Comment fonctionne un train épicycloïdal ?

Quand on a eu une formation mécanique lointaine, légère ou inexistante, il est parfois un peu difficile de comprendre comment fonctionne un la transmission de l'Ampera, basée sur le système Voltec.

Pour ceux qui n'en ont jamais vu bouger bouger, voici une animation où on voit successivement tous les éléments en mouvement, puis un par un les sous-ensembles fixes.

Il y a donc trois sous-ensembles distincts, qui sur cette illustration sont placés selon un même axe de rotation :
- L'anneau (ring) en jaune
- Le soleil (sun) en rouge
- Les planêtes (planets + carrier) en gris

Un tel ensemble peut être utilisé de trois façons différentes, selon le nombre d'axes moteurs et récepteurs d'énergie.
1 -> 1
C'est le cas le plus simple. Un des sous-ensembles est bloqué (fixe), et la puissance est transmise de l'un à l'autre ensemble restant, comme s'il n'y avait qu'un engrenage simple.

1 -> 2
Un des sous-ensembles est moteur, et les deux autres sont récepteurs. C'est probablement la configuration la plus courante dans une automobile, car c'est celle que l'on retrouve dans la très grande majorité des différentiels, où chaque récepteur est une roue.

2 -> 1
Deux sous-ensembles sont moteurs, et le troisième est récepteur. C'est la configuration qui est utilisée sur les hybrides "complets" avec un seul essieu moteur (General Motors Voltec, Toyota Hybrid Synergy Drive). Le sous-ensemble récepteur est tout simplement celui qui correspond aux roues motrices.
Dans le cas du système Toyota, un des sous-ensembles moteurs est relié au moteur thermique et l'autre à l'électrique. Dans le cas du Voltec de l'Ampera, un des axes moteurs est lié au moteur électrique principal, et l'autre axe peut être relié au générateur. C'est ce qui se passe au dessus de 110km/h. En dessous de cette vitesse, l'axe opuvant être relié au générateur est fixé et on se retrouve dans la première configuration.

Dans le cas de l'Ampera et de la Volt, le porte-planètes est relié aux roues (B), le soleil au moteur électrique de 111kW (A) et l'anneau au générateur/moteur électrique secondaire ou à un point fixe (C).

Donc, dans les basses vitesses (en dessous de 110km/h), puisque C1 est embrayé (et C2 débrayé), seul le moteur électrique principal fournit de la puissance mécanique pour les roues et on est dans la situation suivante :

Dans les hautes vitesses (> 110km/h), les états de C1 et C2 s'inversent et l'anneau est relié au moteur secondaire qui tourne. Comme on peut le voir sur le début de la première vidéo, cela permet au soleil de tourner moins vite pour une vitesse de rotation des planètes égale. Cela permet au moteur électrique principal d'éviter les trop hauts régimes, où il perd significativement de son efficience. Dans ce cas, le couple est réparti 69/31% et la puissance vient à part égales de l'anneau et du soleil.

On pourra remarquer qu'il est tout à fait possible d'échanger les rôles de chaque groupe d'engrenages. Sur la Prius par exemple, le moteur électrique principal est relié au soleil, le thermique au porte-planètes et c'est l'anneau qui est relié aux roues (avec le moteur électrique secondaire).
Merci à Planétaire pour les informations concernant la Prius.

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Commentaires

C'est déjà plus clair pour moi. Ampériste est un bon pédagogue.
Donc, si je comprends bien, sur l'ampéra, seul l'anneau (thermique et moteur électrique secondaire) peut être fixe, lorsque les batteries sont suffisamment chargées et la vitesse en dessous de 110 km/h.

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