L'elettromobilità è una parte integrante della strategia aziendale del BMW Group e per dimostrarlo il Gruppo bavarese ha reso noto il primo bozzetto della vettura elettrica premium che lancerà sul mercato a partire dal 2013. Una vettura spaziosa, pensata e realizzata per essere una vettura elettrica (come ha fatto la Nissan con la Leaf e Renault con la Fluence) con quattro posti disponibili e una autonomia di 160 chilometri.

Una vettura elettrica sviluppata in proprio per rispondere meglio agli standard BMW in grado di soddisfare le esigenze di mobilità del futuro. Una idea di futuro avviata con il Project i, alla fine del 2007 con l'obiettivo a lungo termine di affrontare le sfide future della mobilità individuale con un prodotto rivoluzionario.

Gli sviluppatori del BMW Group, tuttavia, non hanno cominciato il proprio lavoro per il Project i partendo da una pagina bianca. Il lavoro di sviluppo vero e proprio è stato preceduto da una attività di ricerca condotta sulle questioni della mobilità e sulle future esigenze della clientela. I risultati hanno costituito le premesse per la nascita del Megacity Vehicle.

Si tratta di un concetto di mobilità che evidenzia il modo in cui il BMW Group immagina in futuro la mobilità individuale, grazie non solo alle nuove caratteristiche conferite alla propulsione e all'architettura dell'automobile, ma anche grazie all'uso di nuovi materiali e di una produzione semplificata.

La storia del Project i inizia nella primavera del 2008 con la MINI E. È così che il progetto attira per la prima volta anche l'attenzione del grande pubblico. La MINI E con un'autonomia media di 150 km e una potenza di 204 CV non si è limitata a definire nuovi canoni tecnici, ma svolge dal primo momento un importante lavoro pionieristico. L'obiettivo dello sviluppo era quello di consegnare la MINI E nelle mani della clientela al più presto possibile per poter ottenere direttamente dagli utenti preziose conoscenze relative all'uso quotidiano di un veicolo elettrico. Dalla metà del 2009 negli Stati Uniti, in Gran Bretagna e Germania ci sono già clienti che guidano la MINI E e che con le loro esperienze contribuiscono attivamente all'evoluzione di una mobilità a zero emissioni.

In Bmw sostengono che i primi risultati del testing a Berlino e negli Stati Uniti evidenziano che oltre il 90% dei partecipanti non si è sentito limitato nel proprio comportamento di guida dall'autonomia media di 150 km. Anche i tempi di ricarica, contrariamente alle aspettative, non rappresentano una limitazione per i clienti. Nel complesso, il comportamento di chi guida la MINI E si distingue solo marginalmente dal comportamento di utenti di MINI Cooper e BMW 116i. Tutti sottolineano che è molto divertente guidare una MINI E.

Il piacere di guidare e l'elettromobilità non si escludono in alcun modo, ma si conciliano perfettamente. Gli esiti degli studi lasciano intendere che un Megacity Vehicle con un'autonomia lievemente superiore e una maggiore spaziosità è in grado di soddisfare praticamente al 100% le esigenze di mobilità degli abitanti dei grandi centri urbani.

Il motore concepito appositamente per la prima BMW a propulsione esclusivamente elettrica eroga 125 kW/170 CV e mette a disposizione una coppia massima di 250 Nm. Il propulsore elettrico ricava la propria energia da accumulatori agli ioni di litio, anch'essi di concezione completamente nuova, che consentono un'autonomia di circa 160 km nell'uso quotidiano. Sulla base di questo studio concettuale, presentato nel dicembre 2009, nel 2011 il BMW Group intende consegnare nelle mani della clientela un'altra flotta di autovetture elettriche di prova. Questo testing servirà ad approfondire le nozioni già acquisite in merito all'uso quotidiano di autovetture con propulsore elettrico e a fornire ulteriori conoscenze in merito ai desideri della clientela.

Con il Megacity Vehicle (MCV) il BMW Group propone una nuova soluzione per la mobilità sostenibile in ambiente urbano che verrà lanciata sul mercato già nel 2013 con un sottomarchio BMW. L'MCV dispone di un propulsore di nuova concezione e di un'architettura rivoluzionaria che coniuga costruzione leggera, funzionalità ottimizzata dello spazio e massima resistenza all'urto.

"In futuro il comparto premium sarà dominato dalla casa automobilistica che sarà in grado di superare la concorrenza con una produzione improntata alla massima efficienza e al minor consumo di risorse e di offrire ai propri clienti le soluzioni più avanzate ed "emozionali" per una mobilità individuale ecologica. Il BMW Group intende assumere questo ruolo di precursore anche per il futuro" sostengono a Monaco di Baviera. E in una nota di accompagnamento alla presentazione del Megacity Vehicle esprimono anche il Bmw pensiero sull’auto elettrica, che riportiamo qui di seguito.

"La possibilità di muovere vetture con energia elettrica dischiude prospettive di mobilità completamente nuove. Le vetture elettriche non si limitano a consentire uno spostamento locale esente da emissioni e silenzioso, ma convincono anche con un'esperienza di guida molto agile e completamente nuova. Il propulsore elettrico del BMW Group per il Megacity Vehicle offre una potenza molto superiore a 100 kW. La sua particolarità, tuttavia, è che in questo caso la coppia del motore è interamente disponibile dal momento dell'accensione e non deve essere sviluppata dal numero di giri del motore, come invece accade per i propulsori a scoppio.

L'alta coppia disponibile già a vettura ferma assicura alle automobili elettriche una particolare agilità, garantendo valori di accelerazione impressionanti. L'alto numero di giri utile superiore a 12.000 giri/min consente un'erogazione della coppia senza interruzione a tutti i regimi. Questo significa che, con un solo rapporto, una vettura elettrica può accelerare da ferma direttamente alla velocità massima.

Una vettura con propulsore elettrico, tuttavia, non offre semplicemente un comportamento su strada gradevole. La macchina elettrica dispone di una densità di potenza superiore rispetto a un motore a scoppio. Questo significa che in un motore elettrico è possibile tradurre e implementare la stessa potenza in uno spazio più ridotto. Viene meno anche l'esigenza di integrare un sistema di scarico o un complesso circuito dell'aria di ricircolo. Pertanto è possibile integrare il gruppo propulsore compatto in modo ottimale nell'architettura del veicolo. Le dimensioni e i pesi dell'accumulatore di energia, tutt'oggi ineliminabili, limitano tuttavia questo vantaggio: le vetture elettriche necessitano di uno spazio dedicato per alloggiare l'accumulatore di energia relativamente voluminoso. La conversione dalla propulsione a scoppio a quella elettrica altro non è che una soluzione provvisoria e non rappresenta la risposta definitiva alle problematiche dell'elettrificazione della catena cinematica.

Il cuore della propulsione elettrica è costituito dal motore elettrico con la relativa elettronica di potenza che trasforma l'energia elettrica in energia cinetica. Detto in parole povere, l'ultima generazione del motore elettrico del BMW Group consiste in uno statore tubolare fissato rigidamente all'alloggiamento e in un cilindro girevole all'interno dello statore, ossia il rotore, che è collegato con il rapporto di cambio e quindi con le ruote motrici. Nello statore vengono alloggiate le bobine in cui è possibile generare un campo magnetico grazie al flusso di corrente. Sul rotore, viceversa, si trovano uno o più magneti con polarità fissa. Inserendo la corrente elettrica, il polo sud del campo magnetico generato nello statore, figurativamente parlando, attrae il polo nord del magnete del rotore.

Tuttavia, il polo sud passa alla fase successiva prima che il polo nord del rotore raggiunga il polo sud dello statore. Ne consegue che anche il rotore ruota ulteriormente "rincorrendo" il cambiamento dei campi magnetici sullo statore. Con il proprio moto rotatorio, il rotore trasmette l'energia meccanica necessaria per la spinta propulsiva. Il presupposto base per un motore elettrico funzionante e per una capacità prestazionale ottimale è la corretta rotazione dei campi magnetici sullo statore. Questo importante compito viene svolto da una speciale unità di comando: l'elettronica di potenza, che garantisce l'ulteriore inserzione del campo magnetico alla velocità richiesta e con la corretta intensità di campo. In questo modo assicura che il rotore ruoti al numero di giri richiesto, erogando la coppia desiderata.

Per poter mettere in moto il motore di una vettura elettrica occorrono correnti molto alte. Per ogni fase si inseriscono correnti di intensità fino a 400 Ampere, il che equivale grosso modo a 25 volte la corrente massima di una presa domestica. Anche le tensioni si raddoppiano quasi rispetto all'alimentazione elettrica tradizionale dei normali utilizzatori, arrivando anche a 400 Volt. Per accumulare questa energia e metterla a disposizione in caso di necessità, viene utilizzato un gran numero di celle batteria collegate in serie, che vengono suddivise in unità modulari più piccole. Nell'ambito dello sviluppo e della progettazione dell'accumulatore di energia e anche del sistema ad alta tensione della vettura, era importante garantire prima di tutto la sicurezza dei passeggeri. Per questo sono state introdotte numerose misure di sicurezza relative all'accumulatore di energia e al sistema ad alta tensione in grado di assicurare la protezione ottimale dei passeggeri. Approfonditi test di sicurezza dimostrano che vengono soddisfatti tutti i requisiti di legge e gli standard interni relativi ai crash test.

Il futuro dell'elettromobilità sta soprattutto nell'evoluzione dell'accumulatore di energia. Gli sviluppatori BMW lavorano quindi alacremente alla costruzione di un accumulatore più compatto, meno costoso e più leggero. Ma il primo obiettivo è soprattutto quello di generare il maggiore quantitativo possibile di energia per raggiungere un'autonomia superiore. Attualmente, infatti, la densità energetica dell'accumulatore di energia di una vettura elettrica non è ancora paragonabile a quella di un serbatoio di carburante pieno. Una batteria da 22 kWh contiene un equivalente energetico di circa 2,5 litri di benzina super. In proporzione i valori di autonomia possibili al momento sono più ridotti.

Un motore elettrico, tuttavia, lavora in modo più efficiente: grazie al rendimento notevolmente superiore (fino al 96%) – nel migliore dei casi un motore a combustione raggiunge il 40% – il motore elettrico con energia limitata arriva parecchio più in là di una vettura con motorizzazione analoga equipaggiata con motore a scoppio. Grazie all'efficienza straordinariamente elevata, per il 90% dei clienti l'autonomia attualmente raggiunta è già sufficiente e rende la vettura adatta all'uso di tutti i giorni. Lo confermano i risultati di studi di utilizzo con la MINI E.

La problematica centrale della mobilità elettrica rimarrà, tuttavia, anche in futuro la seguente: come riuscire a incrementare ulteriormente l'autonomia. Su questo punto gli sviluppatori lavorano in due direzioni. Il provvedimento più importante è quello di ridurre il più possibile il peso della vettura ricorrendo rigorosamente alla costruzione leggera e all'utilizzo intelligente dei materiali. Questo viene realizzato per quanto possibile anche nell'ambito del propulsore. Ugualmente concepibile è un aumento della capacità della batteria. Il sovradimensionamento della batteria, tuttavia, renderebbe la vettura più pesante, tornando a limitare l'autonomia. Pertanto, si cerca di sfruttare meglio la capacità disponibile della batteria.

A questo scopo, da un lato le batterie vengono scaricate il più possibile, dall'altro si cerca di ridurre il più possibile il consumo energetico durante la marcia con l'ausilio di regolatori di carica intelligenti, un'ottimizzazione della temperatura operativa della batteria in base alle necessità e strategie di utilizzo efficienti. Questo include anche misure per il controllo efficiente dei sistemi di climatizzazione e riscaldamento, illuminazione e Infotainment. A lungo termine il futuro risiede, tuttavia, nell'evoluzione dell'accumulatore di energia fino al raggiungimento di una densità energetica superiore.

Un provvedimento speciale per l'incremento dell'autonomia è rappresentato dal cosiddetto "Range Extender": un motore a scoppio produce corrente mediante un generatore al fine di ricaricare la batteria in marcia oppure di mantenerla ad un livello di carica costante. In questo modo è possibile ottenere un'autonomia supplementare considerevole. Dal momento che a bordo è già presente una vera e propria macchina elettrica, questo motore a scoppio può essere relativamente piccolo.

Con 20 - 30 kW di potenza elettrica, il Range Extender mette a disposizione energia sufficiente per poter conservare il profilo di marcia desiderato. Grazie alla potenza modesta del motore alternativo si ottiene, inoltre, un consumo di carburante relativamente basso. Sebbene sia assolutamente plausibile come soluzione a breve termine per l'incremento dell'autonomia, a più lunga scadenza gli sviluppatori del BMW Group puntano chiaramente sull'evoluzione della tecnologia della batteria. La forte accelerazione cui si assiste nel campo della tecnologia dell'accumulatore di energia automotive, ci induce a prevedere ulteriori balzi in avanti in questo settore.

Muovere una vettura con energia elettrica non significa semplicemente sostituire il motore a scoppio con un propulsore elettrico. L'elettrificazione di una vettura è indissolubilmente legata a costose rielaborazioni di tutta la carrozzeria in quanto i componenti elettrici del propulsore impongono criteri del tutto nuovi per gli spazi all'interno del mezzo meccanico. Il lavoro di sviluppo sui progetti MINI E e BMW Concept ActiveE ha ben presto mostrato che le Conversion Cars – ossia vetture concepite per il funzionamento con motore a scoppio e che sono state riconvertite per il funzionamento ad energia elettrica – non consentono soluzioni ottimali a lungo termine per le esigenze dell'elettromobilità.

Queste vetture sono state e sono tuttora molto importanti per raccogliere informazioni sull'uso e il funzionamento delle vetture elettriche, ma l'integrazione di un propulsore elettrico in un ambiente automotive estraneo non sfrutta idealmente il potenziale dell'elettromobilità. Le Conversion Cars sono relativamente pesanti e l'alloggiamento dei moduli batteria, pesanti e ingombranti, nonché la speciale elettronica del propulsore sono complessi da progettare, dal momento che i fattori costruttivi all'interno delle vetture si basano su presupposti del tutto differenti.

Era quindi necessario sviluppare un nuovo concetto di carrozzeria, che trattasse in modo mirato tutte le particolarità tecniche di un propulsore elettrico e, inoltre, gestisse in modo ottimale tutti i requisiti importanti per la sicurezza. Ma come deve essere la struttura razionale e funzionale della carrozzeria di una vettura elettrica?

Una carrozzeria oggi non deve più essere solo stabile, deve essere soprattutto anche leggera. La costruzione leggera è di grande importanza soprattutto per le vetture con propulsore elettrico perché, accanto alla capacità della batteria, il fattore limitante dell'autonomia è il peso della vettura. Più leggera è una vettura, più grande è l'autonomia – solo perché il mondo del motore elettrico deve mettere e mantenere in movimento una massa inferiore. Con l'accelerazione ogni singolo chilogrammo si traduce in modo fin troppo evidente in un'autonomia inferiore, ed è proprio in città, l'ambiente di utilizzo principale di una vettura elettrica, che a causa dell'elevata incidenza del traffico occorre accelerare più spesso.

Accanto a una portata superiore, un peso della vettura inferiore comporta inoltre prestazioni di guida sensibilmente migliori. Infatti, una vettura leggera accelera più rapidamente, percorre le curve con maggiore agilità e arriva prima all'arresto in frenata. La costruzione leggera consente quindi livelli superiori di piacere di guida, agilità e sicurezza. Inoltre, grazie alla massa accelerata inferiore, le strutture per l'assorbimento dell'energia in caso di impatto possono essere ridotte, il che ancora una volta incide sulla riduzione del peso.

Pertanto, occorre da subito contenere al massimo il peso complessivo di una vettura elettrica. Ciononostante, come si può immaginare, i presupposti correlati alla tipologia costruttiva sono sfavorevoli: in una vettura elettrica la catena cinematica pesa notevolmente di più rispetto a quella di un'automobile con motore a scoppio, incluso serbatoio pieno. Quindi il propulsore elettrico, batteria inclusa, pesa circa 100 kg in più. Questo è dovuto soprattutto al peso della batteria. Per compensare questo svantaggio, il BMW Group punta su una costruzione leggera rigorosa e su un uso innovativo dei materiali. A seconda delle esigenze e dell'area di impiego, per ciascun componente gli ingegneri del BMW Group sfruttano il materiale in modo ottimale. Ed effettivamente gli sviluppatori sono riusciti a fare in modo che l'ingombro della batteria nel complesso "pesi relativamente".

La costruzione con materiale leggero è un fattore di forte agevolazione dell'elettromobilità, dal momento che è in grado di compensare gli svantaggi causati dal peso dell'accumulatore d'energia.

Eppure la costruzione leggera è solo una, seppur molto importante, delle sfaccettature del lavoro di sviluppo nella moderna costruzione della carrozzeria. Con l'elettrificazione completa di una vettura gli ingegneri del BMW Group sfruttano ora la possibilità di ripensare completamente l'architettura dell'automobile e di adattarla ai requisiti e alle condizioni della mobilità di domani. Con il concetto LifeDrive hanno creato un'idea rivoluzionaria di carrozzeria nel Purpose Design, che si orienta in modo coerente all'obiettivo e al campo di utilizzo successivi della vettura e che ha in serbo un utilizzo innovativo dei materiali.

Analogamente a quanto accade per le vetture con struttura costruttiva a telaio, il concetto del LifeDrive è composto da due moduli orizzontali indipendenti. Il modulo "Drive", lo chassis, costituisce la base stabile e integra batteria, propulsore e funzioni strutturali e anticollisione di base in un'unica struttura. La controparte, il modulo "Life", consta essenzialmente della cella ad alta resistenza e ultraleggera in materiale plastico rinforzato con fibra di carbonio (CFRP). Con questo concetto innovativo, il BMW Group attribuisce una dimensione completamente nuova a tematiche come la costruzione leggera, l'architettura del veicolo e la sicurezza in caso di collisione.

Il modulo Drive coniuga in sé svariate funzioni sulla base di una struttura portante in alluminio, stabile e leggera: si tratta della carrozzeria di base con scocca, elementi di protezione da collisione, accumulatori di energia e unità di propulsione, tutto in uno. Con circa 250 kg e dimensioni analoghe a quelle di un materasso per bambini, l'accumulatore di energia è l'elemento trainante del design integrativo e funzionale del modulo Drive. Nella concezione in un primo momento si è mirato a integrare la batteria, in quanto fattore costruttivo ingombrante e importante della vettura elettrica, in modo da risultare sicura sia per il funzionamento che anche in caso di collisione all'interno della struttura del veicolo.

Il modulo Drive si suddivide quindi in tre parti. La parte centrale alloggia la batteria, circondandola in sicurezza con resistenti profili in alluminio. Le due strutture anticollisione attive dell'avantreno e del retrotreno assicurano la necessaria zona deformabile in caso di impatto frontale o posteriore. Sul modulo Drive si trovano anche componenti dell'unità elettrica di propulsione e numerosi componenti del telaio. Dal momento che complessivamente il propulsore elettrico presenta una struttura molto più compatta rispetto a un motore a scoppio analogo, motore elettrico, cambio, elettronica di potenza e assali possono venire alloggiati mediante soluzioni raffinate e in uno spazio molto contenuto.

Il concept del LifeDrive viene completato dal modulo Life, la cellula dell'abitacolo che si appoggia alla struttura portante del modulo. La grande particolarità consiste nel fatto che il modulo Life è realizzato essenzialmente in plastica rinforzata in fibra di carbonio – in breve CFRP. L'uso di materiale hightech in quest'ordine di grandezza per la produzione in grande serie di un'automobile non ha precedenti, l'uso estensivo del CFRP fino ad ora è apparso ancora troppo caro, la lavorazione e la produzione non sufficientemente flessibili.

Ma dopo oltre 10 anni di intenso lavoro di ricerca e ottimizzazione dei processi, ora il BMW Group è l'unica casa automobilistica a disporre dell'esperienza di produzione necessaria per utilizzare il CFRP nella produzione di grandi serie. Rispetto all'acciaio il CFRP presenta numerosi vantaggi, è molto stabile ma allo stesso tempo estremamente leggero. A parità di resistenza, risulta quindi circa del 50% più leggera dell'acciaio. Viceversa l'alluminio rispetto all'acciaio consentirebbe di risparmiare "solo" un 30% del peso. Il CFRP è quindi il materiale più leggero utilizzabile nella costruzione della carrozzeria senza penalizzare la sicurezza.

Mediante l'uso estensivo del materiale hightech, il modulo Life diventa molto leggero, consentendo un'autonomia superiore e al contempo prestazioni di guida migliori. A ciò si aggiunge che il comportamento in strada ne trae evidenti vantaggi: l'elevata rigidità del materiale rende l'esperienza di guida più diretta, anche le manovre rapide possono essere realizzate senza problemi. Contemporaneamente, il CFRP consente un comfort di guida superiore, in quanto la carrozzeria rigida ammortizza perfettamente le sollecitazioni. Quindi in marcia non si verificano vibrazioni di disturbo, nulla si scuote od oscilla.

Eppure il modulo Life non si limita ad essere molto leggero, ma consente di percepire e strutturare l'abitacolo di un'autovettura in modo del tutto nuovo. Grazie all'integrazione di tutti i componenti del propulsore nel modulo Drive viene a mancare l'ingombrante tunnel cardanico finora necessario nell'abitacolo attraverso il quale la forza motrice veniva trasferita alle ruote posteriori. In questo modo a parità di passo il Megacity Vehicle (MCV) offre uno spazio notevolmente superiore per i passeggeri. Questa nuova struttura consente anche l'integrazione di nuove funzionalità, permette nuovi livelli di libertà nell'architettura e quindi l'opportunità di adattare l'abitacolo in modo ottimale alle esigenze della mobilità urbana.

Come materiale per la costruzione della scocca di un'autovettura, il CFRP presenta numerosi vantaggi: il materiale è straordinariamente resistente alla corrosione. Non arrugginisce ed è pertanto notevolmente più longevo del metallo. Possono essere eliminati costosi provvedimenti di protezione dalla corrosione. Inoltre, il CFRP rimane stabile in presenza di qualsiasi condizione climatica.

Il segreto di questo materiale ad alta resistenza sono le fibre di carbonio, per la loro caratteristica di altissima resistenza allo strappo nel senso della lunghezza. Trasformandole in roving e immergendole in materiale plastico (matrice plastica), si ottiene un materiale composito fibrorinforzato CFRP. In stato asciutto, esente da resina, è possibile lavorare il CFRP praticamente come fosse un tessile, il che mantiene molto flessibili le possibilità offerte dalla modellazione. Solo mediante l'indurimento della resina iniettata nel tessuto il collegamento riceve la propria forma finale rigida e diventa quindi almeno altrettanto stabile dell'acciaio – e questo pure in presenza di un peso notevolmente inferiore.

L'elevata resistenza allo strappo lungo le fibre consente, inoltre, di ottenere miratamente strutture ad alta resistenza nel loro senso di carico. Per far questo le fibre vengono ordinate all'interno del componente sulla base delle curve dei carichi. Sovrapponendo il senso delle fibre è anche possibile realizzare componenti resistenti ai carichi in più direzioni. Ne consegue che i componenti possono essere progettati in modo molto più efficiente ed efficace che con qualsiasi altro materiale ugualmente sollecitabile in tutte le direzioni, come può essere il metallo. Con questo metodo è possibile ridurre ancora una volta materiale e peso per conseguire nuovi potenziali di risparmio: grazie alla minore massa accelerata in caso di impatto, si possono ridurre le strutture per l'assorbimento dell'energia ancora una volta a favore di un contenimento del peso.

Il CFRP offre la possibilità di costruire una scocca molto leggera senza dover scendere a compromessi su comfort e sicurezza.

Accanto alla costruzione leggera, anche la sicurezza dei passeggeri ha giocato un ruolo importante nello sviluppo del concetto LifeDrive. Gli attuali requisiti di una carrozzeria in caso di incidente sono molto elevati, dato che occorre tener conto di numerosi scenari di impatto. Normalmente questo pone lo sviluppatore di fronte a sfide importanti proprio nell'utilizzo di nuovi materiali. La combinazione di materiali del modulo Drive in alluminio con il CFRP della cella di sopravvivenza del modulo Life ha superato tutte le aspettative già nei primi test, dimostrando chiaramente che costruzione leggera e sicurezza non si trovano in contraddizione!

Costruzione leggera non significa necessariamente "non sicura", al contrario: il concetto LifeDrive nei crash test ha dimostrato di essere in parte addirittura superiore alle strutture attuali.

Grazie alla caratteristica di riuscire ad assorbire un'enorme quantità di energia con un'elevata resistenza, il CFRP è molto poco sensibile al danneggiamento. Subisce a malapena deformazioni, persino ad alte velocità d'impatto. In questo modo, in analogia al cockpit di una Formula 1 il materiale estremamente rigido garantisce uno spazio di sopravvivenza ad alta stabilità. Oltre a questo, in caso di impatto frontale o posteriore la scocca rimane intatta e le portiere continuano ad aprirsi senza alcun problema anche dopo l'impatto.

La capacità di assorbimento di energia del CFRP è straordinaria. L'impressionante comportamento del CFRP rispetto alla sicurezza si evidenzia soprattutto nel caso di impatti con pali e urti laterali. Nonostante le forze elevate, in parte ad azione puntiforme, il materiale si ammacca a mala pena. I passeggeri godono di una protezione eccellente. Ne segue che il CFRP è idealmente destinato all'uso nelle zone laterali della vettura, dove ogni centimetro di abitacolo intonso è prezioso.

Per distruggere il CFRP servono forze molto elevate oppure accelerazioni molto alte. Molto più di quanto si potrebbe pensare a un primo sguardo. Certo, il CFRP non è sollecitabile all'infinito. Se le forze agenti superano i limiti della resistenza del materiale, l'accoppiamento delle fibre si sfalda in modo controllato nei singoli componenti.

Anche il nuovo modulo Drive è stato concepito e strutturato miratamente per requisiti di impatto elevati. Un'ulteriore sicurezza viene garantita in questi casi da strutture attive in alluminio nell'avantreno e nel retrotreno della vettura. In caso di impatto frontale o posteriore assorbono la gran parte dell'energia in gioco. Per offrirle il massimo della protezione, la batteria viene alloggiata nel sottoscocca. Sotto il profilo statistico, in caso di impatto un veicolo in questo punto deve assorbire la quantità in assoluto minore di energia, di conseguenza in questa zona subisce poche deformazioni. Inoltre, posizionando la batteria nel sottoscocca gli sviluppatori del BMW Group ottengono un baricentro basso ottimale, che rende la vettura molto agile e le impedisce di capottarsi.

In caso di impatto laterale la batteria beneficia anche delle caratteristiche antideformazione del modulo Life, dal momento che le forze vengono intercettate già tutte qui e non arrivano all'accumulatore d'energia. Mediante il mix dei materiali utilizzato, ossia alluminio nel modulo Drive e CFRP nel modulo Life, la batteria rimane perfettamente protetta anche nella zona dei battitacchi.

Nel complesso, la cella di sopravvivenza in CFRP ad alta resistenza in combinazione con la distribuzione intelligente delle forze nel modulo LifeDrive costituisce il presupposto essenziale per una protezione ottimale dei passeggeri. In questo modo il mix di materiali nel modulo LifeDrive è più sicuro di una scocca autoportante in acciaio. Il potenziale che ancora si nasconde nel materiale CFRP e nella combinazione con altri materiali viene illustrato per mezzo del testing. Già in questa fase sicuramente ancora iniziale, il materiale riesce a ottenere risultati migliori di altri materiali che si trovano in uno stadio decisamente più avanzato.

La plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP) è difficilmente paragonabile ad altri materiali. Si tratta di un materiale composito del tutto particolare che possiede numerose caratteristiche positive in una combinazione unica. Il CFRP consiste in una fibra di carbonio immersa in una matrice di plastica (resina). Il materiale in questo modo risulta estremamente stabile e allo stesso tempo molto leggero; di conseguenza, a parità di funzione, pesa circa il 50 percento in meno dell'acciaio. Inoltre, il materiale resiste alla corrosione, agli acidi e ai solventi organici ed è quindi notevolmente più longevo del metallo. A ciò si aggiunge che rimane stabile a tutte le condizioni climatiche e si deforma a malapena anche in presenza di elevate oscillazioni termiche.

Oltre a ciò, il CFRP possiede un'impressionante capacità di assorbimento dell'energia ed è quindi molto difficile da danneggiare. Il CFRP è il materiale più leggero utilizzabile nella costruzione della carrozzeria senza penalizzare la sicurezza. Il segreto di questo materiale ad alta resistenza è la fibra di carbonio, la quale, essendo molto resistente allo strappo, sopporta notevoli sollecitazioni nel senso della fibra. Questa speciale caratteristica consente una calibrazione delle caratteristiche dei componenti adeguata al carico da sopportare. Come la natura, che distribuisce il materiale nelle ossa o nelle piante solo laddove è veramente necessario, gli esperti dispongono le fibre nella dovuta quantità nella direzione di quello che sarà il successivo senso di applicazione dei carichi. Con questo sistema il componente viene concepito esattamente in base alle successive esigenze e allo stesso tempo resta molto leggero.

Mediante l'intenso sviluppo dei materiali e dei processi, negli ultimi dieci anni il BMW Group ha acquisito una competenza molto elevata nei processi di produzione specifici del CFRP, nell'utilizzo mirato degli utensili e nell'ottimizzazione dei tempi di ciclo. Gli specialisti del BMW Group sono riusciti a perfezionare e automatizzare il processo di produzione dei componenti in CFRP presso lo stabilimento di Landshut in modo tale che ora, per la prima volta, è possibile produrre in grande serie, in modo economicamente efficiente e con alto livello di qualità, anche i componenti per carrozzeria in materiali rinforzati con fibra di carbonio. Già nel 2003 presso il BMW Group è iniziata una nuova generazione della produzione di serie CFRP: ultramoderna e con tempi ciclo molto brevi.

Il punto di partenza della produzione del CFRP è il cosiddetto "precursor", una fibra tessile in poliacrilonitrile. Questa fibra, tra l'altro, si trova anche in prodotti tessili in pile. In un complesso processo multifase, a svariate condizioni di temperatura e pressione, tutti gli elementi delle fibre vengono separati in forma gassosa fino ad ottenere una fibra sottile appena sette micrometri con una struttura grafitica costituita praticamente quasi solo da carbonio puro. Con 0,007 millimetri il diametro di queste fibre corrisponde ad appena un decimo del diametro di un capello umano. Successivamente circa 50.000 di questi filamenti singoli vengono riuniti nei cosiddetti "roving" o "heavy tow" per l'ulteriore utilizzo - ad es. trovano impiego anche nelle grandi pale dei rotori degli impianti eolici. Dal fascio di fibre vengono quindi lavorati speciali roving di fibra. Se le fibre venissero tessute, la curvatura che ne deriverebbe penalizzerebbe nuovamente le loro eccezionali caratteristiche. Solo l'orientamento specifico delle fibre una accanto all'altra su un piano assicura le caratteristiche ottimali di un componente CFRP.

Nel cosiddetto processo di preformatura i roving tagliati a misura in base alle esigenze, ma ancora piani, acquistano il proprio contorno tridimensionale. Un certo numero di questi pacchetti di strati preformati (preforme) può essere combinato poi in un componente più grande. In questo modo con il CFRP, ad esempio, è possibile produrre componenti per carrozzeria altamente integrati e di grande superficie che altrimenti potrebbero essere realizzati solo in alluminio o in lamiera d'acciaio con costi notevoli. Nel corso degli anni il BMW Group ha elaborato una preziosa competenza tecnologica per rendere il roving ancora flessibile abbastanza maneggevole da consentire alle preforme grezze di rimanere stabili e al confezionamento di congiungere con estrema precisione i pezzi grezzi.

Nel passaggio successivo le sovrastrutture preformate vengono addotte all'iniezione di resina – detta anche impregnatura. Il materiale acquista, infatti, la propria rigidità e quindi le proprie eccellenti caratteristiche solo tramite l'unione delle fibre con la resina e il successivo indurimento. Nel Resin Transfer Moulding (RTM) la resina viene iniettata nelle preforme sotto alta pressione. L'impregnatura delle fibre con resina è un processo altamente complesso, carico di requisiti contrastanti. Da un lato, la resina deve penetrare in ogni punto del materiale in tempo molto breve, bagnando ogni fibra fino al livello microscopico. Dall'altro lato, la resina deve indurirsi il più rapidamente possibile, ossia non appena tutto il materiale viene impregnato. Inoltre, un distaccante deve assicurare che i componenti resinati possano essere rimossi dagli stampi senza danneggiarli – evitando, tuttavia, di compromettere il legame tra fibra e resina. Risolvere e realizzare contemporaneamente queste situazioni contrastanti è molto complesso. In proposito il BMW Group ha sviluppato concetti di processo, utensili e impianti propri che risolvono questo conflitto di obiettivi e consentono un'elevata produttività mantenendo allo stesso tempo un livello elevato di qualità.

Dopo l'iniezione della resina e l'indurimento restano ancora da svolgere solo i lavori di precisione, come il taglio a misura pulito del contorno del componente e la realizzazione delle aperture ancora mancanti. Dal momento che dopo la resinatura il componente CFRP finito già possiede la sua stabilità completa, e quindi la resistenza, questa lavorazione finale viene affidata ad un impianto di taglio a getto d'acqua. Contrariamente alle teste di fresatura convenzionali il taglio a getto d'acqua consente operazioni di troncatura e trapanatura in assenza di usura. Per garantire il miglior risultato gli esperti hanno ottimizzato il procedimento specificamente per la lavorazione del CFRP.

Il BMW Group non si limita a ripensare il ciclo del prodotto, tanto è vero che nel corso del lavoro intensivo con il materiale ha sviluppato fino alla maturità di serie un sistema di riciclaggio unico al mondo per scarti di produzione puri. Un sistema che consente di reintrodurre nei processi una percentuale importante delle fibre. Mediante lo speciale processo di trattamento si torna ad ottenere un tessile addirittura in grado di coprire il fabbisogno di fibre primarie. Presso il BMW Group la sostenibilità ecologica nel settore CFRP non trova espressione semplicemente nel riciclaggio. Già a partire dalla produzione della fibra di carbonio nell'ambito della joint venture con SGL ACF (Automotive Carbon Fibers) il BMW Group si assicura che l'energia necessaria presso lo stabilimento di Moses Lake (USA) sia esclusivamente di tipo rinnovabile. Lo stabilimento definirà nuovi parametri anche per quanto riguarda l'efficienza energetica.

Negli ultimi dieci anni tutti i processi, i materiali, gli impianti e gli utensili sono stati concepiti dagli sviluppatori e dagli esperti CFRP al punto che ora è possibile una produzione di componenti CFRP in grande serie. Contestualmente gli specialisti CFRP hanno sempre tenuto sotto controllo l'intera catena di processo e del valore. Dalla produzione di fibre fino al riciclaggio, finora il BMW Group ha mantenuto un'influenza non comune su tutti processi. Perché solo così è possibile garantire la rispondenza agli elevati requisiti in materia di qualità e cicli di processo.

Attraverso il coerente sviluppo dei processi, degli impianti e dei collaboratori con l'obiettivo costante dell'approccio di (grande) serie, il BMW Group ha elaborato una competenza tecnologica senza precedenti. Perché il BMW Group percepisce il CFRP non solo come applicazione di nicchia, ma anche come tecnologia avveniristica da applicare nell'industria automobilistica.