Racecar EFR16

Um schneller durch die Kurven fahren zu können, wurde auch dieses Jahr unser Aerodynamikpaket weiterentwickelt und einen Powered Ground Effekt implementiert. Durch die Nutzung von CFD-Simulationen können wir unsere eigens konstruierten Bauteile bestmöglich mit minimalem Aufwand evaluieren und entwickeln. Schlussendlich kann in der Fertigung durch Unterstützung des Teams, sowie unserer Sponsoren, eine leichte, hochqualitative Aerodynamik ans Fahrzeug gebracht werden.

• einteilig gefertigter Unterboden
• 11kW Powered Ground Effekt im Unterbodeneinlass
• Abtriebsbeiwert von bis zu -14m² im Skidpad und auf der Geraden 10,1m² bei 60km/h
• Abtrieb/Luftwiderstand-Rate von 3,98 bei 60km/h
• Fertigung von Sandwichstrukturen durch Prepreg- und Vakuuminfusionsprozesse
• Strömungsoptimierte Integrierung aller Sensoren und des Feder-Dämpfer-Systems

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 Brems- und Notbremssystems.

Motoren:

• Vier permanent erregte Fischer-Synchronelektromotoren, koaxial mit Radachse
• Bauraum- und funktionsoptimierte Motorwelle und -gehäuse aus Eigenentwicklung
• Max. Leistung: 35kW, max. Drehmoment: 26 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
• Luftkühlung des Akkus durch aktive Absaugung

Das Fahrwerk eines Fahrzeugs hat die entscheidende Aufgabe, eine gleichmäßige Radlastverteilung in allen Fahrsituationen zu gewährleisten. Dies ist essenziell, um die maximale Kraftübertragung der Reifen auf die Fahrbahn sicherzustellen. Eine ausgeglichene Radlastverteilung an den einzelnen Reifen führt zu einer erheblich gesteigerten Gesamtperformance des Fahrzeugs, insbesondere in Kombination mit anderen Fahrzeugmodulen.
Ein hydraulisch entkoppeltes Fahrwerk bietet hier enorme Vorteile. Durch die hydraulische Entkopplung kann das Fahrwerk die Radlasten noch präziser und schneller anpassen. Dies geschieht durch die Verwendung von hydraulischen Aktuatoren, die unabhängig voneinander an jedem Rad agieren können. Dadurch wird nicht nur die Bodenhaftung verbessert, sondern auch die Stabilität und Agilität des Fahrzeugs deutlich erhöht.

Reifen

• 10 Zoll Hoosier LCO

Feder/Dämpfer

• Hydraulisch Entkoppeltes Feder-Dämpfer-System
• Zusätzliche Entkopplung der Achsverschränkung
• Zusammengefasstes Rollelement für beide Achsen mit Möglichkeit der jeweiligen Verstellung der Rollsteifigkeit

Pedalbox

• Hydraulisches Bremssystem mit elektrischer Rekuperation an allen Rädern
• Eigenentwickelte hydraulische Hauptbremszylinder
• Bremsbalance für die Vorder- und Hinterachse frei verstellbar
• CFK Gaspedal, verstellbar in 12 Stufen mit generativer 3D Druck Anbindung

Radaufhängung

• Einzelradaufhängung als Doppelquerlenker System
• Hydraulisch angesteuerte Pushrods
• CFK-Rohre mit Aluminium Inserts und V-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 unter 0,5kg

Unsere Verantwortung liegt in der Konstruktion, Entwicklung, Simulation und Fertigung des Hauptbestandteils unseres Rennwagens; dem Monocoque. Weiterhin fertigen wir den Großteil der aus Faserverbundwerkstoffen 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 Wabenkern
• Hohe Geometrieverstiefung durch runde Geometrien

Ergonomie:

• Rückliegende Fahrtposition, ergonomisch optimiert
• 3D-gescannte Sitzgeometrie
• verstellbare Pedalerie mit interaktivem Dashboard
• im Wechselspiel mir Fahrerfeedback iteriertes, ergonomisches Lenkrad

Weiteres:

• simulativ ausgelegte und in-house gefertigte Carbonfelge
  
• Leichtbau-Akkucase aus Prepreg-Aramidgewebe

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.

Eingenentwickelte Sensorsysteme:

• GPS/IMU-Unit
• Bodengeschwindigkeitssensor
• Smart Sensors Board mit 32 24bit Kanälen zur Messung der Sensoren

Gekaufte Sensorsysteme:

• Reifentemperatursensoren
• Lidars und Kameras
• Federwegs-Sensor
• Lenkwinkelsensor
• Drucksensoren für Fahrwerk und Bremsdruck
• Bodenabstandssensoren
• Temperatursensoren für Kühlung und Bremsen

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 ist dafür verantwortlich, dass das Auto auch ohne Fahrer fahren kann. Dabei nutzen wir verschiedenste Sensorsysteme, wie Lidar Sensoren und Kameras, die die Umgebung für uns aufnehmen, sowie weitere Sensoren für die Erkennung der Bewegung des Autos. Mit unserer selbst geschriebenen Software erkennen wir Kegel aus der Umgebung und validieren diese mittels künstlicher Intelligenz. Anschließend nutzen wir einen Graphslam um eine Karte der Kegel zu erstellen und das Rennauto darin zu lokalisieren. Unsere Pfadplanung erkennt mittels einer Tiefensuche die Streckenbegrenzung und übergibt einen Mittelpunktpfad an die Trajektorie die bei diesem Pfad die Krümmung verringert und die Geschwindigkeiten an der Strecke ausrechnet.

Zum Schluss berechnet das Autonome System mittels Model Predictive Control die Momente für die einzelnen Motoren und schickt diese direkt an den Inverter.

Dabei erreich wir Geschwindigkeiten, die an die Performance eines durchschnittlichen Fahrers heran kommen.

Erkennung:

• 3x Livox HAP Sensor
• 1x Global shutter Kamera
• 2x IMUs
• Kegelerkennung bis zu 70m

Mapping und Lokalisierung:

• State Estimation mit dynamischem Einspurmodel
• Graphslam Algorithmus

Motion Planning:

• Trajektoryoptimierung über Geschwindigkeit und Krümmung
• Model Predictive Control

Sonstiges:

• CI/DC
• Automatisierte Pfadplannungstests
• Eigenentwickelte Controls Simulation

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: 7,21 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
• zwei 800W 24V DCDCs 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