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Das von der BMW M GmbH entwickelte neue Allradsystem M xDrive ist der emotionalste Allradantrieb im High-Performance-Segment. Es arbeitet mit einem zentralen Verteilergetriebe mit Lamellenkupplung und verteilt die Antriebsmomente bedarfsgerecht vollvariabel an Vorder- und Hinterachse. Zur optimalen Traktion unter allen Fahrbahn- und Wetterbedingungen trägt auch das Aktive M Differenzial an der Hinterachse bei, das ebenfalls vollvariabel ausgelegt ist und eine Sperrwirkung zwischen 0 und 100 Prozent aufweist.

Der Charakter von M xDrive kann vom Fahrer individuell bestimmt werden. Ihm stehen fünf unterschiedliche Konfigurationen zur Verfügung, die auf Kombinationen aus den DSC-Modi (DSC on, MDM, DSC off) und den M xDrive Modi (4WD, 4WD Sport, 2WD) basieren. Schon in der Grundeinstellung mit eingeschaltetem DSC (Dynamic Stabilitäts Control) und 4WD lässt das System an den Hinterrädern leichten Schlupf beim Beschleunigen aus Kurven zu und trägt so zur sportlichen Agilität des neuen BMW M5 bei. Im M Dynamic Modus (MDM, 4WD Sport) erlaubt M xDrive leicht kontrollierbare Drifts. Für ambitionierte Fahrer und vornehmlich für den Einsatz auf Rennstrecken sind die drei M xDrive Modi bei ausgeschaltetem DSC gedacht. Hier kann der Pilot aus drei Konfigurationen bis hin zum reinen Hinterradantrieb 2WD wählen. Dieser Modus lässt frei wählbare Driftwinkel zu und erschließt dem Könner am Lenkrad pure Fahrdynamik.

Als adäquate Antriebsquelle arbeitet auch im neuen BMW M5 ein 4,4 Liter großer V8-Biturbo mit M TwinPower Turbo Technologie. Die M Ingenieure haben das Kraftpaket gegenüber dem Vorgängermodell deutlich überarbeitet. So sorgen unter anderem neu entwickelte Turbolader, eine höchst effiziente indirekte Ladeluftkühlung und ein höherer Kraftstoffeinspritzdruck für mehr Leistung und vor allem Drehmoment. Die Nennleistung von 441 kW/600 PS liegt bei 5.600 – 6.700 min-1 an. Das maximale Drehmoment von 750 Nm steht bereits ab 1.800 min-1 zur Verfügung und bleibt bis 5.600 min-1 auf diesem sehr hohen Niveau. Eine kennfeldgesteuerte vollvariable Ölpumpe gewährleistet eine bedarfsgerechte Ölversorgung des neuen BMW M5 auch beim Einsatz auf der Rennstrecke. Die beeindruckenden Fahrleistungswerte des neuen BMW M5 sprechen für sich: In nur 3,4 Sekunden sind aus dem Stand 100 km/h erreicht, in 11,1 Sekunden 200 km/h. Die Höchstgeschwindigkeit wird bei 250 km/h elektronisch abgeregelt, auf Wunsch mit dem M Drivers Package erst bei 305 km/h.

Die Kraftübertragung erfolgt beim neuen BMW M5 über ein spezifisch abgestimmtes 8-Gang M Steptronic-Getriebe mit Drivelogic. Es stellt im D‑Modus den Komfort vollautomatischen Schaltens bereit, lässt sich aber auch sequenziell-manuell schalten. Das geschieht wahlweise über den kompakten Gangwahlschalter auf der Mittelkonsole oder über die Schalt-Paddles am Lenkrad. Dank Drivelogic kann der Fahrer die Charakteristik des Getriebes seinen persönlichen Vorlieben anpassen. Für den Einsatz auf der Rennstrecke hält die 8-Gang M Steptronic extrem kurze Schaltzeiten bereit und trägt so zu der außergewöhnlich hohen Agilität und Fahrdynamik des neuen BMW M5 bei.

Auch das Fahrwerk des neuen BMW M5 ist auf den Alltagseinsatz mit bestmöglicher Traktion und auf das Erleben überlegener Fahrdynamik auf der Rennstrecke ausgelegt. Es wurde wie Motor, Getriebe und M xDrive von erfahrenen Spezialisten und Rennfahrern unter anderem auf der härtesten Teststrecke der Welt, der berühmten Nordschleife des Nürburgrings, abgestimmt. Aufwändige Versteifungen am Hinterwagen und im Vorderwagen sorgen für eine extrem steife Karosseriestruktur und damit für eine äußerst spontane Rückmeldung des Fahrzeugs gerade auch unter sehr sportlichen Einsatzbedingungen.

Bei der M spezifisch abgestimmten Variablen Dämpfer Control (VDC) und der M Servotronic Lenkung kann der Fahrer zwischen den drei Modi Comfort, Sport und Sport Plus wählen.