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Statusbericht unseres Elektronik-Teams

Optimale Antriebsmomente

Da in der letzten Saison alle Systeme von Grund auf neu gelöst werden mussten und die Zeit sehr knapp bemessen war, musste vieles spontan und ohne Abwägen der Risiken und Alternativen gelöst werden. In dieser Saison können wir zum einen Teile der Systeme, die wir in der letzten Saison verwendet haben wiederverwenden und weiterentwickeln und zudem haben wir mehr Zeit, um eine gut durchdachte Entwicklung und Fertigung, sowie Tests durchzuführen. Dies kann man in jedem Bereich des Electronics-Teams lernen.

Vor allem die analogen Schaltungen, die wir in unserem Auto verwenden mussten, haben letztes Jahr für Probleme gesorgt, da wir diese selbst gelötet und keine großen Erfahrungen zum Layout einer Platine oder gar zum Erstellen der Schaltung hatten. In dieser Saison konnten wir uns die Zeit nehmen, die Schaltung und das Layout von Professoren überprüfen zu lassen und teilweise dieses auch virtuell simulieren. Durch den Umstieg von der Eigenfertigung der Platinen zum externen Platinendruck und damit auch der Schritt von der THT zur SMD Technik konnten wir, neben Sicherheit durch professionelle Fertiger, können wir so Platz und Gewicht sparen. Die Platinenbestückung werden wir mit der Hilfe eines Laboringenieurs in der DHBW durchführen, da professionelles Equipment dafür bereitsteht. Vor dem Einbau der Platinen sind zudem ausgiebige Test geplant, um alle Funktionen zu überprüfen. Neben Schaltungen, die durch das Regelwerk vorgeschrieben sind, wurde dieses Jahr zum ersten Mal ein Microcontrollerboard von uns selbst entwickelt, welches an mehreren Stellen im Auto verbaut wird und die Kommunikation zwischen einer zentralen CPU (EPU) und den Aktoren sowie Sensoren übernimmt. Die Anzahl der Sensoren und Aktoren ist von der letzten Saison stark gestiegen, da eine Überwachung von mehr Systemen geplant ist. Es sind zum Beispiel ein Beschleunigungssensor, Stabpotentiometer zur Messung der Feder-Dämpfer-Wege und Temperatursensoren an mehreren Stellen im Auto. Um diese Daten auch während den Testfahrten von abseits der Strecke abrufen und direkt analysieren zu können, wird ein Wifi Modul verbaut. Über dieses Modul werden neben allen gemessenen Sensordaten auch Parameter der Motorsteuerung und Befehle für andere Aktoren im Auto versendet. Diese Wifi Telemetrie soll eine schnellere Fehlersuche, Verbesserung der Fahrdynamik und Analyse des Fahrzeugverhaltens ermöglichen.

Mit der Versorgungsspannung sind wir von 12 V auf 24 V gegangen, so dass wir die Ströme im Auto minimieren können. Mit geringeren Strömen können auch die Kabelquerschnitte reduziert werden, dies erspart Gewicht. Für die Verkabelung des Autos ist in dieser Saison ein Nagelbrett geplant, wie es auch in der Automobilindustrie üblich ist. Somit können Kabel optimal abgelängt werden und vor dem Einsetzten in das Auto zusammengefügt werden.

Gehäuse für Platinen, Microcontroller und weitere elektronische Komponenten, welche in der letzten Saison Kaufteile waren, werden in dieser Saison 3D-gedruckt. Durch Eigenkonstruktion können die Gehäuse genau auf die Platzbedingungen im Auto ausgelegt werden.

Aus der letzten Saison haben wir gelernt, dass die Implementierung der Steuerungssoftware allgemeinverständlich sein muss – nicht nur eine Hand voll IT- Experten soll die Steuerung wirklich verstehen und verändern können. Die Software soll ein Produkt des Know-Hows von Regelungstechnik-, Antriebstechnik-, und IT-Experten sein. Das Konzept für die Saison 2018 bietet genau diese Möglichkeit: Die Regelungen können unabhängig von IT-Kenntnissen als Modelle erstellt und unkompliziert in das Gesamtsystem integriert werden. Davon versprechen wir uns, auch anspruchsvollere Regelungsaufgaben lösen zu können.

Das Herzstück der Fahrzeugsteuerung ist EPU, der die Fahrdynamik- und Fahrablaufsteuerungen realisiert. Mit Hilfe von 4 CAN-Bussen kommuniziert das Gerät mit den Wechselrichtern, den Sensoren, der Pedalerie und dem AMS. Zur Live-Verfolgung der Fahrten während der Testphase und während des Rennens kann die Fahrzeugsteuerung Diagnosedaten per WLAN an einen Rechner der Technik-Crew senden – das erleichtert die Erkennung von Fehlerursachen.

In der Saison 2018 fahren wir erstmals mit 2 Heckmotoren. Die Hauptaufgabe der Fahrzeugsteuerung ist es daher, das Antriebsmoment separat auf die Hinterräder zu verteilen (Torque Vectoring). Mithilfe einer selbst entwickelten Regelung errechnet der Steuerrechner die optimalen Antriebsmomente und gibt diese an die Motoren weiter.