Comment fonctionne l'hybride Toyota (HSD)

Tout le monde sait bien que l'hybridation HSD de Toyota a la réputation d'être un atelier. L'appareil de la marque japonaise (collaboration Aisin) est connu non seulement pour son efficacité, mais aussi pour sa très bonne fiabilité. Cependant, il est difficile à comprendre en raison de sa complexité et des nombreux modes de fonctionnement possibles.

Dès lors, nous allons essayer de comprendre comment fonctionne le dispositif hybride de Toyota, le fameux Serial/Parallel HSD e-CVT. Ce dernier permet de rouler 100% électrique ou une combinaison d'électrique et thermique. Ici, j'aborde un sujet un peu complexe, et parfois j'ai besoin de le simplifier un peu (bien que cela n'enlève rien à la logique et au principe).

Sachez désormais que les transmissions HSD sont fabriquées par Aisin (AWFHT15), dont Toyota détient 30%, et qu'elles fournissent des transmissions hybrides et non hybrides au groupe PSA lorsqu'il s'agit d'EAT ou d'e-AT8. des boites. (hybride2 et hybride4). Nous sommes maintenant à la quatrième génération en termes de développement technique. Bien que le principe général reste le même, de petites améliorations sont apportées à l'engrenage planétaire central ou à la disposition pour atteindre la compacité et l'efficacité (par exemple, des longueurs de câble plus courtes réduisent les pertes électriques).

Explication synthétique

Si vous voulez une vue holistique du fonctionnement du HSD, voici une explication qui le résume. Il faut aller plus loin dans l'article pour approfondir ou essayer de comprendre ce qui vous échappe à ce stade.

Voici les rôles de chaque composant ainsi que les spécifications techniques du HSD :

• L'ICE (Internal Combustion Engine) est un moteur thermique : toute l'énergie en provient, il est donc à la base de tout. Il est relié à MG1 par un train épicycloïdal.
• MG1 sert de générateur électrique (entraîné par un moteur thermique) ainsi que de variateur de boîte de vitesses. Il relie ICE à MG2 via un engrenage planétaire (planétaire). MG2 est relié directement aux roues, donc si les roues tournent, ça tourne, et si ça fait tourner les roues aussi (bref, aucun débrayage n'est possible entre elles)...
• MG2 sert de moteur de traction (distance maximale 2 km ou 50 km sur plug-in/rechargeable) et également de générateur électrique (décélération : régénération)
• Engrenage planétaire : il relie MG1, MG2, ICE et les roues (cela n'interfère pas avec la sécurisation de certains éléments pendant que d'autres tournent, vous devez apprendre et comprendre comment l'engrenage planétaire prend vie). Aussi grâce à lui, nous avons un changement/diminution continu, et donc c'est lui qui représente la boîte de vitesses (le rapport de vitesse change, la faisant freiner ou "marche arrière" : le lien entre ICE et MG1)

La réduction consiste en plus ou moins en addition des mouvements du moteur à combustion interne (thermique) et de la MG2 (qui est solidaire des roues, ne l'oublions pas).

Entraîneur à engrenage planétaire hybride

Cette vidéo est parfaite pour avoir une idée du fonctionnement de l'hybridation Toyota.

Nouveau : Mode manuel séquentiel sur Toyota HSD hybride ?

Les ingénieurs ont réussi à simuler (partiellement..) les rapports en jouant sur la façon dont la MG1 freinerait ou reculerait de manière non progressive pour obtenir des rapports plus clairs. Le rapport de démultiplication est généré par MG1, qui plus ou moins fermement et plus ou moins « glisse » relie ICE et MG2 (MG2 = moteur électrique de traction, mais aussi, surtout, roues). Cette diminution peut donc être progressive ou « échelonnée » selon le pilotage du répartiteur de puissance MG1.

A noter cependant que les changements de vitesses ne se font pas sentir à charge partielle... Et à pleine charge (accélération maximale) on repasse en variation continue car c'est le seul moyen d'obtenir les meilleures performances d'accélération avec ce système (le calculateur refuse donc pour changer de vitesse pour une accélération maximale).

Ce mode est donc plus utilisé pour le freinage moteur en descente que pour la conduite sportive.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 et vitesse de pointe

Voilà à quoi ça ressemble en fait. Malheureusement, à pleine charge, on perd le mode séquentiel et on ne sent plus les engrenages.

Plusieurs versions ?

Outre les différentes générations, le système THS / HSD / MSHS tel qu'il est appliqué à Toyota et Lexus a deux variantes principales. La première et la plus courante est la version transversale, qui est aujourd'hui incarnée dans l'Aisin AWFHT15 (au début des années 90, elle s'appelait THS pour Toyota Hybrid System. Maintenant, elle est HSD pour Hybrid Synergy Drive). Elle se décline en deux modèles plus ou moins compacts : Prius / NX / C-HR (plus grand), corolle et Yaris (petite).

Voici une transmission HSD plus moderne (Prius 4) des versions transversales (maintenant il existe deux tailles différentes, voici la plus grande). Elle est beaucoup plus compacte que la variante que vous pouvez voir ci-dessous (pas celle juste en dessous de la longitudinale, même en dessous...)

Toyota Prius IV 2016 1.8 Hybride Accélération 0-180 km/h

Prius 4 à plein régime, voici le fameux effet de changement continu produit par l'association de moteurs/générateurs électriques, d'un moteur thermique et d'un train planétaire central.

Vient ensuite le MSHS pour le système hybride multi-étages (dont je n'ai pas vraiment à parler ici... important. un appareil plus gros qu'il faut positionner longitudinalement, et qui peut cette fois générer de vrais engrenages, dont il y a 10 (4 vrais engrenages dans une boîte et une combinaison de moteurs électriques de manière astucieuse pour atteindre 10. Total donc, pas un multiple de 4, mais cela n'a pas d'importance).

Il existe en fait deux versions : AWRHT25 et AWRHM50 (MSHS, qui compte 10 rapports).

La version longitudinale beaucoup plus prestigieuse (ici AWRHM50) est destinée en priorité aux Lexus (peu de Toyota ont un moteur dans ce sens). Il existe deux versions, dont l'une peut générer jusqu'à 10 rapports réels.

2016 Lexus IS300h 0-100km/h et modes de conduite (éco, normal, sport)

Revenez à 1:00 minute pour voir comment AWFHT15 peut générer des rapports. Curieusement, les fameux "sauts de vitesse" ne se font plus sentir lorsque le moteur est à pleine charge... C'est parce que l'appareil est le plus efficace (chronographe) en mode variateur, donc la pleine charge induit un mode de variation continue normal.

Comment fonctionne un hybride Toyota ?

Quel est donc le principe de base du dispositif hybride HSD ? Si l'on devait résumer cela grossièrement, on pourrait parler d'un moteur thermique qui fonctionne avec deux moteurs/générateurs (le moteur électrique est toujours réversible) et dont les différents couples (de chaque moteur) sont contrôlés et contrôlés par le train planétaire central, mais aussi l'intensité électrique (et la direction de l'électricité) contrôlée par un distributeur de puissance ("inverter" en anglais). Le réducteur (boîte CVT) est à commande électronique, faisant fonctionner le moteur MG1 d'une manière spécifique, ainsi que par l'intermédiaire d'un engrenage planétaire central, qui permet de combiner plusieurs puissances pour n'en produire qu'une.

Le moteur peut être complètement découplé des roues, ainsi que grâce à l'entraînement planétaire ...

Bref, même si on veut simplifier, on comprend que ça ne sera pas si facile à assimiler, donc on va se concentrer sur les principes de base. Cependant, je vous ai mis une vidéo en anglais qui détaille les détails, donc si vous voulez passer au travers, vous devriez pouvoir le faire (avec de la motivation et des neurones sains, bien sûr).

Voici la Prius 2, qui est moins compacte que celle que je vous ai montrée ci-dessus. Voyez comment ils ont mis en évidence le compresseur A/C (bleu à gauche du moteur). En effet, contrairement à toute machine "normale", elle est entraînée par un moteur électrique. Les roues sont reliées à une chaîne visible dans la partie centrale à droite (en plein milieu du variateur électronique).

variateur électronique près

De profil, on voit l'une des suspensions de roue reliée à la chaîne via un différentiel.

Différents modes de fonctionnement

Examinons les différents modes de fonctionnement d'un appareil et, en cours de route, pourquoi il est considéré comme série/parallèle, alors qu'un système hybride est généralement l'un ou l'autre. La façon ingénieuse dont HSD est conçu permet les deux, et cela le rend également un peu délicat...

Appareil Toyota HSD: détails et architecture

Voici une architecture de périphérique HSD multicolore simplifiée pour vous aider à établir des connexions entre les composants.

Le schéma est à l'envers par rapport à la photo du haut car il est pris sous un angle différent... J'ai pris le schéma de la Prius 2 et c'est pour ça qu'il y a une chaîne ici, les versions plus modernes n'en ont pas, mais le principe ne change pas dans les deux cas (que ce soit la chaîne, l'arbre ou l'engrenage est le même.

Voici le mécanisme plus en détail, car il faut comprendre que l'embrayage est obtenu ici grâce à la force électromagnétique entre le rotor et le stator MG1.

MG1 est relié au moteur via un train épicycloïdal (vert) d'un train épicycloïdal. C'est-à-dire que pour faire tourner le rotor MG1 (partie centrale), le moteur thermique passe par un engrenage planétaire. J'ai surligné ce train et cette locomotive en une seule couleur afin que nous puissions clairement voir leur connexion physique. De plus, et cela n'est pas mis en évidence sur le schéma, le satellite vert et le planétaire central bleu MG1 sont physiquement bien connectés (il y a un écart entre eux), tout comme la couronne (le bord du train). et le satellite vert du moteur thermique.

La MG2 est directement reliée aux roues par une chaîne, mais elle entraîne également l'engrenage planétaire externe de l'engrenage planétaire central (la couronne est bleu foncé, j'ai choisi la même couleur pour allonger l'engrenage planétaire afin que nous puissions clairement voir qu'il est connecté à MG2 ) ...

Voici le réducteur planétaire à l'avant, pas de profil sur le schéma ci-dessus, on voit mieux les liaisons entre les différents engrenages associés aux MG1, MG2 et ICE.

La difficulté réside dans la compréhension du principe du train planétaire, sachant que les mouvements internes ne coïncident pas selon les modes de déplacement, mais aussi selon la vitesse...

Pas d'embrayage ?

Contrairement à toutes les autres transmissions, le HSD n'a pas besoin d'embrayage ou de convertisseur de couple (par exemple, une CVT a besoin d'un convertisseur de couple). C'est là que la force électromagnétique lie les roues au moteur à travers le train planétaire grâce à MG1. Ensuite ce sont le rotor et le stator de ce dernier (MG1) qui créent alors l'effet de frottement : lorsque vous faites tourner le moteur électrique à la main, une résistance apparaît, et c'est ce dernier que nous utilisons ici comme embrayage.

C'est encore mieux lorsque, lors des frottements (différence de vitesse entre le stator et le rotor, donc entre le moteur et les roues), de l'électricité est générée. Et cette électricité sera stockée dans la batterie !

C'est pourquoi le système HSD est considéré comme très intelligent, car il fournit un minimum de perte d'énergie en récupérant de l'énergie au moment du frottement. Sur l'embrayage classique, on perd cette énergie en chaleur, ici elle est convertie en électricité, que l'on restitue dans la batterie.

Ainsi, il n'y a pas non plus d'usure mécanique, puisqu'il n'y a pas de contact physique entre le rotor et le stator.

A l'arrêt, le moteur peut tourner sans s'arrêter car les roues ne bloquent pas le moteur (ce qui serait arrivé si on s'était arrêté sur une transmission manuelle sans l'éteindre). Le planétaire bleu (appelé aussi ralenti) est libre, il sépare donc les roues motrices (d'où les engrenages planétaires à couronne verte). En revanche, si le planétaire commence à recevoir du couple, il liera les pignons verts à la couronne, puis les roues commenceront à tourner progressivement (frottement électromagnétique).

Si le planétaire est libre, la force ne peut pas être transmise à la couronne.

Lorsque le rotor tourne, une friction est créée dans le stator, ce qui provoque un couple, et ce couple est transmis au planétaire, qui se bloque et finit même par tourner dans l'autre sens. De ce fait, une liaison est créée entre l'arbre moteur au centre et la couronne dentée en périphérie (engrenage = roues). A noter que le dispositif sert aussi à l'arrêt et au démarrage : lorsque l'on veut démarrer, il suffit de bloquer brièvement le planétaire pour que le moteur thermique ICE reçoive le couple de la MG2 reliée à la roue motrice (cela le démarre alors comme un démarreur. Est-ce que. Classique).

Alors, pour résumer :

• A l'arrêt, le moteur peut tourner car la liaison entre l'axe moteur et la couronne n'est pas établie : le planétaire est libre (même si la Prius s'éteint généralement à l'arrêt pour économiser du carburant)
• En augmentant la vitesse du moteur, le rotor tourne suffisamment vite pour générer une force électromagnétique, qui transmet ensuite le couple au planétaire : créant une connexion entre l'axe du moteur et la couronne dentée.
• Lorsque la connexion est établie, les vitesses de l'axe moteur et de la roue annulaire sont égales
• Lorsque la vitesse des roues devient plus rapide que le moteur, le planétaire commence à tourner dans l'autre sens pour changer le rapport de vitesse (après que tout est verrouillé, il commence à "rouler" pour augmenter encore la vitesse du système). Au contraire, on peut dire qu'en recevant un couple, le planétaire non seulement relie les axes du moteur et la roue motrice, mais les fait également accélérer par la suite (il freine non seulement "résiste", mais les fait également tourner dans le manière suivante)

Mode 100% électrique

Ici, les moteurs ICE (thermique) et MG1 ne jouent pas de rôle particulier, c'est MG2 qui fait tourner les roues grâce à l'électricité obtenue à partir de la batterie (d'où l'énergie issue de la chimie). Et même si MG2 fait tourner le rotor de MG1, cela n'affecte pas le moteur thermique ICE, et donc il n'y a pas de résistance qui nous inquiète.

Mode de charge à l'arrêt

Un moteur thermique est à l'œuvre ici, qui fait tourner MG1 à travers un train planétaire. De cette façon, l'électricité est générée et envoyée au distributeur d'électricité, qui dirige l'électricité uniquement vers la batterie.

Mode récupération d'énergie

C'est le fameux mode "B" (freinage régénératif) que l'on voit sur le pommeau de vitesse (quand on le pousse, il n'y a plus de frein moteur associé à la récupération d'énergie cinétique MG2, la résistance est électromagnétique). L'inertie / énergie cinétique provient des roues et se déplace donc vers MG2 via les engrenages mécaniques et la chaîne. Puisque le moteur électrique peut être réversible, il va générer du courant électrique : si j'envoie du jus au moteur électrique, il s'allumera, si je tourne à la main le moteur électrique arrêté, il produira de l'électricité.

Ce courant électrique est récupéré par le distributeur pour l'envoyer à la batterie, qui sera ensuite rechargée.

Moteur électrique et thermique fonctionnent ensemble

A vitesse stable et à bonne vitesse, c'est-à-dire la plupart du temps, les roues seront entraînées par la puissance des moteurs électriques (MG2) et thermiques.

Le moteur thermique ICE entraîne l'engrenage planétaire, qui génère de l'électricité dans MG1. Cela transférera également la force mécanique aux roues, car l'engrenage planétaire y est également connecté.

C'est là que les difficultés peuvent devenir limitantes, car en fonction de la vitesse de rotation de l'engrenage planétaire ne sera pas la même (en particulier, le sens de certains engrenages).

Une boîte de vitesses de type CVT (changement continu et progressif comme sur les scooters) est créée par l'interaction des tensions entre les moteurs (grâce à l'effet magnétique provoqué par le jus traversant les bobines : un champ électromagnétique induit) ainsi que l'engrenage planétaire . qui reçoit la puissance de plusieurs canaux. Bon courage pour le mettre à portée de main, même si la vidéo que je mets à votre disposition vous permettra de le faire.

Puissance maximale

C'est un peu comme le paragraphe précédent, sauf qu'ici on prend aussi la puissance électrique que peut fournir la batterie, donc MG2 en profite.

Voici la version actuelle de la Prius 4 :

Version plug-in / rechargeable ?

L'option avec une batterie rechargeable, permettant 50 km sur un véhicule tout électrique, consiste uniquement à installer une batterie plus grosse et à installer un dispositif qui permet de connecter la batterie au secteur.

Il faut d'abord passer par le répartiteur et l'onduleur pour gérer la différence de puissance et les différents types de jus : AC, DC, etc.

Version HSD 4X4 ?

Comme vous devez le savoir, une version 4X4 existe sur les Rav4 et NX 300H et est conçue pour être ajoutée au train arrière, tout comme les E-Tense et HYbrid / HYbrid4 de PSA. Ainsi, c'est un calculateur qui assure la puissance constante des roues des essieux avant et arrière, qui, par conséquent, n'ont pas de connexion physique.

Pourquoi série/parallèle ?

L'appareil est dit série/parallèle car il est dit "série" lorsque vous êtes en mode 100% électrique. Par conséquent, nous fonctionnons de la même manière que la BMW i3, le moteur thermique est un générateur de courant qui alimente la batterie, qui elle-même déplace la voiture. En effet, avec ce mode de fonctionnement, le moteur est complètement déconnecté des roues.

Il est également appelé parallèle lorsque le moteur est relié aux roues par l'intermédiaire d'un dispositif planétaire. Et c'est ce qu'on appelle la construction par lots (voir Diverses versions ici).

Toyota en fait-il trop avec son système ?

Pour conclure cet article, je voudrais dire une petite tirade. En effet, Toyota parle beaucoup de son hybride rechargeable, et c'est tout à fait compréhensible et légal. Cependant, il me semble que la marque est allée trop loin à deux égards. Le premier est d'idéaliser la technologie, ce qui implique au passage qu'elle sauvera en quelque sorte la planète, et que, par essence, la marque est en train d'amorcer une révolution qui nous sauvera tous. Bien sûr, cela réduit la consommation de carburant, mais il ne faut pas non plus être caricatural, une fourgonnette diesel non hybride fonctionne à peu près de la même manière, sinon mieux, parfois.

Donc Toyota profite du contexte anti-diesel actuel pour rajouter une couche que je trouve un peu embellie ici à la limite de la tenue de route, en voici une :

Spot TV - Gamme Hybride - On choisit Hybride

Ensuite, il y a un problème de connexion. La marque japonaise fonde une grande partie de sa communication sur le fait que la voiture n'a pas besoin d'être rechargée sur secteur, comme s'il s'agissait d'un avantage technologique sur la concurrence. C'est en fait un peu trompeur car c'est plus un inconvénient qu'autre chose... Les voitures hybrides qui peuvent être rechargées n'ont absolument pas à le faire, c'est une option qui est proposée en plus de son propriétaire ! La marque parvient donc à faire passer l'un des défauts pour un avantage, et c'est quand même fort, n'est-ce pas ? Ironiquement, Toyota vend des versions plug-in de sa Prius, et elles devraient être meilleures... Voici l'une des publicités :

Pas besoin de le recharger ? Je dirai plutôt : "mince, il n'y a pas moyen de faire..."

Passez ?

Pour aller plus loin, je vous propose d'étudier attentivement cette vidéo, qui, malheureusement, n'est qu'en anglais. L'explication se fait par étapes pour la rendre aussi simple et directe que possible.