M-Power.com se sienta con Bern Jacob, el ingeniero responsable del diferencial BMW Active M que se encuentra en los nuevos M3 y M4. Jacob explica con detalle la ingeniería que hay detrás de uno de los diferenciales más avanzados de BMW.
Señor Jacob, usted es el responsable de los sistemas de bloqueo empleados en los automóviles M. Hoy nos gustaría hablar con usted sobre el diferencial Active M del BMW M3 y el BMW M4. Queremos empezar con la siguiente pregunta: ¿por qué necesita un coche un diferencial?
Bernd Jacob: Un coche necesita un diferencial para compensar las diferencias de velocidad de rotación de las ruedas, por ejemplo, al pasar por una curva. Como el vehículo tiene una determinada anchura, las ruedas del exterior de una curva deben recorrer una distancia mayor que las del interior. Esto significa que las ruedas exteriores deben girar más rápido que las interiores. Para conseguirlo, se instala un diferencial entre las ruedas del eje motriz, que en el caso de los BMW M3 y M4 es el eje trasero.
El par motor se transfiere al engranaje del eje trasero a través de la caja de cambios y el eje de la hélice. El diferencial incorporado en el engranaje del eje trasero distribuye el par por igual a las dos ruedas traseras y equilibra las diferencias de velocidad de rotación.
Aunque esto no es necesariamente siempre una ventaja…
Así es. Esta distribución equitativa tiene una desventaja. Si se acelera a la salida de una curva adoptando un estilo de conducción más deportivo, la carga de la rueda del interior de la curva se reduce y, a su vez, sólo puede transferir un par reducido a la superficie de la carretera. La rueda exterior podría transferir bastante más par a la carretera debido a la mayor carga de la rueda, pero el diferencial normal y abierto sólo le transfiere el nivel de par de la rueda interior.
El efecto es el mismo cuando las dos ruedas giran sobre superficies con diferentes coeficientes de fricción; un ejemplo extremo sería cuando el coche tiene una rueda sobre hielo y la otra sobre asfalto de gran adherencia.
¿Es aquí donde entra en juego el diferencial de bloqueo?
Sí. Si el diferencial está equipado con un mecanismo de bloqueo, se evita la compensación contraproducente de la velocidad de rotación que se produciría en la situación que acabamos de describir. Esto puede ocurrir en diferentes grados con un bloqueo de diferencial controlado. En casos extremos, ambas ruedas girarán a la misma velocidad, en cuyo caso se hablaría de un efecto de bloqueo del 100%.
Así que lo que estás diciendo es que con un diferencial de bloqueo es posible transferir un par mayor a la superficie de la carretera. ¿Sería el conductor consciente del efecto que tiene el bloqueo del diferencial? ¿Siente el coche algo diferente?
Desde luego que sí. Por un lado, en los casos que acabamos de describir, el par global transferido aumenta considerablemente. El conductor es capaz de salir o acelerar de una curva a una velocidad mucho mayor de lo que sería posible sin el bloqueo del diferencial.
Las variaciones de par entre los lados derecho e izquierdo dan lugar a un momento de guiñada. Si la rueda trasera derecha del vehículo está sometida a una fuerza motriz mayor que la izquierda, el vehículo tenderá a seguir una curva a la izquierda. El resultado de esto es que el vehículo es más complaciente al seguir el curso de una curva. Si el conductor aumenta aún más la aceleración, a partir de cierto punto, se producirá un aumento del deslizamiento cuando se desactiven los sistemas de control, lo que también se denomina sobreviraje de potencia. La transición a esta gama se ve considerablemente afectada por la activación del bloqueo.
En el desarrollo y la coordinación del diferencial activo M (de bloqueo), hemos dado gran importancia a que el efecto de bloqueo sea suave, fácil de percibir y palpable cuando se activa. Esto proporciona al conductor una información significativa sobre el potencial de tracción del eje trasero, permitiéndole medir su aceleración a un nivel óptimo.
¿Pero el uso de un bloqueo de diferencial no aumenta el peso del vehículo?
Sí, pesa alrededor de 10 kg más que un diferencial abierto convencional, pero está colocado en la posición correcta, en la parte trasera y en la parte inferior, lo que significa que tiene un efecto positivo en el centro de gravedad a la vez que optimiza la tracción del vehículo.
Los automóviles M han estado equipados con diferenciales de bloqueo durante varias generaciones, pero el BMW M3 y el BMW M4 están equipados con un diferencial M activo. ¿Qué es la parte «activa» del diferencial?
Diferencial M activo con motor de desplazamiento (derecha) en sección transversal.
Activo significa que se han incorporado al coche toda una serie de sensores que son capaces de identificar las condiciones de la carretera, calcular el grado de bloqueo óptimo y activar el bloqueo en consecuencia mediante un motor eléctrico. Las variables centrales de entrada son el par motor, las velocidades individuales de rotación de las ruedas, la aceleración lateral y la velocidad de conducción. También están el ángulo de dirección y la velocidad de guiñada, además de algunos factores adicionales.
¿Qué quiere decir con «óptimo»?
Óptimo significa que el conductor se beneficia de la mejor combinación de controlabilidad y tracción del vehículo. Tanto si se trata de un piloto profesional como de un aficionado relativamente inexperto, el objetivo es que todos los conductores puedan conducir lo más rápido posible por un circuito manteniendo un buen control del vehículo, por supuesto siempre sujeto a su habilidad y capacidad individual. Además, las exigencias que se plantean a un mecanismo de bloqueo de este tipo en condiciones adversas como el hielo y la nieve son muy diferentes a las de un circuito seco.
Entonces, ¿los sistemas pasivos son menos eficaces en este sentido?
Los sistemas pasivos reaccionan principalmente a una variable de entrada. Dependiendo de su construcción, se trata de la velocidad del diferencial de las ruedas traseras o del par motor. Sin embargo, el diferencial M activo calcula el par de bloqueo en función de muchas más variables de entrada. Por lo tanto, es posible reaccionar de forma mucho más específica a una determinada situación de la carretera. Además, un sistema activo no sólo es capaz de reaccionar, sino que también puede actuar. El diferencial Active M tiene en cuenta los llamados componentes de pre-dirección, lo que significa que no sólo responde a un evento, sino que realmente establece el par de bloqueo incluso antes de que se produzca un evento. El resultado es una mayor transparencia en cuanto al comportamiento del vehículo y también una mejor capacidad de control.
Entonces, ¿el arte consiste en gran medida en lograr la afinación correcta?
Sí, así es.
La puesta a punto del diferencial Active M se lleva a cabo junto con la del chasis y los sistemas de control, como el DSC. En definitiva, se trata de un proceso repetitivo. Los ingenieros responsables llevan a cabo sus actividades de prueba de forma conjunta. La interacción de los sistemas individuales se optimiza a medida que se desarrollan. Nuestras pruebas se llevan a cabo en una variedad de pistas en condiciones muy diferentes, como en el norte de Suecia en invierno y en Nürburgring en verano.
¿En qué situaciones tiene el bloqueo del diferencial mayor efecto en la dinámica del vehículo?
El diferencial se percibe más claramente cuando se conduce en curvas rápidas o estrechas. Por ejemplo, si el coche está acelerando a la salida de una horquilla en una pasada, lo notará muy claramente.
Con el diferencial Active M, los conductores del nuevo BMW M3 o BMW M4 no sólo pueden conducir sus vehículos más rápido, sino que pueden hacerlo con un placer de conducción considerablemente mayor al volante.
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