Aerodynamik
Zum Ende des Jahres hat sich unsere Aerodynamik-Abteilung mit der Fertigung des Heckflügels unseres LR22 beschäftigt. Dazu wurden alle Flaps geklebt und unter Belastungstests geprüft. Darauf folgte die Vakuuminfusion der Einzelteile des Heckflügels. Was eine Vakuuminfusion ist und wie sie durchgeführt wird, können Sie in unserem letzten Newsletter aus November nachlesen.

Außerdem haben wir das erste Mal die Aerodynamik unseres Fahrzeuges bei Kurvenfahrten simuliert. Diese Kurvensimulation erlaubt es uns das Aerodynamikpaket nicht nur auf geraden Strecken, sondern auch für die Kurvenfahrt auszulegen. Dies ist insbesondere in den Formula Student Disziplinen, wie Skid Pad sehr wichtig. Da wir auch bei der Geradeausfahrt relativ langsam unterwegs sind, kann ein Seitenwind die Strömungsrichtung der Luft stark beeinflussen. Aus diesem Grund, sind die Ergebnisse der Kurvensimulation auch wichtig, um das Auto weniger anfällig für Wind zu gestalten.
Der Aufbau der Kurvensimulation unterscheidet sich stark von der einer Simulation für gerade Fahrten. Hauptsächlich ist der Unterschied darin zu finden, dass das gesamte Fahrzeug simuliert werden muss und sich dieses auch im Luftstrom bewegt. Die Bewegung in der Kurve wird mit dem Rotieren um einen zentralen Punkt simuliert.
 

Chassis
Wir haben uns im letzten Newsletter vor allem mit den zwei primären Fertigungsverfahren im Chassis beschäftigt, heute wollen wir uns den vorangehenden Arbeitsschritt einmal genauer ansehen, den Formbau. Wie schon beim letzten Mal berichtet, hat Faserverbund die besondere Eigenschaft, dass anders als bei der herkömmlichen Verarbeitung von Metallen, braucht es hierfür eigens hergestellte Formen, die die späteren Geometrien wiedergeben. Dazu müssen wir zunächst zwei Begriffe klären:
 

• Positivform, bildet die Innenseite einer Geometrie nach.
  • Vorteil: Verbrauchsärmer beim Material
  • Nachteil: kann aber in einigen Anwendungsfällen im Nachhinein nicht mehr entfernt werden.

 

• Negativform, bildet die Außenseite einer Geometrie nach.
  • Vorteil: Kann auch bei Bauteilen mit komplexer Innengeometrie entfernt werden.
  • Nachteil: Verbraucht in der Regel mehr Material

 
Wo finden die diese beiden Verfahren also bei uns Anwendung? Dazu gehen wir einmal das Beispiel unseres Monocoques durch. Dieses wird aus Gewichts- und Steifigkeitsgründen in einer Sandwich-Bauweise gefertigt.

Fahrdynamik
Im Dezember erreichten uns in der Fahrdynamik sehr viele Pakete, sodass wir mit den gelieferten Fertigungs- und Normteilen bereits einige Baugruppen montieren können. Sobald das Monocoque fertiggestellt ist und in den nächsten Wochen die letzten Teile eintreffen, werden wir mit dem finalen Zusammenbau beginnen.

Währenddessen werden wir in den kommenden Wochen mit der Fertigung unserer CFK-Bauteile, wie bspw. dem Getriebecover oder auch den Felgen starten. Hierbei ist besondere Sorgfältigkeit nötig, da wir zum ersten Mal in der Geschichte des Teams Felgen aus CFK am Fahrzeug verbauen wollen.
Der Hauptfokus der Fahrdynamik liegt in dieser Saison in der Gewichtsersparnis bei optimaler Funktionsweise. Die Fahrwerksarme waren dafür keine Ausnahme. Wir haben uns dazu entschieden die Arme aus CFK-Rohren zu fertigen, in die wir aus Aluminium gedrehte Inserts Monocoque seitig und radseitig gefrästen Fahrwerk-Brackets einkleben. Beide Bauteile sind den Abbildungen dargestellt. In die Inserts werden im Anschluss Kugelgelenke geschraubt und die Arme dann über Passschrauben mit dem Monocoque-Brackets verbunden.
In den vergangenen Saisons haben wir Fahrwerksarme aus Stahl gefertigt. Diese mussten nicht verklebt werden, sondern wurden mit den Fahrwerk-Brackets verschweißt. Aus diesem Grund haben wir uns zu Beginn des Jahres Gedanken über die optimale Form der Klebeflächen an den Inserts und den Fahrwerk-Brackets gemacht. Diese sollten eine optimale Verbindung zwischen den CFK-Rohren und den Aluminiumbauteilen herstellen, aber nicht all zu kompliziert zu fertigen sein. In einem iterativen Prozess haben wir die Konturen optimiert und uns mittels Simulationen der Klebeverbindung für die beste Lösung entschieden. Zur Verifikation der Verbindung haben wir in den vergangenen Monaten Versuche an einem Institut der TU Braunschweig durchgeführt, um die maximalen Zugkräfte zu ermitteln.

Zusammengefasst konnten wir über die LR22 Fahrwerksarme eine Gewichtsersparnis von ca. 25% erzielen und die Bauteile Anfang des Monats an einen unserer Fertiger übergeben.
 

Driverless
Die letzten Monate waren für die Driverless-Abteilung von besonderem Interesse. Der Fokus lag verstärkt auf dem Testen des LR20.
 
Da einiges an Aktoren und Kommunikationsmodulen neu integriert wurde, bestanden die ersten Tests darin, diese zu validieren und die korrekte, teils durch Regeln definierte Funktionsweise gewährleisten zu können. Nachdem grundlegend die Funktionsfähigkeit sichergestellt und sämtliche Sensorik richtig kalibriert war, konnten die ersten manuellen Fahrversuche durchgeführt werden. Der Fokus lag dabei auf der Gewinnung von Sensordaten, auf denen die Software immer wieder getestet werden kann, bis sie die nötige Zuverlässigkeit aufweist um mit Live Daten auf dem LR20 zu laufen. Die Software wird dabei etappenweise auf den Daten getestet, ähnlich zum späteren Datenfluss. Dadurch wird sichergestellt, dass jede Software-komponente korrekte Daten von ihrem Vorgänger erhält.

Die Tests beginnen dabei mit der Auswertung der Positions- und Fahrzeugszustandssensorik. Nur wenn deren Informationen richtig interpretiert werden, kann von einer zuverlässigen Positionsbestimmung gesprochen werden, welche gerade mit dem Erstellen einer Streckenkarte einhergeht.
Als nächstes werden die Optischen Sensoren ausgewertet. Die Software gewinnt dabei aus den Bildern der Kamera und den Punktwolken des Lidars die relativen Positionen der Streckenmarkierungen zum jeweiligen Sensor. Um diese dann in den globalen Kontext zu heben, spielt besagte Positionsbestimmung eine entscheidende Rolle.

Ab jetzt basieren sämtliche Berechnungen auf den Informationen aus den vorherigen Schritten, ohne direkten Sensorursprung.
Als erstes wird die Streckenkarte erstellt und die Streckenmarkierungen interpretiert. Das ist für die Trajektorienplanung von großer Bedeutung. Sie stellt anschließend die letzte Komponente im Softwaretest dar. Mit ihr wird überprüft, ob die Software vergleichbare Entscheidungen zum menschlichen Fahrer trifft oder ob es zum unplanmäßigen Verlassen der Strecke kommen würde.

Antrieb & Elektronik
Es ist Dezember und das bedeutet, dass es an der Zeit ist, in der Elektronik-Abteilung auf unser Jahr 2021 zurückzublicken. Es war kein einfaches Jahr für uns, da wir sowohl an der Autonomisierung des LR20 als auch an dem kommenden LR22 viel zu tun hatten. Die Entwicklung völlig neuer Systeme, sowie die Aktualisierung und Verbesserung alter Systeme prägten unser Jahr. Endlose Sitzungen mit dem Multimeter und Oszilloskop an unseren Steuergeräten oder mit einer Crimpzange beim Kabelbaum und viel zu viele Tassen Kaffee, während der Entwicklung von unserer Software sind alles gute Kandidaten für die Symbole von 2021 in unserer Abteilung.
Für den letzten technischen Einblick in 2021, wollen wir über ein System sprechen, mit dem wir uns in den letzten Monaten besonders stark auseinandergesetzt haben: Die Driverless Control Unit (DCU). Diese Steuereinheit dient in unserem LR20 den folgenden Aufgaben:

• Steuerung von Aktoren
• Abfrage der Sensoren des autonomen Systems
• Kommunikation mit dem DV-Rechner

Darüber hinaus läuft in der DCU der Zustandsautomat des autonomen Systems. Mit zwei CAN- und einer USB-Schnittstelle, sowie mit mehr als 24 digitalen und analogen Ein- und Ausgängen ist es eines unserer komplexesten Systeme.