Toyota Prius

Le concept allie un moteur à essence qui serait sous-dimensionné s'il était utilisé seul, complété par deux moteurs-générateurs électriques dénommés MG1 et MG2, de tailles et de puissances différentes ; tous trois sont reliés à un train épicycloïdal. Le moteur thermique est optimisé pour une faible consommation et une pollution limitée (moteur à cycle d'Atkinson où le taux de détente est supérieur au taux de compression).

La transmission est électro-mécanique : le couple et la puissance des différents moteurs sont transmis aux roues par un pont différentiel, la gestion des flux de puissance et de couple est confiée aux moteurs électriques pilotés par un calculateur. Cette transmission ne comporte en particulier aucun embrayage ou dispositif de découplage mécanique entre les moteurs et entre les moteurs et les roues, elle procure les sensations de conduite d'une transmission à variation continue.

Le fonctionnement est celui d'une automobile type "hybride complète" (traduction du terme anglais full hybrid). Le moteur électrique fonctionne seul à faible puissance (cas où le moteur thermique aurait un rendement très faible), tant que la batterie est suffisamment chargée. Il fournit un appoint pour aider le moteur thermique lorsqu'une puissance plus importante est nécessaire (accélérations, en côte...). En régime de croisière, le moteur thermique peut fonctionner à une pression moyenne effective (charge) plus élevée que nécessaire et utiliser ce surplus d'énergie mécanique pour recharger la batterie.

Le système de contrôle — nommé Hybrid Synergy Drive (HSD) dans la version 2004, THS précédemment — organise la répartition des efforts entre le moteur thermique et les 2 moteurs-générateurs électriques pour optimiser le rendement global. Contrairement à une opinion répandue, la partie électrique est toujours sollicitée quel que soit le type de conduite, mais pas nécessairement la batterie, l'électricité pouvant passer directement de MG1 à MG2 ou inversement ; c'est le principe même d'une transmission électro-mécanique qui permet de faire varier le couple appliqué aux roues comme le ferait une boîte de vitesses mécanique, mais par voie électrique et sans rupture de couple. Le moteur/générateur électrique de traction MG2 est relié aux roues motrices avec un rapport fixe et unique. Sauf à l'arrêt du véhicule, le moteur/générateur électrique de traction MG2 tourne donc toujours quelle que soit la vitesse. En marche arrière, il tourne en sens inverse.

Afin de pouvoir récupérer de l'énergie lors des ralentissements, le freinage est lui aussi hybride et contrôlé par ordinateur :

Dès que l'accélérateur est relâché, le moteur thermique n'est plus alimenté en carburant (il s'arrête physiquement au-dessous de 70 km/h environ) et le frein moteur est assuré par MG2 qui recharge la batterie (freinage régénératif).

De même, lorsqu'on actionne la pédale de frein, c'est d'abord MG2 qui fournit l'effort de freinage avant de laisser opérer les freins à disques traditionnels quand la pression sur le frein augmente. Bien que la puissance de MG2 soit de 60 kW^{[réf. nécessaire]} (Prius III), la puissance de freinage électrique est limitée par la puissance de charge que peut supporter la batterie (27 kW d'après le constructeur)^{[réf. nécessaire]}, ce qui incite le conducteur à réaliser des freinages doux pour récupérer le maximum d'énergie et abaisser ainsi sa consommation.^{[réf. souhaitée]}

Bien que fonctionnant uniquement avec de l'essence comme source primaire d'énergie, la consommation de la motorisation hybride de la Prius est de l'ordre de 5 l/100 km en situation réelle[4]. Ce résultat est obtenu en faisant fonctionner le moteur thermique le plus près possible de son rendement maximum, ce qui est impossible sur une voiture traditionnelle à cause des fluctuations de puissance très importantes liées aux variations de la vitesse. La réversibilité des moteurs électriques permet également de récupérer lors des freinages une partie de l'énergie habituellement perdue sous forme de chaleur, en utilisant MG2 comme générateur pour recharger la batterie. Cette particularité est mise à profit en circulation urbaine, où la Prius excelle sur le plan du rendement par rapport aux automobiles à propulsion purement thermique.

Le cycle urbain se caractérisant par des arrêts et des faibles vitesses, la voiture n’a alors besoin que de peu de puissance ; le moteur thermique n'y fonctionne qu'en cas de forte accélération et la batterie se recharge lors des freinages. En cycle urbain, une voiture avec un moteur hybride consomme donc bien moins qu'une voiture non hybride de même catégorie.
Sur route et voie rapide, la Prius a aussi une consommation plus faible que les voitures familiales à essence commercialisées à la même date (2009) grâce à un plus faible coefficient de traînée et à une gestion optimisée du moteur thermique.

Prototype de Prius III Plug-in Hybrid (avril 2011).

Une version Plug-in Hybrid de la Prius III est présentée lors de différents salons en 2009. Des expérimentations sont menées au cours de l'année 2010 au Japon, aux États-Unis et en France, à Strasbourg pour déterminer les conditions dans lesquelles sont utilisés les VHR et l'infrastructure de charge[11].

La version de série de la Toyota Prius III hybride rechargeable (Plug-in) a été présentée au Salon de l'automobile de Francfort en septembre 2011[12] et sa commercialisation a débuté en Europe au cours de l'été 2012[13].

Ce nouveau modèle est équipé d'une batterie lithium-ion de 4,4 kWh qui autorise jusqu'à 23 km d’autonomie en mode électrique. Le temps de recharge via une prise classique est de 90 minutes. Cette version rechargeable est dotée des mêmes moteurs que la Prius III classique : à essence 1,8 L de 100 ch, associé à un moteur électrique de 81 ch. Au total, la combinaison des deux moteurs offre une puissance de 136 chevaux. Toyota annonce une consommation moyenne en cycle mixte de 2,2 l/100 km et un taux de CO₂ de 49 g/km (chiffres en cours d'homologation européenne).^{[réf. nécessaire]}

La version hybride rechargeable de la Prius 4 a été dévoilée au Salon de New York 2016[22]. Elle est disponible au Japon[23], en France[24], aux États-Unis (dans tous les États) et au Canada sous la marque Prius Prime[25]. L'autonomie de la batterie est de 50 km[26].

Toyota Prius PHEV

• Véhicule hybride
• Hybrid Synergy Drive
• Consommation de carburant par les voitures
• Prius Prime (en)

• La Prius sur le site officiel de Toyota France
• Burress, Timothy A., et al. Evaluation of the 2010 Toyota Prius hybrid synergy drive system. No. ORNL/TM-2010/253. Oak Ridge National Laboratory (ORNL); Power Electronics and Electric Machinery Research Facility, 2011.

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