E46 - Das Sequenzielle M Getriebe der 2. Generation

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  • Das Sequenzielle M Getriebe (SMG) der zweiten Generation mit Drivelogic.



    Spätestens seit den Erfolgen von Ralf Schumacher im WilliamsF1 BMW Boliden weiß der interessierte Autofahrer, dass Gangwechsel in der internationalen Königsklasse des Motorsports nicht mehr über einen Schalthebel ausgelöst werden, sondern blitzschnell über so genannte Schaltwippen am Lenkrad.


    Während der Fahrer eines herkömmlichen Autos einen Schalthebel im klassischen H-Schema bewegt, um in den jeweils gewünschten Gang zu gelangen, ziehen Ralf Schumacher und seine Formel-1-Mitstreiter nur kurz an zwei schmetterlingsförmigen Wippen hinter dem Lenkrad, den so genannten „Paddles“ – ein Zug an der rechten Schaltwippe bewirkt Hochschalten, ein Zug links schaltet das Getriebe herunter.


    Dabei kann der Fahrer voll auf dem Gaspedal bleiben: Modernste Motorelektronik unterbricht für Millisekunden die Zugkraft des Motors, das Steuergerät übernimmt elektro-hydraulisch den Gang-wechsel sowie das Öffnen und Schließen der Kupplung;
    ein Kupplungspedal gibt es nicht mehr.


    Die Vorstufe dieses raffinierten Systems, das in der Formel 1 längst Standard ist, hat BMW schon vor rund einem Jahrzehnt in seinen erfolgreichen Renntourenwagen eingesetzt. Bei diesem System läuft, allerdings noch über einen Mittelschalthebel, der Gangwechsel in einer Ebene, also sequenziell wie bei einem Motorrad, ab: Zum Hochschalten zieht der Fahrer – ohne Betätigung einer Kupplung – nur den Schalthebel nach hinten, beim Herunterschalten drückt
    er ihn nach vorne. Dieses System beschert einerseits extrem kurze Schaltzeiten, andererseits verhindert es mögliches Verschalten.


    BMW ist der erste Anbieter eines solchen Getriebes.
    Diese Erfahrung aus dem Motorsport hat BMW M in enger Zusammenarbeit mit den Firmen Getrag und Sachs für den Straßengebrauch umgesetzt und ein neues Hochleistungs-Antriebskonzept entwickelt, das als „Sequenzielles M Getriebe“ (SMG II) im M3 jetzt in seiner zweiten Generation auf den Markt kommt.


    Schon 1996 hatte BMW M als weltweit erster Anbieter eines voll-automatisierten Schaltgetriebes von sich reden gemacht und SMG exklusiv im M3 auf den Markt gebracht. Dieses System setzte sich sehr gut durch und sorgte dafür, dass beim M3-Vorgängermodell fast jedes zweite Auto mit diesem fortschrittlichen Antriebskonzept ausgestattet war.
    Das gegenüber der ersten Variante erheblich weiterentwickelte SMG der zweiten Generation, technisch baugleich wie das reguläre Hand-schaltgetriebe des M3 mit sechs Vorwärtsgängen, lässt sich nicht nur wie bisher über einen Wählhebel bedienen, sondern hält für den Fahrer auch zwei Schaltwippen am Lenkrad bereit. Somit hat der Fahrer die freie Wahl der Bedienungsmöglichkeit. Vor allem das Schalten über die Wippen stellt einen Beitrag zu mehr aktiver Sicher-heit dar, denn die Hände können während der Fahrt permanent am Lenkrad bleiben.

    „Formel-1-Feeling“ beim Schalten am Lenkrad.

    Dieses neue SMG-Getriebe, das in sich sowohl die Möglichkeit zum sportlich-sequenziellen Schalten, als auch die Erleichterung des automatisierten Schaltens vereint, bietet viele Vorteile, denn:

    • der Fahrer kann jederzeit zwischen zwei Schaltmodi wählen, dem sequenziellen („S“-) Modus oder dem automatisierten („A“-) Modus;


    • durch „Drivelogic“ kann der Fahrer die Schaltcharakteristik des SMG seiner gewünschten Fahrweise in elf Fahrprogrammen individuell anpassen;


    • bei Rückschaltungen gibt der Motor selbsttätig Zwischengas;


    • das Betätigen der Kupplung und damit auch das Kupplungs-Pedal entfallen, und anders als bei einem Automatikgetriebe arbeitet hier auch kein energieverzehrender und ahrleistungs-mindernder Drehmomentwandler;


    • der Spaß am Schalten erhöht sich merklich, denn SMG läßt sich im sequenziellen Modus blitzschnell hoch- und runterschalten, erzeugt ein hautnahes „Formel-1-Erlebnis“;


    • gegenüber einem Handschaltgetriebe ergeben sich geringfügig bessere und vor allem stets reproduzierbare Fahrleistungswerte;


    • dadurch, dass sich der Fahrer nicht mehr auf den Gangwechsel konzentrieren muss, wird durch das neue Getriebe präzises, sichereres und entspannteres Fahren möglich;


    • mit dem Sequenziellen M Getriebe lassen sich auch die hohen Leistungs-Reserven des M3 durch die optimale Hinführung an den besten Schaltzeitpunkt durch so genannte „shift lights“ (Leuchtdioden im Cockpit, welche den optimalen Schaltpunkt im Drehzahlmesser anzeigen) besser nutzen.


    Schalten in Rekordzeit.
    Die zweite Generation des SMG-Getriebes glänzt aber auch mit noch kürzeren Zugkraftunterbrechungen als bisher schon – jetzt beträgt die Zeit für die schnellsten Schaltvorgänge nur 80 Milli-sekunden: So schnell kann kaum jemand von Hand einen Gang wechseln.
    Außerdem hat der M3-Fahrer dank Drivelogic die Möglichkeit, beim sequenziellen Schaltvorgang von Hand die Schaltdynamik in sechs verschiedenen Programmen seiner Fahrweise anzupassen – von ausgeglichen dynamisch (Fahrprogramm S1) bis sehr sportlich (Fahrprogramm S5). Schließlich kann noch das Fahrprogramm S6 gewählt werden, wenn das beim M3 serienmäßige DSC-System (Dynamic Stability Control) ausgeschaltet ist. Dann schaltet SMG mit sportlich-puristischen Schaltzeiten wie im Rennwagen.


    Aber auch hinsichtlich der Sicherheitsfunktion weist das neue Sequenzielle M Getriebe viele Vorzüge auf:


    In kritischen Fahrsituationen, etwa beim Zurückschalten auf glatter Fahrbahn, erfolgt eine blitzschnelle Öffnung der Kupplung. Das Auto kann bei zu hohem Motorschleppmoment an den Antriebsrädern nicht ausbrechen. Ein Verschalten durch den Fahrer ist nicht mehr möglich.
    Schließlich ergibt sich eine erhebliche Bedienungserleichterung, denn das Sequenzielle M Getriebe macht es möglich, dank des automatisierten („A“-) Modus einen generell streßärmeren Fahr-betrieb – gleichermaßen sogar auf der Autobahn oder auf der Renn-strecke – zu gewährleisten. Sowohl im sequenziellen („S“-) Modus, als auch im „A“-Modus schaltet das Getriebe bei einem Halt selbst-tätig in den ersten Gang zurück, zur Weiterfahrt genügt dann lediglich ein Druck auf das Gaspedal.


    Aktiv auch im automatisierten Modus
    Im „A“-Modus schaltet das Getriebe selbsttätig, abhängig vom aus-gewählten Fahrprogramm der Drivelogic, der Fahrsituation, der
    Geschwindigkeit und der Stellung des Gaspedals. Im Fahrprogramm A1 etwa wird selbsttätig zum Anfahren der zweite Gang gewählt,
    die Kupplung arbeitet dann besonders weich, sehr vorteilhaft etwa zum Beispiel bei winterlichen Straßenbedingungen.
    Ist eine gangabhängige Mindestgeschwindigkeit überschritten,
    kann durch ein langsames Zurücknehmen des Gaspedals ein Hoch-schalten ausgelöst werden. Damit hat der Fahrer die Möglichkeit, auch im automatisierten („A“-) Modus den Zeitpunkt des Hoch-schaltens mitzubestimmen. Die jeweilige Fahrsituation wird dabei von Sensoren erkannt und berücksichtigt.
    Zum raschen Beschleunigen, etwa beim Überholen, kann der Fahrer das Gaspedal ganz durchtreten, was ein vom jeweiligen Fahrschalt-programm abhängiges schnelles Zurückschalten bewirkt.
    Die „Schaltzentrale“ dieses neuen Systems liegt bei der von BMW M selbst entwickelten elektronischen Motorsteuerung MS S54,
    in Verbindung mit dem Steuergerät des Sequenziellen M Getriebes. Beide Steuergeräte sind über einen höchst leistungsfähigen „Datenbus“ (SMG-CAN) miteinander verbunden.
    Mit dem CAN-Bus sind elf redundante SMG-eigene Sensoren vernetzt. Sie bilden den Schlüssel zu vielen weltexklusiven Spezialfunktionen von SMG. So bietet zum Beispiel nur ein Längsbeschleunigungssensor die Möglichkeit, Funktionen wie „Steigungsassistent“ oder „Bergerkennung“ zu nutzen. Das Getriebesteuergerät ist durch jede BMW Vertragswerkstatt voll diagnosefähig.


    Wie arbeitet das Sequenzielle M Getriebe?
    Alle Gänge werden elektro-hydraulisch geschaltet; die Bedien-elemente des SMG im M3 arbeiten „by wire“, also wie in der Luft- und Raumfahrt blitzschnell und sicher ohne mechanische Verbindungen.
    Befindet sich das System während der Fahrt im automatisierten
    („A“-) Modus, schaltet das Sequenzielle M Getriebe nach einem vom Fahrer individuell über „Drivelogic Control“ gewählten Programm selbsttätig hoch und runter. Wird durch den Wählhebel vom „A“- in den „S“-Modus geschaltet – jederzeit während der Fahrt möglich – lassen sich die Gänge manuell durch ein Ziehen an der rechten Schaltwippe hinter dem Lenkrad oder durch ein Nach-hinten-Tippen des Wählhebels auf der Mittelkonsole zum Fahrer hin hochschalten.
    Umgekehrt lässt sich das Getriebe durch ein Ziehen an der linken Schaltwippe oder durch ein Tippen des Wählhebels nach vorne zurückschalten. Dabei gibt der Motor – abhängig vom gewählten Fahrprogramm und der jeweiligen Fahrsituation – selbsttätig Zwischengas wie ein routinierter Fahrer, um den Vorgang des Zurückschaltens schneller und ausgeglichener zu gestalten.
    Durch mehrfache Betätigung der Schaltwippen beziehungsweise des Wählhebels lassen sich Gänge beliebig „überspringen“. Diese Schaltbefehle werden aber nur dann von der Elektronik ausgeführt, wenn dies innerhalb des breiten Drehzahlbandes des M3-Motors möglich ist. Ein Überdrehen des Motors ist somit in allen Fahrsituationen ausgeschlossen.


    „Shift lights“ zeigen den optimalen Schaltzeitpunkt an.
    Welches Fahrprogramm gerade eingelegt ist und in welcher Position der Wählhebel sich befindet, bekommt der M3-Fahrer in einem SMG-Display am Armaturenbrett unterhalb des Drehzahlmessers angezeigt. Zusätzlich informieren nacheinander aufleuchtende so genannte „shift lights“ im Drehzahlmesser den Fahrer darüber, dass er, falls er sich im sequenziellen Modus befindet, sich der optimalen Schaltdrehzahl nähert. Analog zur Instrumentierung in Formel-1-Cockpits wird dem Fahrer beim M3 mit SMG damit die Möglichkeit gegeben, die maximale Leistung des Triebwerks für optimale Schub-kraft zu nutzen. Denn den Hochschaltvorgang führt das Sequenzielle M Getriebe im „S“-Modus keinesfalls selbsttätig aus – schließlich soll das „aktive“ Schalten von Hand ganz bewußt erhalten bleiben.
    Über den Wählhebel in der Mitte wird der Rückwärtsgang wie beim Handschaltgetriebe nach vorne links eingelegt. Wird das Auto mit eingelegter Fahrstellung abgestellt, kann es nicht wegrollen.
    Ein nahezu rückrollfreies Anfahren an Steigungen ermöglicht eine weitere praktische Spezialfunktion von SMG, der so genannte Steigungsassistent. Er kann sowohl im sequenziellen, als auch im automatisierten Modus eingesetzt werden, für Vorwärts- wie für Rückwärtsfahrt. Dazu hat der Fahrer lediglich bei stehendem Auto die Fußbremse zu treten und die linke Schaltwippe am Lenkrad für kurze Zeit zu ziehen. Ist die Fußbremse wieder gelöst, kann der M3 innerhalb von zwei Sekunden losfahren, ohne zuvor unkontrolliert wegzurollen.
    Höchstmögliche Beschleunigung bietet der Beschleunigungs-Assistent. Wenn der Fahrer DSC ausgeschaltet und Fahrprogramm S6 gewählt hat, kann er bei stehendem Auto den Wählhebel nach vorne drücken und so halten. Tritt er jetzt das Gaspedal voll durch, wird automatisch die optimale Anfahrdrehzahl des Motors einge-regelt. Läßt der Fahrer den Wählhebel jetzt los, wird der M3 mit optimal geregeltem Schlupf beschleunigt. Diese Funktion ist im M3 einzigartig.


    Ein Starten des Motors ist nur möglich, wenn gleichzeitig die Fußbremse getreten und die Wählhebelposition „0“ (Leerlauf) eingelegt ist. Außerdem verhindert ein sogenannter „Shift-Lock“ nach dem Motorstart das ungewollte Einlegen einer Fahrstellung ohne Betätigung der Fußbremse.



    Magnetventile steuern das Gesamtsystem.
    Welcher Gang eingelegt ist, erkennt das SMG-Steuergerät über einen redundanten Positionssensor der höchsten Selektionsstufe. Soll ein Schaltvorgang ausgelöst werden, wählt das Steuergerät innerhalb von Tausendstel Sekunden der Reihe nach entsprechende Magnetventile an, die die Hydraulik des Gesamtsystems steuern.


    Nun kann das unter hohem Systemdruck (bis 85 bar) stehende Hydrauliköl über ein Magnetventil blitzschnell in den Kupplungs-geber-Zylinder strömen und die Kupplung öffnen, die baugleich ist wie beim Handschaltgetriebe. Im nächsten Schritt werden über Magnetventile in der Hydraulikeinheit maximal drei Hydraulik-Zylinder im Schaltaktuator angesteuert.


    Sie führen den Schaltvorgang aus, indem sie die ins Getriebe eingehende Hauptschaltwelle präzise in die entsprechende Schalt-gasse positionieren und dann die Schaltwelle vor- oder zurück-schalten, um den gewünschten Gang einzulegen. Dabei spielt es keine Rolle, ob Schaltmodus „A“ oder „S“ angewählt ist.


    Bei Ausfall eines Prozessors im Getriebesteuergerät kann sofort auf ein Signal des parallel arbeitenden Prozessors zurückgegriffen werden – somit ist stets eine optimale Betriebssicherheit gegeben.


    Es besteht eine Vielzahl von weiteren Sicherheitsfunktionen, wie etwa gegen ein unbeabsichtigtes Wegfahren bei geöffneter Fahrertür, zum Beispiel bei einem Fahrerwechsel: Dann läuft eine gewisse Frist (ca. vier Sekunden) ab. Sollten in dieser Zeit das Gas- oder Bremspedal nicht bedient werden, wird der Gang ausgelegt, bis die Türe wieder geschlossen und eine Fahrtrichtung neu angewählt werden. Auch wenn die Motorhaube geöffnet ist, lässt sich das Auto nicht wegfahren.


    Der M3 mit SMG kann in den Positionen „R“ (Rückwärtsfahrt), „S“, „A“ oder „0“ (mit optischer und akustischer Warnung) abgestellt werden; in diesen Positionen lässt sich auch der Zündschlüssel abziehen.

  • SMG II mit Drivelogic in Stichworten:

    Getriebetechnik aus der Formel 1.


    Historie: BMW M war 1996 weltweit der erste Anbieter eines vollautomatisierten Schaltgetriebes.


    Formel-1-Feeling: Extrem schnelle und präzise Gangwechsel in bis zu 80 Milli-sekunden, Schalten am Lenkrad, „shift lights“, eschleunigungs-Assistent.

    Individuelle Anpassung an persönlichen Fahrstil:
    Drivelogic („Your personal gearbox“) – Elf Fahrprogramme von ausgeglichen dynamisch bis sportlich puristisch.


    Sequenzieller Schaltmodus: Gangwechsel über Schaltwippen am Lenkrad oder über Wählhebel in der Mittelkonsole.


    Automatisierter Schaltmodus: System schaltet selbsttätig entsprechend dem gewählten Fahrprogramm und den in Drivelogic verknüpften Funktionen.


    Spezialfunktionen: Schlupferkennung, Steigungsassistent, „shift lights“, Beschleunigungs-Assistent.


    Aktive Sicherheit: Hände am Lenkrad, sichereres Fahren, fahrsituative Schaltungen.


    Passive Sicherheit: Redundante Sensorik und Signalverarbeitung analog Luft- und Raumfahrt, Schutzsysteme gegen Fehlbedienung.


    Leichtere Bedienung: Kein Kupplungspedal, kein Verschalten mehr.