突破傳統的新一代 M-Power -- F80 M3 Sedan/F82 M4 Coupe - 技術細節的介紹

2014/06/26 14:39

突破傳統的新一代 M-Power -- F80 M3 Sedan/F82 M4 Coupe - 技術細節的介紹
文轉:小老婆汽機車俱樂部
作者: Singer

摘要:
看過了大魔王精采的搶先報導與熱血試駕, 是不是覺得意猶未盡呢? 2014 BMW M3 土耳其熱血試駕 -- 2014 BMW M3/M4 (F80/F82) M Power 一向是 Bimmer 心中的精神領袖與當代 Sports Car 的性能指標,每一次的進化, ...



看過了大魔王精采的搶先報導與熱血試駕, 是不是覺得意猶未盡呢?

[採訪] [新車搶先看] 2014 BMW M3

[採訪] [新車搶先試] 土耳其熱血試駕 -- 2014 BMW M3/M4 (F80/F82)



M Power 一向是 Bimmer 心中的精神領袖與當代 Sports Car 的性能指標,每一次的進化, 往往都引領著時代的潮流, 以及帶入最新的科技.尤其是賽事導向的 M3/M4 Series, 更是 BMW 最重視與投注最多心力一塊,也每每在國際賽事上都能不斷的拿到好成績…



那新一代的 M4 Coupé (F82) / M3 Sedan (F80) 究竟有什麼特別的地方,

以及實際上相對應的表現如何呢? 就讓 Jodo 分為兩個主題來評析吧!

- 技術細節的介紹

- 實際道路與賽道體驗




“創新強勁的引擎科技” 以及 “全面輕量化 Lightweight 設計”

是新一代的 M4 Coupé (F82) / M3 Sedan (F80) 最重要的兩大設計主軸.尤其是所謂輕量化 Lightweight 部分, BMW M GmbH考量了車身所有重要部件,所以不論是重心, 操控, 反應, 剛性等等性能表現, 都有著全面性的提升.

所謂魔鬼就在細節裡, 讓我們慢慢看下去吧!(註: F82/E92 規格表來自於台灣總代理)


首先, 我們來看看歷代 M3 在規格上的差異吧! (拿雙門車款來做比較),就車身尺碼來說, 歷代的 M3 都不斷的在長大… M4 Coupé (F82) 也不例外.軸距以及前後輪距也不斷拉長, 在操控上就是有著更穩定的高速表現, 以及彎道極限更為推升了...但車身尺碼的加大, 更豪華的配備, 以及為了符合更安全的碰撞標準, 車重也逐漸加大到了 E92 的 1600Kg… 這對於著重於輕量化與賽道表現的 M Power 設計理念來說卻是背道而馳的,不過 E92 M3 在高速穩定性以及賽道性能上的確比起之前世代又更為精進,新一代的 M4 Coupé (F82) 該如何突破呢?我們可以由規格上看出一點端倪~

1) 車高 (1383mm) 回到 E46 M3 的水準, 代表著車身重心的降低

2) 車重 (1537kg) 比起 E92 M3 要輕了大概 70kg (甚至比 E46 M3 還輕), 在尺碼放大之下還有這樣的輕量成果, 這真的很不容易~ E92 M3 時代其實已經用上了許多輕量化的科技, 包括鋁合金車體材質以及 Carbon 車頂等等, M4 Coupé (F82) 要怎麼做到這 70kg 的節省呢? 等等會有比較詳細的說明!

整體上來說, M4 Coupé (F82) 有點像是 E92 M3 被打扁的樣子! 實車也的確有著類似的感覺. 更寬更長更低的車體, 更寬大的輪胎, 加上更為輕量的車重, 實在很期待在 Istanbul Park 這樣的高速賽道上, 以及低速繞錐的反應到底比起 E92 M3 能再精進多少…



原廠在 Roadshow 現場就大方的擺放了一台 M4 Coupé (F82) 車體透視模型,驕傲的展示了這個世代的全新設計,那我們就先由 M4 Coupé (F82) 的底盤與車體結構設計來說起吧!




在底盤設計方面, M4 Coupé (F82) 仍然承襲著前麥花臣, 後五連桿懸吊的傳統方式, 但這次 BMW M 所帶來的是更為精確, 高剛性與輕量的前後懸吊系統.

全新的 M Servotronic with EPS (Electro Power Steering, 由 ZF 製造) 轉向系統也是必須要提起的重點. 由於全新懸吊設計帶來更準確的轉向與更強的抓地表現, 電子轉向系統也必須要相對應給予 Driver 更多來自路面動態以及輪胎抓地的反應.

不過之前的電子轉向系統普遍有著路感不夠直接甚至模糊的缺點, 全新的 M Servotronic 的確增強了路面的回饋感, 更為 "接近" 傳統的機械式轉向系統.

BMW M 重新設計的 M Servotronic, 除了只有 3.5kg 的重量之外 (遠低於之前的系統), 只有在真正轉向時才作動的設計也帶來了 0.3L/100km 的燃油節省 (此系統並不對轉向不足/過度與爛路做補償, 完全忠實反應).

M Servotronic同樣也提供速度輔助以及三種輔助模式 (Comfort, Sport, Sport+)




更輕量化的鋁合金前後懸掛系統, 涵蓋了支臂, 輪架, 副車架與底板等等, 比起前一代還要再 “各” 輕了 3-5Kg, 首次帶入的魚眼軸承也讓操控回饋更為直接與精確. 另外幾何設計的改變, 也增強了輪胎的抓地表現以及更為穩定的巡跡動態, 同時也讓轉向反應變得更為精準.



CFRP 的引擎室結構桿, 同樣也有著高剛性與輕量化 (低重心) 的優點.

這根只有 1.5Kg 重, 完勝其他的引擎室拉桿…



環繞在整個引擎室的 Carbon 拉桿, 連接著左右避震器塔以及車頭結構, 粗壯的設計帶來的是更高的剛性, 這 Carbon 的紋路也真是好看, 但整隻看來像是條大蟒蛇…XD



有多輕呢? 看了大魔王快樂的表情就知道了… 當然這隻是不能吃的…XD



在車體結構的剛性方面, 同樣也做了相當的提升, 後軸的副車架直接固定在車體結構上 (免除了橡膠襯套的連接方式), 也帶來剛性與操控路感上的提升.



鋁合金的減震桶 (可選配 Comfort, Sport, Sport+ 三種模式的 EDC Adaptive M Suspension), 鍛造鋁圈以及可選配的陶瓷煞車系統, 大大減輕了所謂 “轉動慣量” 與 “簧下重量”, 提供更為輕快的加減速以及操控反應.

實際表現上也是更為成熟了, Comfort 模式下的 Q 彈舒適, 行路質感直逼老大哥 5 Series, Sport/Sport+ 給予了更硬朗的組尼表現, 但絕對不是死硬, 而是更有韌性, 更有支撐的賽道表現.





新一代的 M Carbon Fiber Ceramic Breaks (複合碳纖陶瓷煞車系統), 外觀上比起其他陶瓷煞車不同之處, 在於碟盤的盤面是光亮的, 且有陶瓷破碎的紋路. 前六後四的大卡鉗, 也提供了穩定與均衡的剎車力道.

實際使用上也可以明顯感覺, BMW M 陶瓷煞車在冷車剛起步時的反應也仍相當好 (這是之前陶煞的通病), 溫度上來之後, 煞車力度也是屬於線性的, 前段並不特別猛爆, 但隨著踩踏的深度加大, 隨之而來的煞車力度也迅速提升, 整體上十分好控制.

在賽道實際體驗更能感受這組陶煞的價值! 一個 Round 12 圈激烈操駕之下, 還是沒有衰退的感覺, 散熱快的優點 (配合 M 前保桿內含煞車空氣冷卻管路) 也讓整體溫度並沒有想像中的高…

這一套跟傳統M煞車相比, 能省下多少重量呢? 足足有 13.5 Kg 啊~




新的傳動系統也是十分大膽與創新的表現, 主要有三個部分~

1) 更精準與快速換檔的七速 M-DCT / 六速手排變速箱

2) 更有效率的 Adaptive M Differential 後軸差速器

3) 大幅輕量化與創新的 CFRP 傳動軸


談談 BMW M 所提供的 M-DCT / 手排變速箱~

1) 具備 Drivelogic 的第三代七速雙離合器變速箱 (M-DCT), 整合了更好的起步彈射系統 (Launch Control function), 以及 Stability Clutch Control 系統 (可以在 Under-Steering 下切開離合器, 把車身帶回行車線)

實際操作的感覺, Comfort / Sport 所提供的是較為舒適的換檔反應, 此時接合的速度稍慢, 但幾乎沒有換檔的頓挫感. 但切換到 Sport+ 之後, 高轉下換檔就會有明顯的衝擊感, 但換檔的速度也是非常迅速, 伴隨排氣聲浪下的確是種享受.

2) 六速手排變速箱也有創新的地方~ 除了更快速的換檔反應, 比前一代輕了 12kg 的本體, 退檔自動補油的機制也讓一般使用上更為舒適 (只在 Sport and Comfort 模式下)


而在 Adaptive M Differential 後軸差速器方面, 也具備了幾個特點~

1) 剛性更強且輕量的空心後傳動軸, 提升輸出效率

2) 電子控制的限滑差速器 (LSD), 與 DSC 系統 (Dynamic Stability Control) 連動.

3) 0% - 100% 可變鎖定比例

4) 在 MDM 模式 (M Dynamic Mode) 下能允許較大幅度的甩尾滑胎, 但仍受到 DSC 的安全控制.




創新且大膽使用 CFRP 傳動軸, 也是這次新M4 Coupé (F82) 的一個主要亮點!

跟傳統的傳動軸相較之下, 可以發現幾個重點~

1) One piece 直接連結變速箱與後差速器, 去除了中間的萬向接頭以及其他活動部件, 讓引擎扭力更為直接的傳遞.

2) 比起上一代有著 40% 的輕量化! 且在剛性與強度上更為提升.

3) 受惠於大幅減輕的轉動慣量, 對於加速以及油門反應的效果明顯.

實際測試能上到 330km/h~ 這意味著…破限轉後的 M4 Coupé (F82) 性能嗎?



在車身版件輕量化部份~

鋁合金打造的引擎蓋 (無隔音棉) 與左右葉子板, 可大幅省下 10.6Kg 的重量! 在操控上的意義為, 能大幅降低車頭重心…







CFRP 的車頂首次出現在 E46 M3 CSL 這台超輕量車款上, 而在 E92 M3 / E63 M6 時代成了標準配備 (天窗反而是選配了), 同樣都是為了輕量與低重心的考量. 而這一代不論是 M4 Coupé (F82) / M3 Sedan (F80) 都可以享受得到這個科技~ 另外這次又加上了 CFRP 的車頂結構架, 整體上比起一般車體, 可以省下 5-6Kg 的重量~ 車頂部分位於車體最高的地方, 輕量化意味著更低的重心, 對操控也是正面的!





C-SMC (Carbon-Fiber Shield Molding Compound) 碳纖維後行李箱蓋, 這可是專屬於 M4 Coupé (F82) 的配備. 三層結構, 整合後擾流鴨尾的設計, 整體上比起前一代輕了 5Kg 之多阿! 這又是有助於低重心的表現.

實際上體驗, 這組後行李箱蓋操作起來真的是很輕盈而不現實, 就像是一個塑膠蓋子而已…





座椅的輕量化也是另一個重點! 由外觀上可以看得出來, 這張 M 跑車椅不論是椅背還是坐墊部分都十分的薄, 就如同正式賽車椅般在骨架上直接貼點泡棉…一體成型的背板整合了頭枕與加強的肩膀的支撐, 電動的大型腰部寬度調整機構 (蝴蝶椅) , 適度的腰靠與大腿兩側支撐, 基本的電動八向座椅調整, 高質感的皮革包覆, 這樣比起前一代還是輕了 12Kg 之多…



但 M4 Coupé (F82) 畢竟還是高級跑車, 還是需要兼顧一般使用的條件.

但坦白說相較於上一代的厚實舒適, 這一代實際上的乘坐感的確是偏硬了一些, 不過習慣了賽車椅的 Jodo 反而覺得各方面的支撐性都變好了, 著坐點比起一般版本更低了許多 (重心更低), 也很容易調出適合自己的姿勢. 實際賽道激烈操駕之下, 座椅能夠提供的支撐更好了, 可以讓你更專心於彎道的攻略, 另外低著坐點加上薄型座椅, 更能讓你感受到彎中車身的重心與動態的變化…

就舒適性來說, Jodo 認為還是具有一定的水準, 搭配上 Comfort 的懸吊設定下, 整個行路的質感仍保有新世代BMW 一貫的高級感.




後座背板也是座椅輕量化的一個重點. 同樣是薄形化的設計, 比起前一代又輕了 6Kg, 但實際乘坐真的就是硬…




這個 M 多功能方向盤除了好看之外, 內部也還有玄機. 更輕的鎂合金的骨架, 縮小 8mm 的直徑, 難怪轉起來覺得更快速與直接.




想不到吧! 新一代的 M4 Coupé (F82) 在懸吊, 骨架的輕量化與低重心的設定, 的確是花了不少的心思, 更重要的是, 前後配重依然是維持在 50 : 50, 這也是 M3 Series 一貫的傳統. 而比起 E92 M3, 在激烈操駕上的確有明顯的不同~ 這部分容後再說明.



另一個輕量化的重點就在於引擎的部分了~ E92 M3 雖屬更大的 S65 V8 NA, 但藉由材質上的改善, 已經比 E46 M3 的 S54 L6 NA 輕了 15Kg. M4 Coupé (F82) 雖然改回 L6 引擎, 但同時也增加了渦輪本體與冷卻系統的重量. 即便如此, 運用了更多輕量化科技, 這顆 S55 L6 Bi-Turbo 引擎仍舊比起 E92 V8 要輕了 10Kg 之多… 在重心更低的條件下, 對於操控表現也會更有幫助.



回顧以往, M3 總是堅持自然進氣 NA 的高轉化引擎設定, 來力抗來自 Benz AMG / Audi RS 的大排量 NA 甚至渦輪引擎的競爭.

而 M Power 猛爆直接的動力輸出, 高轉數下激情高亢的引擎怒吼伴隨著特殊金屬撕裂般的排氣聲浪, 都是感官與聽覺上的一大享受~ 這也是 M 迷所津津樂道而死忠追求的夢想.

不過由於越趨嚴苛的環保與節能要求, 以及 Down-size 的市場趨勢, BMW M GmbH 也只能屈就於市場, 開始發展較小排量的 Turbo 引擎投放在 M Car 上 (開始於 X5M/X6M 以及 F10 M5 series…)

那新一代的 M3/M4 該怎麼選擇合適的引擎科技呢? 當初 E92 時代 335i 的 N54/N55 L6 TwinPower 引擎, 雖 “僅” 輸出 306 PS, 但經過彷間的輕度改裝, 要突破 400 PS 並不是難事, 這讓 E92 M3 感受到了強大的壓力! 原廠同時期也推出過 1M Coupé (E82), 搭載 N54 引擎就有 340 PS / 450 N-m 的表現, 賽道上猛爆的表現, 比起 E92 M3 一點都不遜色 (Jodo 曾經實際操駕比較過)

所以, 當 BMW M GmbH 選擇由 N55 引擎來發展新一代的 S55 Bi-Turbo M Power 時, 就不令人意外了.



由這張歷代 M3 引擎的規格表上, 可以看出其實 E92 M3 在 NA 引擎的發展上已經到達接近極致的境界! 來自於 F1 以及 E60 M5 V10 的科技, 105 PS/Liter 的引擎效率, 12.0 : 1 的高壓縮比以及高達 8400rpm 的紅線區, 搭配雙離合器 M-DCT 以及 0-100km/h 4.6s 的性能表現, 要突破實際這個高標準且讓 M Power車迷能夠滿意買單, 這絕對不是容易的事情!

就規格上 431 PS / 550 N-M / 4.1s 0-100 加速的成績單也頗具水準, 但就真的如此而已嗎?



M3 Series 實際上並不是一味追求馬力, 而是整體均衡性與彎道表現的車種. 但每一世代的演進, 在馬力與扭力的提升上都是很明顯的! 新一代 S55 除了在扭力上有顯著的增長之外, 因應市場潮流, 也是 M3 歷史上最環保與節淨的引擎! (油耗比上代改善了 25%, 也提早符合 EU6 的規範)




攤開馬力扭力表後才能真正感受到 S55 厲害的地方. 對比於 E92 M3 S65 V8 引擎數據, S55 Bi-Turbo 引擎的排氣量雖然縮小到只有 3.0L, 馬力也只稍微提高到 431 PS, 但最大扭力直衝 550 N-M (E92 M3 只有 400 N-M), 且高原式最大馬力 (5500-7300rpm) 與最大扭力 (1850-5500rpm) 都有非常…非常…非常…顯著的提升.

特別是由低轉開始就有平順的馬力曲線, 1850rpm 就有最大的扭力表現, 這表示 S55 引擎雖然是高增壓的渦輪引擎 (鋒值 18.1 Psi / 1.25 Bar), 但 Turbo lag 其實並不明顯, 活像是一個大排量的 NA 引擎或是柴油引擎的低轉表現. 這樣的設定在日常生活中以及連續小彎道中的表現都更為合適.

在油門反應的部分, 只要輕點就有強勁的動力回饋, 0-100km/h 只消 4.1s 的加速力道也完勝其他檯面上的競爭對手.

特別是在 Sport / Sport+ 的模式下, 當放開油門的時候, S55 的渦輪還會 “Pre-Tensioned” 維持在高轉速的狀態持續提供正壓, 這讓這具渦輪引擎有著類似 NA 引擎直接的油門反應, 彎道中對於油門的踩放也會更有信心…

這樣的特性在體驗繞錐項目的時候, 就可以明顯感受得出來… 猛爆低轉直線加速, 彎中油門踩放的動力直接輸出, Turbo lag 真的很難感覺的出來, 十分過癮!



再來看看腹內到底還有什麼好料吧!

這可不是直接拿 N55 來改這麼簡單而已…



鋁合金鑄造的輕量化汽缸體, 封閉式水道設計 (Closed-Deck) 提供高剛性的結構, 不使用缸套的設計, 直接在汽缸璧上做 LDS (Lichtbogen Draht Spritzen) Coating 也讓各汽缸能更為緊密的排列.

這部分輕了 2Kg…





為了維持 BMW M Power的傳統, 輕量化的緞造曲軸也具備了高轉運轉的特性.

剛性與抗扭拒的部分也加強了.

這部分比起傳統的 L6 引擎區軸要輕了 3Kg…




輕量化的鍛造活塞與曲軸連桿, 一樣是為了高轉化的設定.



這是整個引擎的剖面圖…

可以大概看到進排氣與缸內直噴的架構, 另外 S55 同樣也具備了 BMW 最引以為傲的 Valvetronic (Variable valve timing) 以及 Double-VANOS (Continuously variable camshaft timing) 機構, 提供更精確的燃油效率與動力輸出.





S55 雖然 BMW 仍然名為 “TwinPower Engine”, 但實際上有別於 N55 的單渦輪雙渦流設計, 反而使用 N54 的雙渦輪 (Twin-Turbo) 設計…

但 S55 所提供的是兩顆一樣的 Mitsubishi 單渦流渦輪增壓器, 可直上 18.1 Psi / 1.25 Bar 的峰值, 具有 Pre-Tensioned 機制 (在 Sport/Sport+ 模式下) 以及電子控制外置排氣洩壓閥, 都能精確控制進排氣壓力, 提供反應更為直接與穩定的動力輸出.





排氣系統除了提供順暢的排氣與適當的回壓之外, 輕量化的處理以及聲效的調整也是重點.

與 E92 M3 相同, 在排氣尾消之前, 兩端管路上都有一個電子式閥門機構, 一般市區走行時關閉, 排氣走進消音桶較長的迴路, 此時的聲浪是安靜的, 適當回壓也有助於低轉時的扭力表現.

當需要強大性能的時候, 閥門會自動打開, 排氣走直接通路排出, 降低排氣壓力讓高轉速的表現更順暢. 依照傳統, BMW M 會針對高轉聲浪做特別調教, 但 S55 為 Bi-Turbo 引擎, 由於排氣渦輪的關係, 沒有辦法營造出 NA 高轉尖銳的撕裂聲浪, 只仍保留著強力低頻的怒吼, 這一點看過 2014 F1 的朋友就可以身身體會的到…XD

另外跟 F10 M5 一樣, M4 Coupé (F82) / M3 Sedan (F80) 也有所謂的 “Active Sound System 主動式音效系統”. 這是由於良好的車內隔音以及不夠熱血的 Turbo 排氣聲浪, 於是透過車內音響系統, “造出” 更為激昂的引擎與排氣聲浪…XD

這看在 Jodo 眼中實在是…只能嘆一口氣~ 還好 M3/M4 所提供的系統只是忠實放大 S55 引擎的真實聲浪, 沒有特別加油添醋…




整體冷卻系統也特別針對 Turbo Engine 做了全新與低重心的設計, 包括了中置的引擎水冷系統, 分置於左右邊的機油冷卻系統以及 M-DCT 變速箱油冷卻系統.





上置式的進氣冷卻器 Intercooler, 比起 N54/N55 的前置中冷設計, 大幅縮短了進氣的管路以及加速進氣的填充時間, 也就是說對於減緩 Turbo lag 的效果是很明顯的. 這就是為什麼引擎蓋又會突起的原因… XD (這又是從 E46 時代就有的傳統)

但面對高達 18 Psi的增壓峰值, 這樣的上置 Intecooler 有足夠的散熱降溫效果嗎? 所以 BMW 設置了水冷系統來精密控制進氣溫度, 達到穩定的馬力輸出.




另外針對賽道上的考量, 整體潤滑系統也針對操駕時激烈的 G 值變化而有更完整的設計. 特別設計的雙迴路機油循環系統, 確保了引擎以及渦輪培林在激烈操駕下的也能持續有潤滑與冷卻的效果.


鎂合金的油底殼, 又再輕了 1Kg… 特殊設計的造型可以在高 G 值的操駕下, 機油還能保持在適當範圍之內, 不至於有順滑不到或造成機油循環上的問題.





特殊且大型的前後空力套件, 一向是 M Power 的註冊商標…

前方大型的進氣口, 除了確保各冷卻系統的散熱效果, 流過機油冷卻器旁的氣流設計, 也能降低前軸的抬升力 (文氏效應), 增強前輪的操控性能.

大型的傳統 M 鯊魚鰓藉著負壓帶出引擎室的熱氣, 可以降低前輪附近的亂流.



特殊的照後鏡設計, 除了有空力上的考量, 也通常是 M Car 的專屬配備.




平整式的車底, 後端帶入分流器 (Diffuser) 的設計, 與後上擾流提供了適當的後軸下壓力.
附上原廠所提供的技術動畫說明~

BMW M4 Coupé Concept Animation - Overall



BMW M4 Coupé Concept Animation - Engine



BMW M4 Coupé Concept Animation - Lightweight






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