JP6344434B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、シリーズモード、シリーズパラレルモードおよびパラレルモードのうちからいずれかの走行モードを選択可能に構成されたハイブリッド車両に関する。

ハイブリッド車両には、駆動力源として、エンジンおよびモータが備えられる。従来、エンジンおよびモータの双方の動力を用いて走行する方式として、シリーズ走行、シリーズパラレル走行およびパラレル走行が知られている。これらの３つの走行方式は、エンジンの動力伝達経路が異なる。

シリーズ走行は、エンジンをジェネレータに接続し、エンジンの動力をジェネレータに伝達して一旦電力に変換し、その電力でモータを駆動する方式である。すなわち、シリーズ走行では、エンジンの動力はジェネレータに伝達されて電力に変換される。

シリーズパラレル走行は、エンジンを動力分割機構（遊星歯車機構など）を介してジェネレータおよび駆動輪に接続し、エンジンの動力を分割してジェネレータと駆動輪とに伝達する方式である。すなわち、シリーズパラレル走行では、エンジンの動力の一部はジェネレータに伝達されて電力に変換され、残りが駆動輪に機械的に伝達される。

パラレル走行は、エンジンおよびモータを駆動輪に対して並列的に接続し、双方の動力を駆動輪に伝達する方式である。したがって、パラレル走行では、エンジンの動力は駆動輪に機械的に伝達される。

上記の３つの走行方式（シリーズ走行、シリーズパラレル走行、パラレル走行）を必要に応じて切り替えることが可能に構成されたハイブリッド車両が、たとえば特開２０１２−８６７２５号公報（特許文献１）に開示されている。

特開２０１２−８６７２５号公報 特許第５７６７２３８号公報

しかしながら、特許文献１には、上記３つの走行方式のうちから１つの走行方式をどのように選択するのかについて開示されていない。上記３つの走行方式は、エンジンの動力伝達経路の差異に起因してエンジン熱効率および動力伝達効率（エンジンおよびモータの動力が駆動輪に伝達される率）などの特性が相違する。ところが、特許文献１には、各走行方式の特性の差異およびその差異を考慮した走行方式の選択手法について何ら開示されていない。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、シリーズモード、シリーズパラレルモードおよびパラレルモードのうちのいずれかの走行モードを選択可能に構成されたハイブリッド車両において、各走行モードの特性の差異を考慮して最適な走行モードを選択することである。

（１） 本開示によるハイブリッド車両は、エンジンと、第１回転電機と、駆動輪に接続される出力軸と、出力軸に接続される第２回転電機と、エンジン、第１回転電機および出力軸を機械的に連結する遊星歯車機構と、エンジンおよび出力軸に対する遊星歯車機構の連結状態を変更可能に構成された切替装置と、切替装置を制御して遊星歯車機構の連結状態を変更することによって、シリーズモード、シリーズパラレルモードおよびパラレルモードのうちのいずれかの走行モードを車両の負荷レベルに従って選択可能に構成された制御装置をさらに備える。シリーズモードは、エンジンの動力を第１回転電機に伝達して電力に変換するモードである。シリーズパラレルモードは、第１回転電機のトルクを用いてエンジンの動力の一部を出力軸に機械的に伝達しつつ、エンジンの動力の残部を第１回転電機または第２回転電機に伝達して電力に変換するモードである。パラレルモードは、出力軸の回転速度に対するエンジンの回転速度の比である減速比を所定比に機械的に固定した状態で、エンジンの動力を出力軸に機械的に伝達するモードである。パラレルモードが選択される負荷レベル、シリーズパラレルモードが選択される負荷レベル、およびシリーズモードが選択される負荷レベルは、この順に高い。

上記のハイブリッド車両においては、切替装置を制御して遊星歯車機構の連結状態を変更することによって、走行モードをシリーズモード、シリーズパラレルモード、パラレルモードのいずれかに切替可能に構成される。上記３つの走行モードは、エンジンを動作させて走行するという共通点はある一方、動力伝達経路の差異に起因して下記のような特性（エンジン熱効率および動力伝達効率）の違いが生じる。

シリーズモードは、遊星歯車機構の連結状態の変更によってエンジンと出力軸との間の機械的な動力伝達が遮断されるモードである。そのため、エンジンの回転速度を車速に拘束されることなく最適値に調整できる。一方、シリーズモードでは、第１回転電機が発電した電力で第２回転電機を駆動することを前提としているため、各回転電機において電気変換ロスが一定割合発生する。したがって、シリーズモードでは、エンジン熱効率を最適にできる一方、動力伝達効率が電気変換ロス分だけ低下する特性を有する。

シリーズパラレルモードは、第１回転電機の回転速度を車速（出力軸の回転速度）に応じて適宜調整することによって、エンジンの回転速度を車速に拘束されることなく最適値に調整できるモードである。一方、シリーズパラレルモードでは、動力伝達効率が車両の負荷レベルに応じて変化する。具体的には、低負荷時においては、減速比（出力軸の回転速度に対するエンジンの回転速度の比）が小さくなり、この影響で第１回転電機が負回転状態となると、エンジンの動力が第２回転電機で電力に変換され、その電力が第１回転電機に供給される現象（以下「動力循環」という）が生じ、この動力循環による大きな損失が生じる。そのため、低負荷域の動力伝達効率は、中負荷域の動力伝達効率よりも低くなる。一方、高負荷域においては、減速比が大きくなり、この影響で第１回転電機が高回転状態となると電気変換ロスが大きくなる。そのため、高負荷時の動力伝達効率は、中負荷時の動力伝達効率よりも電気変換ロス分だけ低下する。したがって、シリーズパラレルモードでは、シリーズモードと同様にエンジン熱効率を最適にできる一方、動力伝達効率が車両の負荷レベルに応じて山なりとなる（中負荷域で高く、低負荷域および高負荷域では低い）特性を有する。

パラレルモードでは、減速比が所定比に機械的に固定されエンジンと出力軸とが直接的に接続されるため、他のモードに比べてエンジンの動力を効率よく出力軸に伝達できる。さらに、パラレルモードでは、各回転電機での電力変換を前提としていないため、電気変換ロスも少ない。したがって、パラレルモードでは、動力伝達効率が他のモードよりも優れる。一方、パラレルモードでは、減速比が所定比に固定されることでエンジンの回転速度が車速に拘束されるためエンジンを最適燃費動作線上で運転できない可能性があるが、高負荷時であればエンジン熱効率はもともと高い。このように、パラレルモードでは、動力伝達効率が他のモードよりも優れる一方、エンジン熱効率は他のモードよりも劣る可能性がある。ただし、高負荷時であれば、エンジン熱効率をかなり高い値に維持可能である。

上記のような特性の違いに鑑み、上記のハイブリッド車両においては、パラレルモードが選択される負荷レベル、シリーズパラレルモードが選択される負荷レベル、およびシリーズモードが選択される負荷レベルが、この順に高いレベルに設定される。すなわち、中負荷域では、エンジン熱効率および動力伝達効率に優れるシリーズパラレルモードが選択される。低負荷域では、シリーズモードが選択されるため、エンジン熱効率に優れるというメリットを有したまま、動力伝達効率の低下を抑制することができる。高負荷域では、他のモードに比べて動力伝達効率が優れ、かつエンジン熱効率もかなり高いパラレルモードが選択される。

以上のように、シリーズモード、シリーズパラレルモードおよびパラレルモードのいずれかの走行モードを選択可能に構成されたハイブリッド車両において、各走行モードの特性を考慮して最適な走行モードを選択することができる。

（２） ある実施の形態においては、制御装置は、シリーズパラレルモードでエンジンが最適燃費動作線上で運転されると仮定した場合に運転者の要求駆動力および車速から決まる減速比の予測値をパラメータとして負荷レベルを判定する。制御装置は、減速比の予測値が第１しきい値未満である場合にシリーズモードを選択し、減速比の予測値が第１しきい値よりも大きくかつ第２しきい値未満である場合にシリーズパラレルモードを選択し、減速比の予測値が第２しきい値よりも大きい場合にパラレルモードを選択する。

上記構成によれば、シリーズパラレルモードでエンジンが最適燃費動作線（エンジンの回転速度に対する最大熱効率点を繋いだ線）上で運転されると仮定した場合に運転者の要求駆動力および車速から決まる減速比の予測値をパラメータとして、負荷レベルが判定される。減速比の予測値が第１しきい値未満である場合には、シリーズパラレルモードで動力循環が生じ得る低負荷域と判定され、シリーズモードが選択される。減速比の予測値が第１しきい値よりも大きくかつ第２しきい値未満である場合には、中負荷域と判定され、中負荷域に最適なシリーズパラレルモードが選択される。減速比の予測値が第２しきい値よりも大きい場合には、高負荷域と判定され、高負荷域に最適なパラレルモードが選択される。これにより、負荷レベルに応じた最適な走行モードを選択することができる。

（３） ある実施の形態においては、第１しきい値は、シリーズパラレルモードでエンジンが最適燃費動作線上で運転されかつ第１回転電機の回転速度が０となると仮定した場合の減速比である最適減速比よりも所定値小さい値に設定される。第２しきい値は、最適減速比よりも所定値大きい値に設定される。

シリーズパラレルモードにおいては、エンジンが最適燃費動作線上で運転されかつ第１回転電機の回転速度が０となる場合に、エンジン熱効率が最適となり、かつ第１回転電機の電気変換ロスが最小となり動力伝達効率が最大となる。この点に鑑み、上記構成においては、第１しきい値が最適減速比（エンジンが最適燃費動作線上で運転されかつ第１回転電機の回転速度が０となる場合の減速比）よりも所定値小さい値に設定され、第２しきい値が最適減速比よりも所定値大きい値に設定される。これにより、シリーズパラレルモードが選択される領域に、減速比が最適減速比となる領域が含まれることになる。その結果、シリーズパラレルモードが選択される場合において、エンジン熱効率を最適にしつつ、減速比を最適減速比あるいは最適減速比に近い値にして動力伝達効率を高めることができる。

（４） ある実施の形態においては、制御装置は、シリーズパラレルモードでエンジンが最適燃費動作線上で運転されると仮定した場合の第１回転電機の回転速度の予測値をパラメータとして負荷レベルを判定する。制御装置は、回転速度の予測値が第１しきい値未満である場合にシリーズモードを選択し、回転速度の予測値が第１しきい値よりも高くかつ第２しきい値未満である場合にシリーズパラレルモードを選択し、回転速度の予測値が第２しきい値よりも高い場合にパラレルモードを選択する。

上記構成によれば、シリーズパラレルモードでエンジンが最適燃費動作線上で運転されると仮定した場合の第１回転電機の回転速度の予測値をパラメータとして、負荷レベルが判定される。回転速度の予測値が第１しきい値未満である場合には、シリーズパラレルモードで動力循環が生じ得る低負荷域と判定され、シリーズモードが選択される。回転速度の予測値が第１しきい値よりも高くかつ第２しきい値未満である場合には、中負荷域と判定され、中負荷域に最適なシリーズパラレルモードが選択される。回転速度の予測値が第２しきい値よりも高い場合、高負荷域と判定され、高負荷域に最適なパラレルモードが選択される。これにより、負荷レベルに応じた最適な走行モードを選択することができる。

（５） ある実施の形態においては、第１しきい値は、０よりも所定値低い負の値に設定される。第２しきい値は、０よりも所定値高い正の値に設定される。

シリーズパラレルモードにおいては、エンジンが最適燃費動作線上で運転されかつ第１回転電機の回転速度が０となる場合に、エンジン熱効率が最適となり、かつ第１回転電機の電気変換ロスが最小となり動力伝達効率が最大となる。この点に鑑み、上記構成においては、第１しきい値が０よりも所定値小さい値に設定され、第２しきい値が０よりも所定値大きい値に設定される。これにより、シリーズパラレルモードが選択される領域に、第１回転電機の回転速度が０となる領域が含まれることになる。その結果、シリーズパラレルモードが選択される場合において、エンジン熱効率を最適にしつつ、第１回転電機の回転速度を０あるいは０に近い値にして動力伝達効率を高めることができる。

（６） ある実施の形態においては、制御装置は、ハイブリッド車両に対する要求駆動トルクをパラメータとして負荷レベルを判定する。制御装置は、要求駆動トルクが第１しきい値未満である場合にシリーズモードを選択し、要求駆動トルクが第１しきい値よりも大きくかつ第２しきい値未満である場合にシリーズパラレルモードを選択し、要求駆動トルクが第２しきい値よりも大きい場合にパラレルモードを選択する。

上記構成によれば、ハイブリッド車両に対する要求駆動トルクをパラメータとして、負荷レベルが判定される。要求駆動トルクが第１しきい値未満である場合には、シリーズパラレルモードで動力循環が生じ得る低負荷域と判定され、シリーズモードが選択される。要求駆動トルクが第１しきい値よりも大きくかつ第２しきい値未満である場合には、中負荷域と判定され、中負荷域に最適なシリーズパラレルモードが選択される。要求駆動トルクが第２しきい値よりも高い場合、高負荷域と判定され、高負荷域に最適なパラレルモードが選択される。これにより、負荷レベルに応じた最適な走行モードを選択することができる。

本発明によれば、シリーズモード、シリーズパラレルモードおよびパラレルモードのいずれかの走行モードを選択可能に構成されたハイブリッド車両において、各走行モードの特性の差異を考慮して最適な走行モードを選択することができる。

車両の全体構成の一例を模式的に示す図である。 制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 各走行モードにおける制御状態を示す係合表である。 エンジンの等熱効率線および最適燃費動作線を模式的に示す図である。 各走行モードが選択される負荷レベルのイメージを示す図である。 負荷レベルと各走行モードの動力伝達効率との対応関係を模式的に示す図である。 シリーズパラレルモード中に減速比γが最適減速比γ_ｃとなる場合の共線図を示す。 シリーズパラレルモード中に減速比γが最適減速比γ_ｃ未満となる場合の共線図を示す。 制御装置の処理手順の一例を示すフローチャート（その１）である。 制御装置の処理手順の一例を示すフローチャート（その２）である。 制御装置の処理手順の一例を示すフローチャート（その３）である。 駆動装置を模式的に示す図（その１）である。 駆動装置を模式的に示す図（その２）である。 駆動装置を模式的に示す図（その３）である。 駆動装置を模式的に示す図（その４）である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

＜車両の全体構成＞
図１は、本実施の形態による車両１の全体構成の一例を模式的に示す図である。車両１は、駆動装置２と、駆動輪９０と、制御装置１００と、油圧回路５００とを含む。駆動装置２は、エンジン１０と、第１モータジェネレータ（第１ＭＧ）２０と、第２モータジェネレータ（第２ＭＧ）３０と、第１遊星歯車装置（動力分割装置）４０と、第２遊星歯車装置５０と、クラッチＣ１と、クラッチＣ２と、ブレーキＢ１とを含む。第２遊星歯車装置５０、クラッチＣ１，Ｃ２、ブレーキＢ１、および油圧回路５００は、後述するように、エンジン１０と第１遊星歯車装置４０との接続状態を切り替える切替装置として機能する。

車両１は、エンジン１０と、第１ＭＧ２０と、第２ＭＧ３０との少なくともいずれかの動力を用いて走行するハイブリッド車両である。エンジン１０は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関である。第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、モータとしてもジェネレータとしても機能する回転電機（たとえば永久磁石型の三相交流回転電機）である。第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、図示しない駆動用バッテリに電気的に接続される。第１ＭＧ２０は、第２ＭＧ３０が発電した電力および駆動用バッテリから供給される電力の少なくとも一方で駆動される。第２ＭＧ３０は、第１ＭＧ２０が発電した電力および駆動用バッテリから供給される電力の少なくとも一方で駆動される。

第１ＭＧ２０のロータには回転軸２２が固定されており、第２ＭＧ３０のロータには回転軸３１が固定されている。なお、回転軸２２は、第１軸１２上に配置されており、回転軸３１は、第１軸１２に平行な第２軸１４上に配置されている。

第１軸１２上には、第１ＭＧ２０と、第２遊星歯車装置５０と、第１遊星歯車装置４０と、クラッチＣ２と、クラッチＣ１と、エンジン１０とが順次配置されている。

第２遊星歯車装置５０は、サンギヤＳ２と、複数のピニオンギヤＰ２と、各ピニオンギヤＰ２を接続するキャリアＣＡ２と、リングギヤＲ２とを含む。第２遊星歯車装置５０は、シングルプラネタリギヤである。

サンギヤＳ２は、回転軸２２に固定されている。リングギヤＲ２は、サンギヤＳ２の外周側に設けられており、回転中心が第１軸１２と同軸になるように配置されている。キャリアＣＡ２は、第１軸１２を中心に回転可能に設けられており、各ピニオンギヤＰ２を回転可能に支持している。各ピニオンギヤＰ２は、サンギヤＳ２とリングギヤＲ２との間に配置されており、ピニオンギヤＰ２は、サンギヤＳ２の周囲を公転可能で、かつ、ピニオンギヤＰ２の中心軸周りに自転可能に設けられている。

サンギヤＳ２の回転速度、キャリアＣＡ２の回転速度およびリングギヤＲ２の回転速度の間には、後述するように、共線図上で直線で結ばれる関係（いずれか２つの回転速度が決まれば残りの回転速度も決まる関係、以下「共線図の関係」ともいう）がある。

第１遊星歯車装置４０は、サンギヤＳ１と、複数のピニオンギヤＰ１と、各ピニオンギヤＰ１を接続するキャリアＣＡ１と、リングギヤＲ１とを含む。第１遊星歯車装置４０は、シングルプラネタリギヤである。

サンギヤＳ１は、回転軸２２に固定されており、第１軸１２を中心として回転可能に設けられている。このため、回転軸２２と、サンギヤＳ１と、サンギヤＳ２とは、一体的に回転する。

リングギヤＲ１は、サンギヤＳ１の外周側に配置されており、第１軸１２を中心として回転可能に設けられている。リングギヤＲ１には、キャリアＣＡ２が接続されており、リングギヤＲ１とキャリアＣＡ２とは、一体的に回転する。

各ピニオンギヤＰ１は、サンギヤＳ１およびリングギヤＲ１の間に配置され、サンギヤＳ１およびリングギヤＲ１と噛み合っている。ピニオンギヤＰ１は、サンギヤＳ１の周囲を公転可能に設けられると共に、ピニオンギヤＰ１の回転中心を中心として自転可能に設けられている。キャリアＣＡ１は、各ピニオンギヤＰ１を回転可能に支持すると共に、第１軸１２を中心として回転可能に設けられている。

サンギヤＳ１の回転速度、キャリアＣＡ１の回転速度およびリングギヤＲ１の回転速度との間には、後述するように、共線図上で直線で結ばれる関係（共線図の関係）がある。

ブレーキＢ１は、リングギヤＲ２の外周側であって、駆動装置２のケース２５に設けられている。ブレーキＢ１は、リングギヤＲ２の回転を規制可能な油圧式の摩擦係合要素である。ブレーキＢ１が係合状態とされると、リングギヤＲ２はケース２５に固定され、リングギヤＲ２の回転が規制される。ブレーキＢ１が開放状態になると、リングギヤＲ２の回転が許容される。

クラッチＣ２は、エンジン１０のクランク軸２１とキャリアＣＡ１とを連結可能な油圧式の摩擦係合要素である。クラッチＣ２が係合状態とされると、クランク軸２１およびキャリアＣＡ１が連結されると共に互いに一体的に回転する。クラッチＣ２が解放状態とされると、キャリアＣＡ１は、クランク軸２１との連結状態が解除される。

クラッチＣ１は、回転軸２２（サンギヤＳ１およびサンギヤＳ２）と、クランク軸２１とを連結可能な油圧式の摩擦係合要素である。クラッチＣ１が係合状態になると、回転軸２２とクランク軸２１とが連結され、エンジン１０の動力を第１ＭＧ２０に直接伝達することができる。その一方で、クラッチＣ１が解放されると、エンジン１０のクランク軸２１は、回転軸２２との連結状態が解除される。

リングギヤＲ１の外周面には、ドリブンギヤ７１と噛み合う外周歯が形成されている。ドリブンギヤ７１は、カウンタ軸（以下「出力軸」ともいう）７０の一端側に固定されている。エンジン１０および第１ＭＧ２０からの動力は、リングギヤＲ１およびドリブンギヤ７１を通じて、出力軸７０に伝達される。

出力軸７０は、第１軸１２および第２軸１４に平行となるように配置されている。出力軸７０の他方端側には、ドライブギヤ７２が設けられている。ドライブギヤ７２は、デファレンシャルギヤ８０のデフリングギヤ８１と噛み合っている。デファレンシャルギヤ８０には、駆動軸８２が接続されており、駆動軸８２には、駆動輪９０が接続されている。このため、出力軸７０の回転は、デファレンシャルギヤ８０を通じて駆動輪９０に伝達される。

第２ＭＧ３０の回転軸３１には、リダクションギヤ３２が固定されている。リダクションギヤ３２は、ドリブンギヤ７１と噛み合っている。このため、第２ＭＧ３０からの動力は、リダクションギヤ３２を通じて出力軸７０に伝達される。

＜制御装置の構成＞
図２は、図１に示す制御装置１００の構成の一例を示すブロック図である。制御装置１００は、ＨＶＥＣＵ（Electric Control Unit）１５０と、ＭＧＥＣＵ１６０と、エンジンＥＣＵ１７０とを含む。ＨＶＥＣＵ１５０、ＭＧＥＣＵ１６０、エンジンＥＣＵ１７０の各々は、コンピュータを含んで構成される。

ＭＧＥＣＵ１６０は、ＨＶＥＣＵ１５０からのＭＧ１トルク指令に基づいて第１ＭＧ２０に対して供給する電流値を調節し、第１ＭＧ２０の出力を制御する。また、ＭＧＥＣＵ１６０は、ＨＶＥＣＵ１５０からのＭＧ２トルク指令に基づいて第２ＭＧ３０に対して供給する電流値を調節し、第２ＭＧ３０の出力を制御する。

エンジンＥＣＵ１７０は、ＨＶＥＣＵ１５０からのエンジントルク指令に基づいてエンジン１０の電子スロットル弁の開度、点火時期、燃料噴射量などを制御することによって、エンジン１０の出力を制御する。

ＨＶＥＣＵ１５０は、車両全体を統合制御する。ＨＶＥＣＵ１５０には、車速センサ、アクセル開度センサ、エンジン回転速度センサ、ＭＧ１回転速度センサ、ＭＧ２回転速度センサ、出力軸回転速度センサ、バッテリ監視ユニット等が接続されている。これらのセンサにより、ＨＶＥＣＵ１５０は、車速、アクセル開度、エンジン１０の回転速度、第１ＭＧ２０の回転速度、第２ＭＧ３０の回転速度、出力軸７０の回転速度、図示しない駆動用バッテリの状態等を取得する。

ＨＶＥＣＵ１５０は、取得した情報に基づいて、車両に対する要求駆動力や要求パワー、要求トルク等を算出する。ＨＶＥＣＵ１５０は、算出した要求値に基づいて、第１ＭＧ２０の出力トルク、第２ＭＧ３０の出力トルクおよびエンジン１０の出力トルクを決定する。ＨＶＥＣＵ１５０は、ＭＧ１トルクの指令値およびＭＧ２トルクの指令値をＭＧＥＣＵ１６０に対して出力する。また、ＨＶＥＣＵ１５０は、エンジントルクの指令値をエンジンＥＣＵ１７０に対して出力する。

ＨＶＥＣＵ１５０は、クラッチＣ１，Ｃ２に対する供給油圧の指令値（ＰｂＣ１、ＰｂＣ２）およびブレーキＢ１に対する供給油圧の指令値（ＰｂＢ１）を図１の油圧回路５００に出力する。油圧回路５００は、各指令値ＰｂＣ１，ＰｂＣ２，ＰｂＢ１に応じた油圧を、クラッチＣ１，Ｃ２およびブレーキＢ１にそれぞれ供給する。これにより、クラッチＣ１，Ｃ２およびブレーキＢ１の状態（係合／解放）が切り替えられる。

なお、図１にはＥＣＵをＨＶＥＣＵ１５０、ＭＧＥＣＵ１６０、エンジンＥＣＵ１７０の３つに分割する例が示されるが、ＥＣＵの数は３つに限定されるものではなく、２つ、または４つ以上の数に分割されていても良い。

また、全体として１つのＥＣＵに統合しても良い。以下では、ＨＶＥＣＵ１５０、ＭＧＥＣＵ１６０、エンジンＥＣＵ１７０を区別することなく、制御装置１００として説明する。

＜車両１の走行モード＞
車両１の走行モードには、モータ走行モード（以下「ＥＶ走行モード」という）と、ハイブリッド走行（以下「ＨＶ走行」という）モードとが含まれる。

ＥＶ走行モードは、エンジン１０を停止させて、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の少なくとも一方の動力で車両１を走行させるモードである。本実施の形態において、ＥＶ走行モードには、第２ＭＧ３０単独の動力を用いる「ＭＧ２単独駆動モード」と、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の両方の動力を用いる「両駆動モード」とが含まれる。

ＨＶ走行モードは、エンジン１０を作動させて、エンジン１０の動力と、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の少なくとも一方の動力とで車両１を走行させるモードである。本実施の形態において、ＨＶ走行モードには、シリーズ走行モード（以下、単に「シリーズモード」ともいう）、シリーズパラレル走行モード（以下、単に「シリーズパラレルモード」ともいう）、およびパラレル走行モード（以下、単に「パラレルモード」ともいう）が含まれる。

シリーズモードでは、エンジン１０の動力が全て第１ＭＧ２０に伝達されて電力に変換され、その電力で第２ＭＧ３０が駆動される。

シリーズパラレルモードでは、エンジン１０の動力の一部は出力軸７０に機械的に伝達され、残りの動力は第１ＭＧ２０に伝達されて電力に変換され、その電力で第２ＭＧ３０が駆動される。

パラレルモードでは、エンジン１０の動力が出力軸７０に機械的に伝達されるとともに、必要に応じて第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の少なくとも一方の動力が出力軸７０に伝達される。

なお、シリーズモード、シリーズパラレルモード、パラレルモードのいずれにおいても、必要に応じて第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の少なくとも一方で発電して駆動用バッテリを充電することも可能である。

＜＜各走行モード中の制御状態＞＞
制御装置１００は、クラッチＣ１，Ｃ２およびブレーキＢ１の制御状態（係合／解放）と、エンジン１０、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の駆動を制御することによって、上記の複数の走行モードのうちからいずれか１つを選択する。

図３は、各走行モードにおけるクラッチＣ１，Ｃ２およびブレーキＢ１の制御状態を示す係合表である。図３において「Ｃ１」、「Ｃ２」、「Ｂ１」、「ＭＧ１」、「ＭＧ２」はそれぞれクラッチＣ１、クラッチＣ２、ブレーキＢ１、第１ＭＧ２０、第２ＭＧ３０を示す。Ｃ１、Ｃ２、Ｂ１の各欄の丸印（○）は「係合」を示し、無印は「解放」を示す。

ＭＧ２単独駆動モード中においては、クラッチＣ１が係合され、クラッチＣ２およびブレーキＢ１は解放される。この状態で、制御装置１００は、エンジン１０を停止させて、第２ＭＧ３０をモータとして動作させる。これにより、エンジン１０に連結されたサンギヤＳ１，Ｓ２は回転しない。一方、リングギヤＲ２の回転は規制されないため、出力軸７０は第２ＭＧ３０のトルクに応じて回転する。

両駆動モード中においては、ブレーキＢ１が係合され、クラッチＣ１およびクラッチＣ２が解放される。この状態で、制御装置１００は、エンジン１０を停止させて、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０をモータとして動作させる。ブレーキＢ１が係合されリングギヤＲ２の回転が規制されているため、第１ＭＧ２０のトルクはリングギヤＲ２を支点として出力軸７０に伝達される。さらに、第２ＭＧ３０のトルクも出力軸７０に伝達される。

シリーズモード中においては、クラッチＣ１が係合され、クラッチＣ２およびブレーキＢ１が解放される。これにより、エンジン１０が第１ＭＧ２０に連結され、リングギヤＲ２の回転は規制されないため、エンジン１０が車速（出力軸７０の回転速度）に拘束されることなく自由に回転可能となる。この状態で、制御装置１００は、エンジン１０を動作させ、第１ＭＧ２０をジェネレータとして動作させ、第２ＭＧ３０をモータとして動作させる。これにより、エンジン１０の動力が第１ＭＧ２０に伝達されて電力に一旦変換され、その電力で第２ＭＧ３０が駆動される。

シリーズパラレルモード中においては、クラッチＣ２が係合され、その他のクラッチＣ１およびブレーキＢ１が解放される。これにより、エンジン１０が第１遊星歯車装置４０のキャリアＣＡ１に連結されるため、エンジン１０は、第１遊星歯車装置４０を介して第１ＭＧ２０（サンギヤＳ１）および出力軸７０（リングギヤＲ１）に連結される。この状態で、制御装置１００は、エンジン１０を動作させるとともに、第２ＭＧ３０をモータとして動作させる。この際、制御装置１００は、第１ＭＧ２０のトルクが負方向に作用するように、第１ＭＧ２０を動作させる。これにより、第１ＭＧ２０のトルクを反力として、エンジン１０のトルクがリングギヤＲ１（出力軸７０）に伝達される。これにより、シリーズパラレルモードにおいては、エンジン１０の動力の一部は第１ＭＧ２０に伝達されて電力に変換され、残りが第１ＭＧ２０のトルクを用いて出力軸７０に機械的に伝達される。

パラレルモード中においては、クラッチＣ１，Ｃ２およびブレーキＢ１の制御状態の組合せに応じて、減速比γ（出力軸７０の回転速度に対するエンジン１０の回転速度の比）が異なる１速〜４速のいずれかの変速段が形成される。１速形成時においては、クラッチＣ１およびブレーキＢ１が係合され、クラッチＣ２が解放される。２速形成時においては、クラッチＣ２およびブレーキＢ１が係合され、クラッチＣ１が解放される。３速形成時には、クラッチＣ１およびクラッチＣ２が係合され、ブレーキＢ１が解放される。

４速形成時においては、クラッチＣ２が係合され、クラッチＣ１およびブレーキＢ１が解放される。さらに、４速形成時においては、第１ＭＧ２０の回転速度がゼロに固定されるように第１ＭＧ２０の電流がフィードバック制御される（以下、この制御を「電気ロック」ともいう）。

このように、パラレルモードにおいては、１速〜４速のいずれかの変速段が形成されることによって、減速比γが各変速段に応じた所定値に機械的に固定される。この状態で、制御装置１００は、エンジン１０を作動させる。そのため、エンジン１０の動力を機械的に効率よく出力軸７０に伝達することができる。また、制御装置１００は、必要に応じて、駆動用バッテリの電力で第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の少なくとも一方をモータとして動作させる。これにより、エンジン１０の動力に加えて、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の動力を、機械的に出力軸７０に伝達することができる。

＜エンジンの等熱効率線および最適燃費動作線＞
図４は、エンジン１０の等熱効率線および最適燃費動作線を模式的に示す図である。図４において、横軸はエンジン１０の回転速度を示し、縦軸はエンジン１０のトルクを示す。図４において、略楕円形の破線は等熱効率線を示し、実線は最適燃費動作線を示す。

等熱効率線（破線）においては、楕円形の面積が小さい等熱効率線であるほど、エンジン１０の熱効率（以下、「エンジン熱効率」ともいう）が良く、燃料消費率（単位仕事当たりの燃料消費小）が小さい（良い）ことを示す。したがって、最も内側の楕円形の等熱効率線で囲われる領域が最もエンジン熱効率が良い領域（最も燃料消費率の良い領域）となる。

最適燃費動作線（実線）は、エンジン１０の回転速度に対してエンジン熱効率が最大となる（燃料消費率が最小となる）動作点を繋いだ線を基準として、設計者によって予め決められるエンジン１０の動作線である。したがって、エンジン１０が最適燃費動作線上で運転される場合に、エンジン熱効率が良好となる。

＜走行モードの選択＞
上述のように、車両１は、エンジン１０を停止させて走行するＥＶ走行モードと、エンジン１０を動作させて走行するＨＶ走行モードとの切替が可能である。さらに、ＨＶ走行モードにおいて、シリーズモード、シリーズパラレルモード、パラレルモードの切替が可能である。本実施の形態による制御装置１００は、これらの複数の走行モードのうちから１つの走行モードを車両１の負荷レベルに応じて選択する。

図５は、各走行モードが選択される負荷レベルのイメージを示す図である。なお、図５の縦軸には、負荷レベルを示すパラメータとして、車両１に対する要求駆動トルクが示される。図５の横軸には車速が示される。線Ｋ１は負荷レベルが第１レベル値Ｌ１であることを示し、線Ｋ２は負荷レベルが第２レベル値Ｌ２であることを示し、線Ｋ３は負荷レベルが第３レベル値Ｌ３であることを示す。図５に示すように、各レベル値Ｌ１〜Ｌ３は、車速が高くなるほど低い値に変更される可変値である。

図５に示すように、負荷レベル（要求駆動トルク）が第１レベル値Ｌ１未満の領域では、エンジン熱効率が低い領域となるため、ＥＶ走行モードが選択される。負荷レベルが第１レベル値Ｌ１よりも大きい領域では、エンジン１０を動作させて走行するＨＶ走行モードが選択される。

ＨＶ走行モード中においては、シリーズモード、シリーズパラレルモード、パラレルモードのうちのいずれかが選択される。本実施の形態においては、図５に示すように、パラレルモードが選択される負荷レベル、シリーズパラレルモードが選択される負荷レベル、およびシリーズモードが選択される負荷レベルは、この順に高い。すなわち、負荷レベルが第１レベル値Ｌ１よりも大きくかつ第２レベル値Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）未満の低負荷領域では、シリーズモードが選択される。負荷レベルが第２レベル値Ｌ２よりも大きくかつ第３レベル値Ｌ３（Ｌ３＞Ｌ２）未満の中負荷領域では、シリーズパラレルモードが選択される。負荷レベルが第３レベル値Ｌ３よりも大きい高負荷領域では、パラレルモードが選択される。

このように、本実施の形態による制御装置１００は、ＨＶ走行モードが選択される場合において、低負荷時にはシリーズモードを選択し、中負荷時にはシリーズパラレルモードを選択し、高負荷時にはパラレルモードを選択する。これにより、各走行モードの特性の差異を考慮して、最適な走行モードを選択することができる。以下、その理由について詳しく説明する。

シリーズモード、シリーズパラレルモード、パラレルモードの３つの走行モードは、エンジン１０を動作させて走行する点において共通する一方、動力伝達効率（エンジン１０および各ＭＧ２０，３０の動力が出力軸７０に伝達される率）およびエンジン熱効率（エンジン１０の燃料消費率）が異なる。そこで、各走行モードの動力伝達効率およびエンジン熱効率の差異について説明する。

＜＜各走行モードの動力伝達効率＞＞
まず、各走行モードの動力伝達効率の違いについて説明する。

図６は、車速を所定値Ｖ０（図５参照）で一定とした場合の負荷レベルと各走行モードの動力伝達効率との対応関係を模式的に示す図である。なお、図６には、負荷レベルを示すパラメータとして減速比γが横軸に示され、理論伝達効率η（理論的な動力伝達効率）が縦軸に示される。なお、減速比γが大きいほど負荷レベルが高いことを示す。図６において、シリーズパラレルモード中の理論伝達効率ηは破線で示され、シリーズモード中の理論伝達効率ηは一点鎖線で示され、パラレルモード中の理論伝達効率ηは二点鎖線で示される。図６に示される各しきい値γ１，γ２（後述）は、図５に示すように、車速を所定値Ｖ０としたときの第２レベル値Ｌ２および第３レベル値Ｌ３にそれぞれ対応する。したがって、各しきい値γ１，γ２は、車速が高くなるほど低い値に変更される可変値である。

シリーズパラレルモード中の理論伝達効率η（破線）は、減速比γが最適減速比γ_ｃである時に最大となり、減速比γが最適減速比γ_ｃよりも小さい領域では減速比γの低下に応じて小さくなり、減速比γが最適減速比γ_ｃよりも大きい領域では減速比γの増加に応じて小さくなる。ここで、最適減速比γ_ｃは、第１ＭＧ２０の回転速度（以下「第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１」ともいう）が０となるときの減速比γである。

図７は、シリーズパラレルモード中に減速比γが最適減速比γ_ｃとなる場合の共線図を示す。図８は、シリーズパラレルモード中に減速比γが最適減速比γ_ｃ未満となる場合の共線図を示す。図７，８に示す共線図は、第１遊星歯車装置４０および第２遊星歯車装置５０の各回転要素（サンギヤＳ１，Ｓ２、キャリアＣＡ１，ＣＡ２、リングギヤＲ１，Ｒ２）の回転速度を縦線で示し、それらの間隔を第１遊星歯車装置４０および第２遊星歯車装置５０の各ギヤ比に対応する間隔とし、さらにそれぞれの縦線の上下方向を回転方向（上方向を正方向、下方向を負方向）とし、その上下方向での位置を回転速度としたものである。図７，８において、「Ｓｕｎ１」はサンギヤＳ１を示し、「Ｓｕｎ２」はサンギヤＳ２を示し、「Ｃａｒ１」はキャリアＣＡ１を示し、「Ｃａｒ２」はキャリアＣＡ２を示し、「Ｒｉｎｇ１」はリングギヤＲ１を示し、「Ｒｉｎｇ２」はリングギヤＲ２を示す。また、「Ｃ２」はクラッチＣ２を示し、Ｃ２の黒塗りの丸印（●）は「係合」を示す。「ＥＮＧ」はエンジン１０を示し、「ＭＧ１」は第１ＭＧ２０を示し、「ＭＧ２」は第２ＭＧ３０を示し、「ＯＵＴ」は出力軸７０を示す。「Ｔｅ」はエンジン１０のトルク（以下「エンジントルク」という）を示し、「Ｔｍ１」は第１ＭＧ２０のトルク（以下「第１ＭＧトルク」という）を示し、「Ｔｍ２」は第２ＭＧ３０のトルク（以下「第２ＭＧトルク」という）を示す。

シリーズパラレルモード中においては、上述したように、クラッチＣ２が係合され、その他のクラッチＣ１およびブレーキＢ１が解放される。これにより、エンジン１０が第１遊星歯車装置４０のキャリアＣＡ１に連結される。

図７に示すように、減速比γが最適減速比γ_ｃとなる場合に、第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１が０となり第１ＭＧ２０の電気変換ロスが最小となるため、動力伝達効率は最大となる。

図８に示すように、シリーズパラレルモード中に減速比γが最適減速比γ_ｃ未満となる場合、共線図の関係により第１ＭＧ２０が負回転状態（Ｎｍ１＜０）となる。このような状態で、エンジン１０の動力を出力軸７０に伝達するために第１ＭＧトルクＴｍ１を負方向に作用させるためには、第１ＭＧ２０に電力を供給して第１ＭＧ２０を駆動する必要がある。さらに、エンジン１０から出力軸７０に伝達される動力が過剰である場合には、第２ＭＧトルクＴｍ２を負方向に作用させるために、第２ＭＧ３０に発電させる必要がある。すなわち、第１ＭＧ２０の駆動によって得られた第１ＭＧトルクＴｍ１を反力として出力軸７０に伝達されたエンジン１０の動力が、第２ＭＧ３０で電力に変換され、その電力が第１ＭＧ２０に戻されて第１ＭＧ２０の駆動に用いられるという現象（以下「動力循環」という）が発生し得る。この動力循環によって大きな損失が生じるため、理論伝達効率は低くなる。

一方、高負荷域においては、減速比γが大きくなり、この影響で第１ＭＧ２０が正の高い値となると、電気変換ロスが大きくなる。そのため、高負荷時の動力伝達効率は、中負荷時の動力伝達効率よりも低くなる。

したがって、シリーズパラレルモードの理論伝達効率ηは、図６に示すように、減速比γ（負荷レベル）に応じて山なりとなる（中負荷域で高く、低負荷域および高負荷域では低くなる）特性を有する。

なお、シリーズパラレルモード中において、減速比γが最適減速比γ_ｃよりも大きい場合の理論伝達効率ηは下記の式（１）で表わされ、減速比γが最適減速比γ_ｃよりも小さい場合の理論伝達効率ηは下記の式（２）で表わされる。

上記式（１）、（２）において、「η_１」および「η_２」は、それぞれ第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の効率である。「η_ｍ」は第１遊星歯車装置４０の機械効率である。最適減速比γ_ｃは、下記の式（３）で表わされる。

上記式（３）において、「ρ」は、第１遊星歯車装置４０のギヤ比（＝サンギヤＳ１の歯数／リングギヤＲ１の歯数）である。

シリーズモードでは、第１ＭＧ２０が発電した電力で第２ＭＧ３０を駆動することを前提としているため、各ＭＧ２０，３０において電気変換ロスが一定割合発生する。したがって、シリーズモードの理論伝達効率η（一点鎖線）は、シリーズパラレルモードの理論伝達効率ηのピーク値よりも第１ＭＧ２０の電気変換ロス分だけ低くなる。

パラレルモードでは、減速比γが固定されエンジン１０と出力軸７０とが直接的に接続されるため、他のモードに比べてエンジン１０の動力を効率よく出力軸７０に伝達できる。さらに、パラレルモードでは、各ＭＧ２０，３０での電力変換を前提としていないため、電気変換ロスも少ない。したがって、パラレルモードの理論伝達効率η（二点鎖線）は、シリーズパラレルモードの理論伝達効率ηのピーク値と同等の高いレベルにある。

以上のような差異により、図６に示すように、減速比γが最適減速比γ_ｃよりも所定値小さいしきい値γ１未満の低負荷領域では、シリーズモードの理論伝達効率η（一点鎖線）がシリーズパラレルモードの理論伝達効率η（破線）よりも大きくなる。減速比γがしきい値γ１からしきい値γ２までの中負荷領域では、シリーズパラレルモードの理論伝達効率η（破線）がシリーズモードの理論伝達効率η（一点鎖線）よりも大きくなる。また、減速比γが最適減速比γ_ｃよりも所定値大きいしきい値γ２よりも大きい高負荷領域では、パラレルモードの理論伝達効率η（二点鎖線）がシリーズパラレルモードの理論伝達効率η（破線）よりも大きくなる。

＜＜各走行モードのエンジン熱効率＞＞
次に、各走行モードのエンジン熱効率の違いについて説明する。

シリーズパラレルモードでは、エンジン１０が第１遊星歯車装置４０のキャリアＣＡ１に接続されるため、第１ＭＧ２０の回転速度（サンギヤＳ１の回転速度）を車速（リングリヤＲ１の回転速度）に応じて適宜調整することによって、エンジン１０の回転速度（キャリアＣＡ１の回転速度）を車速に拘束されることなく最適値に調整できる。したがって、シリーズパラレルモードにおいては、エンジン熱効率を最適値にすることができる。

また、シリーズモードでは、クラッチＣ１が係合されてエンジン１０が第１ＭＧ２０に連結されるとともに、クラッチＣ２およびブレーキＢ１が解放されるためエンジン１０の回転速度を車速に拘束されることなく最適値に調整できる。したがって、シリーズモードにおいても、シリーズパラレルモードと同様、エンジン熱効率を最適値にすることができる。

一方、パラレルモードでは、減速比γが変速段に応じた所定値に機械的に固定されるため、エンジン１０の回転速度が車速に拘束される。そのため、エンジン熱効率を最適にできない可能性がある。しかしながら、高負荷時であれば、エンジン熱効率はもともと高い値であり、他のモードのエンジン熱効率と大きな差異はない。

＜＜走行モードの選択処理＞＞
上記のような特性の違いに鑑み、本実施の形態による車両１においては、図５に示すように、パラレルモードが選択される負荷レベル、シリーズパラレルモードが選択される負荷レベル、およびシリーズモードが選択される負荷レベルが、この順に高い値に設定される。すなわち、中負荷域では、エンジン熱効率および動力伝達効率に優れるシリーズパラレルモードが選択される。低負荷域では、シリーズモードが選択されるため、シリーズパラレルモードが選択される場合に比べて、エンジン熱効率を最適値にできるというメリットを有したまま、動力伝達効率の低下を抑制することができる。高負荷域では、動力伝達効率が他のモードよりも優れ、かつエンジン熱効率も大きな差異はないパラレルモードが選択される。そのため、各走行モードの特性（エンジン熱効率および動力伝達効率）を考慮して最適な走行モードを選択することができる。

図９は、制御装置１００が走行モードを選択する際の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定周期で繰り返し実行される。

ステップ(以下、ステップを「Ｓ」と略す)１０にて、制御装置１００は、負荷レベルが第１レベル値Ｌ１未満であるか否かを判定する。この判定には、負荷レベルとして要求駆動トルクが用いられる。すなわち、制御装置１００は、アクセル開度（運転者のアクセルペダル操作量）などから要求駆動トルクを算出するとともに車速から第１レベル値Ｌ１を算出し、要求駆動トルクが第１レベル値Ｌ１未満であるか否かを判定する（図５参照）。

負荷レベルが第１レベル値Ｌ１未満である場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、制御装置１００は、Ｓ１１にて、ＥＶ走行モードを選択する。なお、ＥＶ走行モード中においては、上述したように、ＭＧ２単独駆動モードおよび両駆動モードのどちらかのモードが選択される。

一方、負荷レベルが第１レベル値Ｌ１よりも大きい場合（Ｓ１０にてＮＯ）、制御装置１００は、ＨＶ走行モードを選択し、Ｓ２０以降の処理を行なう。

Ｓ２０にて、制御装置１００は、負荷レベルが第２レベル値Ｌ２未満の低負荷レベルであるか否かを判定する。この判定には、負荷レベルとして、シリーズパラレルモードでエンジン１０が最適燃費動作線上で運転されると仮定した場合に運転者の要求駆動力および車速から決まる減速比γの予測値（以下、単に「減速比γの予測値」ともいう）が用いられる。制御装置１００は、要求駆動力を満たすエンジン１０の最適回転速度（要求駆動力を最適燃費動作線上で出力するときのエンジン１０の回転速度）を算出し、エンジン１０の最適回転速度を現在の車速に対応する出力軸７０の回転速度で除算することによって、減速比γの予測値を算出する。そして、制御装置１００は、車速からしきい値γ１を算出し、減速比γの予測値がしきい値γ１未満であるか否かを判定する（図６参照）。

低負荷レベルである場合（Ｓ２０にてＹＥＳ）、すなわち減速比γの予測値がしきい値γ１未満である場合、制御装置１００は、Ｓ２１にて、エンジン熱効率を最適にすることができ、かつ動力伝達効率がシリーズパラレルモードよりも優れるシリーズモードを選択する。

低負荷レベルでない場合（Ｓ２０にてＮＯ）、制御装置１００は、Ｓ２２にて、負荷レベルが第２レベル値Ｌ２よりも大きくかつ第３レベル値Ｌ３未満である中負荷レベルであるか否かを判定する。なお、Ｓ２２の判定においても、Ｓ２０と同様、負荷レベルとして減速比γの予測値が用いられる。制御装置１００は、車速からしきい値γ２を算出し、減速比γの予測値がしきい値γ１よりも大きくかつしきい値γ２未満であるか否かを判定する（図６参照）。

中負荷レベルである場合（Ｓ２２にてＹＥＳ）、すなわち減速比γの予測値がしきい値γ１よりも大きくかつしきい値γ２未満である場合、制御装置１００は、Ｓ２３にて、エンジン熱効率を最適にすることができ、かつ動力伝達効率がシリーズモードよりも優れるシリーズパラレルモードを選択する。

負荷レベルが中負荷レベルでない場合（Ｓ２２にてＮＯ）、減速比γの予測値はしきい値γ２よりも大きく高負荷レベルである（図６参照）ため、制御装置１００は、Ｓ２４にて、動力伝達効率が他のモードよりも優れ、かつエンジン熱効率も大きな差異はないパラレルモードを選択する。なお、パラレルモード中においては、上述したように、アクセル開度および車速などに応じて、１速〜４速のいずれかの変速段が形成される。

以上のように、本実施の形態による車両１においては、パラレルモードが選択される負荷レベル、シリーズパラレルモードが選択される負荷レベル、およびシリーズモードが選択される負荷レベルが、この順に高い値に設定される。すなわち、中負荷域では、エンジン熱効率および動力伝達効率に優れるシリーズパラレルモードが選択される。低負荷域では、エンジン熱効率に優れるというメリットを有したまま、動力伝達効率の低下を抑制することができるシリーズモードが選択される。高負荷域では、動力伝達効率が他のモードよりも優れ、かつエンジン熱効率も大きな差異はないパラレルモードが選択される。そのため、各走行モードの特性（エンジン熱効率および動力伝達効率）を考慮して最適な走行モードを選択することができる。

さらに、本実施の形態においては、ＨＶ走行モード中の負荷レベルを示すパラメータとして、減速比γの予測値が用いられる。そのため、減速比γと動力伝達効率と対応関係（図６参照）を考慮した最適な走行モードを選択することができる。

さらに、本実施の形態においては、減速比γの予測値がしきい値γ１よりも大きくかつしきい値γ２未満である場合にシリーズパラレルモードが選択されるが、シリーズパラレルモードの動力伝達効率が最適減速比γ_ｃで最大となる（図６参照）ことに鑑み、「しきい値γ１」が最適減速比γ_ｃよりも所定値小さい値に設定され、「しきい値γ２」は最適減速比γ_ｃよりも所定値大きい値に設定される。これにより、シリーズパラレルモードが選択される領域に、減速比γが最適減速比γ_ｃとなる領域が含まれることになる。その結果、シリーズパラレルモードが選択される場合において、エンジン熱効率を最適にしつつ、減速比γを最適減速比γ_ｃあるいは最適減速比γ_ｃに近い値にして動力伝達効率を高いレベルにすることができる。

上述の実施の形態は、たとえば以下のように変更することができる。
［変形例１］
上述の実施の形態においては、ＨＶ走行モード中の負荷レベルを示すパラメータとして、減速比γの予測値が用いられた。しかしながら、負荷レベルを示すパラメータを、減速比γの予測値に代えて、シリーズパラレルモードでエンジン１０が最適燃費動作線上で運転されると仮定した場合の第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１の予測値（以下、単に「第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１の予測値」ともいう）を用いるようにしてもよい。なお、車速を一定とした場合、減速比γの低下に応じて第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１は低下する関係にある。すなわち、本変形例１においては、減速比γと相関関係を有する第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１を、負荷レベルを示すパラメータとして用いる。

図１０は、本変形例１による制御装置１００が走行モードを選択する際の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、図９のフローチャートのＳ２０，Ｓ２２を、それぞれＳ２０Ａ，Ｓ２２Ａに変更したものである。その他のステップ（図９と同じ番号を付しているステップ）については図９と同じであるため、詳細な説明はここでは繰り返さない。

要求駆動トルクが第１レベル値Ｌ１よりも大きい場合（Ｓ１０にてＮＯ）、制御装置１００は、Ｓ２０Ａにて、負荷レベルが低負荷レベルであるか否かを判定する。この判定において、制御装置１００は、負荷レベルとして、上述した「第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１の予測値」を用いる。制御装置１００は、要求駆動力を満たすエンジン１０の最適回転速度を算出し、エンジン１０の最適回転速度と現在の車速に対応する出力軸７０の回転速度とから、共線図の関係を用いて第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１の予測値を算出する。

そして、制御装置１００は、第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１の予測値がしきい値Ｎ１未満である場合に、低負荷レベルであると判定する。ここで、しきい値Ｎ１は、「０」よりも所定値小さい負の値に設定される。すなわち、シリーズパラレルモード中の動力伝達効率は、減速比γが最適減速比γ_ｃとなる時、すなわち第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１が０となる時に最大となり（図７参照）、減速比γが最適減速比γ_ｃよりも小さくなる時、すなわち第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１が負の値となる時に動力循環が生じて低下する（図８参照）。この点に鑑み、しきい値Ｎ１が「０」よりも所定値小さい負の値に設定される。

また、制御装置１００は、Ｓ２２Ａにて、負荷レベルが中負荷レベルであるか否かを判定する。この判定においても、制御装置１００は、負荷レベルとして、上述した「第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１の予測値」を用いる。制御装置１００は、第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１の予測値がしきい値Ｎ１よりも大きくかつしきい値Ｎ２未満である場合に、負荷レベルが中負荷レベルであると判定する。ここで、しきい値Ｎ２は、「０」よりも所定値大きい正の値に設定される。すなわち、シリーズパラレルモード中の動力伝達効率は、減速比γが最適減速比γ_ｃよりも大きくなる時、すなわち第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１が正の高い値となる時に電力変換ロスが大きくなって低下する。この点に鑑み、しきい値Ｎ２は「０」よりも所定値大きい正の値に設定される。

以上のように、本変形例においては、ＨＶ走行モード中の負荷レベルを示すパラメータとして、第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１の予測値が用いられる。このようにしても、上述の実施の形態と同様に最適な走行モードを選択することができる。

特に、本変形例においては、第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１の予測値がしきい値Ｎ１よりも大きくかつしきい値Ｎ２未満である場合にシリーズパラレルモードが選択されるが、第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１が「０」のときにシリーズパラレルモードの動力伝達効率が最大となる（図７参照）ことに鑑み、「しきい値Ｎ１」が０よりも所定値小さい負の値に設定され、「しきい値Ｎ２」は０よりも所定値大きい正の値に設定される。これにより、シリーズパラレルモードが選択される領域に、第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１が０となる領域が含まれることになる。その結果、シリーズパラレルモードが選択される場合において、エンジン熱効率を最適にしつつ、第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１を０あるいは０に近い値にして動力伝達効率を高いレベルにすることができる。

［変形例２］
上述の実施の形態においては、ＨＶ走行モード中の負荷レベルを示すパラメータとして減速比γの予測値が用いられた。しかしながら、負荷レベルを示すパラメータとして、減速比γの予測値に代えて、車両１に対する要求駆動トルクを用いるようにしてもよい。

図１１は、本変形例２による制御装置１００が走行モードを選択する際の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、図９のフローチャートのＳ２０，Ｓ２２を、それぞれＳ２０Ｂ，Ｓ２２Ｂに変更したものである。その他のステップ（図９と同じ番号を付しているステップ）については図９と同じであるため、詳細な説明はここでは繰り返さない。

要求駆動トルクが第１レベル値Ｌ１よりも大きい場合（Ｓ１０にてＮＯ）、制御装置１００は、Ｓ２０Ｂにて、要求駆動トルクが第２レベル値Ｌ２未満の低負荷レベルであるか否かを判定する（図５参照）。また、制御装置１００は、Ｓ２２Ｂにて、要求駆動トルクが第２レベル値Ｌ２よりも大きくかつ第３レベル値Ｌ３未満である中負荷レベルであるか否かを判定する（図５参照）。

以上のように、本変形例においては、ＨＶ走行モード中の負荷レベルを示すパラメータとして、車両１に対する要求駆動トルク（車速に対する要求駆動トルク）が用いられる。このようにしても、上述の実施の形態と同様に最適な走行モードを選択することができる。

なお、ＨＶ走行モード中の負荷レベルを示すパラメータとして、要求駆動トルクに代えて、要求駆動パワーあるいは車速に対する要求駆動パワーにすることもできる。

［変形例３］
上述の実施の形態による駆動装置２の構成をたとえば以下のように変形するようにしてもよい。図１２〜１５は、シリーズモード、シリーズパラレルモード、パラレルモードを選択可能な駆動装置の別の構成を模式的に示す図である。

図１２に示す駆動装置２Ａは、図１に示す駆動装置２に対して、出力軸７０においてドリブンギヤ７１に代えてドリブンギヤ７１Ａ，７１Ｂを設けるとともに、クラッチＣ３を追加したものである。図１３に示す駆動装置２Ｂは、図１２に示す駆動装置２Ａに対して、ブレーキＢ２をさらに追加したものである。

図１４に示す駆動装置２Ｃは、図１の駆動装置２の配置を、エンジン１０、第１ＭＧ２０、第２ＭＧ３０がこの順に同軸上に並べて配置されるように変更したものである。図１５に示す駆動装置２Ｄは、図１２の駆動装置２Ａの配置を、エンジン１０、第１ＭＧ２０、第２ＭＧ３０がこの順に同軸上に並べて配置されるように変更したものである。

［その他の変形例］
上述の実施の形態において、負荷レベルと比較される判定レベル（第１レベル値Ｌ１、第２レベル値Ｌ２、第３レベル値Ｌ３等）にヒステリシスを設けるようにしてもよい。これにより、負荷レベルの変動で走行モードが頻繁に切り替わることを防止することができる。

また、上述した実施の形態およびその変形例については、技術的に矛盾が生じない範囲で適宜組合せることも可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 駆動装置、１０ エンジン、１２ 第１軸、１４ 第２軸、２０ 第１ＭＧ、２１ クランク軸、２２，３１ 回転軸、２５ ケース、３０ 第２ＭＧ、３２ リダクションギヤ、４０ 第１遊星歯車装置、５０ 第２遊星歯車装置、７０ 出力軸、７１ ドリブンギヤ、７２ ドライブギヤ、８０ デファレンシャルギヤ、８１ デフリングギヤ、８２ 駆動軸、９０ 駆動輪、１００ 制御装置、５００ 油圧回路、Ｂ１，Ｂ２ ブレーキ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ クラッチ、ＣＡ１，ＣＡ２ キャリア、Ｐ１，Ｐ２ ピニオンギヤ、Ｒ１，Ｒ２ リングギヤ、Ｓ１，Ｓ２ サンギヤ。

Claims (6)

1. ハイブリッド車両であって、
   エンジンと、
   第１回転電機と、
   駆動輪に接続される出力軸と、
   前記出力軸に接続される第２回転電機と、
   前記エンジン、前記第１回転電機および前記出力軸を機械的に連結する遊星歯車機構と、
   前記エンジンおよび前記出力軸に対する前記遊星歯車機構の連結状態を変更可能に構成された切替装置と、
   前記切替装置を制御して前記遊星歯車機構の連結状態を変更することによって、シリーズモード、シリーズパラレルモードおよびパラレルモードのうちのいずれかの走行モードを車両の負荷レベルに従って選択可能に構成された制御装置をさらに備え、
   前記シリーズモードは、前記エンジンの動力を前記第１回転電機に伝達して電力に変換するモードであり、
   前記シリーズパラレルモードは、前記第１回転電機のトルクを用いて前記エンジンの動力の一部を前記出力軸に機械的に伝達しつつ、前記エンジンの動力の残部を前記第１回転電機または前記第２回転電機に伝達して電力に変換するモードであり、
   前記パラレルモードは、前記出力軸の回転速度に対する前記エンジンの回転速度の比である減速比を所定比に機械的に固定した状態で、前記エンジンの動力を前記出力軸に機械的に伝達するモードであり、
   前記パラレルモードが選択される前記負荷レベル、前記シリーズパラレルモードが選択される前記負荷レベル、および前記シリーズモードが選択される前記負荷レベルは、この順に高い、ハイブリッド車両。
2. 前記制御装置は、前記シリーズパラレルモードで前記エンジンが最適燃費動作線上で運転されると仮定した場合に運転者の要求駆動力および車速から決まる前記減速比の予測値をパラメータとして前記負荷レベルを判定し、
   前記制御装置は、前記減速比の予測値が第１しきい値未満である場合に前記シリーズモードを選択し、前記減速比の予測値が前記第１しきい値よりも大きくかつ第２しきい値未満である場合に前記シリーズパラレルモードを選択し、前記減速比の予測値が前記第２しきい値よりも大きい場合に前記パラレルモードを選択する、請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記第１しきい値は、前記シリーズパラレルモードで前記エンジンが前記最適燃費動作線上で運転されかつ前記第１回転電機の回転速度が０となると仮定した場合の前記減速比である最適減速比よりも所定値小さい値に設定され、
   前記第２しきい値は、前記最適減速比よりも所定値大きい値に設定される、請求項２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記制御装置は、前記シリーズパラレルモードで前記エンジンが最適燃費動作線上で運転されると仮定した場合の前記第１回転電機の回転速度の予測値をパラメータとして前記負荷レベルを判定し、
   前記制御装置は、前記回転速度の予測値が第１しきい値未満である場合に前記シリーズモードを選択し、前記回転速度の予測値が前記第１しきい値よりも高くかつ第２しきい値未満である場合に前記シリーズパラレルモードを選択し、前記回転速度の予測値が前記第２しきい値よりも高い場合に前記パラレルモードを選択する、請求項１に記載のハイブリッド車両。
5. 前記第１しきい値は、０よりも所定値低い負の値に設定され、
   前記第２しきい値は、０よりも所定値高い正の値に設定される、請求項４に記載のハイブリッド車両。
6. 前記制御装置は、前記ハイブリッド車両に対する要求駆動トルクをパラメータとして前記負荷レベルを判定し、
   前記制御装置は、前記要求駆動トルクが第１しきい値未満である場合に前記シリーズモードを選択し、前記要求駆動トルクが前記第１しきい値よりも大きくかつ第２しきい値未満である場合に前記シリーズパラレルモードを選択し、前記要求駆動トルクが前記第２しきい値よりも大きい場合に前記パラレルモードを選択する、請求項１に記載のハイブリッド車両。

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