则将该对应的挡位作为可选 目标挡位，并获取对应挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，电机输出最大转矩，其余由发动机提供时满足此时的动力需求转矩，如果存在则将该对应的挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下的发动机转矩和转速。

12.  根据权利要求10或11所述的换挡系统，其特征在于，所述可选目标挡位确定单元，包括发电模式判断单元，包括：
第一发电模式子单元：确定电机可发电的最小转矩和最大转矩；
第二发电模式子单元：确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的输出转矩；
第三发电模式子单元：判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出上述输出转矩且电机发电转矩处于上述最小转矩和最大转矩之间时，满足此时的动力需求转矩，如果存在该挡位，则将该挡位作为可选目标挡位，并获取该挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出转矩满足电机输出最大发电转矩与此时的动力需求转矩之和，如果存在该挡位，则将其作为可选目标挡位，获取该挡位下的发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则获取纯发动机工况时对应的挡位作为可选目标挡位，并获取该挡位下的发动机转矩和转速。

13.  根据权利要求8-12任一所述的换挡系统，其特征在于，所述目标挡位确定单元包括第一子单元：根据各可选目标挡位发动机的转矩和转速，利用发动机的万有特性，插值确定出对应的发动机燃油消耗率，将燃油消耗率最小值对应的挡位确定为目标挡位。

14.  根据权利要求8-13任一所述的换挡方法，其特征在于，所述换挡单元包括判断两次换挡时间的间隔是否大于阈值，是则根据需要进行换挡，否则维持当前挡位不变。

一种混合动力汽车换挡方法及系统
技术领域
本发明涉及一种混合动力汽车的控制方法，具体地说是一种混合动力汽车的换挡方法和系统。
背景技术
混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同，形成了多种分类形式。混合动力车辆的节能、低排放等特点引起了汽车界的极大关注并成为汽车研究与开发的一个重点。
为了使得车辆在行驶的过程中保持良好的状态，需要根据不同的情况更换挡位。目前应用最多的是两参数(油门和车速)和三参数(油门、车速和加速度)的换挡规律。但是两参数和三参数的换挡规律是基于仅有一个发动机的传统汽车设计，应用于双动力源(发动机和电机)的混合动力汽车不合理。
中国专利文献CN101585359A中考虑了混合动力轿车挡位控制和转矩分配的问题，通过对发动机电子节气门开度和变速器挡位的调节，可使发动机沿着最佳燃油经济性曲线运行，但这种方法需要对发动机电子节气门开度进行控制，在现实应用中需要多方面的配合；一方面，对于进行混合动力客车研发的整车厂，获取发动机的通讯协议比较困难，另一方面，电子油门开度受到发动机催化剂和冷却液温度的共同影响；该方法是未来应用的方向，但依据国内客车整车厂的技术条件、对发动机电子油门开度进行控制的难度较大。
在中国专利文献CN102371998A中公开了一种并联式混合动力车辆的挡位及转矩分配控制方法，检测该混合动力车辆的实时状态参数，通过挡位及转矩分配比较步骤确定对应实时状态参数的相应输出参数，利用该输出参数分别控制变速器挡位、发动机输出转矩值及电动机输出转矩值，完成车辆的挡位及转矩分配。但是，该方案是针对插电式混合汽车设计，该类车型电机功率较大，确定最终挡位的策略简单，由于轻度混合动力汽车受电池以及电机参数限制，电机输出力矩较小，以上方法不合适。此外，当车辆位于某个车速区间时，可能出现两个或多个挡位均满足条件，在该方案中选用可能挡位中的最高挡位或最低挡位，并不能保证车辆运行在最佳工作状态，也不利用节约能源。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的汽车换挡方法控制难度大、节能性差的问题，从而提出一种控制简单、环保节能的混合动力汽车的换挡方法。
为解决上述技术问题，本发明的提供一种混合动力汽车的换挡方法和系统。
本发明提供一种混合动力汽车的换挡方法，包括如下步骤：
根据电池使用状况、驾驶员的动力需求转矩和车辆状态判断电池是处于可放电状态还是需充电状态；
根据电池的状态和车速信息，确定可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速；
在上述可选目标挡位中，选择发动机燃油消耗量最小的挡位作为目标挡位；
与当前挡位比较，确定是否进行换挡操作。
优选地，所述的换挡方法，在所述“根据电池状况、驾驶员需求和车辆状态判断电池是处于可放电状态还是需充电状态”中，包括：
当电池的剩余电量大于高限阈值时，电池为可放电状态；
当电池的剩余电量低于低限阈值时，电池为需充电状态；
当电池的剩余电量位于高限阈值和低限阈值之间时，如果车轮处的动力需求转矩大于一定阈值时，电池为可放电状态，否则所述电池的状态为保持其前一状态；
此外，当车辆刚起步时，不考虑电池的使用状况，将所述电池设置为可放电状态。
优选地，所述的换挡方法，在所述“根据电池的状态和车速信息，确定可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速”的过程，包括
当发动机处于怠速时，判断车速是否大于车速中的最小值，如果否，则可选目标挡位为起步挡位；如果是，则根据限定的发动机最小转速和最大转速，确定当前车速的可用挡位；然后根据电池的状态从可用档位中分别获得可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速。
优选地，在所述“根据电池的状态从可用档位中分别获得可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速”的过程，包括电池处于可放电状态时，为助力模式，获得可选目标挡位的过程，包括：
确定电机可助力的最小转矩和最大转矩，
确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的输出转矩；
判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出所述输出转矩且电机的助力转矩处于所述最小转矩和最大转矩之间时，满足此时的动力需求转矩，则将该一个或多个挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足该条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，仅使用发动机满足此时的动力需求转矩，如果存在，则将该对应的挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，电机输出最大转矩，其余由发动机提供时满足此时的动力需求转矩，如果存在则将该对应的挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下的发动机转矩和转 速。
优选地，在所述“根据电池的状态从可用档位中分别获得可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速”的过程，包括：
电池处于需充电状态时，为发电模式，获得可选目标挡位的过程为：
确定电机可发电的最小转矩和最大转矩；
确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的输出转矩；
判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出上述输出转矩且电机发电转矩处于上述最小转矩和最大转矩之间时，满足此时的动力需求转矩，如果存在该挡位，则将该挡位作为可选目标挡位，并获取该挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出转矩满足电机输出最大发电转矩与此时的动力需求转矩之和，如果存在该挡位，则将其作为可选目标挡位，获取该挡位下的发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则获取纯发动机工况时对应的挡位作为可选目标挡位，并获取该挡位下的发动机转矩和转速。
优选地，在所述“在上述可选目标挡位中，选择发动机燃油消耗量最小的挡位作为目标挡位”的过程，包括：根据各可选目标挡位发动机的转矩和转速，利用发动机的万有特性，插值确定出对应的发动机燃油消耗率，将燃油消耗率最小值对应的挡位确定为目标挡位。
优选地，在所述“确定是否进行换挡操作”的过程中，包括判断两次换挡时间的间隔是否大于阈值，是则根据需要进行换挡，否则维持当前挡位不变。
本发明中还提供一种混合动力汽车的换挡系统，包括：
状态判断单元：根据电池使用状况、驾驶员的动力需求转矩和车辆状态判断电池是处于可放电状态还是需充电状态；
可选目标挡位确定单元：根据电池的状态和车速信息，确定可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速；
目标挡位确定单元：在上述可选目标挡位中，选择发动机燃油消耗量最小的挡位作为目标挡位；
换挡单元：与当前挡位比较，确定是否进行换挡操作。
优选地，所述的换挡系统，在所述状态判断单元中，包括：
状态判断第一子单元：当电池的剩余电量大于高限阈值时，电池为可放电状态；
状态判断第二子单元：当电池的剩余电量低于低限阈值时，电池为需充电状态；
状态判断第三子单元：当电池的剩余电量位于高限阈值和低限阈值之间时，如果车轮处的动力需求转矩大于一定阈值时，电池为可放电状态，否则所述电池的状态为保持其前一状态；
状态判断第四子单元：当车辆刚起步时，不考虑电池的使用状况，将所述电池设置为可放电状态。
优选地，可选目标挡位确定单元，包括：
可选目标挡位第一子单元：当发动机处于怠速时，判断车速是否大于车速中的最小值，如果否，则可选目标挡位为起步挡位；如果是，则根据限定的发动机最小转速和最大转速，确定当前车速的可用挡位；
可选目标挡位第二子单元：根据电池的状态分别获得可选目标挡位。
优选地，所述可选目标挡位确定单元，包括助力模式判断单元，包括：
第一助力模式子单元：确定电机可助力的最小转矩和最大转矩，
第二助力模式子单元：确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的输出转矩；
第三助力模式子单元：判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出所述 输出转矩且电机的助力转矩处于所述最小转矩和最大转矩之间时，满足此时的动力需求转矩，则将该一个或多个挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足该条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，仅使用发动机满足此时的动力需求转矩，如果存在，则将该对应的挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，电机输出最大转矩，其余由发动机提供时满足此时的动力需求转矩，如果存在则将该对应的挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下的发动机转矩和转速。
优选地，所述可选目标挡位确定单元，包括发电模式判断单元，包括：
第一发电模式子单元：确定电机可发电的最小转矩和最大转矩；
第二发电模式子单元：确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的输出转矩；
第三发电模式子单元：判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出上述输出转矩且电机发电转矩处于上述最小转矩和最大转矩之间时，满足此时的动力需求转矩，如果存在该挡位，则将该挡位作为可选目标挡位，并获取该挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出转矩满足电机输出最大发电转矩与此时的动力需求转矩之和，如果存在该挡位，则将其作为可选目标挡位，获取该挡位下的发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则获取纯发动机工况时对应的挡位作为可选目标挡位，并获取该挡位下的发动机转矩和转速。
优选地，所述目标挡位确定单元包括第一子单元：根据各可选目标挡位发动机的转矩和转速，利用发动机的万有特性，插值确定出对应的发动机燃油消耗率，将燃油消耗率最小值对应的挡位确定为目标挡位。
优选地，所述换挡单元包括判断两次换挡时间的间隔是否大于阈值，是则根据需要进行换挡，否则维持当前挡位不变。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，
(1)本发明提供一种混合动力汽车的换挡方法，首先根据电池SOC、驾驶员需求转矩和车辆状态，确定出电池是“可放电状态”或“需充电状态”；其次，确定出“可放电状态”和“需充电状态”两种状态下，某一车速下可能出现的挡位，以及每个挡位对应的发动机转矩和转速；最后，以发动机燃油消耗率最小为条件，确定出目标挡位，确定是否进行换挡操作。本方案适用于针对电池电量少、电机输出转矩小的轻度混合动力汽车，避免了现有技术中选用可能挡位中的最高挡位(助力工况)或最低挡位(行车发电工况)，确定挡位时没有考虑发动机的燃油消耗率导致节能效果差的问题，也避免了现有技术中汽车换挡方法控制难度大的问题，是一种控制简单、环保节能的混合动力汽车的换挡方法。
(2)本发明所述的混合动力汽车的换挡方法，根据电池SOC(State of charge)、驾驶员需求转矩和车辆状态，确定出电池的状态，避免了现有技术中在SOC状态区分时考虑不充分，由于SOC跳动较大，利用SOC变化率d_soc区分不合理的技术问题，最大程度地在反应电池现况的同时避免了SOC跳变导致的电池状态频繁切换的问题，保证了系统运行的稳定性
(3)本发明所述的混合动力汽车的换挡方法，首先根据车速确定可用挡位，作为后续目标挡位的提供可选范围。
(4)本发明所述的混合动力汽车的换挡方法，在从可用挡位中确定可选目标挡位时，结合电池的状态进行判断，获得更适合当前车辆需求的挡位作为可选目标挡位。
(5)本发明所述的混合动力汽车的换挡方法，在确定目标挡位时，以发动机燃油消耗率最小为条件，从各个可能挡位中确定处目标挡位，确保目标挡位下车辆油耗最小。
(6)本发明所述的混合动力汽车的换挡方法，在进行换挡操作前，根据 两次换挡间隔时间决定是否换挡，避免了频繁换挡。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明所述的混合动力汽车的换挡方法的实施例1的流程图；
图2是本发明所述的混合动力汽车的换挡方法的可用挡位获取的流程图；
图3是本发明所述的混合动力汽车的换挡方法的可选目标挡位获取的流程图；
图4是本发明所述的混合动力汽车的换挡方法的换挡步骤的流程图；
图5是本发明所述的混合动力汽车的动力电池结构图；
图6是本发明所述的混合动力汽车的换挡系统的结构框图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例中提供一种混合动力汽车的换挡方法，包括如下步骤：
首先，根据电池使用状况、驾驶员的动力需求转矩和车辆状态判断电池是处于可放电状态还是需充电状态。由于混合动力汽车同时具有燃油动力系统和电池动力系统，燃油动力系统还可以为电池充电。因此需要判断该电池是处于放电状态还是处于充电状态，此两种状态下车辆的动力系统的输出是不同的。判断电池是出于放电状态还是充电状态，可以结合电池的剩余电量以及驾驶员的对动力的需求以及车辆当前状况来判断。电池SOC(State of charge)与电池的剩余电量具有正比例关系，因此通过获取电池SOC数据，来判断电池剩余电量的多少。如电池电量充足时，为放电状态，当燃油动力系统的动力不足时，电池需要放电，当电量低时，为电池充电状态。一般当车辆刚刚启动时，电池为放电状态。
其次，根据电池的状态和车速信息，确定可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速。
当电池的状态确定后，也就是电池是处于充电状态还是放电状态确定后，根据车速可以确定当前车辆可以使用哪些挡位，将这些挡位作为可选的目标挡位，并获取各个可选目标挡位对应的发动机的转速和转矩，为后续计算提供依据。
然后，在上述可选目标挡位中，选择发动机燃油消耗量最小的挡位作为目标挡位。
在上述可选目标挡位中，同构车速和发动机转矩来计算发动机燃油消耗量，然后选择燃油消耗量最小的挡位为最终确定的目标挡位。
最后，与当前挡位比较，确定是否进行换挡操作。目标挡位确定后，与当前的挡位进行比较，如果相同，则无需换挡，如果不同，则将当前挡位更换为目标挡位，完成换挡操作。
本实施例所述的混合动力汽车的换挡方法，首先根据电池SOC、驾驶员需求转矩和车辆状态，确定出电池是“可放电状态”或“需充电状态”；其次，确定出“可放电状态”和“需充电状态”两种状态下，某一车速下可能出现的挡位，以及每个挡位对应的发动机转矩和转速；最后，以发动机燃油消耗率最小为条件，确定出目标挡位，确定是否进行换挡操作。本方案适用于针对电池电量少、电机输出转矩小的轻度混合动力汽车，避免了现有技术中选用可能挡位中的最高挡位(助力工况)或最低挡位(行车发电工况)，确定挡位时没有考虑发动机的燃油消耗率导致节能效果差的问题，也避免了现有技术中汽车换挡方法控制难度大的问题，是一种控制简单、环保节能的混合动力汽车的换挡方法。本发明中的方案也同样适用于中度和中度混合动力汽车换挡方法的确定。
实施例2：
本实施例中提供一种混合动力汽车的换挡方法，包括如下步骤：
(1)根据电池使用状况、驾驶员的动力需求转矩和车辆状态判断电池是处于可放电状态还是需充电状态。具体包括：
当电池的剩余电量大于高限阈值时，电池为可放电状态。使用电池SOC来 体现电池的剩余电量情况，即电池SOC值大于上限门值时，则电池为可放电状态。
当电池的剩余电量低于低限阈值时，电池为需充电状态。即电池SOC值小于下限门值时，则电池为需充电状态。
当电池的剩余电量位于高限阈值和低限阈值之间时，如果车轮处的动力需求转矩大于一定阈值时，电池为可放电状态，否则所述电池的状态为保持其前一状态。此情况是指当电池SOC值位于上限门值和下限门值的中间值时，一般情况下，为了避免状态反复变换，此时电池的状态保持与前一状态相同的状态，即如果电池SOC是从上限门值跳变到中间值，则电池状态保持之前的可放电状态，如果电池SOC是从下限门值跳变到中间值，则电池状态保持之前的需充电状态。但是，此过程中，如果驾驶员的需求很大时，车轮处的动力需求转矩大于一定程度时，即使电池SOC位于该中间状态，为了保证满足驾驶员的需求，电池状态会设置为可放电状态。此外，当车辆刚起步时，不考虑电池的使用状况，将所述电池设置为可放电状态。具体流程见图2.
该电池状态的判断方式中，避免了现有技术中在SOC状态区分时考虑不充分，由于SOC跳动较大，利用SOC变化率d_soc区分不合理的技术问题，最大程度地在反应电池现况的同时避免了SOC跳变导致的电池状态频繁切换的问题，保证了系统运行的稳定性。
(2)根据电池的状态和车速信息，确定可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速。
当发动机处于怠速时，判断车速是否大于车速中的最小值，如果否，则可选目标挡位为起步挡位；如果是，则根据限定的发动机最小转速和最大转速，确定当前车速的可用挡位，如图2所示；然后根据电池的状态分别获得可选目标挡位，具体流程如图3所示，对应电池的两种不同状态分别进行判断，具体过程如下：
2.1、电池处于可放电状态时，为助力模式，获得可选目标挡位的过程，包括：
根据电池和电机限制因素，以及电机负荷率和效率因素，确定电机可助力的最小转矩和最大转矩，
根据车速、各可用挡位速度和发动机最佳燃油经济性曲线，确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的输出转矩；
判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出所述输出转矩且电机的助力转矩处于所述最小转矩和最大转矩之间时，满足此时的动力需求转矩，如果存在，则将该一个或多个挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足该条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，仅使用发动机满足此时的动力需求转矩，如果存在，则将该对应的挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，电机输出最大转矩，其余由发动机提供时满足此时的动力需求转矩，如果存在则将该对应的挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下的发动机转矩和转速。
如果都不存在满足上述条件的挡位，则将定当前车速的可用挡位作为可选目标挡位，并获得各挡位的发动机转矩和转速。
2.2、当电池处于需充电状态时，为发电模式，获得可选目标挡位的过程为：
确定电机可发电的最小转矩和最大转矩；
确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的输出转矩；
判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出上述输出转矩且电机发电转矩处于上述最小转矩和最大转矩之间时，满足此时的动力需求转矩，如果存在该挡位，则将该挡位作为可选目标挡位，并获取该挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，发 动机输出转矩满足电机输出最大发电转矩与此时的动力需求转矩之和，如果存在该挡位，则将其作为可选目标挡位，获取该挡位下的发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则获取纯发动机工况时对应的挡位作为可选目标挡位，并获取该挡位下的发动机转矩和转速。
如果都不存在满足上述条件的挡位，则将定当前车速的可用挡位作为可选目标挡位，并获得各挡位的发动机转矩和转速。
(3)在上述可选目标挡位中，选择发动机燃油消耗量最小的挡位作为目标挡位。
根据各可选目标挡位发动机的转矩和转速，利用发动机的万有特性，插值确定出对应的发动机燃油消耗率，将燃油消耗率最小值对应的挡位确定为目标挡位。
(4)与当前挡位比较，确定是否进行换挡操作。如果目标挡位与当前挡位相同，则无需换挡，如果目标挡位与当前挡位不同，则需要进行换挡操作，但是在此换挡操作之前，还需要判断两次换挡时间的间隔是否大于阈值，是则根据需要进行换挡，否则维持当前挡位不变。
本实施例中的混合动力汽车换挡方法，首先根据电池SOC(State of charge)、驾驶员需求转矩和车辆状态，确定出电池是“可放电”或“需充电”；其次，确定出“可放电”和“需充电”两种状态下，某一车速下可能出现的挡位，以及每个挡位对应的发动机转矩和转速；最后，以发动机燃油消耗率最小为条件，确定出目标挡位，并根据两次换挡的间隔时间，确定是否进行换挡操作。本方法优点在于判断电池状态时，通过使用电池SOC、驾驶员需求转矩和车辆状态值的综合判断，避免了SOC跳变导致电池状态反复变化的问题，是在确定目标挡位时，以发动机燃油消耗率最小为条件，从各个可能挡位中确定处目标挡位，确保目标挡位下车辆油耗最小；同时根据两次换挡间隔时间决定是否换挡，避免了频繁换挡。
实施例3：
图5为BSG(Belt starter generator)混合动力的结构简图，BSG通过传动带与发动机曲轴相连，发动机动力经过6速AT(Automatic transmission)传递至车轮，BSG的最大输出功率为15kW，电池电压和容量为48伏和20安时、电池10秒钟输出功率为15kW。
由以上结构和参数可见，受电池和电机参数限制，BSG的助力和发电转矩较小，根据这类轻度混合动力汽车的特点，提出了换挡规律指定的三步骤法，如图2、3和4所示，具体控制算法如下所示：
1)实时输入参数为电池SOC、车速、当前挡位和车辆需求转矩(车轮处)。
2)步骤一，确定蓄电池处于可放电或需充电状态；
3)判断SOC大于高限G_h(high gate)，如果是，电池为可放电状态、令标志位Sig＝1；
4)上面条件为否，判断SOC小于低限G_l(low gate)，如果是，电池为需充电状态、令标志位Sig＝0；
5)上面条件为否，也就是SOC位于高限G_h和低限G_l之间时，判断车轮处需求转矩T_req是否大于60％T_{e_max}时(在其他的实施方式中可以根据需要设置该阈值的大小，如40％-70％等值)，T_{e_max}表示发动机处于外特性且在当前挡位下传递至车轮处转矩，轻度混合动力汽车中T_{e_max}表示发动机传递至车轮处转矩，如果是中重度混合动力T_{e_max}表示发动机和电机叠加后传递至车轮处转矩，如果是，Sig＝1；
6)如果上面条件为否，则将前一状态作为此时的电池状态。步骤一判断结束；
7)步骤二，确定可能的目标挡位作为可选目标挡位；
8)发动机处于怠速时，起步挡位以上的各挡位都会对应一个车速，判断车速是否大于车速中的最小值，如果否、目标挡位起步挡位(通常是一挡或二挡)；
9)如果是，根据限定的发动机最小转速n_min最大转速n_max，确定处当前车速可能存在的挡位，例如车速在50km/h时、可能挡位包括二至六挡；
10)判断Sig＝1，如果是，进入助力模式判断流程11)，如果否，进入发电模式判断流程17)；
11)根据电池盒电机限制因素，以及电机负荷率和效率因素，确定电机可助力的最小转矩T_{m_min}和最大转矩T_{m_max}；
12)根据车速、各可用挡位速比和发动机最佳燃油经济性曲线，确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的转矩T_{e_opt}；
13)判断存在一个或多个挡位，发动机输出转矩为T_{e_opt}且电机助力转矩处于T_{m_min}和T_{m_max}之间时满足此时T_req，如果是，输出对应挡位、发动机转矩和转速；进入22)；
14)上面条件如果为否，判断存在一个或多个挡位，纯发动机是满足此时T_req，如果是，输出对应挡位、发动机转矩和转速；进入22)；
15)上面条件如果为否，判断存在一个或多个挡位，电机输出最大转矩、其余由发动机提供时满足此时T_req，如果是，输出对应挡位、发动机转矩和转速；
16)如果否，进入22)；
17)确定电机可发电的最小转矩T_{m_min}和最大转矩T_{m_max}；
18)确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的转矩T_{e_opt}；
19)判断发动机输出转矩为T_{e_opt}且电机发电转矩处于T_{m_min}和T_{m_max}之间时满足此时T_req，如果是，输出对应挡位、发动机转矩和转速；进入22)；
20)上面条件如果为否，判断电机输出最大发电转矩，与动力需求转矩之和发动机动力可以满足，如果是，输出对应挡位、发动机转矩和转速；进入22)；
21)上面条件如果为否，判断纯发动机工况时对应挡位、发动机转矩 和转速；进入22)；步骤二结束；
22)步骤三，确定目标挡位；
23)根据各可能挡位发动机的转矩和转速，利用发动机万有特性，插值确定出对应的发动机燃油消耗率，燃油消耗率最小值对应挡位为目标挡位；
24)判断目标挡位与当前挡位不相等，如果否，维持当前挡位不变、不进行换挡操作；
25)上面条件如果为是，判断两次换挡时间大于规定值，如果否，维持当前挡位不变、不进行换挡操作；
26)上面条件如果为是，目标挡位是最终确定的挡位，进行换挡操作；
27)步骤三结束；整个换挡点确定过程结束。
本实施例所述的混合动力汽车的换挡方法，在确定电池可放电和需充电两种状态时，综合考虑了电池SOC、驾驶员需求转矩和车辆状态，比较全面；在确定实时车速所有可能挡位过程中，综合考了虑发动机、电机和电池的输出能力，以及电机的最低负荷率、确保电机工作效率；此外，最大优点是在确定目标挡位时，以发动机燃油消耗率最小为条件，从各个可能挡位中确定处目标挡位，确保目标挡位下车辆油耗最小；同时根据两次换挡间隔时间决定是否换挡，避免了频繁换挡。
该方案适合于轻度混合动力汽车换挡，也适合于中重度混合动力车换挡中
实施例4：
本实施例中提供一种混合动力汽车的换挡系统，如图6所示，包括
状态判断单元：根据电池使用状况、驾驶员的动力需求转矩和车辆状态判断电池是处于可放电状态还是需充电状态；
可选目标挡位确定单元：根据电池的状态和车速信息，确定可选目标挡位以及每个挡位对应的发动机的转矩和转速；
目标挡位确定单元：在上述可选目标挡位中，选择发动机燃油消耗量最小的挡位作为目标挡位；
换挡单元：与当前挡位比较，确定是否进行换挡操作。
进一步地，在所述状态判断单元中，包括：
状态判断第一子单元：当电池的剩余电量大于高限阈值时，电池为可放电状态；
状态判断第二子单元：当电池的剩余电量低于低限阈值时，电池为需充电状态；
状态判断第三子单元：当电池的剩余电量位于高限阈值和低限阈值之间时，如果车轮处的动力需求转矩大于一定阈值时，电池为可放电状态，否则所述电池的状态为保持其前一状态；
状态判断第四子单元：当车辆刚起步时，不考虑电池的使用状况，将所述电池设置为可放电状态。
进一步地，可选目标挡位确定单元，包括
可选目标挡位第一子单元：当发动机处于怠速时，判断车速是否大于车速中的最小值，如果否，则可选目标挡位为起步挡位；如果是，则根据限定的发动机最小转速和最大转速，确定当前车速的可用挡位；
可选目标挡位第二子单元：根据电池的状态分别获得可选目标挡位。
优选地，所述可选目标挡位确定单元，包括助力模式判断单元，包括：
第一助力模式子单元：确定电机可助力的最小转矩和最大转矩，
第二助力模式子单元：确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的输出转矩；
第三助力模式子单元：判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出所述输出转矩且电机的助力转矩处于所述最小转矩和最大转矩之间时，满足此时的动力需求转矩，如果存在，则将该一个或多个挡位作为可选目标挡位，并 获取对应挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足该条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，仅使用发动机满足此时的动力需求转矩，如果存在，则将该对应的挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，电机输出最大转矩，其余由发动机提供时满足此时的动力需求转矩，如果存在则将该对应的挡位作为可选目标挡位，并获取对应挡位下的发动机转矩和转速。
优选地，所述可选目标挡位确定单元，还包括发电模式判断单元，包括：
第一发电模式子单元：确定电机可发电的最小转矩和最大转矩；
第二发电模式子单元：确定发动机在当前车速和各可用挡位下分别对应的输出转矩；
第三发电模式子单元：判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出上述输出转矩且电机发电转矩处于上述最小转矩和最大转矩之间时，满足此时的动力需求转矩，如果存在该挡位，则将该挡位作为可选目标挡位，并获取该挡位下发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则判断是否存在一个或多个挡位，发动机输出转矩满足电机输出最大发电转矩与此时的动力需求转矩之和，如果存在该挡位，则将其作为可选目标挡位，获取该挡位下的发动机转矩和转速；
如果不存在满足上述条件的挡位，则获取纯发动机工况时对应的挡位作为可选目标挡位，并获取该挡位下的发动机转矩和转速。
优选地，所述目标挡位确定单元包括第一子单元：根据各可选目标挡位发动机的转矩和转速，利用发动机的万有特性，插值确定出对应的发动机燃油消耗率，将燃油消耗率最小值对应的挡位确定为目标挡位。
优选地，所述换挡单元包括判断两次换挡时间的间隔是否大于阈值，是则 根据需要进行换挡，否则维持当前挡位不变。
本实施例中的混合动力汽车换挡系统，适用于轻度混合动力汽车，避免了现有技术中确定挡位时没有考虑发动机的燃油消耗率导致节能效果差的问题，也避免了现有技术中汽车换挡方法控制难度大的问题，是一种控制简单、环保节能的混合动力汽车的换挡系统。本发明中的方案也同样适用于中度和中度混合动力汽车换挡方法的确定。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。