di Chris Levasseur* | Cosa è un un sistema di sospensioni attive? Si tratta di una caratteristica considerata “premium” che si trova solo in appena il 10% dei veicoli, a causa dei problemi di potenza che comporta.
Per riuscire a diffondere questa tecnologia su un maggior numero di piattaforme di veicoli, i produttori devono progettare un sistema di alimentazione che sia più leggero, economico ed efficiente. I moduli di alimentazione ad alta densità di potenza e di livello automobilistico sviluppati da Vicor e recentemente immessi sul mecato possono aiutare gli Oem a fare questo salto, risolvendo un problema di alimentazione che ha afflitto l’industria per decenni.
La sfida dei sistemi di sospensione attiva
Le sospensioni adattive richiedono software, sensori e sistemi elettromeccanici sofisticati che vengono sincronizzati automaticamente per offrire un’esperienza di guida eccellente.
Ogni singola ruota dell’auto è dotata di un elemento programmabile. Può trattarsi di un attuatore idraulico, di un motore elettrico o anche solo di un ammortizzatore regolabile, e tali componenti sono collegati a una telecamera (o a un sensore) che segnala all’auto le irregolarità lungo il percorso. Ciò consente al veicolo di regolare in modo predittivo le sospensioni in base ai contorni della strada, stabilizzando la qualità della guida.
Questa tecnologia esiste da oltre mezzo secolo, sotto forma di idropneumatica, ed è stata sperimentata da Bose, l’azienda più nota per l’audio di qualità. Negli anni Novanta, Bose installò un sistema di sospensioni attive basato su elettromagneti in un prototipo di veicolo. Conosciuto come “Project Sound”, il concetto è stato utilizzato per dimostrare le capacità dei driver elettromagnetici in applicazioni ad alto carico, come nel caso del treno Maglev.
Tuttavia, il Project Sound ha anche messo in luce il più grande difetto delle sospensioni attive: la complessità e il peso del sistema di alimentazione. Ogni ruota richiedeva un motore elettromagnetico da 90 kg! Trasportare 360 kg in più faceva crollare l’efficienza del veicolo aumentando il consumo di carburante e rendendo pertanto sconveniente l’adozione di questa tecnologia. Inoltre, i requisiti di potenza erano troppo impegnativi per essere supportati da una batteria a 12 V.
Il design dell’alimentazione elettrificata
Nel 2024, numerosi produttori hanno sviluppato sistemi di sospensione attivi in grado di eguagliare le prestazioni di Bose, adottando tecnologie alternative.
Pur avendo notevolmente alleggerito la componente elettromagnetica, il peso complessivo rimane una sfida, soprattutto a causa dell’elettronica di potenza. Sebbene le case automobilistiche siano in grado di inserire in un’auto la fonte di alimentazione necessaria per una sospensione attiva a 12V, la maggior parte dei sistemi è ancora troppo pesante e poco pratica per un’adozione più ampia.
Ad esempio, un veicolo con motore a combustione interna richiede una batteria ausiliaria aggiuntiva di grandi dimensioni e un convertitore Dc-Dc dedicato all’alimentazione delle sospensioni attive, che aggiunge quasi 20 kg. Si tratta di un peso eccessivo. Tuttavia, l’equazione cambia quando si progetta un veicolo elettrificato, dove una batteria ausiliaria di grandi dimensioni è fondamentale per il sistema di alimentazione del veicolo e supporta una serie di altri carichi.
Un mild hybrid è un ottimo esempio di veicolo moderno che sfrutta una batteria ausiliaria da 48V per alimentare una pletora di componenti elettronici di lusso e le sospensioni attive. In questo progetto, i 48V vengono inviati direttamente dalla batteria a 48V al sistema di sospensioni attive. L’unico inconveniente della progettazione di sistemi per veicoli più grandi è che il bus comune è ancora quello a 12V. Ciò comporta la necessità di ulteriori convertitori Dc-Dc nel veicolo.
Inoltre, la rete di alimentazione delle sospensioni attive pesa quasi 20 kg e occupa circa 18 litri di spazio. Un approccio alternativo è rappresentato dalle sospensioni attive basate su batterie da 400V, presenti nei veicoli ibridi plug-in. In questo caso, le sospensioni attive sono collegate direttamente alla batteria da 400V dell’auto che, pur essendo efficiente, richiede ai produttori di far passare pesanti e costosi cavi ad alta tensione in tutta l’auto. Il funzionamento a 400V aumenta i rischi per la manutenzione e per i primi soccorritori in caso di incidente.
È probabile che i sistemi di sospensione attiva a 48V diventino lo standard del settore nel breve termine, con una batteria primaria da 800V o 400V e un convertitore Cc-Cc. Va notato che uno dei maggiori vantaggi del collegamento delle sospensioni attive direttamente alla batteria è il recupero dell’energia. Così come una molla può assorbire e restituire energia, anche le sospensioni attive possono assorbire l’energia e restituirla alla batteria.
Sebbene questo sia tecnicamente possibile tramite un convertitore Dc-Dc, pochi produttori sono in grado di progettare un sistema con una risposta transitoria sufficientemente rapida, un’elevata velocità di rotazione e un’efficienza di potenza tale da gestire un flusso di energia bidirezionale tra un dispositivo e la sua fonte di alimentazione. Vicor l’ha fatto.
I moduli di potenza e i 48V
I nuovi veicoli ad alte prestazioni che utilizzano i moduli di potenza Vicor presentano la soluzione più avanzata per l’alimentazione delle sospensioni attive.
I convertitori Dc-Dc di Vicor non solo sono in grado di soddisfare i requisiti di potenza e transitori per ottimizzare il recupero dell’energia, ma offrono anche la più alta densità di potenza del settore, consentendo agli Oem di risparmiare peso e spazio nella progettazione della Pdn. Il BCM6135 di Vicor è un convertitore bus Bcm a rapporto fisso isolato da 2,5kW, con un’efficienza del 98%, che converte 800V dalla batteria di trazione a 48V. Grazie alla sua natura intrinsecamente bidirezionale e a una velocità di risposta ai transitori di corrente pari a 8 milioni di ampere al secondo, il BCM6135 si adatta perfettamente ai profili di potenza dinamici delle sospensioni attive dei veicoli elettrificati.
In grado di catturare e rilasciare fino a 2,5 kW di potenza in frazioni di secondo, questo sistema massimizza il recupero di energia, comportandosi quasi come un cavo diretto. Il suo elevato slew rate e l’efficienza senza precedenti lo rendono unico nel suo genere, eliminando la necessità di batterie ausiliarie da 48V o di cavi ad alta tensione. Nessun’altra Pdn per sospensione attiva è così efficiente nella rigenerazione dell’energia.
Inoltre, con una densità di potenza di 158kW/L, il BCM6135 offre ai progettisti di sistemi EV un convertitore primario Cc-Cc leggero e compatto, riducendo ulteriormente il peso del veicolo grazie all’uso di un cablaggio più leggero. Il dispositivo può anche essere facilmente parallelato per ottenere una maggiore potenza, garantendo flessibilità e scalabilità del sistema di alimentazione.
* Chris Levasseur, Automotive Research Assistant di Vicor
