HerminE

Wo Kurvengeschwindigkeit der Schlüssel ist, bleibt die Aerodynamik nicht weit. Um die Geschwindigkeiten auf den engen, kurvigen Kursen der Formula Student hochzuhalten, wurde ein ausgeklügeltes Konzept erarbeitet um die Luft möglichst effektiv um das Auto zu leiten. Dabei kommt es vor allem auf den erzeugten Abtrieb an, eine nach unten gerichtete Kraft, die den Grip des Fahrzeugs durch eine höhere Reifenaufstandskraft erhöht. Dadurch steigern sich die möglichen Quer- und Längsbeschleunigungen vor allem beim Anbremsen von Kurven und der Kurvenfahrt.
HerminE zeichnet sich durch einen Abtriebsbeiwert, den sog. ClA, von 4,8m² aus. Daraus resultiert eine Abtriebskraft von ca. 800N bei 60km/h, was einer Aufstandskraftsteigerung von 40% entspricht. Zustande kommen diese Kräfte durch komplett neu entwickelte Front- und Heckflügel, als auch durch ein komplett neues Unterbodenkonzept, welches für die Hälfte des Abtriebs des Fahrzeugs verantwortlich ist.
Um den Vorteil des zusätzlichen Abtriebs nicht durch ein zu hohes Gewicht zu kompensieren, werden die Komponenten komplett aus Carbon in Handarbeit gefertigt, durch Einsatz von Prepregmaterialien, aber auch dem Vakuuminfusionsprozess.

Der Antriebsstrang (Powertrain) wandelt die elektrische Leistung des Akkus zuverlässig und verlustarm in mechanische Leistung um, welche anschließend an die Räder übertragen wird. Dies wird durch unsere vier Antriebseinheiten, bestehend aus Radnabenmotor, Radträger, Getriebe und Nabe, realisiert. Zu den Aufgaben des Moduls gehören außerdem die Kühlung der Leistungselektronik, sowie die Integration eines zuverlässigen Bremssystems.

Motoren:

• Vier permanent erregte Fischer-Synchronelektromotoren, koaxial mit Radachse
• Bauraum- und funktionsoptimierte Motorwelle und -gehäuse aus Eigenentwicklung
• Max. Leistung: 35kW, max. Drehmoment: 25 Nm, max. Drehzahl: 20.000 U/min

Radträger:

• Integralbauweise – Radlagerung und Verbindung zum Fahrwerk, Motorgehäuse inkl. Kühlwasserführung, Getriebegehäuse, Bremsanbindung
• Topologieoptimierung für minimale Masse bei maximalen Steifigkeitskennwerten
• Sinterbauteil, Werkstoff: AlSi10Mg

Kühlung:

• Wasserkühlung der Motoren und Inverter mit einem aktiv durchströmten Wärmetauscher

Die Aufgabe des Fahrwerks ist es, eine möglichst gleiche Radlastverteilung in jeder Fahrsituation zu gewährleisten, damit eine maximal mögliche Kraftübertragung der Reifen auf die Fahrbahn garantiert werden kann. Je besser bzw. ausgeglichener die Verteilung der Radlasten an den einzelnen Reifen ist, desto mehr Performance liefert das Gesamtfahrzeug in Kombination mit den anderen Modulen.

Reifen:

• 10 Zoll Hoosier LCO

Feder/Dämpfer:

• Hydraulisch Entkoppeltes Feder-Dämpfer-System
• Zusätzliche Entkopplung der Achsverschränkung
• Trennung der Heave Elemente Vorder- und Hinterachse
• Zusammengefasstes Rollelement für beide Achsen mit Möglichkeit der jeweiligen Verstellung der Rollsteifigkeit

Bremssystem:

• Hydraulisches Bremssystem mit elektrischer Rekuperation an allen Rädern
• Bremsbalance frei verstellbar
• EBS System mit eigenentwickelten hydraulischen Druckspeichern

Radaufhängung:

• Einzelradaufhängung als Doppelquerlenker System
• Hydraulisch angesteuerte Pushrods
• CFK-Rohre mit Aluminium Outserts
• Anfahr- und Bremsnickausgleich für bessere Achslastverteilung und höhere Aerodynamiktreue
• Spur- und Sturzverstellung über Shimplates

Lenkung:

• Ergonomisch angeschrägte Lenkung über ein Umlenkgetriebe
• Topologieoptimierte Umlenkgetriebekonsole
• Zahnstangengetriebe für die Umwandlung des Drehmoments in eine lineare Lenkbewegung
• Integrierter Lenkaktor mit Drehwinkelsensor für Autonomous System

Wir sind verantwortlich für die zentrale Schnittstelle des Fahrzeugs, das Monocoque. Weiterhin fertigen wir den Großteil der aus Faserverbundstoffen bestehenden Bauteile. Beim Chassis steht die Sicherheit des Fahrers an erster Stelle. Dabei müssen wir einen Kompromiss zwischen Packaging, Fahrerergonomie und Leichtbau finden.

Chassis:

• einteilig laminiertes Monocoque aus Carbonfasern mit Aramid Wabenkern
• 2100°/Nm Torsionssteifigkeit

Ergonomie:

• Rückliegende Fahrtposition, ergonomisch optimiert
• 3D-gescannte Sitzgeometrie
• verstellbare Pedalerie mit interaktivem Dashboard

Weiteres:

• selbst laminiertes Akku Gehäuse aus Aramidprepreg

Für unser Niederspannungssystem verwenden wir eine Mischung aus einem 24V und 12V Netz, da einige der Komponenten nur in 12V Versionen verfügbar sind.
Zur Verteilung der benötigten Leistung entwickeln wir einen eigenen Kabelstrang, bei dem wir auf ein optimales Verhältnis zwischen Kabeldicke und Gewicht achten und eine Power Distribution Unit, welche alle LV Verbraucher schalten kann.
Einen Großteil der benötigten Leiterplatten für unser System entwickeln wir selbst, um sie bestmöglich auf unsere Ansprüche zu optimieren.

Sensorsystem:

• selbstentwickelte GPS/IMU-Unit
• Vier Wheel IMUs
• Reifentemperatursensoren
• Lidars und Kameras
• Federwegs-Sensor
• Lenkwinkelsensor
• Drucksensoren für Fahrwerk und Bremsdruck
• Bodenabstandssensoren
• Temperatursensoren für Kühlung und Bremsen
• Smart Sensors Board mit 32 24bit Kanälen zur Messung der Sensoren

Electronic Control Unit:

• sbRIO-9626 von National Instrument mit CAN- und DIO-Modul
• 4 High-Speed CAN-Busse
• Echtzeit-Telemetrie mit langstrecken WLAN

Sicherheitssysteme:

• Isolationswächter
• Crash Sensor
• Shutdown-Circuit
• Spannungs- und Temperaturmessung der Zellen

Das Autonome System kümmert sich um die Software, die das Fahrzeug die Driverless Disziplinen bestreiten lässt.
Dafür erkennen wir mithilfe von Kameras und Lidar-Sensoren die Kegel die eine Streckenbegrenzung vorgeben. Mithilfe der State Estimation und dem SLAM Algorithmus erstellen wir eine Karte dieser Kegel und lokalisieren das Fahrzeug in dieser. Die Pfad Planung legt dann einen Pfad in die Karte, dieser wird dann mithilfe der Trajektorie optimiert. Die Regelung gibt dann für die Motoren und den Lenkaktor die entsprechenden Momente aus, damit die Strecke sicher und schnell abgefahren werden kann.

Kegelerkennung:

• Kamera und Lidar-Sensoren
• Erkennung bis 45 Meter

Mapping und Lokalisierung:

• State Estimation kinematisches Einspurmodell
• EKF-Slam

Motion Planning:

• Trajektoryoptimierung über Geschwindigkeit und Krümmung
• Model Predictive Control

Wir sind dafür zuständig, dass der 600V Gleichstrom des Akkumulators als geeigneter Wechselstrom an unseren Motoren ankommt. Außerdem rufen wir mit Hilfe unseres Battery Management Systems die optimale Leistung für einen erfolgreichen Endurance-Wettbewerb ab.

Accumulator:

• Max. Akku Spannung: 600 V
• Energiegehalt: 7,32 kWh
• 272 Lithium-Polymer-Zellen in 136s2p Verschaltung
• Nennspannung 3,9V
• selbst entwickeltes, umfangreiches Batterie Management System
• selbst entwickeltes GUI zur Visualisierung der Zellspannungen und der Zelltemperaturen
• CFRP-Aramid-Akkucase
• ein 1200W 24V DCDC zur Versorgung des LV-Systems

Drive System:

• Vier permanent erregte Synchronelektromotoren direkt an der Radnabe
• Max. Leistung: 35kW
• Max. Drehmoment: 26 Nm
• Max. Drehzahl: 20.000 u/min

Wechselrichter

• selbstentwickelte Hard- und Software
• SiC-MOSFETs mit variabler Schaltfrequenz bis 50kHz
• Gewicht 3,7kg
• Volumensenkung um 75% ggü. Kaufteil