M-Power.com entrevista al ingeniero del proyecto M3/M4, Florian Staiger. Florian se encargó de la integración del vehículo completo.
Históricamente, el automóvil M siempre solía pesar unos 100 kg más que el vehículo BMW en el que se basaba.
Desde la primera generación del M3, empezamos a utilizar un motor diferente, un tren de transmisión más potente, ejes modificados, componentes reforzados, un diferencial del eje trasero modificado y frenos de mayores dimensiones, etc. Estos componentes se manifiestan en un peso correspondientemente mayor.
Sin embargo, a partir de esta generación, también hemos empezado a incorporar elementos de construcción ligera, por ejemplo, el brazo de control de aluminio del BMW M3 EVO y las puertas de aluminio de la actualización del modelo BMW M3 Coupé E36.
Entonces, ¿han ampliado sus actividades de construcción ligera con cada generación del BMW M3?
Sí, hemos incorporado componentes ligeros adicionales con cada generación sucesiva del BMW M3.
Nuestra primera participación intensiva en el tema fue con el BMW M3 CSL. Esta fue la primera vez que empleamos un techo de plástico reforzado con fibra de carbono, o CFRP; también desarrollamos componentes del chasis extremadamente ligeros, como la barra estabilizadora del eje delantero.
También se pueden encontrar elementos ligeros en la recién superada generación del BMW M3. En este automóvil M se incorporaron componentes que ya se utilizaban anteriormente, como el techo de CFRP, y se añadieron otras piezas, como un capó de aluminio y paneles laterales delanteros de material sintético. De este modo, ampliamos nuestra cartera de productos ligeros. Nuestro objetivo fue siempre diseñar componentes más ligeros que los del modelo básico de BMW. Sin embargo, con la generación anterior del BMW M3, todavía estábamos 60 kg por encima del peso de un BMW 335i. Pero cuando se comparan los pesos, siempre es importante ser un poco cauteloso y tener en cuenta el equipamiento global que montan los respectivos vehículos.
Por supuesto, sigue dándose el caso de que nos vemos obligados a incorporar piezas más pesadas que las correspondientes del vehículo básico de BMW, por motivos de rendimiento del vehículo. Un diferencial del eje trasero con control de bloqueo y generación de energía del nivel de un BMW M4 es simplemente más pesado que el diferencial no bloqueado de un BMW 435i.
En los nuevos BMW M3 y BMW M4 hemos hecho considerables avances en términos de construcción ligera, mucho más que antes. Además de las conocidas piezas ligeras, ahora tenemos módulos como un eje de transmisión de CFRP, un puntal de precisión de CFRP en el compartimento del motor y una tapa del maletero de fibra de carbono SMC. En conjunto, estas medidas de ligereza han reducido el peso del vehículo en 100 kg. Esto compensa con creces los aumentos de peso antes mencionados.
Esto también se desprende del hecho de que el BMW M4 Coupé muestra una ventaja de peso de 83 kg en comparación con el BMW M3 Coupé manual de la generación anterior.
Usted habla de un «concepto de ligereza inteligente». ¿Qué quiere decir con «inteligente»?
Hay varios factores que intervienen.
Si se desea mejorar un vehículo reduciendo su peso, la pregunta que hay que hacerse es: ¿dónde y cómo se puede hacer con el mayor efecto? Si nos limitamos a la lectura de la báscula, puede parecer que no es importante en qué parte del coche se consigue ahorrar, por ejemplo, 5 kg. Pero no es así desde el punto de vista de la dinámica de conducción.
Si se trata simplemente de masas en movimiento en un coche de tracción trasera, la respuesta es, obviamente, reducir el peso lo más posible hacia la parte superior y hacia la parte delantera del vehículo. Esto tiene el efecto de aumentar la proporción de la carga en el eje trasero y, a su vez, el potencial de la dinámica de conducción, ahora que el centro de gravedad del vehículo se ha desplazado hacia atrás y hacia abajo.
El capó y los paneles laterales de los nuevos BMW M3 y BMW M4 son de aluminio.
Se ha optimizado el peso de los soportes de los ejes delantero y trasero, pero mientras que en el delantero se ha utilizado aluminio…
… el trasero es de acero; no habría habido suficiente espacio disponible para una construcción de aluminio.
¿A qué se debe la tapa del maletero C-SMC del BMW M4 Coupé?
A diferencia de la berlina o el descapotable, el coupé habría necesitado un gran alerón en la parte trasera para su aerodinámica, pero por razones de diseño, optamos por emplear una tapa de maletero especialmente diseñada.
Y si vamos a rediseñar un componente, por supuesto que también queremos asegurarnos de que sea lo más ligero posible, con un lenguaje de formas propio y potente.
¿Cuál es el segundo factor que hace inteligente el concepto de ligereza?
La cuestión de si la masa reducida de peso «sólo» interviene en la aceleración, o si también es una masa no suspendida y/o giratoria.
Desde este punto de vista, la solución óptima sería reducir el peso tanto del disco de freno como de la rueda, ya que ambos son masas aceleradas, no suspendidas y giratorias.
¿Qué hace que la reducción de una masa no suspendida sea tan interesante desde el punto de vista de la dinámica del vehículo?
Por ejemplo, si se pasa por un bache, se producen fluctuaciones dinámicas de la carga de las ruedas, que repercuten negativamente en la tracción del coche. Las pequeñas masas no suspendidas, como los frenos, los cubos de la brida de transmisión o las llantas, etc., son una base importante para que la suspensión/amortiguación pueda garantizar las menores fluctuaciones posibles de la carga de las ruedas.
¿Por qué estas fluctuaciones de la carga de la rueda tienen un impacto negativo en la tracción?
Cuando una rueda cae en una irregularidad de la carretera, la carga de la rueda cae. En este momento, la rueda sólo es capaz de transferir una menor cantidad de fuerzas longitudinales y/o transversales a través del área de contacto del tamaño de una postal, lo que puede resultar en una pérdida de tracción si se mueve en el rango límite de la dinámica longitudinal o lateral del vehículo. Cuanto menores sean las fluctuaciones de carga de las ruedas, más tranquilo será el coche, más fácil de controlar y más rápido podrá ir. Para conseguirlo, es necesario reducir las masas no suspendidas y la amortiguación debe ser de dimensiones óptimas.
¿Y las masas giratorias?
Hay dos razones por las que las masas giratorias son importantes para el comportamiento de aceleración de un coche. En primer lugar, aumentan, por supuesto, la masa total de aceleración del coche. Al hacerlo, deben tener el menor par de inercia rotacional posible. Esto significa que se desperdicia un mínimo de potencia en la rotación entre el tren motriz y las ruedas. Esto garantiza que el vehículo tenga una respuesta ágil.
¿Qué significa el par de inercia?
Imagínese que desea acelerar la rueda de un coche grande utilizando una manivela. La cantidad de energía que necesita para acelerar la rueda no sólo depende de la masa de la rueda, sino también de su distribución. Si se concentra en el centro, será más fácil acelerar que si la masa se encuentra mayoritariamente en el exterior de la rueda.
Una forma de demostrar que la energía fluye en la aceleración rotacional de una rueda es observar una bola de bolos. Cuando la bola se deja caer por primera vez, entra en un movimiento de deslizamiento. Luego, cuando empieza a girar, se mueve más lentamente a medida que aumenta la velocidad de rotación, hasta que la bola acaba rodando por el suelo a una velocidad uniforme.
No es sólo el par de inercia, sino también el gradiente de velocidad -el ritmo al que cambia la velocidad de rotación- lo que determina la potencia necesaria para la aceleración. Esto explica por qué es especialmente interesante reducir las masas giratorias en un motor, porque es ahí donde se pueden conseguir grandes diferencias de velocidad de giro en un corto espacio de tiempo.
¿El concepto de construcción ligera inteligente implica también un tercer factor?
Sí, la selección del material adecuado. Dependiendo de las condiciones, puede haber buenas razones para seleccionar el CFRP, el aluminio, el magnesio, el titanio o el acero.
El uso de materiales sintéticos reforzados con fibra de carbono en el puntal de precisión CFRP, por ejemplo, tiene varias ventajas. Con unos 1,5 kg, este componente tan caro pesa sólo una fracción de lo que pesaría si fuera de acero. Y no sólo eso, sino que es extremadamente compacto y encaja bien en el compartimento del motor. Un puntal de aluminio con la misma rigidez tendría una sección transversal tan grande que entraría en contacto con el capó.
El nuevo BMW M3 y el BMW M4 han sido sometidos a una serie de medidas para aumentar la rigidez de la carrocería de forma que se tipifique la precisión de conducción y la dinámica del vehículo M.
¿Se refiere al tan mencionado factor de la rigidez torsional?
La rigidez torsional se ha incrementado en un 20 % aproximadamente en comparación con la generación anterior, y obviamente también es un factor relevante. Sin embargo, desde el punto de vista del control preciso de las ruedas, no es el factor decisivo, teniendo en cuenta que los movimientos opuestos de compresión y rebote de las ruedas en los ejes delantero y trasero son también una forma de torsión, y una que supera con creces el nivel de torsión de la carrocería.
Sin embargo, la rigidez torsional facilita la puesta a punto del chasis, algo que es especialmente importante en el automovilismo, ya que es necesario realizar una puesta a punto para cada carrera. Otro aspecto es que aumenta la solidez de la carrocería, para evitar crujidos y otros ruidos en el interior del coche.
Sin embargo, un factor que puede suponer una clara ventaja para la dinámica y la precisión del vehículo es la rigidez lateral. Esto significa que, visto desde arriba, el coche debe estar sometido a un mínimo de deformación lateral temporal «tipo plátano».
¿Por qué es esto particularmente indeseable?
Porque las ruedas realizan entonces movimientos de dirección no deseados y el coche deja de moverse limpiamente en la dirección prevista.
Las grandes ruedas típicas de M, con su alto potencial de agarre, deben ser controladas con precisión en la carretera. Esto requiere una cinemática de diseño limpio con una definición orientada a la deportividad, además de una elastocinemática que ofrezca la mayor rigidez lateral posible.
En total, hemos podido aumentar la rigidez lateral de la carrocería del BMW M3 y del BMW M4 en alrededor de un 30% en comparación con el alto nivel del modelo anterior.
Curiosamente, estas medidas no sólo son útiles cuando se conduce a máxima velocidad a través del «Fuchroehre» en el bucle norte de Nuerburgring. También hay beneficios considerables en el caso de cargas comparativamente bajas, por ejemplo al pasar por curvas rápidas de autopista con pequeños movimientos de la dirección.. Por lo tanto, es muy importante mantener un control limpio de las ruedas mediante una carrocería robusta con una gran rigidez lateral. Esto tiene un impacto considerable en la conducción en línea recta y en la estabilidad direccional, y el coche responde con mucha más precisión y supremacía. Simplemente, va exactamente donde uno quiere.
¿Es esto lo que determina la «precisión» característica de un automóvil M?
Sí, es una parte importante. Cuando se gira el volante, se pisa el acelerador o se accionan los frenos, se ejerce un impacto sobre la zona de contacto entre los neumáticos y la pista. Se gira o se actúa sobre ella al frenar o acelerar.
Entre las manos y los pies del conductor, por un lado, y la superficie de contacto, por otro, tienen lugar un gran número de procesos mecánicos. El motor y el tren motriz, el chasis, los engranajes de la dirección, los cojinetes, las llantas, los neumáticos, etc., son necesarios para transmitir con precisión las instrucciones del conductor, para que el vehículo muestre reacciones definidas.
El conductor, por lo general, no es consciente ni está especialmente interesado en los detalles de estos procesos. Lo que nota es si el coche responde con la precisión que espera. Si acelera, el coche acelera inmediatamente. Cuanto más se ajuste la respuesta a las expectativas del conductor, más confianza tendrá en su coche y más se familiarizará con él.
Entre las manos y los pies del conductor, por un lado, y la superficie de contacto, por otro, tienen lugar un gran número de procesos mecánicos. El motor y el tren motriz, el chasis, los engranajes de la dirección, los cojinetes, las llantas, los neumáticos, etc., son necesarios para transmitir con precisión las instrucciones del conductor, para que el vehículo muestre unas reacciones definidas.
El conductor, por lo general, no es consciente ni está especialmente interesado en los detalles de estos procesos. Lo que nota es si el coche responde con la precisión que espera. Si acelera, el coche acelera inmediatamente. Cuanto más se ajuste la respuesta a las expectativas del conductor, más confianza tendrá en su coche y más se familiarizará con él.
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