Le train épicycloïdal de la Prius expliqué en détail : sun gear, planet carrier, ring gear

Trois éléments mécaniques, trois destinations

Un train épicycloïdal (ou « planétaire ») associe toujours trois éléments mobiles les uns par rapport aux autres : un pignon central (le « sun gear », ou pignon solaire), une couronne dentée extérieure (le « ring gear »), et un ensemble de petits pignons satellites montés sur un porte-satellites (le « planet carrier »), qui engrènent simultanément avec le pignon solaire et la couronne. Dans le système Toyota de première et deuxième génération (THS et THS-II), chacun de ces trois éléments est relié à un organe précis :

• le pignon solaire est relié à MG1, la machine électrique qui fait aussi office de démarreur pour le moteur thermique ;
• le porte-satellites est relié au moteur thermique — et à lui seul, contrairement à une boîte classique où le moteur agirait sur un unique rapport figé ;
• la couronne est reliée à MG2, la machine électrique de traction principale, elle-même connectée aux roues via un jeu de réduction et un différentiel.

Comment la puissance se répartit réellement

Parce que les trois éléments d'un train épicycloïdal sont mécaniquement liés par une relation mathématique fixe (la vitesse de l'un se déduit toujours de celle des deux autres), faire varier la vitesse de rotation de MG1 revient à faire varier, en creux, la répartition de puissance entre trajet purement mécanique (vers les roues) et trajet électrique (vers la génératrice puis vers MG2 ou la batterie). C'est ce mécanisme que Toyota appelle son « Power Split Device » (PSD, répartiteur de puissance) : en pilotant électroniquement le couple et la vitesse de MG1, le calculateur central « choisit » en continu, plusieurs fois par seconde, la meilleure combinaison entre puissance mécanique directe et génération électrique.

MG1 : générateur, mais aussi démarreur

MG1 assure une double fonction : générateur d'électricité pour alimenter MG2 ou recharger la batterie de traction en roulage normal, et démarreur silencieux du moteur thermique — remplaçant un démarreur classique à pignon, avec un fonctionnement nettement plus rapide et sans le bruit caractéristique d'un lanceur électromécanique traditionnel.

MG2 : la force de traction, et parfois un frein

MG2, plus puissante que MG1 dans la plupart des générations, entraîne directement les roues et peut, à elle seule, propulser le véhicule à basse vitesse sans intervention du moteur thermique (mode tout électrique, voir Freinage régénératif et modes de conduite EV/Eco/Power : comment se pilote une Prius). En phase de ralentissement, elle est mise à contribution comme génératrice pour le freinage régénératif, transformant l'énergie cinétique du véhicule en électricité renvoyée vers la batterie plutôt que dissipée en chaleur dans les freins classiques.

Une architecture qui a évolué sans se renier

À partir de la troisième génération de la Hybrid Synergy Drive (2009-2010), Toyota ajoute un second train épicycloïdal, baptisé Motor Speed Reduction Device (MSRD), accolé au premier : cette démultiplication supplémentaire de MG2 permet d'employer une machine électrique plus compacte et plus puissante à la fois. La quatrième génération (2015) revient, elle, à un unique train épicycloïdal principal, mais complété par des engrenages de réduction classiques plutôt que par un second train planétaire — un choix qui réduit la taille et le poids global de la transmission tout en abaissant les pertes mécaniques par frottement d'environ 20 % par rapport à la génération précédente.

Voir aussi

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