BMW – EfficientDynamics.

Weniger Emissionen, mehr Fahrfreude: Das bedeutet mindestens Euro 5 aber dennoch starke Motoren. Kein anderer Automobilhersteller setzt dieses Prinzip so überzeugend und erfolgreich in die Tat um wie die BMW Group. Sowohl in der Momentaufnahme als auch im langfristigen Vergleich, liegen die Marken BMW und MINI bei der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Werte mit deutlichem Abstand vor allen Wettbewerbern des Premiumsegments. Allenfalls Mercedes und Audi können da einigermaßen mithalten.

Diese Sonderstellung der BMW Group ist das Resultat der Entwicklungsstrategie EfficientDynamics. Sie umfasst sämtliche Innovationen, die dazu beitragen, bei jedem neuen Modell die Verbrauchs- und Emissionswerte gegenüber dem Vorgängermodell zu senken und gleichzeitig die Fahrleistungen weiter zu steigern. Beispiels zu diesem Thema ist Start-Stopp. BMW war hier Vorreiter, Mercedes und Audi ziehen jetzt nach.

Möglich wird dies durch den grundlegenden und ganzheitlichen Charakter von EfficientDynamics. Die Optimierung der Effizienz ist Leitlinie für sämtliche Bereiche der Fahrzeugentwicklung. Sie fördert die einzigartige Kompetenz der BMW Group auf den Gebieten der Motoren-, Getriebe- und Fahrwerkstechnologie, treibt das intelligente Management von Energieströmen innerhalb des Fahrzeugs und die auf intelligenten Leichtbau ausgerichtete Materialauswahl voran und beeinflusst auch die permanente Optimierung der Aerodynamik.

Ebenso wie die jüngsten Ergebnisse auf dem Gebiet der Motoren- und Getriebeentwicklung ist auch die Inbetriebnahme des neuen Aerodynamischen Versuchszentrums (AVZ) der BMW Group Beleg für das konsequente Streben nach weiteren Fortschritten im Rahmen von EfficientDynamics. Die fortgesetzte Reduzierung von Verbrauchs- und Emissionswerten erfordert immer wieder neue, massive Investitionen in die Forschungs- und Entwicklungskompetenz des Unternehmens. Nur mit hoch qualifizierten Mitarbeitern und modernster Technologie können zukunftsweisende Konzepte für die individuelle Mobilität entstehen. Die BMW Group als weltweit erfolgreichster Hersteller von Premium-Automobilen stellt sich dieser Verantwortung und entwickelt überdurchschnittliches Engagement, um Freude am Fahren bei noch günstigerem Verbrauch und noch geringeren Emissionen zu verwirklichen.

Die effizientesten Premium-Fahrzeuge stammen von BMW und MINI

Für BMW und MINI sind Innovationen zur Reduzierung der Verbrauchs- und Emissionswerte elementarer Bestandteil der Produktsubstanz. Die aktuellen EfficientDynamics Maßnahmen gehören daher – in jeweils modellspezifischer Zusammenstellung – zur serienmäßigen Ausstattung jedes neuen BMW und MINI. Kein anderer Automobilhersteller bietet derzeit ein ähnlich umfassendes Paket von Effizienz fördernden Maßnahmen über alle Fahrzeugsegmente hinweg und darüber hinaus auch noch ohne Aufpreis an. Auch diese Herangehensweise zeigt die einzigartige Zielsetzung von EfficientDynamics auf. Durch den modellübergreifenden, serienmäßigen Einsatz und die hohe Effektivität des Maßnahmenpakets wird eine herausragende Breitenwirkung zugunsten einer Reduzierung des CO2-Ausstoßes im Straßenverkehr erzielt.

Die einzigartige Strategie von EfficientDynamics schlägt sich im Vergleich der durchschnittlichen Verbrauchs- und Emissionswerte deutlich nieder. Laut Statistik des Kraftfahrtbundesamtes weisen die im Jahr 2008 in Deutschland zugelassenen Fahrzeuge der Marken BMW und MINI einen durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch von 5,9 l je 100 km und einen mittleren CO2-Wert von 158 g/km auf. Beide Werte liegen deutlich unter dem Durchschnitt aller 2008 in Deutschland zugelassenen Fahrzeuge. Mit den in jüngster Zeit erzielten Fortschritten auf dem Gebiet der Effizienzsteigerung setzt sich die BMW Group zudem deutlich von anderen Anbietern des Premiumsegments ab. Zwischen 2006 und 2008 wurden die durchschnittlichen Verbrauchs- und CO2-Werte der Marke BMW um 16 und der Marke MINI um 20 Prozent reduziert. Mit diesen Ergebnissen wird der nächstbeste Wettbewerber im Premiumsegment um mehr als das Doppelte übertroffen. Insgesamt liegt die von der BMW Group erzielte Verringerung der durchschnittlichen CO2-Emissionen nach Berechnung des Kraftfahrtbundesamtes um das Vierfache höher als im Gesamtergebnis aller auf dem deutschen Automobilmarkt vertretenen Marken.{mospagebreak}

EfficientDynamics: fester Bestandteil der Produktsubstanz und der Unternehmensphilosophie.

Der Vorsprung der BMW Group gegenüber dem Wettbewerb resultiert nicht aus einer kurzfristigen Prioritätensetzung, sondern ist das Ergebnis einer konsequent betriebenen Strategie. Auf europäischer Ebene zeigt sich dies unter anderem in einer Reduzierung des Flottenverbrauchs zwischen 1995 und 2008 um deutlich mehr als 25 Prozent. Die BMW Group hat damit für die Marken BMW und MINI die zentrale Aussage der Selbstverpflichtung des Verbands der europäischen Automobilhersteller (ACEA) übererfüllt.

Die Entwicklungsstrategie EfficientDynamics, ressourcenschonende Produktionsverfahren und hohe soziale Standards für die Mitarbeiter an allen Standorten sind wesentliche Bestandteile der Unternehmensphilosophie der BMW Group. Diese Faktoren verhelfen nicht nur den Produkten, sondern auch dem Unternehmen zu einer herausgehobenen Position innerhalb der Automobilbranche. Diese spiegelt sich unter anderem im aktuellen Dow Jones Sustainability Index wider. Das gemeinsam von Dow Jones Indizes, Stoxx Limited und der Züricher Vermögensverwaltungsgesellschaft SAM erstellte Ranking gilt als weltweit wichtigster Gradmesser für unternehmerische Verantwortung. Zum vierten Mal in Folge wurde die BMW Group darin als „weltweit nachhaltigster Automobilhersteller“ eingestuft.

Durch die klare Ausrichtung auf Innovationskraft und Nachhaltigkeit ist die BMW Group in besonderer Weise auf die Herausforderungen der Zukunft vorbereitet. Technologische Kompetenz und finanzielle Ressourcen werden gezielt dazu verwendet, um heute und in der Zukunft Fahrzeuge mit sehr guten Effizienzeigenschaften und faszinierender Dynamik anbieten zu können.

Investition in die Zukunft: das Aerodynamische Versuchszentrum

Bei keinem anderen Automobilhersteller sind die Bereitschaft und die Fähigkeit, dauerhaft und massiv in die Steigerung der Effizienz neuer Modelle zu investieren, stärker ausgeprägt als bei der BMW Group. Durch den Bau des neuen Aerodynamischen Versuchszentrums wird ein erheblicher Kompetenzgewinn erzielt, der mittel- und langfristig zur Stärkung der elementaren Qualitäten von BMW und MINI Modellen beiträgt. Die Optimierung der aerodynamischen Eigenschaften wirkt sich sowohl auf die Dynamik als auch auf die Effizienz positiv aus und beeinflusst darüber hinaus auch die Fahrstabilität. Sie hat daher schon heute einen hohen Stellenwert bei der Entwicklung neuer Modelle.

Durch den Bau des AVZ wird die Aerodynamikentwicklung als maßgebliche Säule von EfficientDynamics weiter gestärkt. Optimierte Aerodynamik hat direkte Auswirkungen auf möglichst günstige Verbrauchs- und Emissionswerte. Durch die Reduzierung des Luftwiderstands um 10 Prozent wird der vom Kunden in der Fahrpraxis erzielte Verbrauch um mehr als 2,5 Prozent gemindert. Als Bestandteil eines Gesamtpakets zur Effizienzsteigerung sind für die BMW Group auch derart geringere Verbrauchsreduzierungen von Bedeutung. Aufgrund der schon heute hervorragenden aerodynamischen Eigenschaften von Fahrzeugen der BMW Group ist zum Erschließen weiterer Optimierungspotenziale ein erheblicher Aufwand nötig. Mit den hohen für das AVZ getätigten Investitionen dokumentiert die BMW Group ihre Bereitschaft, auch in Zukunft alle Möglichkeiten auszuschöpfen, um noch günstigere Verbrauchs- und Emissionswerte zu realisieren.

Das AVZ schafft neue Möglichkeiten bei der Analyse von Aerodynamikeigenschaften – zugleich wird durch flexible Prozessabläufe und durch den Standort in unmittelbarer Nähe zum Forschungs- und Innovationszentrum (FIZ) die Integration in den Gesamtablauf der Fahrzeugentwicklung optimiert. Die Experten für Aerodynamik arbeiten künftig Tür an Tür und damit auch Hand in Hand mit Designern, Konstrukteuren, Motorenentwicklern und anderen Spezialisten.

Neben der verbesserten Einbindung in den Entwicklungsprozess bietet das AVZ weltweit einzigartige Möglichkeiten zu einer realitätsnahen Ermittlung von aerodynamischen Eigenschaften. So können Fahrzeugmodelle bereits in einem sehr frühen Stadium ihrer Entwicklung in einer Vielzahl von Situationen analysiert werden. Die Testszenarien orientieren sich am realen Fahrgeschehen. Dabei können nicht nur unterschiedliche Geschwindigkeiten dargestellt werden, sondern auch verschiedene Fahrsituationen wie zum Beispiel Kurvenfahrten unter Berücksichtigung der entsprechenden Karosseriebewegungen. Zusätzlich kann erstmals auch in der Entwicklung von Serienfahrzeugen die Interaktion mit anderen Fahrzeugen, unter anderem beim Überholvorgang, dargestellt und analysiert werden. Derartige Prüfverfahren waren bisher nur mit nahezu vollständig entwickelten Fahrzeugen auf der Teststrecke möglich. Künftig können die so gewonnenen Erkenntnisse weitaus früher in den Entwicklungsprozess einfließen und daher wirksam zur Optimierung eines neuen Modells genutzt werden.

Modernste Windkanaltechnik für realitätsnahe Messungen.

Mit dem neuen AVZ verfügt die BMW Group über die weltweit modernste Einrichtung dieser Art im Automobilbereich. Die Anlage umfasst einen Windkanal zur Analyse von Fahrzeugen in Originalgröße. Um die wichtigsten Effekte der Straßenfahrt nachbilden zu können, wird die Fahrbahn über eine aus 5 Laufbändern bestehende Bodensimulation modelliert. In einem zweiten Windkanal können die Modelle mithilfe einer in allen Raumrichtungen steuerbaren Halterung über dem weltweit größten Windkanal-Laufband bewegt werden. Diese Darstellung ermöglicht die Analyse der Fahrzeugströmung in unterschiedlichsten Fahrzuständen – ein Vorgehen, das bereits seit einigen Jahren im Motorsport üblich ist. Somit kann die Verknüpfung von Aerodynamik und Fahrdynamik nun auch bei der Entwicklung von Serienfahrzeugen intensiviert werden. Die Vielfalt der Einsatzszenarien und die Präzision der Messverfahren erreichen ein für Anlagen dieser Art einzigartiges Niveau. In beiden Windkanälen können Strömungsgeschwindigkeiten von bis zu 300 km/h erzeugt werden. Dies ermöglicht erstmals die Messung von Maßstabsmodellen unter korrekten physikalischen Bedingungen.

In den Bau und die Einrichtung des Aerodynamischen Versuchszentrums hat die BMW Group rund 170 Millionen Euro investiert. Innerhalb von rund drei Jahren entstand auf dem rund 25.000 m2 großen Grundstück in unmittelbarer Nähe zum Münchner FIZ ein insgesamt fünf Stockwerke umfassendes Gebäude, dessen Architektur bereits in der Außenansicht deutliche Hinweise auf die in seinem Inneren eingesetzte Technologie vermittelt. So ist beispielsweise die runde Kontur des Gebläses für den horizontal angeordneten Strömungsring des Hauptwindkanals an der Südseite des Gebäudes zu erkennen. Ebenso tritt der vertikal aufgestellte Strömungsring des Modellwindkanals im Zentrum des AVZ markant in Erscheinung. Die Mitarbeiter des Bereichs EfficientDynamics, in dem die Aerodynamik eine tragende Säule darstellt, waren vor dem Bezug des AVZ auf insgesamt fünf Standorte verteilt. Für gemeinsame Arbeiten im Windkanal mussten sie jeweils Entfernungen von bis zu 20 km bewältigen. Durch die Zusammenlegung wurden äußerst kurze Wege realisiert und neue Prozesse etabliert, die eine extrem effiziente Arbeitsweise ermöglichen. In dem neuen Gebäude werden rund 500 Mitarbeiter des Bereichs EfficientDynamics zusammenarbeiten.

Nneue Generation von Reihensechszylinder-Motoren

Parallel zum neuen AVZ präsentiert BMW die jüngsten Ergebnisse bei der Entwicklung besonders leistungsstarker und gleichzeitig beeindruckend wirtschaftlicher Reihensechszylinder-Motoren. Mit ihnen wird sowohl auf dem Gebiet der Benzinmotoren als auch auf dem Feld der Dieselantriebe eine nochmals günstigere Relation zwischen Kraftstoffverbrauch und Fahrleistungen erreicht. Bei beiden Motoren kommen von BMW entwickelte Technologien zur Steigerung von Effizienz und Dynamik zum Einsatz. Beide Antriebseinheiten sorgen für eine Kraftentfaltung, die das Niveau eines deutlich hubraumstärkeren Achtzylinder-Motors erreicht, während sowohl ihr Gewicht als auch ihre Verbrauchs- und Emissionswerte erheblich geringer ausfallen.

Beim neuen BMW TwinPower Turbo Benzinmotor mit einer Leistung von 225 kW/306 PS werden erstmals die Merkmale Turboaufladung, Direkteinspritzung und vollvariable Ventilsteuerung gemeinsam in einer Antriebseinheit integriert. Diese BMW exklusive Kombination eines Twin-Scroll-Turboladers mit High Precision Injection und ¬VALVETRONIC verhelfen dem neuen, für den weltweiten Einsatz konzipierten Motor nicht nur zu einem außergewöhnlich spontanen Ansprechverhalten, sondern auch zu herausragend niedrigen Verbrauchs- und Emissionswerten. Der 3 l große Sechszylinder stellt sein maximales Drehmoment von 400 Nm bereits bei einer Motordrehzahl von 1.200 min–1 zur Verfügung und hält es bis zum Wert von 5.000 min–1 aufrecht. Im Vergleich zu dem in mehreren Baureihen etablierten Reihensechszylinder-Motor mit Twin Turbo und High Precision Injection ergibt sich zugleich eine nochmalige Verbrauchsreduzierung um bis zu 9 Prozent.

Mit der Einführung einer zusätzlichen Topvariante des bereits im BMW 730d und im BMW 330d eingesetzten Sechszylinder-Dieselmotors demonstriert BMW einmal mehr das außergewöhnliche Potenzial dieser Antriebsart. Auch in der neuen Generation des Reihensechszylinder-Diesels wird durch die Kombination einer Stufenaufladung mit Common-Rail-Direkteinspritzung auf besonders effiziente Weise für eine faszinierend dynamische Kraftentfaltung gesorgt. Umfangreiche Innovationen im Bereich des Vollaluminium-Grundmotors, der beiden Turbolader und des Einspritzsystems bewirken – ganz im Sinne von BMW ¬EfficientDynamics – sowohl ein deutliches Leistungsplus als auch reduzierte Verbrauchs- und Emissionswerte. Der Wirkungsgrad des Aufladesystems wurde nochmals erhöht. Außerdem steigt die Effizienz der Kraftstoffversorgung durch Piezo-Injektoren, die mit einem Einspritzdruck von bis zu 2.000 bar agieren. Der neue 3 l große BMW TwinPower Turbo Dieselmotor erzeugt eine Höchstleistung von 225 kW/306 PS bei einer Motordrehzahl von 4.400 min–1 und stellt sein maximales Drehmoment von 600 Nm bereits bei 1.500 min–1 zur Verfügung. Mit diesen Werten übernimmt er die Spitzenposition als sportlichster Sechszylinder-Dieselantrieb der Welt vom Vorgängermotor, den er zugleich beim Kraftstoffkonsum und beim CO2-Ausstoß um jeweils rund 4 Prozent unterbietet.

Das neue Achtgang-Automatikgetriebe von BMW

Ein weiteres Beispiel dafür, wie herausragende Ingenieurskunst zu einem deutlichen Plus an Fahrfreude und gleichzeitig zu maßgeblichen Effizienzsteigerungen führt, ist das neue Achtgang-Automatikgetriebe von BMW. Das innovative Kraftübertragungssystem, das erstmals im BMW 760i und im BMW 760Li mit Zwölfzylinder-Motor vorgestellt wurde, zeichnet sich durch seinen außergewöhnlich hohen Wirkungsgrad aus. Gleichzeitig fördert seine Charakteristik sowohl den Komfort als auch die Dynamik des jeweiligen Fahrzeugs. Dabei wurde der nochmalige Fortschritt gegenüber den für ihre hohe Schaltdynamik und Effizienz bekannten Sechsgang-Automatikgetrieben von BMW auf besonders intelligente Weise erzielt. Die beiden zusätzlichen Gänge führen zu einer größeren Spreizung des Getriebes und gleichzeitig zu kleineren Drehzahlsprüngen beim Wechsel zwischen den einzelnen Übersetzungsstufen. Dank eines innovativen Radsatzaufbaus war es möglich, die Zahl der zusätzlich erforderlichen Bauteile und damit auch das Gewicht des neuen Achtgang-Automatikgetriebes auf ein Minimum zu reduzieren. Insgesamt führen der auf den Bereich niedrigster Drehzahlen beschränkte Wandlerschlupf, der hohe innere Wirkungsgrad, die geringen Reibwertverluste durch jeweils nur zwei geöffnete Kupplungen, die längere Übersetzung der höheren Gänge und die verbesserte Schwingungsentkopplung, die das Fahren bei niedrigen Drehzahlen begünstigt, zu einem Verbrauchsvorteil gegenüber der Sechsgang-Automatik von rund 6 Prozent.

Zusätzlich unterstützt das Achtgang-Automatikgetriebe die Dynamik des Motors, indem es bei nahezu allen Schaltvorgängen einschließlich des Zurückschaltens um mehr als einen Gang das Öffnen und Schließen von jeweils nur einer Kupplung notwendig macht. Damit weist es ein bisher nur bei Doppelkupplungsgetrieben realisiertes Qualitätsmerkmal auf und kombiniert dieses mit den für den Kunden relevanten Vorzügen einer Automatik, zu der beispielsweise das dynamische Beschleunigungsvermögen aus niedrigen Drehzahlen gehört.

Darüber hinaus stellt die neue Achtgang-Automatik eine besonders zukunftsorientierte Lösung für die Kraftübertragung bei Premium-Automobilen dar. Es kann mit Motoren unterschiedlichster Bauart und Leistung kombiniert werden, neben dem Einsatz in Fahrzeugen mit Hinterradantrieb ist auch eine Integration in Allradmodellen möglich. Darüber hinaus bietet das Achtgang-Automatikgetriebe die Option einer Kombination mit einem Hybridantrieb. Diese Verbindung gewährleistet Effizienz und Dynamik auf einem ganz neuen Niveau, zeugt on der Zukunftssicherheit dieses Konzepts und wird noch im Laufe des Jahres 2009 die Serienreife erreichen.

Die neuen Möglichkeiten, die das Aerodynamische Versuchszentrum bietet, werden ebenso wie die aktuellen und künftigen Innovationen auf dem Gebiet der Antriebstechnologie dazu beitragen, den Zielkonflikt zwischen wachsender Dynamik und optimierter Wirtschaftlichkeit in allen Fahrzeugsegmenten immer wieder aufs Neue aufzulösen. Damit verfügt die BMW Group über nochmals optimierte Voraussetzungen, um auch in der Zukunft Fahrzeuge entwickeln zu können, die durch ihr Design und ihre Fahreigenschaften faszinieren und zugleich mit vorbildlichen Verbrauchs- und Emissionswerten überzeugen.{mospagebreak}

Aerodynamik spart Sprit

• Weniger Luftwiderstand, weniger Verbrauch und Emissionen, mehr Freude am Fahren.
• Innovative Aerodynamikentwicklung als Beitrag zu EfficientDynamics.

0,27 beträgt der Luftwiderstandsbeiwert für das aktuelle BMW 3er Cabrio mit geschlossenem Dach. Diese Messgröße, zumeist als cw- beziehungsweise cx-Wert angegeben, gilt als entscheidendes Merkmal für die aerodynamischen Qualitäten eines Fahrzeugs. Tatsächlich bildet ein möglichst geringer Luftwiderstandsbeiwert die Grundlage für dynamische und auch für effiziente Fortbewegung. Aus ihm sowie aus der Querschnittsfläche des Fahrzeugs setzt sich der Luftwiderstand zusammen, zu dessen Überwindung schon bei Stadtverkehrstempo ein Großteil der Antriebskraft aufgewendet werden muss. Günstige Aerodynamikwerte wirken sich folglich unmittelbar auf das Verbrauchsverhalten aus. Ein um ein Zehntel gesenkter Luftwiderstand führt in der Fahrpraxis des Kunden zu einer durchschnittlichen Verbrauchsreduzierung um mehr als 2,5 Prozent. Aerodynamik-Entwicklung ist daher ein wichtiger Bestandteil der Entwicklungsstrategie EfficientDynamics. Dabei wurden schon in der Vergangenheit mit jeder neuen Modellgeneration erhebliche Fortschritte erzielt. So lag beispielsweise der Luftwiderstandsbeiwert für das BMW 320i Cabrio des Modelljahrs 1987 noch bei 0,39. Mit den Möglichkeiten, die das neue Aerodynamische Versuchszentrum der BMW Group bietet, wird dieser Weg nun konsequent fortgesetzt.

Moderne Aerodynamikentwicklung berücksichtigt neben dem Luftwiderstand noch eine Vielzahl weiterer Kriterien. Die Optimierung von Auftriebskräften zugunsten von maximaler Fahrstabilität, eine präzise Zufuhr von Kühlluft zum Motor, zum Getriebe und zur Bremsanlage, die Reduzierung von Windgeräuschen und möglichst geringe Verschmutzungen aufgrund von Verwirbelungen gehören zu den Zielen, die heute mit modernster Technik und detaillierten Analysemethoden verfolgt werden. Bei der Entwicklung von Cabrio- und Roadster-Modellen kommt zusätzlich noch die gezielte Minimierung störender Zuglufteinflüsse im Innenraum bei geöffnetem Dach hinzu.

Auf dem Gebiet der Aerodynamik sind die Anforderungen, die an moderne Automobile des Premium-Segments gestellt werden, höher und vielfältiger geworden. Mit dem neuen Aerodynamischen Versuchszentrum (AVZ) verfügt die BMW Group jetzt über ideale Voraussetzungen, um die herausragende Qualität neuer Modelle auch in diesem Bereich zu gewährleisten.

Im Windkanal und am Computer: Luftströmung präzise analysiert.

Durch präzise Strömungsberechnung und realitätsnahe Versuche im Windkanal lässt sich die Wechselwirkung zwischen dem Fahrzeug und der Luftströmung unter verschiedensten Bedingungen analysieren. Um bereits frühzeitig Erkenntnisse über die aerodynamischen Eigenschaften eines neuen Fahrzeugs zu gewinnen, werden dreidimensionale Maßstabsmodelle der Designentwürfe im Modellwindkanal, dem so genannten Aerolab, untersucht und miteinander verglichen. Im weiteren Verlauf der Entwicklung werden dann die aus einer Spezialtonmasse gefertigten Clay-Modelle in Originalgröße getestet. An ihnen können Detailoptimierungen auf einfache Weise umgesetzt werden. Dabei arbeiten Designer und Aerodynamikexperten zusammen, um die jeweiligen Zielsetzungen in enger Abstimmung zueinander umsetzen zu können. Erst im Anschluss daran entstehen vollständige Fahrzeugmodelle. Sie werden im großen Windkanal des AVZ getestet.

Parallel zur Arbeit im Windkanal werden auch computergestützte Analysemethoden eingesetzt. Die Entwickler der BMW Group nutzen die so genannte CFD-Berechnung (Computational Fluid Dynamics), um die aerodynamischen Eigenschaften eines virtuellen 3-D-Modells zu ermitteln. Mit hochkomplexen Programmen können sie jene Fahrzeugbereiche erkennen, an denen unerwünschte Verwirbelungen, Luftstromabrisse oder Druckverluste entstehen, die den Luftwiderstand erhöhen. Diese Erkenntnisse nutzen sie, um den Entwicklungsprozess bereits in einer frühen Phase in Richtung auf ein aerodynamisches Optimum zu lenken.

CFD-Berechnungen und Windkanal-Analysen werden präzise aufeinander abgestimmt. Dies erfolgt vor allem aus zeitlichen Gründen – wobei stets der Mensch das Tempo vorgibt. Obwohl den Entwicklern der BMW Group äußerst leistungsfähige Computer zur Verfügung stehen, führt die enorme Datenmenge dazu, dass jeder Berechnungsvorgang bis zu drei Arbeitstage in Anspruch nimmt. Im Windkanal können in der gleichen Zeitspanne fast 100 Messungen durchgeführt werden.

Aerolab der BMW Group: die Straße in den Prüfstand geholt.

Effizient und konsequent werden auch im neuen Aerolab der BMW Group die Weichen für günstige aerodynamische Eigenschaften gestellt. Dort können die dreidimensionalen Modellentwürfe künftiger Serienfahrzeuge bereits in einem frühen Entwicklungsstadium analysiert werden. Neben dem Luftwiderstand kann im Aerolab auch der Einfluss aerodynamischer Kräfte auf die Fahrstabilität ermittelt werden. Dabei lassen sich unterschiedliche Fahrsituationen realitätsnah simulieren. Dank präziser Messtechnik und hoher Windgeschwindigkeiten werden schon anhand der Modelle außergewöhnlich realitätsnahe Erkenntnisse gewonnen.

Darüber hinaus ist das Aerolab als weltweit einzige Einrichtung dieser Art darauf ausgelegt, zeitgleich zwei Fahrzeugmodelle unter Anströmung zu analysieren. Diese Versuche geben zum Beispiel Aufschluss darüber, wie sich Luftströmungen im Verlauf eines Überholvorgangs verändern und gegenseitig beeinflussen. Vergleichbare Szenarien waren bisher nur mit fahrbereiten Prototypen auf einer Teststrecke darstellbar. Im Aerolab haben die Entwickler nun erstmals die Möglichkeit, ein solches Straßenszenario in den Prüfstand zu holen, um unter allen Bedingungen einen Gewinn an Fahrkomfort und Fahrstabilität zu erreichen.{mospagebreak}

Detailoptimierung im neuen Windkanal: näher an der Realität.

Für die präziseste Abbildung der realen Strömungsverhältnisse auf der Straße sorgt der große Windkanal des neuen Aerodynamischen Versuchszentrums, in dem Fahrzeugmodelle in Originalgröße, Prototypen und Serienfahrzeuge untersucht werden. Dort trifft der von einem Gebläse mit einem Durchmesser von 8 m erzeugte Windstrom nach zweifacher Umlenkung auf das an seiner Messposition verankerte Fahrzeug. Die Größe der Messstrecke, eine präzise Gleichrichtung im Austrittsbereich und eine Düsenöffnung mit einem Format von bis zu 25 m2 gewährleisten unverfälschte Strömungsverhältnisse.

Der Windkanal verfügt über ein Laufbandsystem mit fünf Bändern. Die Räder des auf der Messstrecke fixierten Fahrzeugs stehen auf kleinen Laufbändern, mit deren Hilfe die Drehbewegung der Fahrzeugräder simuliert wird. Die Position der Laufbänder kann in Breite und Länge variiert und so an unterschiedliche Fahrzeuggrößen angepasst werden. Zusätzlich wird mithilfe eines breiten Laufbands zwischen den sich drehenden Rädern auch die Luftströmung im Unterflurbereich originalgetreu dargestellt. Mithilfe der fünf Laufbänder lässt sich der so genannte Flow-Split, also die Anteile der Strömung, die über und unter dem Fahrzeug sowie seitlich daran entlang fließen, wesentlich genauer erfassen als in einem konventionellen Windkanal. Die Breite des zentralen Laufbands kann der Spurweite des zu untersuchenden Fahrzeugs entsprechend angepasst werden. Aufgrund seiner Länge von 10 m bietet es zudem ideale Voraussetzungen für konstante, den realen Verhältnissen auf der Straße entsprechenden Strömungsbewegungen. So können die Entwickler genauestens erkennen, wie sich Detailoptimierungen auf den Luftwiderstand, die aerodynamische Balance oder die Zu- und Abfuhr von Kühlluft auswirken.

Die maximale Anströmgeschwindigkeit im neuen Windkanal beträgt 300 km/h. Dies führt beispielsweise bei der Untersuchung von Motorsportfahrzeugen auch im Hochgeschwindigkeitsbereich zu realitätsnahen Messungen.

AVZ ermöglicht neuen Entwicklungsschub auf dem Gebiet der Aerodynamik.

Durch den Einsatz modernster Messtechnik und innovativer Testverfahren hat die BMW Group in den vergangenen Jahrzehnten auch auf dem Gebiet der Aerodynamik immer neue Fortschritte erzielt. Die Gegenüberstellung des aktuellen BMW 3er Cabrio mit dem Vorgänger aus dem Modelljahr 1987 belegt dies auf vielfältige Weise.

Das neue Aerodynamische Versuchszentrum bildet jetzt die Grundlage für einen weiteren Entwicklungsschub. Gesteigerte aerodynamische Qualität ist dabei das Ergebnis von gezielten Verbesserungen auf vielen Gebieten, die in erster Linie der Effizienz, aber auch dem Fahrerlebnis und dem Komfort zugute kommen. Bei der Optimierung des Luftwiderstands richten die Entwickler ihr Augenmerk insbesondere auf den Unterboden sowie auf die Räder und Radhäuser. In diesen Bereichen entstehen auch bei modernen Fahrzeugen rund 50 Prozent des Gesamtluftwiderstands. Deshalb ist die originalgetreue Darstellung realer Fahrsituationen im großen Windkanal des AVZ von großer Bedeutung. Präziser als jemals zuvor lassen sich dort auch die Auftriebskräfte ermitteln, die die Fahrstabilität beeinflussen.

Auch die bei Cabrio-Modellen eingesetzten Windschotts unterliegen detaillierten strömungstechnischen Analysen. Sie dienen dazu, störende Rückströmungen in den Fahrgastraum zu unterbinden. Die Arbeit im Windkanal ermöglicht eine präzise Bestimmung der idealen Position und Größe des Windschotts. Das Resultat: Im neuen BMW 3er Cabrio herrscht nach dem Aufstellen des Windschotts mehr denn je zugluftfreies Offenfahrvergnügen.{mospagebreak}

Aerolab der BMW Group

• Straße im Prüfstand: das neue Aerolab der BMW Group und die Entwicklung der EfficientDynamics Maßnahme Air Curtain.

Jede Fahrzeugentwicklung ist ein Blick in die Zukunft. Und die Frage, die sich dabei stellt, ist immer wieder die gleiche: Welchen Eindruck hinterlässt das neue Modell beim Kunden? Design und Komfort, Fahrdynamik und Effizienz – erst auf der Straße beweist sich endgültig die Qualität dessen, was Entwickler über Monate und Jahre hinweg erdacht und realisiert haben. Als weltweit erfolgreichster Hersteller von Premium-Automobilen nutzt die BMW Group vielfältige Methoden, um die Entwicklung neuer Modelle präzise auf die Wünsche anspruchsvoller Kunden abzustimmen. Auch die Optimierung der Aerodynamik orientiert sich an Zielvorgaben, in denen sich unterschiedlichste Kundeninteressen widerspiegeln. Als Bestandteil der Entwicklungsstrategie EfficientDynamics fördert sie die Freude am Fahren bei möglichst geringen Verbrauchs- und Emissionswerten. Darüber hinaus tragen die aerodynamischen Eigenschaften auch zur Fahrstabilität und zum Komfort bei.

Die herausragende, in jahrzehntelanger Erfahrung gewachsene Kompetenz der BMW Group auf dem Gebiet der Aerodynamik wird nicht nur bei der Entwicklung neuer Modelle, sondern auch für die Schaffung zukunftsweisender Analysemethoden genutzt. Dabei geht praxisorientierte Entwicklungsarbeit Hand in Hand mit wissenschaftlicher Expertise. Das grundlegende Know-how hat auch die Konzeption und Ausstattung des neuen Aerodynamischen Versuchszentrums (AVZ) beeinflusst. Mit dem AVZ verfügt die BMW Group jetzt über modernste technische Voraussetzungen, um weitere Fortschritte in den aerodynamischen Eigenschaften künftiger Modelle erzielen zu können. Sowohl im großen Windkanal als auch im Aerolab können die entsprechenden Untersuchungen unter außergewöhnlich realitätsnahen Bedingungen durchgeführt werden. Mit beiden Einrichtungen kommen die Entwickler daher ihrem Ziel, die Straße in den Prüfstand zu holen, einen entscheidenden Schritt näher.

Das neue Aerolab: perfekte Bedingungen für vielfältige Analysen.

Sowohl mit seinen Abmessungen als auch mit seiner messtechnischen Ausstattung bietet das Aerolab ideale und im Automobilbereich einzigartige Bedingungen für grundlegende Forschungs- und Entwicklungsprozesse. Sein Messraum, das so genannte Plenum, ist mit einer Länge von 20, einer Breite von 14 und einer Höhe von 11 m groß genug, um neben Fahrzeugmodellen im Modellmaßstab auch Prototypen im Originalformat zu untersuchen zu können. Die Austrittsdüse des Windkanals misst 14 m2. Störende Einflüsse der Düse, des Windkanal-Kollektors und der Außenwände fallen daher verschwindend gering aus. Für besonders aussagekräftige Ergebnisse sorgt zudem der außergewöhnlich konstante Druckverlauf innerhalb der Messstrecke.

Zeitgleich können sogar zwei Fahrzeugmodelle untersucht werden, was zu völlig neuen und für den Alltagsverkehr höchst relevanten Analyseverfahren führt. Das Aerolab der BMW Group ist die einzige Einrichtung ihrer Art im Automobilbereich, die es ermöglicht, einen Überholvorgang zu simulieren und die dabei auftretenden, sich gegenseitig beeinflussenden Luftströmungen zu messen.

Frühzeitige Weichenstellung fördert effiziente Entwicklungsprozesse.

Im Aerolab werden bereits in einer frühen Phase des Entwicklungsprozesses dreidimensionale Modelle des künftigen Serienfahrzeugs im Modellmaßstab von beispielsweise 1 : 2 getestet. Auf diese Weise können schon frühzeitig die Weichen für optimale aerodynamische Eigenschaften gestellt werden. Damit wird ein maßgeblicher Beitrag zu einem möglichst effizienten Entwicklungsprozess geleistet.

Aufgrund des großen Windgeschwindigkeitspotenzials von bis zu 300 km/h lassen sich die Ergebnisse der Messungen an Modellentwürfen zuverlässig auf Fahrzeuge in Originalgröße übertragen. Die dafür maßgebliche Berechnungsformel liefert der als Reynolds-Ähnlichkeit bezeichnete strömungsphysikalische Grundsatz, nach dem das Produkt aus Fahrzeuglänge und Windgeschwindigkeit übereinstimmen muss, um von einem kleinen Modell auf ein großes Fahrzeug zu schließen. Dies bedeutet, dass ein Modell im Maßstab von 1 : 2 mit doppelter Windgeschwindigkeit angeströmt werden muss wie das Originalfahrzeug, um zu den gleichen Ergebnissen zu kommen. So können im Aerolab anhand eines 50-Prozent-Modells bei einer Windgeschwindigkeit von 280 km/h präzise Aussagen über das aerodynamische Verhalten eines künftigen Serienfahrzeugs bei einer Geschwindigkeit von 140 km/h getroffen werden. Bei dieser Geschwindigkeit wird, gemäß dem für alle Automobilhersteller einheitlich geltenden Standard, der Luftwiderstand eines Fahrzeugs ermittelt. {mospagebreak}

Gezielte Suche nach aerodynamischem Optimierungspotenzial.

Im Aerolab werden die Fahrzeugmodelle frei schwebend an einer Aufhängung, dem so genannten Schwert, in den Luftstrom geführt. An der Verbindungsstelle zum Testobjekt ermittelt eine Präzisionswaage auch kleinste Bewegungen in jeder Richtung. In der Messwarte des Aerolabs können die Versuchsingenieure diese Daten zeitgleich ablesen und für spätere Analysen aufzeichnen. Während der Messung befindet sich das Fahrzeugmodell in unmittelbarer Bodennähe, wo durch ein 9 m langes und 3,2 m breites Laufband die Fahrzeugbewegung entsprechend der eingestellten Windgeschwindigkeit simuliert wird. Erst dadurch verteilt sich die Luftströmung seitlich und unterhalb des Fahrzeugs im Windkanal nach dem gleichen Muster wie auf der Straße. Auch die Drehbewegung der Räder hat einen großen Einfluss auf das Windprofil in diesem Bereich und ist daher eine wichtige Voraussetzung für realitätsnahe Messergebnisse.

Diese ebenfalls einzigartige Versuchsanordnung sorgt für realitätsnahe und vielfältige Untersuchungsszenarien, indem sie die Darstellung aller im Alltag relevanten Fahrsituation ermöglicht. Neben dem Luftwiderstand bei Geradeausfahrt und in Kurven lassen sich die Seitenwindempfindlichkeit sowie Auf- und Abtrieb bei unterschiedlicher Fahrzeugneigung ermitteln. Mit einer bisher unerreichten Präzision kann so insbesondere der Einfluss der Luftströmung auf die Fahrstabilität untersucht werden.

Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen wird im Rahmen der aerodynamischen Entwicklung ein möglichst geringer Luftwiderstand angestrebt. Dieser setzt sich aus der Querschnittsfläche und dem Luftwiderstandsbeiwert zusammen. Während die Querschnittsfläche durch Art und Größe des jeweiligen Fahrzeugs bestimmt wird, kann der Luftwiderstandsbeiwert sowohl über die generelle Formgebung als auch über zahlreiche Details optimiert werden.

So wird der Luftwiderstand zu etwa 40 Prozent durch die Proportionen und die Form eines Fahrzeugs beeinflusst, wobei jeweils ein Viertel dieses Anteils auf die Oberflächenbeschaffenheit sowie auf Details wie Spiegel, Leuchten, Kennzeichen oder Antennen entfallen. Weitere 10 Prozent des Gesamtwiderstands resultieren aus Funktionsöffnungen, die Luft gezielt an die Bremsen, den Motor oder das Getriebe leiten. Mit weiteren 20 Prozent trägt der Unterboden zum Luftwiderstand bei, 30 Prozent sind den Rädern und Radhäusern zuzuordnen.

Optimierte Luftführung im Bereich der Radhäuser: Air Curtain.

Die wirklichkeitsgetreue Nachbildung der Straßenfahrt mithilfe eines bewegten Bodens und drehenden Rädern unter auch im Modellmaßstab physikalisch korrekten Randbedingungen versetzt die Aerodynamikentwickler der BMW Group erstmals in die Lage, das hohe Optimierungspotenzial im Bereich der Radhäuser im Detail zu erkennen und konsequent zu nutzen. Aktuell wird daher im Aerolab an der Entwicklung einer neuen EfficientDynamics Maßnahme gearbeitet, die eine gezielte Luftführung im Bereich des Frontends bewirkt und damit für einen reduzierten Luftwiderstand sorgt.

Diese Innovation umfasst Öffnungen im äußeren Bereich der Frontschürze, durch die einströmende Luft in zwei Schächte geleitet wird. Sie sind etwa 10 cm hoch und 3 cm breit und werden so gestaltet, dass die Strömung jeweils entlang der Innenseite der Frontschürze in einem geschlossenen Kanal bis in die Radhäuser geleitet und dort beim Wiederaustritt durch eine sehr schmale Öffnung mit hoher Geschwindigkeit knapp an den äußeren Radflanken vorbeigelenkt wird. Der austretende Strahl legt sich wie ein Vorhang seitlich über die Vorderräder und wird daher als Air Curtain bezeichnet. Der Air Curtain verringert den Luftwiderstand durch eine verbesserte Abdeckung der Vorderräder. Dieser Effekt ist im Aerolab deutlich zu messen.

Die aerodynamische Abschirmung der Vorderräder erfolgt ohne den Einsatz von zusätzlichen Bauteilen im Bereich der Radhäuser. Von außen sind lediglich die zusätzlichen Öffnungen an der Frontschürze erkennbar. Der Air Curtain stellt daher eine unauffällige, aber überaus wirksame EfficientDynamics Maßnahme dar. Die Weiterentwicklung des Air Curtain zur Serienreife ist nur dank der neuen technischen Möglichkeiten im Aerolab der BMW Group möglich.

Aerodynamik und Design im Kontext der Entwicklungsstrategie EfficientDynamics.

Schon aus der sportlichen Historie der Marke wird ersichtlich, dass die Optimierung der Luftströmung als Mittel zu mehr Effizienz und Fahrdynamik für BMW Tradition hat. So war die aerodynamische Qualität des BMW 328 Mille Miglia Touring Coupé einer der Faktoren, die schließlich zum Gesamtsieg beim legendären Rennen des Jahres 1940 führten. Seitdem basierten viele Erkenntnisse über aerodynamische Zusammenhänge auf Erfahrungen, die im Rennsport gesammelt wurden. Davon profitiert auch die Entwicklung von Serienfahrzeugen. In enger Abstimmung arbeiten Designer und Aerodynamikentwickler gemeinsam daran, die gewonnenen Erkenntnisse in die Gestaltung neuer Modelle einfließen zu lassen. Die entsprechenden Fortschritte sind bei jeder neuen Modellgeneration messbar und auch im Fahrverhalten erlebbar.

In einem offenen Fahrzeug sind sie darüber hinaus auch deutlich spürbar. Cabrios und Roadster der Marke BMW zeichnen sich traditionell durch eine horizontal ausgerichtete, flache Brüstungslinie aus. Charakteristisch ist auch der großzügige Abstand zwischen dem Frontscheibenrahmen und den Köpfen des Fahrers und des Beifahrers, der vor allem aus der weit zurückversetzten Sitzposition resultiert. Das einzigartige Fahrerlebnis in einem offenen BMW schließt daher den intensiven Kontakt mit dem Fahrtwind ein. Umso anspruchsvoller gestaltet sich die Aufgabe, zwischen dem genussvollen Frischlufterlebnis und störenden Zuglufteinflüssen im Innenraum zu differenzieren. Der Fahrtwind wird gezielt gelenkt, um die Freude am Fahren zu steigern, statt sie zu beeinträchtigen.{mospagebreak}

Aerodynamik als Basis für Erfolge im Motorsport.

Der BMW 328 beeindruckt noch heute durch die konsequente Umsetzung von Prinzipien, die auch in der modernen Entwicklungsstrategie EfficientDynamics einen hohen Stellenwert einnehmen. Schon damals war klar, dass sich eine optimierte Effizienz auch auf die Dynamik des Fahrzeugs positiv auswirkt. So wurde es möglich, mit vergleichsweise geringer Motorleistung ein Höchstmaß an Fahrdynamik und Wettbewerbsfähigkeit im Rennsport zu erzielen. Das Serienfahrzeug des BMW 328 ist zudem ein prägnantes Beispiel für konstruktiven Leichtbau und Aerodynamik. Neben einem nahezu vollständig glatten Unterboden wies dieses Fahrzeug auch abgedeckte Hinterräder auf. Das Siegerfahrzeug der Mille Miglia besaß darüber hinaus eine konsequent aerodynamisch gestaltete Aluminiumkarosserie.

In den 1930er-Jahren verfügte BMW noch nicht über eine aerodynamische Versuchseinrichtung. Dennoch nutzen die Entwickler schon damals die modernsten verfügbaren Methoden und aktuellste wissenschaftliche Erkenntnisse aus dem Bereich der Strömungsforschung. Die Zusammenarbeit zwischen BMW und dem Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren (FKFS) brachte sowohl die Wissenschaft als auch die Entwicklung von Rennsportfahrzeugen maßgeblich voran. So verfügte der damals im FKFS eingesetzte Windkanal als absolutes Novum der damaligen Zeit bereits über ein Laufband, mit dem die Strömungsverhältnisse auf der Straße simuliert werden konnten. Auch in der methodischen Vorgehensweise legten die BMW Ingenieure wichtige Grundlagen für nachfolgende Entwicklergenerationen.

Ein Beispiel für die produktive Nähe zwischen Wissenschaft und Fahrzeugentwicklung ist der am FKFS durchgeführte Vergleich zwischen dem BMW 328 Mille Miglia Touring Coupé und einer auf gleicher Basis vom Aerodynamik-Pionier Wunibald Kamm konzipierten Rennlimousine. Beide Fahrzeuge verfügten über eine Grundform, die an das Prinzip von Flügelprofilen angelehnt war. Während das Touring Coupé die nach dem Stromlinienforscher und einstigen Luftschiffer Paul Jaray benannte Linienführung mit dem damals üblichen lang auslaufenden Heck aufweist, zeichnet sich die Kamm-Version durch ein gekürztes Tragflügelprofil aus. Bei den Vergleichsmessungen und Optimierungen wurden wichtige Hinweise für weiter gehende Forschungen, aber auch unmittelbar in der Motorsportpraxis anwendbare Erkenntnisse gewonnen.

BMW Roadster: klassische Proportionen, markentypische Formen.

Die lange und erfolgreiche Tradition der BMW Roadster beeinflusst auch aktuelle Modelle der Marke. So wird das Design des neuen BMW Z4 sowohl von den klassischen Proportionen eines offenen Zweisitzers als auch von der markentypischen Formensprache geprägt. Die anspruchsvolle Flächengestaltung verleiht dem jüngsten Vertreter der BMW Roadstergeschichte eine aus jeder Perspektive erkennbare spannungsvolle Eleganz. Sein Erscheinungsbild entspricht einer aus einem Guss geformten Fahrzeugskulptur.

Als moderne Interpretation des klassischen Roadsters weist der neue BMW Z4 die typische Kombination einer langen Motorhaube mit einem weiten Radstand, groß dimensionierten Rädern, knappen Überhängen und einer tiefen Fahrerposition nahe der Hinterachse auf. Das daraus resultierende Fahrerlebnis wird durch das Design des Zweisitzers authentisch visualisiert.

Der neue BMW Z4 verkörpert die seit Jahrzehnten gepflegten klassischen Roadster-Proportionen. Darüber hinaus werden auch im Detail bewährte Merkmale aufgegriffen. Ähnlich wie einst bereits der BMW 328 weist auch der neue BMW Z4 einen geglätteten Unterboden auf. Damit werden Verwirbelungen, die den Luftwiderstand beeinträchtigen, auf ein Minimum reduziert. Zugleich wird die Strömung, die zur Kühlung von Antriebs- und Fahrwerkskomponenten wie Bremsen, Abgasanlage oder Hinterachsgetriebe erforderlich ist, noch gezielter gelenkt.

• Teil 2: »Technologietag

Fotos (c) BMW AG