Elektrisches und autonomes Fahren sind die Innovationsbegriffe der Automobilwelt. In der Formula Student füllen Studierende sie mit Leben - unterstützt von Kontron.
Formula Student: Rennsport-Feeling im Studium
Selbst einen echten Rennwagen bauen: Dieser Traum wird für Studierende wahr, die am internationalen Konstruktionswettbewerb “Formula Student” teilnehmen. Unter dem Namen “e-gnition Hamburg” stellen etwa 60 Studierende der TU Hamburg seit 2011 jedes Jahr einen neuen elektrischen Rennwagen auf die Räder.
Zusammen erstellen sie die Konzepte, die das Fahrzeug am Ende leicht, schnell und agil machen - und die es überhaupt erst zum Fahren bringen. Im neuesten Wagen sind 36 unterschiedliche, komplett selbst entwickelte Mikrocontrollerplatinen im Einsatz, die im Verbund den Betrieb ermöglichen. Alle benötigten Funktionen müssen sich perfekt in das Gesamtsystem integrieren, damit ein zuverlässiges Fahrzeug entsteht. Die Spezialisten für Chassis, Aerodynamik und Fahrwerk sorgen für Leichtbau und beste Fahrperformance.
Diese muss im Sommer an namhaften Orten wie dem Hockenheimring der internationalen Konkurrenz standhalten. Und auch die Studierenden stellen beispielsweise im “Engineering Design Event” vor einer Jury ihr ganzes Wissen unter Beweis.
Autonomer Rennsport: Der Computer übernimmt das Steuer
Seit der Saison 2016/2017 sitzen nicht mehr nur Menschen am Steuer. In der driverless-Klasse müssen die Rennwagen ihren Weg durch die Strecke vollständig autonom finden. Zusätzliche Sensorik wie Lidars und Kameras lässt sie die Umgebung wahrnehmen. Aus den gewonnenen Daten erstellt ein eingebauter Computer eine Karte der Umgebung, erkennt die mit Straßenhütchen markierte Strecke und plant die beste Trajektorie. Schließlich sorgen Regler dafür, dass das Fahrzeug die Geschwindigkeit und Richtung wie geplant einhält.
So übernimmt der Computer genau die Aufgaben, die zuvor den menschlichen Fahrern zufielen. Und wie die Menschen muss er fit genug sein, um gute Fahrleistungen zu erreichen. Ein Teil der Aufgabe liegt bei den Studierenden, die intensiv an den Algorithmen und Implementierungen feilen, der andere Teil bei der Hardware. Sie muss genug Leistung mit sich bringen.
Das erste autonome Fahrzeug war ein Vorjahresfahrzeug, an das die zusätzlichen Komponenten nachträglich angebracht wurden. Die zentrale Recheneinheit, ein handelsübliches PC-Mainboard, war wie ein Jetpack hinten auf dem Heck befestigt. In den nächsten Jahren steckte der PC in einer Schublade im Heck. So wurden die Wettbewerbe erfolgreich bestritten.
Allerdings bringen die neuen Funktionalitäten ein höheres Gewicht und Kompromisse zum Beispiel in der Aerodynamik mit sich, sodass die Wettbewerbe mit und ohne Fahrer mit zwei Wagen bestritten wurden.
Der “egn20”, der in diesem Sommer den Asphalt glühen lässt, ist nun das erste kombinierte EV-/DV-Modell. Das heißt, dass zum ersten Mal kein dediziertes Fahrzeug ohne Fahrer eingesetzt wird, sondern ein Wagen durch eine modulare Bauweise mit und ohne Fahrer konkurrenzfähig ist. Der Fahrer springt heraus und nach wenigen Handgriffen fährt das Auto selbstständig weiter. Das Ziel ist aber eine vollständige Integration, so dass Mensch und Maschine sich die Steuerung nahtlos übergeben können.
egn22: Integration auf dem nächsten Level
In der Planung des nächsten Modells wurde darum beschlossen, den PC vollständig ins Fahrzeug zu integrieren. Bislang waren die hardwarenahen Echtzeitfunktionalitäten auf der Boardcomputerplatine auf einem Mikrocontroller untergebracht, und die anspruchsvolleren Berechnungen für den autonomen Modus auf dem PC. Im nächsten Schritt verschmelzen beide Einheiten zu einer physikalischen Einheit.
Doch einen PC komplett selbst zu entwickeln, ist selbst für ein Team in der Formula-Student unrealistisch. Die Lösung des Problems: COM-Express®-Module von Kontron. Im erarbeiteten Konzept stellt die in Eigenregie entwickelte Trägerplatine alle Anschlüsse und die Echtzeitfunktionalitäten bereit, während das aufgesteckte COM-Express®-Basic-Modul zusammen mit einer kleinen Grafikeinheit die Rechenpower für das autonome Fahren liefert. Das Modulkonzept erlaubt es, genau die benötigten Anschlüsse für die Peripherie im Fahrzeug zu verwenden. So integriert sich das Fahrzeuggehirn kompakt und leistungsstark. Kontron ist als Pionier der COM-Express®-Module der perfekte Partner für uns. Das Modul COMe-bCL6 mit einem Core™ i7-9850HE von Intel® bietet die Rechenleistung, die wir benötigen, und verringert mit dem aufgelöteten Flash-Speicher den externen Aufwand. Externe Sensorik ist über USB und Ethernet verbunden. Eine Ethernet-Direktverbindung zwischen dem COMe-Modul und dem Mikrocontroller erlaubt schnellen und flexiblen Datenaustausch zwischen den beiden Einheiten, während die Anbindung des COMe-Moduls an den CAN-Bus im Fahrzeug.
Produktentstehung
Am Anfang stand die Idee. Doch diese musste mit viel Recherche und Diskussionen in ein erstes Konzept überführt werden, das dann zunächst von ehemaligen Teammitgliedern geprüft wurde. Mit dieser Idee wandten wir uns an Kontron und waren erfreut über das schnelle Angebot, uns zu unterstützen. In mehreren Gesprächen schlossen wir die Auswahl des passenden Boards ab und durften unsere Schaltpläne einem professionellen Check unterziehen. In den nächsten Monaten wird unsere Platine fertig entwickelt und produziert werden. Dann können wir es kaum erwarten, beide Teile der neuen Einheit zusammenzuführen und in den Hamburger Elektrorennwagen der neuesten Generation einzubauen!
Ohne Kontrons großzügige Unterstützung mit dem Board und Kontrons kompetenter Beratung wäre dieses anspruchsvolle Projekt kaum möglich. Wir sind dankbar, einen so großartigen Partner an unserer Seite zu haben!
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