Nuova BMW Serie 3 (G20): focus tecnico sulla dinamica

BMW Serie 3 G20

Nuova BMW Serie 3 (G20): focus tecnico sulla dinamica – Affinamenti tecnici a telaio, sospensioni e sterzo ne hanno incrementato le performance dinamiche e il piacere di guida. Vediamo insieme cosa si nasconde sotto la pelle della settima generazione.

Fin dal 1975, anno nel quale è nata, la BMW Serie 3 si è sempre contraddistinta per la sua superiore dinamica e per l’elevato piacere di guida offerto. Tralasciando qualche piccola modifica non sempre apprezzata dai più esperti e appassionati – vedi l’introduzione di un sterzo con servoassistenza elettrica o di quello a rapportatura variabile – in tutte le sue precedenti 6 generazioni ha sempre saputo fregiarsi del titolo di regina dell’handling, titolo che le è rimasto in tasca fino all’arrivo dell’Alfa Romeo Giulia che, come tutti ben sappiamo, è stata in grado di sbaragliare via la concorrenza, riscrivendo le regole in gioco e stabilendo un nuovo termine di paragone contro il quale ogni vettura di li in avanti si sarebbe dovuta confrontare, BMW Serie 3 compresa. Giunta però ora alla settima generazione (G20), sarà riuscita a surclassare la tanto temuta Alfa Romeo Giulia o per lo meno a vanificare il gap prestazionale, riprendendosi lo scettro di regina dell’handling? Cerchiamo di scoprirlo insieme con questo focus tecnico. Seppur in apparenza molto simile, la nuova BMW Serie 3 (settima generazione = G20) si differenzia non poco rispetto alla sua diretta discendente la BMW Serie 3 (sesta generazione = F30). Le principali modifiche posso essere riassunte in tre grandi categorie: dimensioni e peso della nuova piattaforma, rigidezza del telaio e dei sottotelai e geometrie di sterzo e sospensioni. Differenze che sono state introdotte con l’unico scopo di conferire alla vettura una migliore aderenza in curva, una maggiore agilità e risposta, un comfort superiore e una esperienza di guida unica. Ma andiamo con ordine.

BMW Serie 3 G20

Maggiori dimensioni, superiore rigidezza ma minore peso

Per prima cosa la nuova BMW Serie 3 (G20) è cresciuta un po’ in tutte le dimensioni più importanti: è più lunga di 7,6 cm, è più larga di 1,6 cm, ha un passo maggiorato di 4,1 cm e ha carreggiate allargate rispettivamente di 2,1 cm davanti e di 4,3 cm dietro. Grazie però all’utilizzo della nuova piattaforma CLAR di BMW e all’adozione di materiali più leggeri come l’alluminio, l’acciaio ultraresistente, la fibra di carbonio e persino il magnesio è riuscita persino a contenere le masse in gioco nonostante le maggiori dimensioni strutturali. Nello specifico la nuova Serie 3 fa registrare un peso inferiore di ben 55 kg, risultato al quale hanno contribuito la scocca nuda (-20 kg), le sospensioni anteriori, il telaio ausiliario del motore e la culla dell’assale anteriore realizzati in alluminio (-7,5 kg), il cofano motore e i pannelli laterali anteriori anche questi realizzati in alluminio (-15 kg) e il differenziale posteriore(-7 kg).

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Riduzione del peso che non ha inficiato ne la distribuzione delle masse, che fa registrare un bel 50:50 tra anteriore e posteriore, ne la rigidezza torsionale e flessionale della vettura che, invece, è cresciuta, facendo segnare un +25% come valore complessivo ma che in alcuni punti – come per esempio nel tetto e negli attacchi delle sospensioni – ha raggiunto persino un +50%, abbattendo notevolmente le piccole deformazioni nocive nei punti più importanti della carrozzeria. A tutto questo si aggiunge un baricentro o centro di gravità più basso di 1 cm, maggiori valori di camber o campanatura per le ruote e minori valori di masse non sospese grazie all’uso significativo dell’alluminio nelle sospensioni anteriori e posteriori (cuscinetti, supporti e bracci di controllo). Insomma tutti miglioramenti che concorrono ad accentuare la tenuta di strada e a ridurre il rollio in curva così da rendere questa vettura più leggera, più rigida, più veloce, più agile, più precisa e, probabilmente, più divertente rispetto a qualsiasi generazione precedente.

Ma cosa comporta avere un telaio più largo e un baricentro più basso da terra? Semplice, un minore trasferimento di carico, un minore rollio, una maggiore tenuta o grip laterale e un superiore piacere di guida tanto nei cambi di direzione quanto nelle fasi di percorrenza di curva. E tutto questo come mai avviene? Semplice, la spiegazione sta nell’effetto del trasferimento di carico sugli pneumatici. Su un veicolo fermo agisce, infatti, solo la sua forza peso che si ripartisce sulle ruote in maniera più o meno omogenea a seconda della posizione del baricentro. Semplificando possiamo dire che il peso si distribuisce equamente tra i lati destro e sinistro del mezzo e quindi il carico verticale sarà uguale su ogni singola ruota. Quando però entriamo in curva la forza centrifuga porta ad un trasferimento di carico dall’interno curva verso l’esterno curva che genera una riduzione di carico verticale sulle ruote interne e un eguale aumento di carico sulle ruote esterne. Peccato però che la stessa cosa non avvenga per la forza di attrito che intercorre tra pneumatici e asfalto perché il coefficiente che lega la forza laterale esplicabile dallo pneumatico al carico verticale agente su di esso non è costante. Infatti, per uno pneumatico non è vero che se raddoppiamo il carico verticale allora la forza di attrito raddoppierà ma se aumentiamo il carico verticale allora la forza laterale esprimibile dallo pneumatico aumenterà, ma non proporzionalmente.

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Fonte: http://meccanicadelveicolo.com/

Quindi il trasferimento di carico che avviene una volta entrato in curva, genera si un eguale trasferimento di carico dall’interno verso l’esterno ma non genera purtroppo un eguale trasferimento di tenuta o grip laterale tra l’interno e l’esterno. O meglio, sebbene la quantità di carico verticale perso dalla ruota interna sia pari a quella guadagnata dalla ruota esterna, la perdita di aderenza della ruota interna non è controbilanciata da un pari aumento di aderenza della ruota esterna. Pertanto, complessivamente, l’assale subirà una diminuzione della massima aderenza disponibile rispetto a prima che avvenisse il trasferimento di carico cioè rispetto a prima che la vettura entrasse in curva. Come se non bastasse, maggiore sarà il trasferimento di carico tra interno ed esterno, maggiore sarà la perdita di forza laterale esplicabile dall’assale rispetto al caso statico. Allargando però la carreggiata, aumenta il braccio a disposizione delle ruote per controbilanciare il momento ribaltante dovuto alla forza centrifuga. Questo vuol dire che, con una carreggiata allargata, il trasferimento di carico tra la ruota interna e quella esterna sarà minore. Ecco perché si tende a fare vetture con una maggior carreggiata e un maggior passo. Non va però dimenticato che un risultato simile si potrebbe ottenere riducendo l’altezza da terra del baricentro perché, diminuendo il braccio al quale la forza centrifuga si applica, si riuscirebbe ad ottenere un eguale riduzione del trasferimento di carico in curva cosi da incrementare l’aderenza laterale a disposizione dell’assale.

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Fonte: http://meccanicadelveicolo.com/

A cosa serve un telaio con una maggiore rigidezza torsionale e flessionale? Un telaio morbido o cedevole tende a non rispondere bene agli input dello sterzo perché la sua flessione durante i movimenti della vettura si configura come un’altra molla sulla quale noi non abbiamo nessun controllo e che, innescando una vera e propria deformazione elastica, porta a spostare anche se di poco i punti di applicazione delle sospensioni, modificandone di conseguenza tutti gli angoli caratteristici, definiti in fase di progetto. Ecco perché per ridurre il rollio in curva non va semplicemente incrementata la durezza delle molle ma va sempre considerata anche la rigidezza flessionale e torsionale del telaio. Per questo motivo sulla nuova BMW Serie 3 gli ingegneri hanno deciso di modificare il loro iter di modellazione del telaio, non andando più a misurare la rigidezza del telaio a livello delle sospensioni ma partendo direttamente dal manto stradale per arrivare fino a quanto percepisce direttamente il conducente.

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Fonte: http://meccanicadelveicolo.com/

Geometrie riviste e innovative sospensioni

Fin dal primo sguardo si potrebbe pensare che la nuova Serie 3 adotti la stessa tipologia di sospensioni già viste sulla sua antenata Serie 3 (F30) ma, secondo quanto riferitoci dai tecnici, le novità hanno interessato anche questo settore. Certo, la tipologia di geometria adottata è rimasta la stessa – all’anteriore una sospensione di tipo McPherson a doppio snodo o ad asse di sterzo semi virtuale e al posteriore una sospensione di tipo Multilink a cinque leve – ma ne sono stati modificati non solo gli angoli principali (campanatura (Camber), convergenza (Toe), incidenza (Caster), King-Pin e i bracci a terra (longitudinale e trasversale)) ma anche i materiali utilizzati per la realizzazione di queste sospensioni, cosi da abbassare i valori delle masse non sospese, e gli stessi ammortizzatori che ora si ripropongono con una tipologia a smorzamento variabile che variano la loro risposta in base a quanto si muove la ruota rispetto alla carrozzeria. Ma cerchiamo di capirci meglio. I nuovi ammortizzatori, denominati “lift-related”, sono una particolare tipologia di sospensioni a smorzamento variabile in grado di variare continuamente e in modo progressivo la propria risposta in base alla corsa della stessa sospensione. Per farlo sfruttano al proprio interno un ulteriore smorzamento idraulico che nel caso della sospensione anteriore funziona in fase di estensione mentre nel caso della sospensione posteriore funziona in fase di compressione.

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Come funzionano e sono progettate le sospensioni “lift-related”? Al posteriore troviamo un ammortizzatore all’interno del quale vi è una camera più piccola al cui interno va a tuffarsi uno smorzatore aggiuntivo ma solamente durante la fase di compressione. Se la vettura è, infatti, ferma o scarica allora lo smorzatore aggiuntivo rimane fuori dalla camera più piccola ma se si aggiunge del carico sulla vettura o si intraprende un percorso ricco di curve che provoca inevitabilmente un trasferimento di carico allora questo smorzatore aggiuntivo va a infilarsi all’interno della camera più piccola, generando un maggiore ma graduale smorzamento. Lo smorzatore, inoltre, non ha bisogno di immergersi completamente all’interno della camera più piccola. Basta, infatti, una compressione di circa 2 o 3 cm rispetto ai 10 cm a disposizione per causare una specie di condizione di stallo nella camera principale a causa della rapida diminuzione di area tra il pistone più piccolo e le pareti della camera principale. In questo modo si generano forze di smorzamento superiori ancora prima che lo smorzatore aggiuntivo si tuffi nella camera più piccola. Così facendo gli ammortizzatori posteriori agiscono per aumentare le forze di smorzamento anche del 50% ma solo verso la fine della corsa di compressione. Un discorso analogo può essere fatto per l’anteriore dove però questa particolare tipologia di sospensioni lavora solamente in estensione e non in compressione. In questo caso lo smorzatore aggiuntivo va ad inserirsi all’interno di una camera più piccola soltanto quando la sospensione si solleva, così da incrementare anche in questo caso le forze di smorzamento in modo graduale. Come per il posteriore, anche all’anteriore quindi gli ammortizzatori, pur generando fin da subito delle forze di smorzamento superiori, agiscono per aumentare le forze di smorzamento anche del 50% ma solo verso la fine della corsa di estensione.

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Ma cosa è una sospensione a doppio snodo o ad asse di sterzo semi virtuale? E’ una sospensione nella quale il braccio inferiore è sdoppiato con due punti di attacco sul portamozzo che permettono di realizzare una sospensione con asse di sterzo semi-virtuale. “Virtuale” perché non passa tramite due cerniere fisiche, ma tramite una cerniera fissa (quella superiore) e una cerniera che è il punto di intersezione dei prolungamenti dei due braccetti inferiori, punto che è variabile a seconda dell’angolo di sterzo. “Semi” perché la cerniera virtuale è solo quella inferiore. Le sospensioni ad asse di sterzo semi-virtuale, nascono per offrire una diversa risposta dello sterzo in relazione alla velocità e all’angolo di sterzata che viene impostato dal guidatore. Tutto questo al fine di garantire la prestazione massima della gomma, massimizzando la capacità di contrastare i carichi trasversali a cui la gomma è soggetta durante la percorrenza della curva. Questo sistema è volto principalmente a consentire percorrenze più veloci e sicure delle curve, nonché uno sterzo preciso e diretto. Con questa soluzione la cerniera virtuale inferiore è molto vicina al centro ruota (cosa impossibile con una cerniera fisica), riducendo drasticamente il braccio a terra trasversale, cioè la distanza tra il punto di intersezione del prolungamento dell’asse di sterzo con il terreno e il centro del battistrada. Questo comporta quindi una minore sensibilità del volante alle irregolarità della strada e alle frenate (effetto filtrante), essendo minore il braccio di forza che agisce sulla ruota. Un altro vantaggio è la possibilità di avere una diversa incidenza (caster) tra la ruota esterna e la ruota interna a seconda dell’angolo di sterzo e dell’escursione della sospensione e quindi di poter controllare anche il valore del braccio a terra longitudinale: questo consente ad esempio di evitare un eccessivo ritorno di sterzo nelle curve, a vantaggio della facilità di guida. Mentre rimane invariata la caratteristica di recupero di camber in curva, che permette alla ruota esterna di inclinarsi il meno possibile rispetto alla strada, quando la cassa è in fase di rollio. Si può, infatti, notare come il mozzo della ruota abbia un movimento di roto-traslazione, facendo tra l’altro lavorare in modo intensivo (a flessione oltre che a rotazione) gli elastomeri presenti nelle boccole.

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In BWM ci tengono poi a precisare che, optando per il pacchetto M-Sport, si possono ottenere sospensioni più performanti, grazie a rinforzi aggiuntivi sul telaio, molle più rigide, barre antirollio più rigide, cuscinetti più rigidi e un più elevato grado di campanatura delle ruote. Sospensioni che garantiscono forze di smorzamento circa il 20% maggiore dei valori riscontrati con la sospensione standard sopratutto durante la compressione veloce e il rimbalzo e un ulteriore abbassamento di ben 10 mm dell’altezza di marcia della vettura sempre rispetto alla sospensione standard. Per i più esigenti, inoltre, sulla nuova Serie 3 si può optare per le sospensioni adattive M che combinano le caratteristiche delle sospensioni M-Sport con la tecnologia del controllo elettronico della sospensione. Questa particolare tipologia di sospensione è in grado di fornire una forza di smorzamento a ciascuna ruota continuamente variabile grazie allo sfruttamento di valvole a regolazione continua. Anche questa tipologia di sospensione è stata ulteriormente aggiornata rispetto a quelle presenti sulla precedente Serie 3 (F30) grazie all’adozione di nuove valvole a regolazione continua e di un algoritmo di controllo ottimizzato, che ora consente anche il controllo delle forze di smorzamento in modo dipendente dal carico sulla sospensione stessa. Infine, per migliorare ulteriormente la dinamica della nuova Serie 3, gli ingegneri hanno pensato bene di realizzare un assale posteriore il cui camber rimanesse sempre neutro rispetto alla corsa della ruota così da mantenere il retrotreno sostanzialmente sterzante.

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Miglior feedback allo sterzo

Tra i numerosi miglioramenti non poteva di certo mancare qualche novità anche a livello del sistema di sterzo e, nella fattispecie, del tanto criticato servosterzo elettrico. Quasi tutti gli appassionati, infatti, ne criticavano il cattivo feedback trasmesso dallo sterzo al guidatore, il quale non aveva mai tramite il volante la reale sensazione di aderenza delle ruote anteriori. Per questo motivo gli ingegneri bavaresi hanno pensato bene di apportare alcune modifiche così da migliorare il feedback trasmesso. Per capire però il valore di feedback trasmesso ci si deve rifare al momento di autoallineamento dello sterzo cioè alla coppia che tende a riallineare il volante e che percepiamo in fase di sterzatura, una coppia che scaturisce non solo dal carico verticale agente su quella sospensione ma anche dalle forze tangenziali che si sviluppano sullo pneumatico. Ed è esattamente quanto hanno fatto gli ingegneri dell’Elica andando a misurare la coppia trasmessa al volante durante una determinata accelerazione laterale del veicolo. Una volta calcolata la coppia e determinato il valore che volevano ottenere, gli ingegneri hanno deciso di aumentare il braccio a terra longitudinale cioè la distanza, calcolata a livello del piano stradale, tra i due punti identificati dall’asse verticale passante per il centro ruota e dall’asse di sterzo. Questa distanza identifica il braccio sul quale agiscono le forze laterali esercitate tra pneumatico e manto stradale.

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Perché hanno deciso di aumentare il braccio a terra longitudinale? In caso di braccio longitudinale a terra positivo, le forze laterali che il suolo trasmette allo pneumatico in curva tendono ad autoallineare lo sterzo. Inoltre, un braccio longitudinale a terra positivo stabilizza il veicolo su traiettorie rettilinee in quanto anche la forza di resistenza al rotolamento tende ad autoallineare le ruote. C’è però da precisare che il momento di autoallineamento, poc’anzi citato come grandezza legata al feeling di guida, è strettamente connesso anche alla guidabilità e quindi all’handling del veicolo, in quanto un volante “vuoto” non dà al guidatore la sensazione di cosa stia succedendo al veicolo in curva con conseguente possibile perdita di controllo. Infine, incrementando il braccio a terra longitudinale e quindi l’angolo di caster si riescono a far ottenere alla ruota esterna alla curva condizioni di camber negativo durante una manovra di sterzatura, incrementando in tal modo la tenuta in curva dell’asse. Grazie a queste modifiche la coppia al volante è stata migliorata di circa il 10% rispetto alla precedente Serie 3 così da fornire al guidatore un miglior feedback che gli consenta di capire il reale livello di aderenza dell’assale anteriore e se la vettura stia incappando o meno in un sottosterzo o un sovrasterzo.

BMW Serie 3 G20

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Proseguendo, infine, il discorso sul sistema di sterzo e sulla sua servoassistenza, non ci è dato sapere quanto la servoassistenza sia stata ricalibrata su questa nuova Serie 3 (G20), assistenza elettrica spesso accusata di filtrare le informazioni inviate dalle ruote al volante. Una cosa certa però è che la Casa dell’Elica ha lavorato intensamente sullo sterzo ad assistenza variabile per renderlo meno criticato sopratutto dai puristi. Nello specifico è stata adottata una nuova cremagliera a rapporto variabile molto più precisa ma meno nervosa. Cerchiamo di capirci meglio. Al centro della cremagliera, i denti dell’ingranaggio sono vicini tra loro, il che significa che il rapporto tra il movimento del volante e quello della ruota è relativamente piccolo, rendendo lo sterzo meno sensibile quando si guida sul dritto ad alte velocità. Per angoli di sterzo maggiori, sfruttati quando si affrontano curve più simili a un tornante o a quelle che si è soliti trovare su una tortuosa strada di montagna, i denti del pignone si innestano con i denti della cremagliera via via più distanziati, generando in questo modo un maggiore rapporto tra il movimento del volante e quello della ruota e quindi uno sterzo più diretto e rapido. Il nuovo sterzo, insomma, attenua la transizione da un rapporto di sterzata elevato al centro a un rapporto di sterzo inferiore agli estremi, aumentando gradualmente la spaziatura degli ingranaggi. Infine, lo stesso sterzo beneficia anche di una minore distanza o braccio di leva tra l’estremità del tirante dello sterzo e l’asse dello sterzo. Tutte scelte progettuali che puntano a migliorare ulteriormente il feedback trasmesso al volante.