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L’électrification monopolise les grands titres de la presse automobile et tend à faire oublier que les systèmes de suspension active transforment eux aussi l’expérience de millions de conducteurs. Dans le sillage des systèmes de freinage ABS, des avertissements de changement de voie et des caméras de recul, la technologie de suspension active, jusqu’à présent réservée aux véhicules haut de gamme, devrait bientôt devenir également accessible pour les modèles de gamme intermédiaire.

Xiamen Hongfa Electroacoustic Co., Ltd. (Hongfa), l’un des plus grands fabricants au monde de relais de puissance, est un acteur majeur du marché automobile depuis près de trois décennies. Avec plus de 30 filiales partout dans le monde, Hongfa se spécialise dans les systèmes automobiles de gestion et de distribution de la puissance. Les relais Hongfa font partie intégrante de la conception des véhicules électriques et ont permis de réaliser des avancées majeures, avec notamment le remplacement des systèmes 12 V par une architecture électrique 48 V qui améliore l’efficacité et réduit la taille et le poids. La vente de véhicules électriques en Chine représente plus de la moitié du marché domestique et le matériel électrique, les logiciels et l’expertise en conception structurelle de Hongfa jouent un rôle majeur pour le développement de la nouvelle génération de voitures à motorisation électrique et hybride. Entre autres innovations, Hongfa a conçu le système d’alimentation pour suspension active le plus performant et le plus compact du marché. Ce système permettra de profiter d’un niveau de confort jusqu’alors très élitiste sur des modèles de gamme moyenne.

Miniaturisation d’un système d’alimentation évolué et très complexe Les systèmes de suspension active emploient un réseau de capteurs, d’actionneurs électromécaniques et des logiciels avancés pour ajuster la suspension en temps réel, afin d’offrir une expérience de conduite plus souple, plus sûre et moins bruyante, que vous soyez sur une autoroute mal entretenue, un chemin de campagne ou entre deux nids-de-poule urbains.

 Hongfa a conçu le système de suspension active le plus compact et le plus léger du marché en combinant une architecture électrique 48 V et des modules d’alimentation haute densité. Quatre convertisseurs de bus DC-DC Vicor BCM6135 à rapport fixe, 800 V vers 48 V, permettent de ramener une tension élevée à 48 V et de transmettre cette puissance à chacune des roues. Le BCM6135 est bidirectionnel et fournit la réponse transitoire la plus rapide, tous convertisseurs DC-DC confondus. Cette vitesse de commutation symétrique autorise une régénération d’énergie optimale lorsqu’elle est directement liée au convertisseur DC-DC. (Télécharger une image haute résolution )

Les premières tentatives réalisées au cours des années 70 reposaient sur une solution électromagnétique complexe, difficilement conciliable avec la puissance des batteries 12 V et qui impliquait quatre moteurs électromagnétiques de 90 kg environ. Les batteries haute tension et l’architecture électrique 48 V de Hongfa révolutionnent les suspensions actives Réputés gourmands en énergie et lourds, les systèmes de suspension active devraient être transformés par l’utilisation de batteries principales plus puissantes (400 ou 800 V) et l’adoption d’une architecture électrique 48 V. Cette combinaison est déjà à l’œuvre sur de nombreux véhicules hybrides et à batterie.

La problématique de la suspension active peut se résumer aux trois points suivants :

 1. Systèmes compacts. Les systèmes modernes de suspension active nécessitent entre 10 et 15 kW de puissance, ce qui implique généralement un convertisseur DC-DC hors norme pour atteindre le niveau demandé.
 2. Convertisseurs DC-DC à récupération d’énergie rapides. La suspension active impose des capacités de communication de puissance très dynamiques. Il est impératif que la direction du courant change rapidement pour obtenir des performances optimales dans chaque direction.
 3. Temps de réponse transitoires rapides. Un convertisseur DC-DC disposant d’un taux de variation élevé du courant est vital pour les suspensions actives. Sinon, il faut ajouter une batterie ou des supercapaciteurs pour compenser les performances transitoires inadéquates. Afin de résoudre ces défis complexes, Hongfa a opté pour une architecture d’alimentation 48 volts. Historiquement, une alimentation de 12 VCC est considérée comme inadaptée pour les moteurs de suspension active, car elle impose des systèmes complémentaires, plus volumineux, pesants et coûteux. De plus, certains convertisseurs DC-DC peuvent fournir de la puissance sans batterie intermédiaire, mais cela se traduit par des systèmes encombrants et dont le temps de réponse est insuffisant pour assurer la régénération nécessaire à la récupération et au stockage efficaces de l’énergie.

Par comparaison, les convertisseurs de bus DC-DC Vicor à rapport fixe, 800 V vers 48 V, sont bidirectionnels par nature et permettent une inversion de la puissance dynamique et une réponse transitoire rapides. Ils offrent également d’une densité de puissance exceptionnelle et sont conçus spécifiquement pour une architecture électrique 48 V. Leur boîtier planaire avancé simplifie également la conception des systèmes de gestion thermique en réduisant leur encombrement et leur poids. Uniques parmi les convertisseurs DC-DC, les convertisseurs de bus Vicor à rapport fixe offrent des performances symétriques, grâce à leur capacité à élever ou baisser la tension avec le même niveau de puissance.

En capitalisant sur ces avantages, Hongfa a conçu et développé un système compact qui couvre les communications CAN, la protection contre les hautes tensions et le filtrage des interférences électromagnétiques (IEM). La procédure novatrice d’assemblage mécanique optimise la dissipation thermique malgré leur forme très compacte.

 La réponse transitoire du convertisseur DC-DC BCM6135 Vicor est de 8 millions d’ampères par seconde, ce qui permet d’obtenir un taux de variation exceptionnel du courant, indispensable pour assurer une récupération optimale de l’énergie et un niveau de stockage adapté au système de suspension actif de Hongfa.

La liaison directe de la suspension active avec la batterie principale via un convertisseur de puissance bidirectionnel autorise une récupération optimale de l’énergie. Comparable à un ressort qui absorbe et libère de l’énergie, la suspension active utilise des amortisseurs à récupération d’énergie pour exploiter l’énergie cinétique qui est renvoyée à la batterie. Cela est réalisable avec un convertisseur DC-DC traditionnel, mais peu de fabricants sont capables de concevoir un système offrant les performances nécessaires en termes de réponse transitoire, de taux de variation élevé du courant (environ 8 millions d’ampères par seconde) et d’efficacité énergétique pour gérer le flux d’énergie bidirectionnel entre le convertisseur et la source d’alimentation de la batterie. Dans le cas de la suspension active à récupération d’énergie, la batterie de 800 V assure l’alimentation pendant que le véhicule est sur une surface plane et le moteur d’actionnement de la suspension assure la charge de 48 V. Lorsque le véhicule passe sur une surface difficile, les moteurs linéaires du système de suspension deviennent temporairement des générateurs (compression), ce qui augmente la tension côté basse tension du convertisseur. Cette tension est ensuite multipliée par le rapport de conversion du convertisseur (dans ce cas 16/1), portant la tension d’entrée au-dessus du seuil de 800 V de la batterie. Cette différence de tension inverserait la direction du flux de courant en l’absence de contrôleur de boucle interne. La batterie de 800 V devient momentanément la charge (rebond) et récupère de l’énergie en se chargeant au moyen de son système de gestion de la batterie.

Une fois les chocs de la route terminés, le convertisseur de bus ramène à nouveau la tension de la batterie à 800 V et alimente les moteurs linéaires de la suspension, le tout sans intervention des processeurs embarqués du véhicule.

Hongfa a créé le plus petit système de suspension active en associant des modules d’alimentation et une architecture 48 volts Pour Hongfa, la conception de la suspension active est mue par la recherche d’un équilibre entre la taille, le poids et la dissipation thermique, afin d’obtenir davantage d’efficacité et des meilleures performances CEM et thermiques. Ces impératifs ont poussé Hongfa et Vicor à se rapprocher pour développer un convertisseur de bus DC-DC de 800 V vers 48 V permettant de créer le meilleur système de suspension active possible.

La solution de Hongfa exploite la densité de puissance exceptionnelle de Vicor pour créer des alimentations compactes (197 x 201 x 71 mm) de 5 kW pour chaque actionneur. Le système peut traiter des pointes de puissance de 6 kW dans chaque direction. La conception du convertisseur a été considérablement simplifiée en utilisant deux modules BCM6135 Vicor en parallèle, au lieu de plusieurs centaines de composants discrets. Ce convertisseur a été optimisé pour fonctionner avec les batteries de 800 V et offre une plage d’utilisation de 520 à 920 V. Le refroidissement liquide permet d’obtenir un courant de 100 A avec 97,3 % de rendement. Le volume occupé par le système est inférieur à 1,8 L pour à peine 2,6 kg, ce qui en réduit considérablement la masse.

« Lorsqu’il s’agit de suspensions actives, nos clients OEM nécessitent un convertisseur DC=DC dont le temps de réponse est exprimé en millisecondes », explique Peter Li, directeur de recherche et développement chez Hongfa, « sinon, il faut solliciter davantage la batterie. Les modules de puissance BCM6135 Vicor offrent les performances que nous recherchons. » Ensemble, Hongfa et Vicor ont développé le système de suspension active le plus compact à ce jour, soit environ moitié plus petit que le modèle concurrent le plus proche, et offrant la réponse de conversion de puissance la plus rapide de sa catégorie.

 Bidirectionnel par nature, le temps de réponse transitoire rapide du BCM6135, qui s’établit à 8 millions A/s, est un choix idéal pour les profils de puissance de suspension active et la récupération d’énergie par les véhicules électrifiés. Le BCM6135 est un convertisseur de bus avec un rendement de 97.3% et une puissance de pointe de 3,5 kW qui permet de ramener les 800 V de la batterie motrice à 48 V.

Dans la partie basse de sa plage de tension utile, la puissance nominale du modèle BCM6135 est de 3,1 kW sur 20 ms, avec un rapport cyclique de 25 %. Comme Hongfa peut en témoigner, le développement d’un système d’alimentation de suspension active est complexe, car les contraintes liées à l’état des routes, aux méthodes de refroidissement, à la taille, au poids et aux coûts peuvent varier considérablement.

« Les modules de puissance Vicor non seulement assurent les performances requises, mais ils raccourcissent et simplifient également de façon très significative notre temps de développement pour ce type de système », ajoute Peter Li de Hongfa.

La combinaison d’une architecture électrique 48 V et d’une forte densité des modules d’alimentation a ouvert de nouvelles possibilités d’innovation pour les véhicules électriques, ce qui permet d’optimiser l’encombrement, la masse et les performances. Hongfa et Vicor ont mis en commun leur expertise en automobile pour introduire le système de suspension active le plus compact et le plus performant du marché. En tant que leader des systèmes d’alimentation automobiles, Hongfa contribue au développement du marché avec des technologies avancées, ainsi qu’à l’évolution de véhicules électriques hautes performances.