Saison iota2014

Ausgabe: 2März 2014

Liebe Förderer, Freunde undUnterstützer des TU DarmstadtRacing Teams,

in der zweiten Ausgabe unseres News-letters zur Saison 2014 möchten wir Ihnenden iota2014 und den weiteren Saison-verlauf vorstellen.

Aus der Analyse der Rennsaison 2013haben sich viele Themenfelder ergeben,die mithilfe eines neuen Teams und neuenIdeen umgesetzt werden konnten. Haupt-augenmerk liegt dabei auf der frühzeit-igen Fertigstellung und der Funktionsfähig-keit der Komponenten, sodass kurz nach

der Montage der Testbetrieb beginnenkann. Mit dem Anfang des Jahres ab-geschlossenen Design Freeze steht dieKonstruktion des iota2014 fest. Ausdiesem Grund freuen wir uns Ihnen schonvorab das Konzept des diesjährigen Renn-wagens präsentieren zu können.

Wir wünschen Ihnen viel Spaß beimLesen!

Fahrzeugdaten iota2014

Gewicht185 kg

Leistung2 x 55 kW

Beschleunigung 0-100 km/h2,7 s

Höchstgeschwindigkeit129 km/h

Darstellung des iota2014 - Frontansicht

Um sich von der Konkurrenz abzusetzen,ist es aus unserer Sicht unumgänglichzentrale Komponenten des Antriebs-strangs selbst zu entwickeln. Nachdemdies in der vergangenen Saison bereitsbeim Getriebe in Angriff genommenwurde, besteht der nächste Schritt in derEntwicklung eigener Motoren. Dafürwurde die Zusammenarbeit mit einemSchweizer Motorenhersteller begonnen.Dieser übernimmt dabei die Entwicklungund Abstimmung der elektrischen Motor-komponenten und der Leistungselek-tronik, während die Entwicklung allermechanischen Bauteile von DART Racingdurchgeführt wird. Diese Aufteilung bietetsich vor allem im Hinblick auf diesynergetische Entwicklung eines eigenenMotors und Getriebekonzepts an. Diebeiden zentralen Komponenten konntensomit simulativ optimal aufeinanderabgestimmt werden, wobei die Leistungnicht nur im Hinblick auf die verschie-denen Disziplinen, sondern speziell auf dieEffizienzanforderungen des Enduranceangepasst wurden. Ergebnis dieses Pro-zesses ist ein Motor mit einer Maxi-maldrehzahl von 24.000 U/min, der vorallem in den häufig genutzten Last-bereichen einen verbesserten Wirkungs-grad von bis zu 94 % aufweist.

Die Konzeptionierung zweier separaterTeilgetriebe in einem Gehäuse, zumunabhängigen Antreiben beider Hinter-räder, wurde beibehalten. Die jedoch nunsechsmal höhere Maximaldrehzahl am

Getriebeeingang bedingt ein Überset-zungsverhältnis von 18,5 und damit einmaximales Drehmoment von ca. 760 Nmpro Hinterrad. Trotz der daraus folgendenhöheren Anzahl und Größe an Getriebe-komponenten, wird das neue Hochdreh-zahlkonzept das Gewicht des Antriebs-strangs senken und gleichzeitig dieLeistungscharakteristik an unsere Anfor-derungen anpassen.

Antriebsstrang

Motordaten

TypPermanenterregter Synchronmotor (PSM)

Gewicht6,5 kg

Max. Drehmoment41 Nm

Max. Drehzahl24.000 1/min

Max. Leistung55 kW

Schnittansicht des Motors

Der Energiespeicher eines elektrisch ange-triebenen Fahrzeugs, der Akkumulator, istdie größte Einzelbaugruppe des iota2014.Wie auch bei kommerziellen Elektrofahr-zeugen ist die gewichtssparende Energie-speicherung eine Herausforderung. Durchdie geringe Gesamtmasse eines FormulaStudent Fahrzeuges hat dies einen nochhöheren Stellenwert. Da der wesentlicheAnteil des Gewichts auf die einzelnenZellen des Akkumulators zurückzuführenist, begann die Entwicklung mit der Evalu-ation und Auswahl leistungsfähiger Zellenverschiedener Hersteller. Das Ergebnissind Lithium-Polymer-Zellen mit 6,3 Ah.

Die Auswertung der 2013 aufgezeichnetenDaten verdeutlichte, dass eine Vergröße-rung der Gesamtenergie von Vorteil ist. Dadies aber gleichzeitig ein höheres Gewichtder Zellen bedeutet, gilt es auf der einenSeite alle anderen Komponenten desAkkumulators hinsichtlich des Gewichts zu

optimieren und auf der anderen Seite diebereits erwähnte Effizienz des Antriebs-systems zu steigern. Dies betrifft nicht nurMotoren und Controller, sondern auch dieBatterie selbst. Eines der Ziele bei derEntwicklung der Batterie war daher dieMinimierung aller Kabel- und Leiterwege,welche mit Hilfe des Packaging-Konzeptsumgesetzt werden konnte. Auch durchden erstmaligen Einsatz von Laser-schweißen, einer für DART Racing neuenFertigungstechnologie, konnten hier Ein-sparungen erzielt werden.

Alle Effizienzsteigerungen nutzen im Ren-nen jedoch nichts, wenn die Zuver-lässigkeit der Batterie nicht sichergestelltwerden kann. Hierfür wurde unteranderem die Resistenz gegen elektromag-netische Störfelder, welche durch dieLeistungselektronik verursacht werden,mithilfe eines Kupfergewebes im Carbon-Gehäuse-Laminat der Batterie gesteigert.

Akkumulator

Batteriedaten

Gewicht47 kg

Energie7,1 kWh

Nennspannung370 V

Verschaltung100 Reihe 3 ParallelDarstellung des

Akkumulator Containers

Darstellung der Fahrwerks-Komponenten

Die Reifen stellen den einzigen Kontaktdes Fahrzeuges mit der Rennstrecke dar.Demnach hat das Fahrwerk die Aufgabedie Reifen in jeder Fahrsituation optimalauszunutzen. Aufbauend auf der Messungaller Fahrwerkskräfte und der Aufnahmeumfangreicher Reifendaten ist es dasBestreben, das Fahrwerk des iota2014 imVergleich zu seinem Vorgänger deutlich zuoptimieren. Mithilfe dieser Grundlagenund der gesammelten Erfahrungen wurdeein vollständig parametrisiertes Fahrzeug-modell in Adams/Car aufgebaut. DieKinematik des Fahrwerks wurde dabeiideal an die Reifeneigenschaften ange-passt, sodass optimale Voraussetzungenfür alle Disziplinen geschaffen werden.

Ein besonderes Element des Fahrwerkssind die Querlenker, welche diese Saisonerstmals als einteilige Carbon-Konstruk-tion ausgeführt werden. Die Verbindungenzum Monocoque werden dabei durchFestkörpergelenke, sogenannte Biegezung-en, realisiert. Gefertigt werden die Quer-

lenker durch den Einsatz des Schlauch-blasverfahrens, bei dem das Kohlefaser-gewebe durch einen Überdruck an dieInnenseite der Aluminiumwerkzeugegepresst wird. Insgesamt wird dieseBaugruppe 40 % leichter.

Um schneller und effektiver auf dieRennstreckenverhältnisse reagieren zukönnen, hat der Fahrer während der Fahrtnicht nur die Möglichkeit die Brems-balance, sondern auch die Steifigkeitendes vorderen sowie hinteren Wank-stabilisators einzustellen. Damit kann nun,im Gegensatz zu den statischen Einstell-ungen wie Spur, Sturz und Federkenn-linien, verstärkt im dynamischen Betriebvariiert werden.

Fahrwerk

Fahrwerksdaten

Reifen15“ Pirelli Niederquerschnitt

FelgenAlu-Carbon-Hybrid

DämpferLuft-Feder-Dämpfer

QuerlenkerEinteilig, Carbon

Darstellung eines

Querlenkers

Im Bereich der Niedrigspannungselek-tronik (unterhalb von 40 VDC) liegt derFokus diese Saison auf dem Informations-fluss zwischen Fahrzeug, Team und Fahrer.Hier wird ein telemetriebasiertes Systemeingesetzt, welches durch eigens entwick-elte Software ausgewertet und gefiltertwird. Die Kommunikation zwischen Renn-ingenieur und Fahrer wird per Funk her-gestellt. Beides trägt zum Verständnis desFahrzeugs und der flexiblen Anpassbarkeitin verschiedenen Szenarien bei.

Zusätzlich werden alle Informationen fürAnalyse- und Regelungszwecke weiterhinvom Fahrzeug selbst aufgezeichnet undausgewertet. Um dabei eine möglichsthohe Effizienz zu erreichen, werdensoftwareseitig spezielle Filtermethodenund Berechnungen (Fuzzylogic, Kalman-filter) genutzt. Ferner sorgt die Optimier-ung der VCU-Programmierung (Vehicle-Control-Unit) für eine bessere Nutzung derzur Verfügung stehenden Ressourcen,wodurch eine Verarbeitung der Dateninnerhalb von 2 Millisekunden ermöglichtwird.

Damit der Fahrer auf unterschiedlicheZustände reagieren kann, werden in derProgrammierung verschiedene „Drive-Modi“ hinterlegt. Diese ermöglichen ihm

die Reglungsintensität, den Energiever-brauch oder die Gasannahme währendder Fahrt zu beeinflussen. Unter-stütztwerden diese Einstellmöglichkeiten durchneue Anzeige- und Bedienkonzepte imCockpit.

Auch die Verknüpfung der Komponentenzu einem Gesamtsystem wurde geprüftund überarbeitet. Das Resultat ist einewesentlich feinere Bestimmung derAnforderungen an die einzelnen Bereichedes Kabelbaums und eine Aufteilung desCANs (Controller-Area-Network) in zweigetrennte Datenleitungen. Ein Strang dientder Kommunikation zwischen Motor-controller und VCU. Der Zweite Strangdient der Übertragung aller weitererDaten und wird durch die Aufteilungentlastet. Die zur Verfügung stehendeBandbreite auf der allgemeinen Daten-leitung wird außerdem durch das Anhebender Taktung erweitert.

Um sowohl Hardware- als auch Software-fehler rechtzeitig zu erkennen und dieentsprechenden Komponenten mit gering-em Aufwand anpassen zu können, wirdein Testboard verwendet. Dabei wird dieElektronik des Fahrzeugs schon vor demEinbau als Gesamtsystem in Betriebgenommen und getestet.

Elektronik & IT

Darstellung des Dashboards

Darstellung der Dashboard-Platine

Aufbauend auf der mehrjährigen Erfah-rung in der Konstruktion des Carbon-Monocoques sind weitere Optimierungenmöglich. Mit der Neuauslegung des Fahr-werks wurden zwangsläufig Anpassungenan der Geometrie nötig, sodass sich dieäußere Form des iota2014 von der destheta2013 abheben wird. Dies wurde zumAnlass genommen im Rahmen einer Ergo-nomiestudie Sitzposition, Sicht, Pedalwegund Bewegungsfreiheit des Fahrers zuuntersuchen. Als Ergebnis hat sich, demTrend des Vorjahres folgend, eine deutlichflachere Fahrerposition und eine höhereFahrzeugfront ergeben. Die geometrischeNeugestaltung des Monocoques wurdezusätzlich für eine Systemintegration ge-nutzt. Dazu gehört unter anderem dieIntegration des Lenksäulenhalters und derKopfstütze in das Monocoque.

Doch nicht nur äußerlich gibt es einigeVeränderungen. Der Einsatz hochfesterIMS65-Kohlefasern und die Optimierungdes Lagenaufbaus mittels umfangreicherFinite-Elemente-Simulationen, führen zueiner signifikanten Gewichtsreduktion.Gleichzeitig wurde auf eine hohe Stei-figkeit geachtet, sodass sich eine minimaleVerformung der Fahrwerkspunkte für eineoptimale Fahrdynamik ergeben.

Auch die Aerodynamik profitiert vonneuen, umfassenden Simulationen, die inKooperation mit dem neuen Rechen-zentrum der TU Darmstadt erstellt unddurchgeführt wurden. Durch komplexeCFD (Computational-Fluid-Dynamics) Opti-mierungen konnten die Flügelgeometrieund der Unterboden weiter verbessertwerden, wodurch der iota2014 einen nochhöheren Anpressdruck, bei gleichbleiben-dem Luftwiderstand, erzeugen wird. Diesführt zu einer höheren Kraftübertragungan den Hinterrädern und einer höherenKurvengeschwindigkeit.

Chassis & Aerodynamik

Darstellung des Iota2014- Seitenansicht

Events

Mit den erfolgreichen Event Anmeldungenfreuen wir uns diesen Sommer mit demiota2014 bei den folgenden FormulaStudent Wettbewerben anzutreten:

Silverstone (Großbritannien) 9. – 13. Juli

Hockenheim (Deutschland)29. Juli – 3. August

Spielberg (Österreich)17. – 20. August

Varano (Italien)29. August – 1. September

Tag der Sponsoren

Neben den offiziellen Wettbewerbenmöchten wir Ihnen nach der Eventphasedie Möglichkeit geben, den iota2014 unddas Team dahinter kennen zu lernen. Ausdiesem Grund haben wir beschlossenunseren „Tag der Sponsoren“ diese Saisonvon April in den September zu verlegen.Dabei werden wir einerseits das Wett-bewerbsjahr 2014 mit einer Fahrvor-führung Revue passieren lassen undandererseits einen Ausblick auf die Saison2015 geben. Ein genauer Termin wirdfrühzeitig bekannt geben.

Umzug

Wie in unserem letzten Newslettererwähnt, sind wir innerhalb der TUDarmstadt von der Lichtwiese auf denCampus in der Innenstadt umgezogen.Dabei hat sich nun auch unsere Adresse zufolgender geändert:

Postadresse (Büro):TU Darmstadt Racing Team e.V.S1|08 02Magdalenenstraße 464289 Darmstadt

Lieferadresse (Werkstatt):TU Darmstadt Racing Team e.V.S1|09Magdalenenstraße 664289 Darmstadt

Saisonverlauf

Unsere Premiumpartner

Unsere Goldpartner

TU Darmstadt Racing Team e.V.

S1|08 02Magdalenenstraße 464289 Darmstadt

Besuchen Sie uns:

info@dart-racing.de www.dart-racing.de

Unsere Silberpartner

Institut für Kernphysik Vereinigung von Freunden der

Technischen Universität zu Darmstadt e.V.