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Einstein Automotive e.V.

Unser Verein wurde Anfang 2006 von einigen Studierende der Hochschule Ulm gegründet, um verschiedene praxisbezogene Studierendenprojekte aus dem Automobilbereich verwirklichen zu können.

Hauptantreiber war zunächst die Formula Student Rennserie. Es entstand das Projekt Einstein Motorsport, das offizielle Team der Hochschule Ulm für die Formula Student.

Unseren Namen verdanken wir Albert Einstein, welcher 1897 in Ulm geboren wurde.

Ziel unseres Vereins, ist die Ausbildung auf dem Gebiet der Ingenieurwissenschaften und Wirtschaftswissenschaften an den Ulmer Hochschulen zu unterstützen und durch unser interdisziplinäres Projekt, die Zusammenarbeit von Studierenden verschiedenster Fachrichtungen zu fördern.

 
AL’06 am Hockenheimring

Unser Projekt

Seit 2006 bauen wir Rennwagen um damit an der Formula Student teilzunehmen und sind von Anfang an ein Teil der FS Germany am Hockenheimring, welches sich zu dem wichtigsten Event einer jeden Saison entwickelt hat. 

Die Events sind unsere Motivation, nicht aber der Grund für unsere Begeisterung an dem Projekt. Die Entwicklung von Technologie und Innovation mit der Unterstützung unserer Sponsoren, um mit dieser Erfahrung ein bessere Ingenieure zu werden – dies treibt uns an und motiviert uns die unzähligen Stunden am Computer oder in der Werkstatt zu verbringen. Und all dies parallel zum Studium.

Unsere Wochenenden und Sommerferien verbringen wir auf den Teststrecken oder bei den Wettbewerben. Dabei suchen wir immer weiter nach neuen Ideen und Lösungen, im Austausch mit den anderen Formula Student Teams, um noch besser zu werden.

Unser Ziel: „become professional“

Die fortlaufenden Weiterentwicklungen bestätigen unseren Ehrgeiz und rechtfertigen unser Kreativität, unser wachsendes Know-how, sowie die Motivation durch Eigeninitiative etwas zu bewegen. 

Wir betrachten uns als wichtigen Bestandteil der THU und der Innovationsregion Ulm, wenn es sich um die Verwirklichung technischer Zielsetzungen im Bereich der Fahrzeugtechnik handelt.

Unser Projekt ist wie folgt organisiert:

Auf den Events gibt es zusätzlich zu den dynamischen Disziplinen, bei denen der Rennwagen fährt, auch noch eine Business Plan Präsentation und einen Cost Report.

Business Plan

In der Business Plan Präsentation erarbeiten wir ein Vermarktungskonzept für unsere Rennwagen und präsentieren dieses einer Reihe von Industrievertretern, die als Juroren und potentielle Investoren fungieren. Von der Idee, bis hin zum Finanzkonzept und dem Marketing – alle Bestandteile müssen beachtet werden.

Cost Report

Im Team Cost Report müssen alle Teile, die in unseren Prototypen Rennwagen verbaut sind mit den entsprechenden Kosten und Fertigungsverfahren aufgelistet werden. In der Diskussion mit den Juroren müssen wir dann unser Verständnis bezüglich der Kosten und der Produktion beweisen.

Organisation:

Sponsoring

Unsere wichtigste Ressource ist die materielle und finanzielle Unterstützung unserer Sponsoren. Die Sponsoring‐Verantwortlichen des Team Organisation kümmern sich um die Betreuung aktueller und die Akquise neuer Sponsoren. Nur durch unsere Partner sind wir in der Lage jährlich einen neuen Rennwagen zu fertigen.

Eventorganisation

Eine der wichtigsten Veranstaltungen jede Saison ist das Rollout, bei welchem der neuste Rennwagen vor Sponsoren, Familie und Freunden präsentiert wird. Für dieses Großevent ist eine Menge an Planung und Vorbereitungen nötig.

Nach dem Rollout stehen dann die Formula Student Events in ganz Europa an, bei welchem wir mit unserem Rennwagen und bis zu 30 Leuten für mehrere Wochen unterwegs sind. 

Hinzu kommen außerdem Veranstaltungen, wie Infoabende, Sponsorenabende und verschiedene Messen mit Sponsoren in ganz Deutschland auf denen wir uns der Öffentlichkeit präsentieren.

Public Relations

Zu einem professionellen Auftritt gehört auch die Pflege unseres Social Media Auftritts und die Erstellung des Newsletters für unsere Sponsoren, sowie das Pflegen unserer Einstein-Homepage. Dafür ist der PR-Verantwortliche von Team Organisation verantwortlich.

Design:

Das Team Marketing ist für die Corporate Identity/das Corporate Design unseres gesamten Projektes verantwortlich, um einen professionellen und einheitlichen Auftritt zu ermöglichen.

Auf den Veranstaltungen, Events und allgemein während der Produktionsphase steht Fotografie und das Filmen für die Produktion von Videos, wie Aftermovies, Sponsorenvideos, Social Media vielem mehr im Vordergrund.
Eine Hauptaufgabe besteht darin ein Car Design zu entwickeln und dieses anschließend auf dem Rennwagen zu folieren. 
Printmedien, wie Plakate, Flyer oder Rollups für Infoabende etc. werden ebenfalls selbst erstellt.
Das Pflegen der Social Media Accounts (Instagram, Facebook, Youtube, LinkedIn), sowie das Aktualisieren der Website (WordPress) sind ein weiterer Teil der Tätigkeiten. 
Ein weiterer Punkt ist die Erstellung eines Designs für die Teamkleidung, welche das Team bei Events präsentiert.
Für die Bearbeitung steht dem Team die Adobe Creative Cloud mit Programmen, wie InDesign, Illustrator, Photoshop oder Premiere Pro zur Verfügung.

CFK

Das Team CFK hat zwei Hauptaufgaben:

Die Konzeption, Simulation und Fertigung des Aeropakets und des Monocoques.

Aero

Der Bereich Aerodynamik beschäftigt sich mit der Luftströmung um unsere Rennwagen und hat im Wesentlichen folgende Aufgaben:

  • Reduzierung des Luftwiderstands
  • Erzeugen von Anpressdruck bzw. Downforce

In der anfänglichen Konzeptphase werden verschiedene Konzepte für die Flügel und Seitenkästen simuliert, um für unsere Ziele das optimale Aeropaket zu konstruieren. Die Komplexität dieser Aufgaben wird durch den Einfluss aller Komponenten, welche bei der Auslegung beachtet werden müssen, noch erhöht.

Ein weiteres Ziel ist es ein möglichst leichtes Aero zu fertigen, weshalb alle Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen in Eigenfertigung hergestellt werden.

Monocoque

Seit 2013 bauen wir ein CFK-Monocoque, um das Gewicht unserer Rennwagen so niedrig wie möglich zu halten. Das Mono wird mit hohem handwerklichem Geschick in nahezu 100% Eigenfertigung gebaut.

Sobald das technische Grundkonzept steht, kann man mit der Auslegung des Monocoques beginnen. Dabei müssen einige Punkte aus dem Formula Student Reglement beachtet werden. Unser Carbon Monocoque muss in Sachen Steifigkeit die gleichen Eigenschaften, wie die eines Gitterrohrahmens aufweisen.

Der Lagenaufbau, für das optimale Verhältnis von niedriger Masse zu hoher Steifigkeit, wird mithilfe von einer FEM-Simulation der Bauteile bestimmt.

Das Team Fahrwerk hat die Aufgabe den Rennwagen perfekt auf der Straße zu halten und die maximale Leistung des Antriebs auf die Rennstrecke zu bringen.

Folgende Aufgaben und Baugruppen gehören zu Team Fahrwerk:

  • Auslegung der Reifen
  • Brems- und Lenksystem
  • Pedalerie
  • Feder-Dämpfer System
  • Radpackaging
  • Radaufhängung

Alle dieser Baugruppen werden von uns selbst entwickelt und gefertigt. Dabei kann man seine eigenen Entwicklungen und Konstruktionen an einem Rennwagen in Funktion sehen.

Bei der Entwicklung unseres Fahrwerks liegt unser Augenmerk vor allem auf der Zuverlässigkeit.

Trotzdem ist es unser Ziel, durch neue, innovative Konzepte und Optimierung bestehender Lösungen das Fahrwerk zu verbessern. Dabei kann man generell das Gewicht reduzieren, die ungefederten Massen minimieren und die Steifigkeit im Fahrwerk erhöhen. Auch die Einstellbarkeit ist ein wichtiger Punkt, um zwischen den verschiedenen Fahrdisziplinen auf den Events verschiedene Setups fahren zu können. Wichtig ist es einen agilen Rennwagen zu bauen, um die sehr kurvenreichen Strecken der Formula Student gut zu meistern.  

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Hochvolt

Man verantwortlich für den elektrischen Antriebsstrang unserer Rennwagen ab der Batterie, über die Motor Controller, bis zu den Ausgangswellen der Motoren. Außerdem spielen diverse Sicherheitsanforderungen, auch außerhalb des Hochvoltnetzes, eine große Rolle in unserer Arbeit.

Motor Controller

Die Motor Controller, auch Inverter, wandeln den Gleichstrom aus der Batterie in dreiphasigen Wechselstrom für unsere Motoren. Dabei kontrollieren sie abhängig vom Brems- oder Beschleunigungswunsch des Fahrers bzw. Autonomen Systems die anliegende Leistung unabhängig an jedem Motor und ermöglichen auch das Rekuperieren zur Energierückgewinnung.
Zum Einstieg in die Formula Student Electric kaufen wir unsere Motor Controller zu und kümmern uns um die Integration und den Betrieb im Gesamtsystem. Für spätere Fahrzeuge arbeiten wir an der Entwicklung eigener Controller, um diese genau unseren Anforderungen anzupassen. Dabei bekommen wir intensive Unterstützung von Partnern aus der Industrie.

Kabelbaum und Kühlung

Damit der Strom aus der HV-Batterie auch da ankommt wo er benötigt wird müssen die Komponenten mit entsprechenden Leitungen verbunden werden. Die Dimensionierung dieser Kabel, sowie die EMV-gerechte Verlegung und der sichere Anschluss dieser essenziellen Verbindungen ist ebenfalls Aufgabe des HV-Teams.
Da sowohl am Motor Controller, als auch an den Motoren Wärme entsteht, müssen diese Komponenten gekühlt werden. Dafür sorgt eine Wasserkühlung mit entsprechenden Kühlkörpern bzw. -gehäusen an den Komponenten. Auslegung, Umsetzung und Test an unserem Motorenprüfstand fallen ebenfalls in das Aufgabengebiet.

Sicherheitskomponenten

Bei den hohen Strömen und Spannungen elektrischer Antriebsstränge spielen Schutzabschaltungen und verschiedene Überwachungssysteme eine äußerst wichtige Rolle. Diese befinden sich nicht nur im Hochvoltsystem, wirken aber meist auf dieses als Hauptgefahrenquelle.

In Zusammenarbeit mit den anderen elektrischen Subteams ist es unsere Aufgabe die Sicherheit des Fahrzeugs und den Schutz aller am Fahrzeug arbeitender Personen zu gewährleisten und die vom Reglement geforderten Mechanismen möglichst kompakt, leicht und sinnig im Gesamtkonzept zu integrieren.

Batterie

Man ist zuständig für die Speicherung der benötigten Energie und die Bereitstellung der elektrischen Leistung.

Auf Basis der Daten von alten Fahrzeugen wird die benötigte Energiemenge errechnet und der Akku, auf mehrere Segmente aufgeteilt und dimensioniert.
Bei der Zellauswahl geht es dann um hohe spezifische Energie, da der ganze Akku, mit 276 einzelnen LiIo‐Pouchzellen, einen großen Anteil am Gesamtgewicht des Fahrzeugs hat.

Die Zellen müssen ohne große Übergangswiderstände verschaltet werden und dabei sollte der Akku möglichst wartungsfreundlich sein. Das Team kümmert sich zusätzlich um die Befestigung der Zellen, ein Gehäuse muss gefertigt werden damit auch bei einem Crash des Rennwagens die Batterie nicht beschädigt wird.

Im Batteriecontainer müssen neben den Zellen auch anderen Komponenten, wie Relais, einen Isolationswächter und ein Vorlast-Schaltkreis untergebracht werden. Dieser verhindert einen starken Spitzenstrom sobald der Akku elektrisch mit dem HV-Kreis verbunden wird.

Bei knapp 600 Volt Maximalspannung spielt Sicherheit die größte Rolle. Für die Überwachung sorgt ein Battery Management System (BMS). In der ersten Saison mit einem Elektro-Rennwagen haben wir dieses nicht komplett selbst entwickelt. Außerdem wird der Akku Luftgekühlt, um die Zellen innerhalb der Betriebstemperatur zu halten, bei Überhitzung droht ein thermisches Durchgehen. Dazu wird das ganze Gehäuse CFD-simuliert.

Im Team Low Voltage geht es um die Ansteuerung wichtiger Aktorik, das Erfassen relevanter Sensordaten und nicht zuletzt auch um das Fahrerinterface, eine Telemtrie inklusive Fahrerfunk und einer Leistungselektronik, sowie dem Bedaten und Programmieren der Engine Control Unit.

Spezielle Anforderungen bedeuten besondere Aufgaben

Da die Elektronik in einem Formula Student Fahrzeug spezielle Anforderungen erfüllen muss, fertigen wir alle Komponenten (inkl. Kabelbaum) bis auf das Motorsport Steuergerät selbst. Durch einen modularen Aufbau der selbst entwickelten Steuergeräte, wie Telemtetrie, Dashboard und Leistungselektronik erfüllen unsere Platinen stets die Anforderungen, und sind besonders für neue Studenten einfacher zu verstehen. Diese Übersichtlichkeit setzen wir durch ein strukturierten Kabelbaum, welcher im CAD entwickelt wird, im Fahrzeug fort. 

Von der Datenanalyse bis zur Funktionsentwicklung

Die Software- und Funktionsentwicklung für die MS6 findet ebenso bei uns im Team statt, wie die Datenauswertung von zahlreichen Sensoren mithilfe von, im Rennsport eingesetzter, professioneller Software. Durch einen Hardware-in-the-Loop-Testsystem können wir unsere selbst entwickelten Komponenten stets auch außerhalb des Rennwagen testen, um somit eine fehlerfreie Funktion während des Rennen zu gewährleisten.

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Im Team Driverless werden alle Hard- und Softwarekomponenten, die zum autonomen System gehören, entwickelt und angepasst. Die Aufgaben reichen von der Aktorik, über die Sensorik und deren Software, bis zur Streckenerkennung, Trajektorien Berechnung und Kommunikation mit dem Steuergerät.

Autonomes System:

Perception

Das Perception Modul hat die Aufgabe, die Hütchen auf der Strecke zu erkennen. Dabei kommen ein LiDAR und eine Kamera zum Einsatz. Es werden die Positionen der Hütchen erkannt und diese dann klassifiziert.

SLAM

Aus den erkannten Hütchen wird hier eine Strecke konstruiert. Außerdem werden Fahrzeugzustand und -position überwacht, um den Rennwagen auf der Stecke zu lokalisieren.

Predictive Controller

Wie das Fahrzeug auf die erkannte Stecke und seine eigene Position reagiert, bestimmt der Controller, der die nötigen Fahrwünsche an die Aktorik übergibt, um der errechneten Trajektorie zu folgen.

Simulation

Da Testzeit auf der Rennstrecke mit dem Fahrzeug sehr knapp ist, wird die Software während der Entwicklung auf einem Simulator getestet. Diese möglichst realitätsnahe Simulationsumgebung verringert die Entwicklungszeit enorm.

Braking System

Damit das autonome System auch bremsen kann, gibt es einen Aktor, der diese Aufgabe übernimmt. Neben dem herkömmlichen Bremsaktor benötigt man außerdem eine Notbremse für den Fehlerfall.

Steering System

Um die vom Controller gewünschten Lenkwinkel umzusetzen, ist ein Lenkaktor nötig. Dieser darf den Fahrer bei manueller Fahrt nicht einschränken, muss aber trotzdem eine nötige Dynamik realisieren können.