Inclusion et Développement des Systèmes Hybrides – SUPER GT 2014-2015

Pour développer un véhicule conforme aux nouvelles réglementations introduites pour la classe GT500 de SUPER GT en 2014, Honda a choisi d’utiliser la seconde génération de NSX comme base. Le monocoque en carbone, spécifié comme une pièce commune, était destiné à des voitures à moteur avant, propulsion arrière (FR), mais Honda tenait à conserver la même configuration à moteur central, propulsion arrière (MR) que celle de la NSX de série. Avec l’aval de l’organe régulateur et des autres constructeurs, et à condition que les modifications apportées aux pièces communes soient minimisées et que des ajustements de performance soient réalisés, Honda a obtenu la permission de participer avec un véhicule MR.

Honda était également engagé sur un autre aspect : l’intégration d’un système hybride. En effet, la NSX de série était équipée d’un système hybride, et Honda voulait que sa voiture GT500 présente les mêmes caractéristiques. Comme pour la configuration MR, l’adhésion à ce système hybride a été approuvée après accord des autorités réglementaires et des autres constructeurs.

Les nouvelles réglementations autorisaient l’intégration de nombreuses pièces communes, y compris le monocoque. Il est évident que ces nouvelles normes n’avaient pas été conçues avec un système hybride en tête. Un système hybride comprend un moteur électrique, une batterie et un onduleur pour convertir le courant continu de la batterie en courant alternatif pour le moteur, ainsi que deux systèmes de refroidissement (chacun comprenant une pompe à eau électrique et un radiateur) : l’un pour refroidir la batterie, l’autre pour le moteur et l’onduleur. Déterminer comment disposer tous ces composants était un défi considérable.

La CR-Z GT de Honda, qui a concouru dans la catégorie GT300 entre 2012 et 2015, intégrait un système hybride. C’est ce système, avec des modifications, qui a été adopté pour la NSX CONCEPT-GT 2014, le véhicule développé pour répondre aux nouvelles réglementations. Parmi les modifications apportées, on note une augmentation de la puissance du moteur de 10 kilowatts, lui permettant de produire un maximum de 60 kilowatts. Le moteur était installé sur le côté gauche de la boîte de vitesses, et l’onduleur était situé dans le compartiment moteur, derrière le monocoque, avec le radiateur du moteur et de l’onduleur à proximité.

Pour garantir la sécurité en cas de collision et, d’un point de vue des performances dynamiques, pour situer les lourdes pièces près du centre de gravité, la batterie de la CR-Z GT, un élément lourd, était montée dans le plancher côté passager. Cela n’était pas possible avec le monocoque commun de la GT500, car le réservoir de carburant empiétait sur le côté passager. Il a donc fallu placer la batterie devant le monocoque.

Un véhicule de développement avancé NSX CONCEPT-GT a été achevé à l’été 2013, mais il a été découvert qu’il n’atteignait pas le poids minimum stipulé pour les hybrides à moteur central (1090 kilogrammes jusqu’à la quatrième manche, 1077 kilogrammes à partir de la cinquième manche), nécessitant ainsi une refonte.

Cette augmentation de poids était due à la structure utilisée pour monter la batterie. Le véhicule de développement avancé utilisait une double structure constituée d’une boîte à batterie à l’intérieur d’un sous-châssis en métal. Cela visait à fournir une résistance suffisante pour supporter les charges d’écrasement, mais cela a entraîné un poids excessif.

Une structure différente a été adoptée pour la voiture de course réelle. Une boîte à batteries en plastique renforcé de carbone (CFRP) a été utilisée, conçue pour permettre à la structure avant compressible, une pièce commune spécifiée, de fonctionner correctement. Cela a également fonctionné comme un cadre avant, soutenant les entrées de suspension. L’objectif était de passer d’une double structure — sous-châssis et boîte à batterie — à une structure unique afin de réduire le poids tout en maintenant une résistance suffisante.

Le radiateur destiné au refroidissement de la batterie était monté derrière l’ouverture du côté droit du pare-chocs avant. À l’instar du radiateur de l’onduleur et du moteur, il faisait circuler l’eau de refroidissement à l’aide d’une pompe à eau. Un câble haute pression plus long était nécessaire car la batterie et l’onduleur étaient séparés. Cela a contribué au poids final du système hybride — environ 70 kilogrammes — incluant l’eau de refroidissement.

Le système hybride effectivement utilisé dans la NSX CONCEPT-GT pesait environ 70 kilogrammes, mais l’organisme régulateur a estimé que le poids additionnel créé par le système hybride était de 28 kilogrammes. L’utilisation du système hybride était limitée pour compenser les 28 kilogrammes. En d’autres termes, les 42 kilogrammes restants constituaient effectivement un handicap de poids. Bien que le moteur électrique puisse produire jusqu’à 60 kilowatts, l’assistance maximum qu’il pouvait apporter était limitée à 21 kilowatts (sans restriction sur le système de régénération), et l’énergie totale d’assistance était limitée à 880 kilojoules par tour. À la puissance maximale réglementée, cela équivalait à environ 42 secondes d’assistance autorisée par tour.

Cependant, une condition a été introduite, limitant l’assistance aux moments où la voiture était conduite à plein régime avec une vitesse moteur supérieure à 7 500 tours par minute. Cela signifiait que le système hybride ne pouvait pas être utilisé, même à plein régime, lors de la sortie des virages, moment où l’assistance serait plus efficace, car la vitesse du moteur était trop faible.

Sur des circuits de course longs comme Fuji Speedway (4,563 kilomètres) et Suzuka Circuit (5,807 kilomètres), il a été constaté que l’assistance totale fournie n’était pas suffisante — l’assistance du système hybride n’était pas disponible pour toutes les sections en plein régime. Honda a expérimenté la gestion de l’assistance pour permettre une utilisation effective de l’énergie tout au long de chaque tour, en déterminant à l’avance dans quelles zones l’assistance devait être appliquée.

Certaines grandes séries hybrides utilisent un freinage régénératif coopératif, qui régule automatiquement l’équilibre entre le freinage régénératif et le freinage hydraulique pour s’adapter à la force de freinage requise par le pilote. La NSX de série utilise également cette technologie. Cependant, dans la GT500, le freinage régénératif coopératif n’était pas autorisé. Ainsi, lorsque les freins régénératifs et hydrauliques étaient activés à l’arrière, l’équilibre entre eux ne pouvait pas être ajusté. Lors du freinage, la charge devenait trop lourde à l’avant, diminuant à l’arrière, ce qui augmentait les risques de blocage des roues arrière. La seule solution était pour le pilote d’adapter sa conduite pour éviter le blocage des roues arrière.

Honda a concouru durant les saisons 2014 et 2015 avec le système hybride, mais l’a retiré en 2016 sous des circonstances inévitables — le fabricant de cellules de batterie basé en Allemagne avait été racheté et se retirait du marché des cellules de batterie. Honda a cherché, mais n’a pas trouvé d’autre entreprise capable de fournir des cellules de même taille. Un développement en interne a été envisagé, mais le coût ne pouvait pas être absorbé. L’utilisation continue du système hybride a été abandonnée.

Honda a donc utilisé en 2016 les mêmes spécifications de base que celles de 2015, conçues pour l’intégration d’un système hybride, mais a concouru sans celui-ci. Une partie de l’entrée d’air latérale du côté gauche du véhicule avait été attribuée au refroidissement du radiateur destiné à l’onduleur et au moteur. Bien que cette ouverture ne soit plus nécessaire, étant donné le retrait du système hybride, des modifications n’ont pu être apportées pour 2016 car le développement aérodynamique avait été suspendu. La voiture a concouru telle quelle. L’optimisation de l’attribution des entrées d’air latérales pour une voiture sans système hybride devait attendre le développement des spécifications pour 2017.

Dans la préparation de la saison 2014, des ressources de développement ont été allouées pour déterminer comment intégrer efficacement un système hybride dans un châssis destiné à une configuration FR. Jusqu’à la fin de la saison suivante, 2015, des données ont été largement collectées et examinées pour assurer le bon fonctionnement du système hybride. Au cours de ces deux années d’activité, de précieuses leçons ont été tirées. L’équipe a compris que la performance de la voiture serait compromise si une seule cellule de la batterie était en mauvais état. Elle a également réalisé que pour la course, un système hybride plus léger et plus puissant était nécessaire.