wir werden Sie weiterhin regelmäßig mit einem Update versorgen.
Auch diesen Monat bieten sich wieder spannende Einblicke in die einzelnen Module. Im nächsten Newsletter wird sich dann unsere neue Teamleitung näher vorstellen.
Grußwort der Teamleitung
Liebe Leserinnen und Leser,
wie in unserem letzten Newsletter schon berichtet, hat sich der Fokus vom gesamten Team nun auf die Vorbereitungen für die 2022iger Saison gerichtet.
Hierzu lässt sich besonders erwähnen, dass sich die bisher getrennte Entwicklung von unserer autonom fahrenden Testplattform LR20 und der Neuentwicklung LR21 zum Start der neuen Saison fusionieren werden, um vor allem für die Zukunft die Anforderungen, für das autonome Fahren, schon frühzeitig in unsere Entwicklungen einfließen zu lassen.
Das Monocoque des 2021iger Fahrzeuges hat hier schon große Vorarbeit, im Bereich der Komponentenräume, geleistet, da erst nach Entwicklungsbeginn die Corona Pandemie im vergangenen Frühjahr einige anstehende Änderungen im FSG Reglement nach hinten verschoben hat. Wir sind besonders stolz darauf, bereits diesen Oktober unser Driverless-Fahrkonzept auf dem FS Italy Wettbewerb in Varano de‘ Melegari antreten zu lassen.
Wie immer wünsche wir Ihnen viel Spaß beim Einlesen in die Statusberichte und Bauteilerläuterungen der einzelnen Module.
Aerodynamik
Da wir uns momentan in der Klausurenphase befinden, ist der Fortschritt momentan etwas langsamer. Seit dem letzten Artikel haben wir die Hüllen für Flap 1 des Rearwing fertiggestellt. Sowohl die Vakuuminfusion als auch das Tempern lief ohne Probleme ab. Da die Plies, die Form der Kohlefaserlagen, für das Hauptprofil des Front und Rearwings komplex sind, sind die Formen davon noch nicht fertiggestellt.
Wir haben ein Einschweißgerät geliehen bekommen, um unsere Gewindeinserts in unsere 3D-Druck Inserts einzubetten. Nach etwas Übung hat dies sehr gut funktioniert, jedoch konnten nicht alle Inserts eingebettet werden, da die Löcher in den Rippen von manchen Flaps die falsche Größe hatten.
Bei unseren CFD-Simulationen (Simulation eines Windkanals) gibt es etwas Fortschritt. Jedoch laufen die Kurven-Simulationen und die Testsimulation für Lüfter und Radiatoren noch nicht. Dort konnten einige Probleme behoben und viel neues erlernt werden.
Diesen Monat haben sich drei Mitglieder des Moduls mit der Sandwichbauweise auseinandergesetzt und vor kurzem dem Rest des Moduls einen Vortrag darüber gegeben. Mit dem Wissen erhoffen wir uns die Halterungen für unsere aerodynamische Bauteile und die Bauteile selbst in Zukunft effizienter und leichter auszulegen.
Anfang des Monats haben zwei Mitglieder einen Ausflug in das Mercedes- sowie in das Porsche-Museum in Stuttgart gemacht, da beide sowieso in der Region waren. Dort haben sie die Aerodynamik und die Entwicklung der Rennautos analysiert und nach zukünftigen Umsetzbarkeiten bei unserem Rennwagen gesucht. Insbesondere im Mercedes-Museum konnten wir uns interessante Bauteile anschauen.
Zudem waren wir Ende Juli mit Mitgliedern des Chassismoduls einen Tag im Kohlefaser-Technikum von VW. Dort hat uns ein erfahrener Mitarbeiter gezeigt, wie dort die Vakuuminfusionen durchgeführt wird und allgemeine Tipps gegeben.
Test des Ultraschallschweißgerätes
Chassis
Für diesen Newsletter möchten wir vom Chassis euch gerne eine kurze Einführung in unser Akkumulator-Gehäuse geben. Auch genannt der Akku-Container, handelt es sich um ein aus Faserstoffen gefertigte Umhausung, welche einerseits die Batteriezellen vor äußeren Einwirkungen schützen soll und andererseits den Fahrer und die an diesem System arbeitenden Mitglieder vor der lebensgefährlichen Spannung von 600 Volt trennt.
Auch bei diesem Bauteil liegt ein besonderer Fokus auf der interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen unseren Modulen, um die Entwicklung des Akkumulators und dem dazugehörigen Gehäuse, in Anbetracht der immer komplexer werdenden Monocoque- und Aerodynamik-Geometrien, so platzsparend wie möglich zu gestalten. Die Änderungen im Vergleich zu vorherigen Saisons liegen primär bei der Materialauswahl und der Dimensionierung. Durch innovative Entwicklung beim Stackdesign (Verbundeinheit an Batteriezellen), konnte die Breite des Akku-Containers deutlich reduziert werden, was sowohl in deutlichen Gewichtsersparnisse resultierte, als uns auch den Entnahmeprozess überdenken ließ.
Um die einzelnen Elemente des Gehäuses aus CFK fertigen zu können, werden, wie bei den meisten unseren Faserteilen, Formen aus Polyurethane verklebt und anschließend gefräst. Nach einer ausgiebigen Nachbearbeitung können dann die einzelnen Faserverschnitte aufgetragen werden.
Erster Entwurf des Akkus nach der Auslegung des Akkus
Gehäuse mit verbautem Akkumulator
Form für die inneren Trennwände des Gehäuses
Fahrdynamik
Im letzten Monat haben wir unter anderem den Fokus darauf gesetzt, unsere SLM gedruckten Bauteile nachzubearbeiten, um somit die Vormontage der Motoren abschließen zu können. Durch die freundliche Unterstützung des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik mit dessen Räumlichkeiten und Maschinen, hatten wir die Möglichkeit, die Stützstrukturen zu entfernen und anschließend die Oberflächen zu schleifen und sandzustrahlen. Anschließend haben wir die Motorengehäuse an unseren Partner Jäger gesendet, die die Montage des Stators durchführen.
Im Zuge der Neuentwicklung des Radbereiches für unseren LR21 haben wir unser Konzept der Motorenkühlung neu überdacht. Mit dem Ziel die Funktionen der Motorhülse, den Montageflansch und die Kühlstrukturen in einem Bauteil zu vereinen haben wir ein additives Gehäuse entwickelt, das die Masse im Vergleich zu den vorherigen Bauteilen um 60% reduziert und sich perfekt in unser neues Konzept für den Radbereich einfügt. Insbesondere die Schnittstellen zum Fahrwerk und Radträger haben die konstruktive Freiheit stark begrenzt, was zu geringem verfügbarem Platz für die Kühlkanäle führte. Durch mehrfache CFD-Simulationen und Nutzung der Geometriefreiheit der additiven Fertigung konnten wir jedoch trotz der engen Randbedingungen die Kühlperformance im Vergleich zum Vorgänger um 16% steigern.
Driverless
Im letzten Newsletter sprachen wir über den Lap Counter und welche Bedingungen an diesen geknüpft sind. Eine davon war die umfangreiche Kenntnis über die aktuelle Position.
Die Aufgabe der sogenannte “Vehicle State Estimation” (VSE) ist es, wie der Name schon sagt, den Fahrzeugzustand zu schätzen. Darunter fallen dann neben der Position auch Geschwindigkeiten, sowie Beschleunigungen.
Um die einzelnen Größen zu bestimmen reichen oft schon wenige Sensoren aus, die Auskunft über einzelnen Fahreigenschaften liefern. Ein solcher Sensore ist beispielsweise ein Drehzahlsensor, welcher die Motordrehzahl oder die Raddrehzahl bestimmt. Allerdings benötigt man für die Berechnungen mindestens die Drehzahl von zwei gegenüberliegenden Motoren/Rädern. Bei dem LR20 werten wir sogar die Drehzahlen aller vier Räder aus.
Die Motors Transformation ist bei uns dafür zuständig, dass diese 4 Datenquellen ausgewertet werden. Dabei berechnet sie die Geschwindigkeit in Fahrtrichtung und die aktuelle Gierrate.
Die Geschwindigkeit ist dabei noch recht simpel zu berechnen. Über die Anzahl an Umdrehungen seit der letzten Messung und dem Radumfang kann man die zurückgelegte Strecke dieses Zeitintervalls berechnen. Dieser Wert entspricht dann “Metern pro Zeitintervall”, wobei unser Zeitintervall eine Länge von einer Hundertstel Sekunde hat, dementsprechend ergibt das 100-Fache eine Geschwindigkeit in “Metern pro Sekunde”.
Die Gierrate ist vergleichsweise kompliziert zu berechnen. Um sie zu berechnen, braucht man neben den Drehzahlen noch eine Fahrzeug-Konstante, die Spurbreite. In Kombination mit der Differenz der Drehzahlen der Hinterradmotoren lässt sich der Winkel um den Drehpunkt bei der Kurvenfahrt bestimmen. Da sich dieser Wert wieder auf das obige Zeitintervall bezieht, handelt es sich also nicht nur um einen Winkel, sondern um eine Winkelgeschwindigkeit. Diese entspricht dabei schon der Gierrate.
Beide der berechneten Zustandsgrößen füttern anschließend mit den anderen Komponenten der VSE einen Extended Kalman Filter (EKF), welcher die einzelnen Größen benutzt um alle fehlenden zu berechnen und den gesamten Fahrzeugzustand zu bestimmen. Dieser wird aber ausführlicher Teil eines zukünftigen Newsletters sein.
Antrieb & Elektronik
In den letzten Wochen standen bei uns die Hardware- und Softwaretests unseres Hochvoltsystems im Vordergrund. Dazu wurde die Platine des Accumulator Management Systems mit dem zugehörigen Code getestet. Wir versuchen dabei Fehler in der Software und in der Hardware bereits frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Somit verhindern wir größere Ausfälle des Gesamtsystems bei Fahrzeugtests.
Weiter ging es auch beim Testen unserer Motoren und den Umrichtern, die den Gleichstrom des Accumulators in Wechselstrom (bzw. Drehstrom) umwandelt. Auch hier wird das Antriebssystem außerhalb des Gesamtfahrzeuges untersucht, um fatale Fehler vorab zu eliminieren und die Software nach besten Möglichkeiten zu optimieren.
Zu unserem Hochvoltsystem gehört auch unsere sogenannte HV-Box. Dieses selbstentworfene Behältnis enthält und verbindet wichtige Komponenten unseres Antriebstranges. Dabei sind die Kabel vom Accumulator und den Umrichtern durch diesen Bereich geführt und verbunden.
Der Aufbau in unserem LR21 ist unten auf der Grafik dargestellt. Hier erkennt man deutlich den High Voltage Disconnect (HVD), der von außen am Fahrzeug zugänglich ist und die Spannung zwischen Accumulator und dem restlichen Fahrzeug unterbrechen kann. Das zweitgrößte Gerät in der HV-Box ist das sogenannte Energymeter, welches von Organisatoren der Wettbewerbe genutzt wird, um die Konformität unseres HV-Systems während der dynamischen Disziplinen zu überprüfen.
Außerdem ist in dieser Box unsere Brake System Plausibility Device (BSPD) untergebracht. Dies ist einer der wichtigen Bausteine des Sicherheitssystems in unserem Auto. Dieses verhindert die Übergabe von mehr als 5kW Leistung von den Wechselrichtern beim starken Bremsen oder beim Feststellen von fehlerhafter Brems-Sensorik. Die Platine mit dazugehörigen Hall-Effekt-Stromsensor kann man unten rechts am HV-Kabel des Accumulators sehen.
Auch diesen Monat bieten sich wieder spannende Einblicke in die einzelnen Module. Starten möchten wir aber mit einer traurigen Nachricht. Lesen Sie daher zu Beginn das Grußwort der Teamleitung. Im Anschluss stehen aber auch gute Neuigkeiten aus den einzelnen Modulen für Sie bereit.
Auch diesen Monat bieten sich wieder spannende Einblicke in die einzelnen Module. Es geht unter anderem um die neue Nase des Fahrzeuges und die darunterliegenden Crashbox, um die Pedalbox und um die Trajektorieberechnung unseres autonomen Fahrzeuges.
Auch diesen Monat bieten sich wieder spannende Einblicke in die einzelnen Module. Es geht unter anderem um die Formen für die Flügel und unseres Monocoques, um Hard- und Software für unseren autonom fahrenden LR20 und um unser neues Getriebe!
