Rennwagen-Daten per Bluetooth auslesen!

Seit dem Start in den USA im Jahr 1981 hat sich die "Formula Student" zu einem internationalen Phänomen auf der ganzen Welt entwickelt. Mit Spenden und Sponsoring von Unternehmen und Institutionen bauen die Studenten ihren eigenen Rennwagen von Grund auf neu und kümmern sich um alles, von der Elektronik über den Maschinenbau bis hin zu Vertrieb und Marketing (ganz zu schweigen vom Fahren selbst).

Bei der Formula Student geht es um die Erfahrung beim Bau des Rennwagens aber auch um das eigentliche
Rennen. Die Teams werden nicht nur für das schnellste Auto, sondern auch für die beste Konstruktion, das Marketing und die Vertriebspräsentationen sowie für die Finanzplanung ausgezeichnet. 

Die Speeding Scientists Siegen

Die Universität Siegen in Mitteldeutschland startet seit 2009 in der Formula Student. Etwa 30-40 Schülerinnen und Schüler widmen sich jedes Jahr in ihrer außerschulischen Zeit dem Projekt und präsentierten 2011 ihren ersten elektrisch angetriebenen Rennwagen. Der Bau eines Rennwagens ist eine beeindruckende Ingenieursleistung, zumal die meisten Teile komplett von den Studenten entwickelt werden und nur wenige Komponenten Produkte von der Stange sind. 

Die Fahrleistungen sprechen für sich:  Angetrieben wird der 2013-er Rennwagen der Universität Siegen von zwei wassergekühlten Drehstrom-Synchron-Servomotoren. Der Wagen wiegt 218 Kilogramm, hat eine Höchstgeschwindigkeit von 115 km/h und ein beeindruckendes Drehmoment von 1040 Nm. Dies ermöglicht, in 2,9 Sekunden von 0 auf 100 km/h zu beschleunigen. Die Elektronik im Innenraum nutzt ein CAN-basiertes Netzwerk mit einer Beckhoff SPS zur Steuerung der Komponenten. 

Es hat unserem Rennteam geholfen, eine schnellere und einfachere Diagnose über Bluetooth zu ermöglichen.

Thilo Becker, Projektingenieur Hardware, Speeding Scientists Siegen

Diagnosedaten vom Auto erhalten

Die Autos müssen vor, während und nach dem Rennen strengen Tests unterzogen werden. Um die Diagnose der CAN-basierten Bordnetze im Auto zu ermöglichen, fanden die Speeding Scientists das Ixxat USB-zu-CAN-Produkt. Mit diesem konnten sie bei jedem Boxenstopp Daten über die Leistung des Frequenzumrichters, der Wasserpumpen und der anderen elektrischen Komponenten im Inneren des Autos auslesen. "Uns hat sehr gut gefallen, dass wir einen direkten und einfachen Hardware-Zugriff auf den CAN-Bus, unser selbst entwickeltes Master Control Board und unsere Data Acquisition Unit erhalten konnten. Der umständliche Umweg über die SPS entfiel", sagt Thilo Becker, der für die elektronische Datenerfassung aus dem Auto verantwortlich ist.

Drahtlose Anwendungen

Ein Problem blieb jedoch bestehen: Jedes Mal, wenn das Auto einen Boxenstopp einlegen musste, musste das Elektronikteam das Auto öffnen und ein Kabel anschließen, um die Daten aus dem Auto zu erfassen. Das bedeutete, dass sie Gefahr liefen, dem Serviceteam in die Quere zu kommen, das sich um die mechanische Wartung des Autos kümmerte.

"Wir wollten einen Weg finden, die CAN-Daten aus dem Auto zu bekommen, ohne ein Kabel einzustecken", sagt Thilo Becker. "Da wir bereits einige Ixxat-Lösungen erfolgreich im Einsatz hatten, habe ich das CANblue II gefunden, mit dem wir jedes Mal, wenn das Auto in den Boxenstopp kommt, Daten über Bluetooth abrufen können."

Thilo Becker und sein Team aus drei Elektronikern machten sich daher daran, das CANblue II in den Rennwagen einzubauen. 

"Es war eigentlich ganz einfach", sagt er. "Ich musste nur den Ixxat VCI-Treiber konfigurieren, um nach unserem CANblue II zu suchen, und konnte ohne Änderungen direkt unsere bestehende Software verwenden, die wir zuvor mit einem Ixxat USB-to-CAN verwendet haben. Auch der Aufbau einer Anwendung, die über das Ixxat VCI auf CAN zugreift, war recht einfach erledigt – ich habe mir nur den mit der VCI-Installation mitgelieferten C#-Beispielcode angeschaut und diesen einfach in eine für uns funktionierende Lösung geändert. Wenn das Auto in den Boxenstopp kommt, erhalten wir einen schnellen Überblick über die Funktionsweise aller Systeme und können mit wenigen Mausklicks alle Sicherungen im Auto einstellen und zurücksetzen, damit es wieder ins Rennen kann. Noch wichtiger ist, dass wir all dies aus der Ferne tun können, ohne dem Serviceteam bei der Überprüfung der Reifen und der eher mechanischen Aspekte des Autos im Weg zu stehen."

Bewältigung von elektromagnetischen Störungen und einer Karosserie aus Kupfergewebe

Doch die Umstellung auf eine kabellose Lösung brachte für den Rennstall auch andere Herausforderungen. Zunächst galt es, eine Lösung zu finden, die den EMI-Emissionen des leistungsstarken Elektromotors gewachsen ist – zumal das CANblue II nah am Motor platziert werden musste. Eine weitere Herausforderung bestand darin, ein ausreichend starkes Bluetooth-Signal zu erhalten, um die Karosserie, bestehend aus einem Kohlefaser- und Kupfergeflecht, zu durchdringen. 

Das Team – Speeding Scientists Siegen

"Die EMI erwies sich als weniger problematisch als zunächst befürchtet, und das CANblue II funktionierte trotz der Störung einwandfrei", sagt Thilo Becker. "Das Kupfergewebe in der Karosserie hat das Signal wie erwartet abgeschwächt, aber da wir beim Boxenstopp immer zwischen 2 und 10 Metern vom Auto entfernt sind, können wir immer noch ein Signal erhalten, das stark genug ist, um die Diagnose am Auto durchzuführen. Für die nächste Generation des Fahrzeugs werden wir das CANblue II mit einer externen Antenne verwenden, was dieses Problem lösen wird, da die Antenne an der Außenseite der Karosserie platziert werden kann."

Alles in allem ist das CANblue II eine willkommene Ergänzung für das Rennteam Speeding Scientists Siegen, das eine schnelle und einfache CAN-Diagnose ermöglicht, ohne physisch auf das Auto zugreifen zu müssen. "Wir sind in der Lage, Daten schneller zu erhalten und einfacher als zuvor und es hat unserem Rennteam sicherlich geholfen, eine schnellere und einfachere Diagnose zu erhalten", so Thilo Becker abschließend.