Le principe de la transmission à répartition de puissance (power-split device) — comprendre l'hybride Toyota sans jargon

Le problème que résout cette transmission

Un moteur à essence classique ne délivre son meilleur rendement que dans une plage de régime étroite, alors que les roues doivent pouvoir tourner à toutes les vitesses. Une boîte de vitesses classique — manuelle avec embrayage, ou automatique avec convertisseur de couple — ne propose qu'un nombre limité de rapports (typiquement quatre à six), ce qui oblige le moteur à fonctionner régulièrement en dehors de sa zone de rendement optimal. Le pari de Toyota, dès la conception du Toyota Hybrid System (THS) en 1995-1996, consiste à supprimer purement et simplement cette boîte de vitesses classique, remplacée par un dispositif purement mécanique et électrique appelé power-split device, littéralement « répartiteur de puissance ».

Un train épicycloïdal à la place d'une boîte de vitesses

Le cœur du système est un unique train épicycloïdal (voir le détail de son fonctionnement dans Le train épicycloïdal de la Prius expliqué en détail : sun gear, planet carrier, ring gear), associé à deux machines électriques réversibles (pouvant fonctionner en moteur ou en générateur), que Toyota désigne MG1 et MG2. Le moteur thermique, plutôt que d'entraîner directement les roues à travers des rapports fixes, entraîne ce train épicycloïdal, qui répartit alors mécaniquement sa puissance selon deux chemins simultanés : une part directement transmise aux roues, une part convertie en électricité par MG1. Cette électricité alimente à son tour MG2, qui peut lui-même entraîner les roues ou bien recharger la batterie — ou les deux à la fois selon les besoins du moment.

Une transmission « à variation continue » sans CVT mécanique classique

Le résultat obtenu ressemble, pour le conducteur, à une boîte à variation continue (CVT) : il n'existe pas de rapports fixes ni d'à-coups de passage de vitesse, mais un rapport entre régime moteur et vitesse des roues qui varie en permanence, piloté par ordinateur. Techniquement, cependant, il ne s'agit pas d'une CVT au sens classique (à courroie et poulies) : Toyota parle lui-même d'« e-CVT » (CVT électronique) pour désigner ce résultat obtenu par des moyens entièrement différents — la variation du rapport global est obtenue en jouant sur la vitesse de rotation de MG1, qui absorbe l'écart entre le régime du moteur thermique et celui imposé par les roues.

Une commande « tout électrique », sans lien mécanique direct

Autre singularité du système : il fonctionne intégralement en drive-by-wire. Ni la pédale d'accélérateur ni le sélecteur de mode de conduite ne sont reliés mécaniquement au moteur ou à une quelconque commande de transmission : ils transmettent uniquement des signaux électriques à un calculateur central, qui décide en temps réel de la meilleure répartition de puissance entre moteur thermique, MG1, MG2 et batterie pour satisfaire la demande du conducteur au meilleur rendement possible.

Un choix qui autorise le fonctionnement tout électrique

Contrairement à de nombreux systèmes hybrides rivaux, qualifiés de « hybrides légers » (mild hybrids) car incapables de rouler sur la seule énergie électrique, l'architecture à répartition de puissance de Toyota permet un fonctionnement en mode tout électrique, sans que le moteur thermique tourne — Toyota et la presse spécialisée la classent donc dans la catégorie des « hybrides complets » (full hybrids). C'est ce même principe de base, avec des évolutions successives, qui équipe toutes les générations de Prius depuis 1997 (voir Du THS à la Hybrid Synergy Drive : pourquoi Toyota a changé de nom en 2003) et qui a ensuite essaimé sur l'ensemble de la gamme Toyota et Lexus, ainsi que, sous licence, chez certains autres constructeurs (voir Licences et litiges de brevets autour de l'hybride Toyota : Ford, Nissan, Mazda, Antonov, Paice).

Voir aussi

• Le train épicycloïdal de la Prius expliqué en détail : sun gear, planet carrier, ring gear · Du THS à la Hybrid Synergy Drive : pourquoi Toyota a changé de nom en 2003 · Freinage régénératif et modes de conduite EV/Eco/Power : comment se pilote une Prius · Pourquoi la Prius utilise un moteur à cycle Atkinson plutôt qu'un cycle Otto classique