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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 320i 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.

BMW WindkanalModerne 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.

Modellwindkanal Aerodynamisches VersuchszentrumEffizient 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.

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.

 

Technische Daten im Vergleich

 

 

BMW 320i Cabrio
(1987)

BMW 320i Cabrio
(2009)

Karosserie

 

 

 

Anzahl Türen/Sitzplätze

 

2/4

2/4

Länge/Breite/Höhe (leer)

mm

4.325/1.645/1.370

4.580/1.782/1.384

Radstand

mm

2.570

2.760

Spurweite vorne/hinten

mm

1.407/1.415

1.500/1.513

Leergewicht nach DIN

kg

1.280

1.595

Zuladung nach DIN

kg

400

430

zul. Gesamtgewicht

kg

1.680

2.025

Kofferrauminhalt bei offenem/geschlossenem Dach

l

312/312

210/350

 

 

 

 

Aerodynamik

 

 

 

Luftwiderstandsbeiwert cx

Dach geschlossen

0,39

0,27

Querschnittsfläche A

m2

 

1,86

2,08

 

 

 

 

Motor

 

 

 

Bauart/Zylinder

 

Reihe/6

Reihe/4

Hubraum

cm3

1.990

1.995

Leistung (bei Drehzahl)

kW/PS (min–1)

95/125 (6.000)

125/170 (6.700)

max. Drehmoment (bei Drehzahl)

Nm (min–1)

164 (4.300)

210 (4.250)

Verdichtung

 

8,8 : 1

12 : 1

 

 

 

 

Fahrwerk

 

 

 

Vorderradaufhängung

 

Ein-Gelenk-Federbeinachse
mit Vorlaufversatz,

kleiner positiver Lenkrollradius, Querkraftausgleich, Bremsnickreduzierung

Aluminium-Doppelgelenk-Zugstrebenachse
mit Federbeinen,
Querkraftausgleich, Bremsnickreduzierung

Hinterradaufhängung

 

Einzelradaufhängung an Schräglenkern, getrennte Federn und Dämpfer, Anfahrnickausgleich

Stahl-Leichtbau-Fünflenker-
Achse mit jeweils zwei Einzellenkern oben und unten, Karosserieanbindung über Schubstreben, Anfahr- und Bremsnickausgleich

Bremsen vorn

 

Einkolben-Faustsattel-Scheibenbremsen

Einkolben-Faustsattel-Scheibenbremsen

Durchmesser

mm

 

312 x 24

Bremsen hinten

 

Trommelbremsen

Einkolben-Faustsattel-Scheibenbremsen

Durchmesser

mm

300 x 20

Fahrstabilitätssysteme

 

ABS (optional)

Dynamische Stabilitäts Control (DSC) einschl. Traktionsmodus (DTC), ABS und Dynamischer Bremsen Control (DBC)

Lenkung

 

Zahnstangen-Servolenkung

elektromech. Servolenkung (EPS)

Getriebeart

 

5-Gang-Handschaltgetriebe

6-Gang-Handschaltgetriebe

Reifen

 

195/65 R14 H

225/45 R17 91W RSC

Felgen

 

5 ½ J x 14/Stahl

8J x 17/Leichtmetall

 

 

 

 

Fahrleistungen, Verbrauch

 

 

 

Beschleunigung 0–100 km/h

s

11,5

9,1

Höchstgeschwindigkeit

km/h

195

228

Verbrauch nach EU insgesamt

l/100 km

ca. 11,2

6,9

 

Aerodynamischen Versuchszentrum der BMW Group

Aerodynamisches Versuchszentrum
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Quelle: BMW Presse-Information vom 22.06.2009


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