Une automobile hybride combine, pour le moment, un moteur à essence (thermique) et un moteur électrique. Plusieurs combinaisons sont possibles, mais le système le plus répandu sur nos routes (Toyota, Ford) est un système dit « série/parallèle » qui permet de rouler soit sur l’un des deux moteurs, soit sur les deux simultanément.
Parcourez la fiche technique d’une Toyota Prius, par exemple, et vous lirez qu’elle est équipée d’un moteur électrique et d’une boîte de vitesses CVT. Ce qui est théoriquement vrai est en pratique… faux ! En réalité, il y a deux moteurs électriques et pas de boîte de vitesses à proprement parler.
Deux, c’est mieux qu’un
Typiquement, le premier moteur électrique (MG1) joue le rôle de démarreur et de générateur d’électricité. Le deuxième moteur électrique (MG2) assure la propulsion du véhicule et transforme l’énergie mécanique du freinage en énergie électrique (freinage régénératif). L’idée de séparer ces fonctions permet de produire de l’électricité (pour les accessoires électriques, comme la climatisation) tout en roulant sur la propulsion électrique. Les trois moteurs, tournant à trois vitesses de rotation différentes, sont couplés grâce à un train épicycloïdal.
Ce mécanisme, dont la cinématique est assez complexe à comprendre en détail, est généralement utilisé comme réducteur. Il comprend un planétaire (aussi appelé « pignon-soleil » placé au centre, des pignons satellites (en général trois) regroupés sur un porte-satellites aligné sur le même axe de rotation que le soleil et, enfin, un pignon couronne qui encercle le tout. Selon qu’on laisse l’un des trois pignons bloqué, on obtient différents rapports de réduction, mais ceux-ci sont fixes. Dans le cas présent, les trois sont laissés libres en rotation.
Le train épicycloïdal assure une deuxième fonction, celle de répartiteur de couple. En effet, le moteur MG1 reçoit le couple qui assure sa rotation du moteur à essence. Cette répartition de couple est fixe (dans le cas de la Prius, 28 % du couple du moteur à essence est envoyé à MG1 et 72 % aux roues motrices). En tournant, MG1 produit de l’électricité, envoyée soit directement à MG2, soit à la batterie pour la recharger. Ainsi, quelles que soient les conditions de fonctionnement, une partie du couple moteur est constamment envoyée dans le circuit électrique, même quand ce n’est pas nécessaire. Il s’agit là d’un problème qu’ont soulevé General Motors, DaimlerChrysler et BMW pour la conception de leur système hybride bi-mode, que nous étudierons dans le prochain numéro.
Mise en boîte
Le train épicycloïdal est aussi au cœur d’une troisième fonction : la boîte de vitesses. Contrairement à une boîte classique, les rapports ne sont pas fixes mais variables, comme dans une CVT. On les obtient par le réglage de la vitesse de rotation de MG1. Selon les conditions de conduite, l’ordinateur détermine le rapport de réduction optimal et ajuste la demande d’énergie électrique par le biais de l’onduleur de MG1, ce qui a pour effet de faire varier la vitesse de rotation de MG1. Ainsi, la fonction boîte de vitesses, réalisée par l’ensemble poulies + courroie dans une CVT classique, est assurée ici par l’ensemble train épicycloïdal + moteur MG1 + onduleur MG1. Moins évident qu’il n’y paraît…