Lions Racing Team e.V. – Newsletter

Liebe Sponsoren, Freunde und Unterstützer,

wir werden Sie weiterhin monatlich mit einem Update versorgen.

In der aktuellen Ausgabe geht es um die Teilnahme an den Formula Student Events im Sommer und um die Bauteilberichte der einzelnen Module.

Grußwort der Teamleitung

Liebe Leser,

der Februar hat unser junges Team vor viele Herausforderungen gestellt, einige technischer, andere organisatorischer Natur.

Fangen wir gleich mit der wohl größten an, der Bewerbung für die jährlichen Wettbewerbe der Formula Student. Wie auch in den Saisons zuvor, wurden Anfang Februar alle Registrierungsquizze, über einen Tag verteilt, abgehalten. Anders als zunächst angenommen, waren die Plätze aber pandemiebedingt stark reduziert worden. So kam es, dass sich auf 16 freie Plätze, 123 Teams für das Event auf dem Hockenheimring beworben haben.

Mit großer Freude können wir Ihnen nun berichten, dass wir uns sowohl bei dem Formula Student Wettbewerb in Deutschland, als auch im ungarischen Zalaegerszeg und italienischen Varano, registriert haben. Dort treten wir sowohl mit unserem rein elektrischen LR21 als auch mit unserem autonom fahrenden LR20 an.

Die Fertigungsphase geht dabei weiterhin stetig voran und es ist immer wieder schön zu sehen, wenn unsere neuen Mitglieder das erste Mal ihre eigenen Bauteile in den Händen halten.

Wir wünschen Ihnen nun wieder viel Spaß dabei, sich im Folgenden in die Details der verschiedenen Entwicklungen einzulesen.

Aerodynamik

Im Februar hatten wir ein sehr interessantes Review mit Jan Windte von IAV. Es ging um Simulationsparameter, die Aussagekraft und Validierungsmöglichkeiten von und für unsere CFD-Simulationen. Des weiteren wurde auch über die aerodynamische Entwicklung der einzelnen Bauteile und mögliche Probleme gesprochen. Die Entwicklung am Heckflügel-Mounting wurde fortgesetzt, das Frontflügel DRS begonnen und erste Materialien an Sponsoren weitergegeben. Wolfcomp fräst für uns die Frontflügelform und WSL schneidet die Innenstruktur für Heck- und Frontflügel. Dafür möchten wir uns hier nochmal ganz herzlich bedanken.

In den ersten beiden Artikeln wurden die Entwicklung von Heck- und Frontflügel vorgestellt. Nun soll das dritte große aerodynamische Bauteil folgen: die Side Extention.

Wir haben uns entschieden eine, im Vergleich zum LR19, relativ aggressive Side Extention zu bauen, in welche auch die Kühler integriert werden, um einen möglichst niedrigen Schwerpunkt zu erreichen. Der Seitenkasten hat zwei Einlässe. Der „Haupteinlass“ befindet sich am Mono von vorne gesehen zwischen den Vorderreifen und eben diesem. Hier wird der Querschnitt des Kanals (durch Führen der Oberseite nach unten zur Straße) verringert, um den Venturi-Effekt zu nutzen. Danach wird der Querschnitt wieder erweitert. Der zweite Einlass befindet sich hinter dem Vorderrad und saugt den Tirewake ein. Um die benötigte Druckdifferenz bereitzustellen, befinden sich vor den Kühlern Ventilatoren. Zur Beschleunigung der Luft wird dieser Kanal dann enger und mündet im anderen Kanal. Dies findet statt, um die Grenzschicht des Side Extention Diffusors mit neuer Energie zu versehen und ein abreißen des Luftstroms zu verhindern. Weiterhin befinden sich hinter dem Diffusors noch zwei Flaps über dem Auslass, um ein Abreißen der Strömung zu verhindern und den Druck unter der Side Extention abzusenken. Wir hatten zu Beginn Schwierigkeiten die Side Extention mit den CFD-Simulationen zu verbessern, weil die Strömung am Haupteinlass in den ersten Simulationen durch den relativ aggressiven Frontflügel nach oben zeigte und energiearm war. Als der Frontflügel dann genug energiereiche Luft in den ersten Einlass leitete, war auch ein sehr großer Abtriebsgewinn zu verzeichnen. Das wahre Potential konnten wir jedoch nicht ermitteln, da wir Probleme bei der Simulation von Radiatoren und Ventilatoren hatten.

Chassis
Während die Fertigung der Monocoqueform darauf wartet, dass die Positiv-Form vom Lackierer zurück kommt, wurde akribisch an der Materialauslegung des Monocoques gearbeitet. Die verschiedenen Regelstrukturen wurden zunächst rechnerisch ausgelegt. Nun müssen Teststücke gefertigt werden, um den realen Nachweis liefern zu können, dass die Auslegung regelkonform und vor allem sicher ist. Dabei handelt es sich vor allem um 3-Punkt-Biege- und Durchstoßversuche zur Ermittlung der Scherfestigkeit. Da wir aufgrund der Corona-Bestimmungen leider nicht wie gewohnt an der Universität die Tests durchführen können, mussten wir an die OHLF in Wolfsburg ausweichen. Jedoch mussten hierfür neue Testvorrichtungen gefertigt werden, da die Anbindungspunkte an den Maschinen nicht identisch sind.

Die zweite große Herausforderung des Monats bestand in der Anfertigung einer neuen Testvorrichtung für die Crashbox. Bis die Tests am 9.3. in Ingolstadt durchgeführt werden, muss der vordere Teil des Chassis nachgebaut werden. Dabei reicht es den identischen Lagenaufbau und die Geometrie sowie Maße der Chassis nachzubilden, an den die Crashbox angebracht wird. Zusammengefasst wird im Chassis fleißig gefertigt und getestet.

Auf dem Bild ist ein bereits durchgeführter Durchstoßtest zu sehen

Fahrdynamik
Wie bereits der Januar zeichnete sich auch der Februar in der Fahrdynamik durch den Übergang aus der Konstruktions- in die Fertigungsphase aus. So wurden weitere Teile bestellt und bei Fertigern in Auftrag gegeben, während bei anderen Bauteilen noch am letzten Schliff gearbeitet wurde.
Parallel dazu haben wir bereits begonnen das für das Driverless Braking System des LR20 notwendige Pneumatik System zu testen, sodass wir das in der nächsten Zeit bereits in das Fahrzeug verbauen können.

In der Bauteilvorstellung möchten wir in diesem Monat einen komplett neu entwickelten Teil unseres Feder-/Dämpfersystems präsentieren:

Auf Basis unserer Erfahrungen aus den vorangegangenen Saisons, sowie dem aktuellen Reglement der Formula Student haben wir über bewährte Produktentstehungsprozesse viele neue Bauteile für die Saison 2021 konzipiert und konstruiert. Hierbei wurde unter anderem für das am LR19 verbaute Push-Rod-System ein neues Konzept, ein Heave-Roll System, erstellt.

Bei dem Heave-Roll handelt es sich um ein System, bei dem zwei Feder-/Dämpfersysteme zwischen Umlenkern verbaut sind, sodass diese die Achsbewegungen Heave und Roll separat Federn/Dämpfen. Diese Bauweise ermöglicht uns eine hohe Einstellbarkeit des Fahrwerks, um das Fahrzeug für die Anpassung an den Fahrer und fahrdynamisch zu optimieren. Im Vergleich zu anderen Teams ist unseres sehr einfach gehalten und stark funktionsintegriert. Dies ist über die minimalistische Gestaltung der Umlenker und eine neuentwickelte Push-Pull-Feder möglich. Infolgedessen ergibt sich für das Gesamtsystem zum einen ein geringes Gewicht und zum anderen ein Packaging Vorteil.

Driverless
Für die Erkennung der Hütchen verwenden wir einen Lidar und eine Kamera. Die Erkennungen beider Sensoren werden getrennt voneinander berechnet und anschließend fusioniert.
Wir verwenden eine ZED Stereokamera, die durch einen “Pixelmatching-Algorithmus” zweier Kamerabilder auch eine Entfernungsberechnung ermöglicht. Die Auflösung ist frei wählbar und für unsere Anwendung mit einer Auflösung von 1920×1080 Pixel, bei einer Frequenz von 60Hz, eingestellt. Durch ein neuronales Netzwerk werden auf dem Kamerabild Hütchen und deren Farben erkannt. Durch die Entfernungsberechnung der Stereokamera, kann für jedes erkannte Hütchen eine Entfernung ermittelt werden.
Für das neuronale Netzwerk wurde eine “State-of-the-Art“ Architektur namens “EfficientDet” gewählt. Für das Training des Netzwerkes werden Daten aus dem “FSOCO“ Datensatz verwendet. Dieser Datensatz wurde von vielen Formula Student Teams zusammengetragen und wird stetig erweitert. Hierdurch bietet es eine gute Varianz. Leider variiert deshalb auch die Qualität der Daten. Es konnten etwa 24.000 markierte Bilder für das Training verwendet werden. Ein Beispielbild der hiermit erzielten Ergebnisse ist nachfolgend dargestellt (Bild1).
Auf einer handelsüblichen Nvidia RTX2060 Grafikkarte verarbeitet das Netzwerk ungefähr 42 Bilder pro Sekunde, womit eine Echtzeitfähigkeit gewährleistet ist.
Die erkannten Hütchen mit der ermittelten relativen Entfernung zum Auto, werden anschließend an die Sensor-Fusion weitergegeben. Hier werden die Erkennungen der Kamera mit jenen des Lidars, welche eine höhere Positionsgenauigkeit gewährleistet, aber keine Farben unterscheiden kann, fusioniert.
In der Zukunft soll die Laufzeit des Netzwerks durch die Verwendung verschiedener Software, wie zum Beispiel “TensorRT”, optimiert werden. Hierdurch können höhere Frequenzen bei der Datenverarbeitung erreicht oder mehr Ressourcen für andere Algorithmen geschaffen werden.
Des weiteren besteht Verbesserungspotential in der Berechnung der Hütchen-Entfernungen. Hier wird aktuell an einer Optimierung gearbeitet.

Antrieb & Elektronik
Der Februar war für das Modul Power-Elo einer der intensivsten Monate. Der Anfang war komplett von den Vorbereitungen für die Registrierungsquiz geprägt. Nachdem diese beendet waren, haben wir den Übergang zwischen Entwicklungs- und Fertigungsphasen gestartet. Dies alles erfolgte unter zusätzlichen Druck von der nebenbei laufenden Klausurenphase. Trotz dieser Bedingungen teilen wir euch sehr gerne mit, dass unsere ersten, komplett neuen Platinen bei uns angekommen sind und aktuell bestückt werden.
In unserem Fahrzeug des Jahres 2021 gibt es eine Menge an großen und kleinen Neuheiten. Aus der Sicht unseres Moduls ist es aber ziemlich einfach, die größte davon auszuwählen. Der LR21 soll über einen komplett neuen Antriebsstrang verfügen. Das erste Bauteil davon – den Akku – haben wir schon in den letzten Newslettern gezeigt. Diesmal erzählen wir etwas über unser Motoren-Umrichter-System. Dieses besteht aus vier In-Hub synchronisierten Permanentmagnet-Motoren, die spezifisch für uns entwickelt wurden und zwei Lenze Mobile DCU 60/60 Umrichtern. Die maximale Leistung des Systems sind 240kW, gleichmäßig über den Allradantrieb verteilt. Die Leistung muss für Formula Student Events natürlich begrenzt werden. Der neue Antriebsstrang erfordert von uns auch viel Testzeit, woran wir aktuell meist aktiv arbeiten. Mehr darüber erzählen wir in den folgenden Newsletterausgaben.

Slave-Platinen, die bereits geliefert wurden

Test der Motoren

Wir möchten die Gelegenheit nutzen und Ihnen für Ihre Unterstützung und die Zusammenarbeit danken! Viele unserer Sponsoren und Unterstützer begleiten uns bereits viele Jahre mit einer höchsten Zuverlässigkeit. Insbesondere dieser langfristigen Unterstützung in den aktuellen Zeiten möchten wir unseren Dank aussprechen! Ohne Sie alle, als unsere Unterstützer, wäre dieses Projekt nicht Jahr für Jahr umsetzbar.

Falls Sie noch Anregungen oder Feedback zum Newsletter haben, dann antworten Sie gerne auf diese Mail oder direkt an