Bien connu de tous, l'hybridation HSD de Toyota a une notoriété qu'on peut qualifier de magistrale. Le dispositif de la marque japonaise (collaboration Aisin) est à la fois réputé pour son efficience mais aussi sa très bonne fiabilité. Nous allons donc essayer de comprendre la manière dont fonctionne le dispositif hybride de Toyota, le fameux HSD e-CVT série / parallèle. Ce dernier permet de rouler en 100% électrique ou en combinant électrique et thermique.

Les Composants Clés du Système HSD

Si vous souhaitez savoir de manière globale comment fonctionne le HSD, voici une explication qui synthétise le tout :

  • ICE (Internal Combustion Engine) : C'est le moteur thermique. Toute l'énergie vient de lui et il est donc à la base de tout.
  • MG1 : Sert de générateur électrique (animé par le moteur thermique) mais aussi de variateur de démultiplication. Il lie ICE à MG2 via le train planétaires (épicycloïdal).
  • Train épicycloïdal : Il lie ensemble MG1, MG2, ICE et les roues (cela n'empêche que certains éléments peuvent rester fixes pendant que d'autres tournent, à vous d'étudier et comprendre comment s'anime un train épicycloïdal).

La démultiplication est générée par MG1 qui va lier d'une manière plus ou moins solidaire et plus ou moins "glissée" ICE et MG2 (MG2 = moteur électrique de traction mais aussi et surtout les roues). Notez cependant que les passages de rapports ne se sentent qu'à charge partielle ... Voici ce que cela donne dans les faits.

Les Différentes Déclinaisons du Système HSD

Au delà des différentes générations, le système THS / HSD / MSHS distribué sur les Toyota et Lexus a deux grandes déclinaisons :

  1. La première, et la plus répandue, est la version transversale qui est aujourd'hui incarnée par la Aisin AWFHT15 (appelé au début des années 90 THS pour Toyota Hybrid System. C'est désormais HSD pour Hybrid Synergy Drive).
  2. Vient ensuite le MSHS pour Multi Stage Hybrid System (dont je ne devrais pas vraiment parler ici en réalité ... Mais comme ça fonctionne de manière identique, que ça provient aussi d'Aisin et que c'est pour le groupe Toyota ...), c'est un dispositif bien plus gros à positionner en position longitudinale, et qui peut cette fois générer de vrais rapports qui sont au nombre de 10 (4 vrais rapports dans la boîte et la combinaison des moteurs électriques d'une manière futée qui permet d'arriver à 10.

Allez à 1:00 minute pile pour voir comment la AWFHT15 permet de générer des rapports. Chose étrange, les fameux "sauts de vitesses" ne se ressentent plus en pleine charge moteur ...

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Principe de Base du Dispositif Hybride HSD

Si on devait le résumer grossièrement, on pourrait parler d'un moteur thermique qui travaille avec deux moteurs / générateurs (un moteur électrique est toujours réversible) et dont les différents couples (de chaque moteur) sont jugulés et gérés par un train épicycloïdal central mais aussi l'intensité électrique (et le sens de l'électricité) géré par le répartiteur de puissance ("inverter" en anglais). Bref, même en voulant simplifier on se rend compte que ça ne va pas être si facile à assimiler, nous allons donc rester sur les grands principes.

Voyons les différents modes de fonctionnement du dispositif, et au passage pourquoi il est considéré comme série / parallèle, alors que normalement un système hybride est soit l'un soit l'autre.

MG1 est connecté au moteur via les planétaires (verts) du train épicycloïdal. C'est à dire que pour tourner le rotor de MG1 (partie centrale), le moteur thermique passe par le biais du train épicycloïdal. J'ai mis de la même couleur ce train et le moteur pour qu'on voit bien leur connexion physique. La difficulté consiste à comprendre le fonctionnement du train épicycloïdal sachant que les mouvements internes ne sont pas les mêmes selon les modes de conduite mais aussi selon la vitesse ...

Contrairement à toutes les autres transmissions, le HSD n'a besoin ni d'embrayage ni de convertisseur de couple (une CVT a besoin d'un convertisseur pas exemple). C'est ici la force électromagnétique qui lie les roues au moteur via le train épicycloïdal grâce à MG1. Même mieux, pendant la friction (différence de vitesse entre stator et rotor, donc entre le moteur et les roues) alors il y a production d'électricité. Voilà pourquoi le système HSD est considéré comme très intelligent, c'est parce qu'il fait en sorte de perdre un minimum d'énergie en récupérant de l'énergie au moment de la friction.

Le dispositif est appelé série / parallèle car il est nommé "série" quand on est en mode 100% électrique. On a donc un fonctionnement semblable à une BMW i3, le moteur thermique est un générateur de courant qui alimente une batterie qui elle-même va faire mouvoir l'auto. Il est aussi appelé parallèle quand le moteur vient se connecter aux roues via le dispositif épicycloïdal.

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Conseils pour une Conduite Optimale avec une Toyota Hybride

Afin de tirer pleinement parti de sa voiture hybride, il est essentiel d’adopter des réflexes adaptés. Conduire une voiture hybride demande quelques ajustements pour profiter pleinement de son efficacité énergétique. Grâce à une gestion intelligente entre moteur thermique et moteur électrique, il est possible de réduire la consommation tout en améliorant le confort de conduite.

  1. En conduite hybride, une accélération franche, mais brève, permet au moteur électrique de prendre le relais pour limiter l’appel au moteur thermique.
  2. En complément, ce type de freinage diminue significativement l’usure des plaquettes, ce qui peut entraîner une baisse des coûts d’entretien.
  3. Pour les véhicules hybrides classiques (HEV), roulez à basse vitesse pour permettre au moteur électrique de fonctionner plus longtemps. L’usage fréquent du freinage régénératif favorise aussi la recharge de la batterie.
  4. Ce mode permet également de limiter la consommation d’énergie même avec la climatisation ou le chauffage activé.
  5. Le chauffage et la climatisation d’une voiture hybride consomment une part importante de l’énergie disponible, ce qui peut réduire l’efficacité globale du système hybride. Privilégier les sièges chauffants ou le chauffage localisé permet de limiter la sollicitation de la batterie.

Les Boîtes de Vitesses Alternatives chez Toyota

Les véhicules du constructeur Toyota présentent des boîtes automatiques de type U140/E/F, U250E, U660E/F et A750E/F. D’autres boîtes de vitesses, cette fois robotisées comme la MMT, ont été introduites sur certains modèles de la marque, notamment sur la Corolla dans les années 2000. C’est une boîte séquentielle ou transmission multimode, commandée par palettes disposant d'un mode full automatique. Pour simplifier, elle se conduit comme une boîte manuelle sans pédale d’embrayage. C'est le logiciel qui va décider si oui ou non la vitesse peut être enclenchée afin d'éviter un sur/sous régime.

Les véhicules Toyota disposent aussi de boîtes CVT basée sur la technologie Hybrid Synergy Drive pour ses modèles hybrides en particulier la Yaris ou le SUV C-HR. Cette transmission eCVT, souvent à tort considérée comme une boîte CVT classique, repose sur la variation continue de sources d'énergies multiple.

Le Fonctionnement de la Transmission e-CVT en Six Points

  1. e-CVT pour transmission à variation continue associée à des moteurs électriques.
  2. Le train épicycloïdal sert à relier le moteur thermique et les deux moteurs électriques malgré leurs différentes vitesses de rotation.
  3. Les deux moteurs électriques peuvent donner de l’énergie ou en récupérer, soit lors du freinage, soit par l’action du moteur thermique.
  4. Le train épicycloïdal comporte autant d’éléments principaux que de sources d’énergie, avec un engrenage pour le premier moteur électrique (planétaire), quatre engrenages liés ensemble (satellites) qui tournent autour du planétaire pour le moteur thermique et la couronne à denture intérieure qui engrène les satellites pour le second moteur électrique. Cette couronne engrène donc indirectement le planétaire par l’intermédiaire de ces satellites.
  5. La variation de vitesse du planétaire, et donc, du premier moteur électrique, ainsi que son sens de rotation (qui dépend des phases où il est entraîné par les engrenages et des phases où il est alimenté en courant) permet de faire varier la démultiplication de la vitesse du moteur thermique en accélérant plus ou moins la couronne, et donc les roues.
  6. Le second moteur électrique peut tourner seul, lorsque la batterie est suffisamment chargée.

La Gamme Toyota HSD

Voici un aperçu de la gamme Toyota HSD :

  • Toyota Yaris Hybride : 3 cylindres en ligne 1.5 litre essence + électrique, Puissance cumulée : 116 ch
  • Toyota Corolla et Corolla Touring Sports (break) Hybride : 4 cylindres en ligne 1.8 litre essence + électrique, Puissance cumulée : 122 ch ou 4 cylindres en ligne 2.0 litres essence + électrique, Puissance cumulée : 180 ch
  • Toyota C-HR : 4 cylindres en ligne 1.8 litre essence + électrique, Puissance cumulée : 122 ch
  • Toyota Prius Hybride : 4 cylindres en ligne 1.8 litre essence + électrique, Puissance cumulée : 122 ch
  • Toyota Prius PHV Hybride Rechargeable : 4 cylindres en ligne 1.8 litre essence + électrique, Puissance cumulée : 122 ch, Autonomie élec. : 50 km environ
  • Toyota Prius+ Hybride : 4 cylindres en ligne 1.8 litre essence + électrique, Puissance cumulée : 136 ch
  • Toyota Camry Hybride (2 roues motrices) : 4 cylindres en ligne 2.5 litres essence + électrique, Puissance cumulée : 218 ch
  • Toyota RAV4 Hybride (2 roues motrices) : 4 cylindres en ligne 2.5 litres essence + électrique, Puissance cumulée : 218 ch
  • Toyota RAV4 Hybride (4 roues motrices) : 4 cylindres en ligne 2.5 litres essence + électrique (dont un supplémentaire sur l’essieu arrière), Puissance cumulée : 222 ch

La Gamme Lexus Hybride Drive

La marque premium de Toyota propose l’intégralité de ses modèles en version hybride aux côtés de rares modèles 100 % essence. Le système HSD est renommé Lexus Hybrid Drive mais ne change pas son principe de fonctionnement.

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Voici un aperçu de la gamme Lexus Hybride Drive :

  • Lexus CT 200h : 4 cylindres en ligne 1.8 litre essence + électrique, Puissance cumulée : 136 ch
  • Lexus UX 250h (2 roues motrices) : 4 cylindres en ligne 2.0 litres essence + électrique, Puissance cumulée : 184 ch
  • Lexus UX 250h (4 roues motrices) : 4 cylindres en ligne 2.0 litres essence + électrique (dont un supplémentaire sur l’essieu arrière), Puissance cumulée : 184 ch
  • Lexus IS 300h : 4 cylindres en ligne 2.5 litres essence + électrique, Puissance cumulée : 223 ch
  • Lexus NX 300h (2 roues motrices) : 4 cylindres en ligne 2.5 litres essence + électrique, Puissance cumulée : 197 ch
  • Lexus NX 300h (4 roues motrices) : 4 cylindres en ligne 2.5 litres essence + électrique (dont un supplémentaire sur l’essieu arrière), Puissance cumulée : 197 ch
  • Lexus ES 300h : 4 cylindres en ligne 2.5 litres essence + électrique, Puissance cumulée : 218 ch
  • Lexus RC 300h : 4 cylindres en ligne 2.5 litres essence + électrique, Puissance cumulée : 223 ch
  • Lexus RX 450h et RX 450hL (version longue 7 places) (4 roues motrices) : V6 3.5 litres essence + électrique (dont un supplémentaire sur l’essieu arrière), Puissance cumulée : 313 ch
  • Lexus LS 500h (2 ou 4 roues motrices) Multi Stage Hybrid System : V6 3.5 litres essence + électrique, Puissance cumulée : 359 ch
  • Lexus LC 500h Multi Stage Hybrid System : V6 3.5 litres essence + électrique, Puissance cumulée : 359 ch

Tableau Récapitulatif des Modèles Toyota et Lexus avec Transmission Hybride

Modèle Type de Moteur Puissance Cumulée (ch)
Toyota Yaris Hybride 3 cylindres en ligne 1.5L essence + électrique 116
Toyota Corolla Hybride 4 cylindres en ligne 1.8L essence + électrique 122
Toyota C-HR 4 cylindres en ligne 1.8L essence + électrique 122
Lexus CT 200h 4 cylindres en ligne 1.8L essence + électrique 136
Lexus UX 250h 4 cylindres en ligne 2.0L essence + électrique 184
Lexus NX 300h 4 cylindres en ligne 2.5L essence + électrique 197
Toyota Camry Hybride 4 cylindres en ligne 2.5L essence + électrique 218
Lexus ES 300h 4 cylindres en ligne 2.5L essence + électrique 218
Lexus RC 300h 4 cylindres en ligne 2.5L essence + électrique 223
Lexus RX 450h V6 3.5 litres essence + électrique 313
Lexus LS 500h V6 3.5 litres essence + électrique 359

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