Formula Student Electric & Driverless - Team Starcraft

Formula Student Electric & Driverless

INHALTSVERZEICHNIS

            Willkommen                 3
            Zielsetzung                4
            Evolution der Rennwagen    6
            TSC-6E                     8
            TSC-3PO Mk2               10
            TSC-5E                    12
            Formula Student           20
            Partner werden            28

2

WILLKOMMEN BEI TEAM STARCRAFT

  Der Verein Team Starcraft e.V. wurde im Jahr      INNOVATION UND ENTWICKLUNG
  2006 gegründet und setzt sich seitdem jede
  Saison zum Ziel erfolgreich an der Formula        Team Starcraft hat sich der Effizienz verschrieben.
  Student teilzunehmen. Diese Saison entwickelt     Dies beginnt bei effizienter Nutzung unserer
  Team Starcraft bereits seinen neunten Formel-     Ressourcen und erstreckt sich bis hin zur
  Rennwagen, der wie all seine Vorgänger seit       Energieeffizienz unserer Rennwagen, die durch
  dem Jahr 2011 rein elektrisch angetrieben wird.   folgende technische Besonderheiten optimiert
  Von Maschinenbau und Fahrzeugtechnik über         werden:
  Elektrotechnik bis Medienwirtschaft besteht der
                                                    + konsequenter Leichtbau durch Einsatz
  Verein aus rund 50 engagierten Studierenden
                                                      hochfester, struckturoptimierter
  verschiedenster Fachrichtungen der Technischen
                                                      Aluminium- und CFK-Bauteile
  Universität Ilmenau. Die Mitglieder haben
                                                    + Entwicklung von Leistungselektronik
  vielfältige Möglichkeiten, das in der Theorie
                                                      und Fahrdynamikregelsysteme
  Erlernte in die Praxis umzusetzen und dabei
                                                    + Entwicklung autonomer Systeme
  Erfahrungen in einem interdisziplinären Team zu
  sammeln.

                                                                                                          3

ZIELSETZUNG

    Seit der Gründung hat Team Starcraft das Ziel,    WAS UNS AUSZEICHNET
    möglichst innovative Fahrzeuge zu entwickeln,
                                                      Bis auf wenige Kaufteile werden alle Fahrzeug-
    welche nicht nur den Anforderungen des Formula
                                                      komponenten selbst entwickelt. Der hohe
    Student-Reglements entsprechen, sondern auch
                                                      Anteil an Eigenentwicklungen geht mit dem
    Maßstäbe setzen.
                                                      großen Engagement unserer Mitglieder einher,
    Da es im Motorsport neben Zuverlässigkeit vor
                                                      durch   welches   sie   umfangreiche   fachliche
    allem auf Fortschritt und Wandlungsfähigkeit
                                                      Kompetenzen erlangen.
    ankommt, integrieren wir stets die neuesten
                                                      In unserem Projekt ist das Spannungsfeld
    Technologien in unsere Fahrzeuge. Aus diesem
                                                      zwischen bestmöglicher Lösung und begrenzten
    Grund wurde sich im Jahr 2010 bewusst für die
                                                      monetären Mitteln immer präsent. Durch ein
    Elektromobilität und den damit verbundenen
                                                      großes Maß an Eigeninitiative und jahrelang
    Umstieg auf vollständig elektrisch angetriebene
                                                      aufgebautem Know-How sind wir in der Lage,
    Fahrzeuge entschieden. Seitdem arbeitet das
                                                      daraus das größtmögliche Potential zu entfalten.
    Team mit voller Leidenschaft daran, diesen
    Innovationsprozess stetig voranzutreiben.

4

DAS TEAM

           5

EVOLUTION DER RENNWAGEN

     2009            2010            2012     2013

                                   TSC-01E   TSC-02E

                                ELECTRIC

    TSC-01A         TSC-01B
                   COMBUSTION

6

2014        2016           2017       2018

TSC-02Evo   TSC-03E         TSC-4E    TSC-5E

                           TSC-3PO   TSC-3PO Mk2
                      DRIVERLESS

                                                   7

TSC-6E

     2019                    Mit dem TSC-6E entwickeln wir unser Projekt Phoenix
                             weiter und vereinen zwei Konzepte in einem Fahrzeug.
                             Aufbauend auf dem 5E erhöhen wir die Funktionsdichte
                             und gehen unseren nächsten Schritt in Richtung Mobilität
                             der Zukunft. Der 6E kann demnach flexibel in den Klassen
                             Electric und Driverless antreten. Er verbindet dabei die
                             Stärken des 5E wie Allradantrieb, Aerodynamikpaket,
                             selbstentwickelte SiC-Umrichter und 3-Dämpfer-System
    TSC-6E                   mit dem autonomen System des TSC-3PO        Mk2,   dessen
                             erweiterte Sensorik auf LIDAR und Stereo-Kamera setzt.
     ELECTRIC & DRIVERLESS
                             Mit dieser technischen Basis und den Erfahrungen der
                             letzten Saison wird der 6E das bisher flexibelste und
                             performanteste Elektrofahrzeug des Teams darstellen.

8

TSC-3PO Mk2

Bei Einführung der Driverless-Klasse in der Formula Student im Jahr 2017 entschlossen wir uns von Anfang an
dabei zu sein, um einen weiteren Schritt in Richtung Zukunft zu gehen und Pionierarbeit im aktuell spannendsten
Bereich der Automobilindustrie zu leisten.

Als Basis für die Teilnahme und die Implementierung der autonomen Systeme diente das Electric-Fahrzeug
TSC‑03E von 2016. Für den Umbau mussten Konzepte gefunden werden, die die Aufgaben des Fahrers
regelkonform durch Aktoren ersetzen. Die erste Version des TSC-3PO nutzte für die Bilderkennung nur einfache
Kameras. Beim überarbeiteten 3PO Mk2 konnte die Streckenerkennung durch eine hochwertige Stereokamera
und einen Laserscanner (LiDAR) deutlich verbessert werden.

Die mit Leitkegeln markierte Rennstrecke wird dabei von der Stereokamera in Farbe und Tiefe aufgenommen.
Mit Hilfe des Laserscanners und der Verarbeitung in einem neuronalen Netz wird die Strecke erkannt und ein
Kurs berechnet. Ziel ist es die Erkennungsqualität zu erhöhen und die Latenzen zu verringern.

10

TECHNISCHE DETAILS
+ 3D Kamera: Stereolabs ZED mit NVIDIA Jetson TX2
+ Sensoren: LiDAR Velodyne Puck VLP-16, Vectornav VN-200 INS
+ Programmiersprachen: C++, Python, Matlab/Simulink
+ Libraries: ROS, OpenCV, Point Cloud Library
+ L/B/H: 2705 mm / 1370 mm / 1102 mm
+ Radstand: 1530 mm

+ Gewicht: 230 kg

                                                               11

TSC-5E

Neben dem selbstfahrenden TSC-3PO Mk2 baute Team Starcraft in der Saison 2018 den sechsten Elektro­
rennwagen, um damit in der Klasse Formula Student Electric anzutreten. Mit dem TSC-5E hat das Team eine
komplette Konzeptänderung innerhalb einer Saison vollbracht.

Alle Bestandteile des Autos wurden im Vergleich zum 4E neu entworfen, um maximale Dynamik, Leistung und
Funktionsfähigkeit zu erreichen. Vom Allradantrieb mit Radnabenmotoren und Planetengetriebe, über das
ausgefeilte 3-Dämpfer-System und einer an die Reifen angepassten Fahrwerkskinematik bis zu den eigenen
Umrichtern mit SiC MOSFETs wurde jedes Bauteil des Fahrzeugs im Wesentlichen neu entwickelt.

Auf den folgenden Seiten erhalten Sie einen detaillierten Einblick in die übergeordneten Baugruppen des
Fahrzeugs.

12

TECHNISCHE DETAILS
+ Leistung: 80 kW
+ 600 V Lithium-Polymer Akkumulatoren mit 8,3 kWh
+ Maximalgeschwindigkeit: 115 km/h
+ Beschleunigung von 0-100 km/h: 2,1 s
+ L/B/H: 2790 mm / 1481 mm / 1050 mm
+ Radstand: 1530 mm
+ Gewicht: 185 kg

                                                    13

FAHRZEUGBAUGRUPPEN

MONOCOQUE
Herzstück des Fahrzeugs ist das CFK-Monocoque, welches in Sandwichbauweise mit einem leichten Kern aus
Aluminiumwaben gefertigt ist. Diese Bauform bietet enorme Steifigkeit und verbindet alle Baugruppen des
Fahrzeugs. Der Lagenaufbau wird nach einer Simulation durch mechanische Tests validiert. Die Fertigung erfolgt
mittels Vakuuminfusion in einer Glasfaser-Negativform. Zur Sicherheit des Fahrers tragen eine Crashbox in der
Nase des Fahrzeugs sowie zwei Überrollbügel bei. Die Hochvoltelektronik sowie die Akkuzellen sind durch eine
Firewall vom Fahrer getrennt.

14

AERODYNAMIK
Die primäre Aufgabe des Aerodynamikpakets ist eine signifikante Steigerung der übertragbaren Quer- und
Längsführungskraft durch die Reifen. Außerdem verbessert das Paket die Umströmung der Reifen und den
Luftstrom zum Kühlsystem. Die verschiedenen Flügelanordnungen erzeugen bei einer Geschwindigkeit von
30 m/s insgesamt 2200 N Anpresskraft.

                                                                                                    15

FAHRWERK
Die veränderten Anforderungen an das Fahrwerk durch einen neuen Reifen und die zusätzliche Aerodynamik
machten eine komplette Neuentwicklung unumgänglich. Eine geänderte Fahrwerks- und Lenkkinematik macht das
volle Potential des Reifens zugänglich und sorgt für ein agiles Einlenk- und Bremsverhalten. Mit dem 3-Dämpfer-
System gelingt es den aerodynamischen Anpressdruck abzustützen und gleichzeitig die Nickbewegung des
Fahrzeuges besser zu kontrollieren. Im Zusammenspiel mit einem bedeutend steiferen Stabilisator werden die
Bodeneffekte der Aerodynamik ausgenutzt. Um den fahrdynamischen Grenzbereich des 5E auszuloten, wurde
das Torque-Vectoring und die Antriebsschlupfregelung grundlegend für das neue Allradsystem überarbeitet.

16

ANTRIEBSSTRANG
Die Planetengetriebe reduzieren die hohe Motorrehzahl von bis zu 20,000 U/min auf die erforderliche Raddrehzahl
und erhöhen im gleichen Maß das an den Rädern zur Verfügung stehende Moment auf 1300 Nm. Die Auslegung
basiert auf dem Lastkollektiv aus der Gesamtfahrzeugsimulation, welche die optimale Abstimmung aller
Fahrzeugkomponenten sicherstellt. Gewicht und kompaktes Design stehen im Fokus der Entwicklung, um die
ungefederten Massen sowie die Einflüsse auf die Aerodynamik auf ein Minimum zu reduzieren.

                                                                                                             17

ELEKTRIK
Die gesamte Leistungselektronik des 5E ist selbstentwickelt. Der 600V-Akkumulator versorgt die Motoren und das
Bordnetz mit Energie. Das Batteriemanagementsystem überwacht Spannung sowie Temperatur jeder Akkuzelle
und gewährleistet die Sicherheit beim Laden und während der Fahrt. Die vier Umrichter wandeln den Gleichstrom
der Akkubox in Wechselstrom für die Motoren und regeln deren Leistung. Der Eigenbau basiert auf neuesten
SiC-Transistoren und ermöglicht eine Steigerung des Systemwirkungsgrades bei gleichzeitiger Einsparung von
Bauraum und Gewicht. Erstmalig wird auch Rekuperation unterstützt, wodurch während der Fahrt Energie an den
Akku zurückgeführt und die Effizienz erhöht wird.

18

19

FORMULA STUDENT

Hochschulteams aus aller Welt entwickeln innerhalb eines Jahres einen wettbewerbsfähigen Rennwagen inklusive
eines passenden Vermarktungskonzeptes. Technisches Design, Kostenplanung und das Geschäftsmodell
müssen die Fachleute aus Industrie und Wirtschaft ebenso überzeugen wie das Abschneiden der studentischen
Konstruktionen auf der Rennstrecke. Eigenschaften wie Fahrdynamik, Handling, Beschleunigung, Zuverlässigkeit
und Energieverbrauch werden dabei im Autocross, Skid Pad, Acceleration und Endurance geprüft. Unser Ziel ist
es, in den einzelnen Disziplinen sowie auf der Weltrangliste bestmögliche Platzierungen zu erreichen.

BISHERIGE ERGEBNISSE

       Formula SAE Italy                       FS Germany                        Vienna E-Challenge
2010    FSC   1. Energy Efficiency    2010   FSC Best Newcomer Award          2015   FSE           3. Endurance
2012    FSE           10. Overall     2013   FSE            37. Overall                                3. Overall
                                      2014   FSE    2. Energy Efficiency
     Formula Student UK                                     5. Skid Pad
2012    FSE           71. Overall                           14. Overall
                                      2016   FSE            26. Overall
                                      2018   FSD            17. Overall
                                             FSE            38. Overall

20

©
21 FSG Maru

22   © FSG Grams

DISZIPLINEN
Der Wettbewerb der Formula Student setzt sich aus den Hauptdisziplinen Statics und Dynamics zusammen,
welche ihrerseits in mehrere Unterdisziplinen unterteilt sind. Bei den Statics geht es unter anderem um die
Qualität unserer Entwicklung, die Kostenanalyse und deren Präsentation vor den Judges. Bei den Dynamics
werden die Fähigkeiten und Eigenschaften der Fahrzeuge in verschiedenen fahrdynamischen Disziplinen auf die
Probe gestellt.

SCRUTINEERING
Bevor das Team zu den dynamischen Events zugelassen werden kann, muss durch die technische Abnahme
Sicherheit und Regelkonformität der Fahrzeuge bescheinigt werden. Das Scrutineering teilt sich wie folgt auf:

       Mechanical            Electrical            Rain Test             Tilt Test          Brake Test
      Scrutineering        Scrutineering

                                                                                                                23

PUNKTEVERTEILUNG FSE
Bei Formula Student Wettkämpfen können maximal 1000 Punkte erreicht werden. Es gewinnt nicht das
Team mit der schnellsten Rundenzeit, sondern das mit der höchsten Gesamtpunktzahl. Diese errechnet
sich bei der Klasse Electric aus den folgenden Einzelwertungen:

                Statics                                             Dynamics

                                 325                                                                     675

        Business Plan              Cost & Manufacturing                     Engineering Design

                        75                                100                                            150

     Skid Pad   Acceleration   Autocross                        Endurance                        Efficiency

           75           75           100                                               325               100

24

ENGINEERING DESIGN
In dieser Disziplin verteidigt das Team die Entwicklungsmethodik und Konstruktion der Rennwagen vor
den Judges. Bewertet werden dabei die individuellen Lösungen, mit welchen die Anforderungen der
dynamischen Disziplinen innerhalb des Reglements bestmöglich umgesetzt werden.

COST & MANUFACTURING
Bewertet wird neben dem Verständnis von Kosten und Fertigungsverfahren des Prototyps auch
die Vollständigkeit und Plausibilität der Kostenanalyse. Vom gewählten Halbzeug bis zum letzten
­Bearbeitungsschritt werden alle Bauteile exakt dokumentiert und die Fertigungskosten aufsummiert.

BUSINESS PLAN
Das Team entwickelt eine Geschäftsidee, auf deren Basis Unternehmens- und Vermarktungskonzepte für
die Fahrzeuge erarbeitet werden. Passend dazu wird ein entsprechender ­Businessplan erstellt, ­welcher
potentielle ­Investoren bei einem Pitch überzeugen muss.

                                                                                                   25

ACCELERATION                                 AUTOCROSS

     Hier muss der Rennwagen seine Beschleuni-    Der Rennwagen muss schnellstmöglich
     gungsfähigkeiten über eine Distanz von 75    ein drei Meter breites und einen Kilometer
     Metern beweisen.                             langes Streckenlayout durchfahren.

     SKID PAD                                     ENDURANCE

     Getestet wird hier das Verhalten des Fahr-   Auf einem Rundkurs über 22 Kilometer mit
     zeugs bei konstanter Kreisfahrt. Dazu wird   Fahrerwechsel kommt es auf Gesamtzeit
     eine liegende Acht durchfahren.              und Zuverlässigkeit an.

26

ENERGY EFFICIENCY

Bewertet wird der Energieverbrauch wäh-
rend des Endurance unter Gewichtung des
minimalen Verbrauchs und der Rundenzeit.

TRACK DRIVE (DRIVERLESS)

Der autonome Rennwagen fährt mithilfe
seiner Sensoren schnellstmöglich einen 500
Meter langen unbekannten Rundkurs ab.

                                             27

PARTNER WERDEN

 Team Starcraft hat sich der Aus- und Weiterbildung       WIE SIE UNS UNTERSTÜTZEN KÖNNEN
 von Studierenden verschrieben, ohne dabei ein
 gewinnbringendes Geschäftsmodell zu verfolgen.           Spende
 Unsere        ehrenamtlichen   Mitglieder     zeichnen   Als gemeinnütziger Verein stellen wir auf Wunsch
 sich durch ihr zielorientiertes Denken, eine             eine Spendenquittung über erbrachte Sach- oder
 herausragende Teamfähigkeit und ihr starkes              Geldleistungen aus. Hierbei stehen keine weiteren
 Engagement aus. Als Partner haben Sie beste              Gegenleistungen aus dem Partnerprogramm zur
 Voraussetzungen von diesem hochmotivierten               Verfügung.
 akademischen Nachwuchs zu profitieren. Ebenso
 stellen wir Ihnen und Ihrem Unternehmen gerne            Sponsoring
 vielfältige     und   öffentlich   wirksame    Gegen­    Bei Interesse an einer verstärkten Kooperation
 leistungen zur Verfügung.                                können wir im Rahmen eines Sponsorings diverse
                                                          Gegenleistungen für Sach- und Geldleistungen
                                                          anbieten. Unser Partnerprogramm ist hierzu in
                                                          mehrere Stufen unterteilt:

28

PARTNERPROGRAMM

  SPONSORENSTATUS          UNTERSTÜTZER   BRONZE   SILBER   GOLD     PREMIUM

Firmenlogo auf Website

Newsbeitrag

Firmenlogo Messestand                                        groß     sehr groß

Interne Ausschreibung
von Praktika
Firmenlogo offizielle                                       hinten     vorne
Teamkleidung
Firmenlogo Fahrzeug

Fahrzeug für Werbemaß-
nahmen
Bezeichnung als
Hauptsponsor
Fahrzeug für Showfahrt

Auslage von Infomaterial                                             in Absprache

Fahrzeug zur Dauerleihe                                              in Absprache

                                                                                  29

30

ZUSAMMENARBEIT & SPONSORENEVENTS
Die Bindung der Partner und Unterstützer an das Team ist uns sehr
wichtig. Deshalb bieten wir Ihnen eine Reihe an Möglichkeiten,
unsere Mitglieder und das Projekt näher kennenzulernen. Durch
das breite Spektrum der uns unterstützenden Unternehmen
besteht für Sie zudem die Gelegenheit, mit anderen Firmen und
potentiellen Geschäftspartnern in Kontakt zu treten. Mit unserem
Rennwagen können Sie Ihren Messestand zum Eyecatcher werden
lassen.

Beim Rollout laden wir zur Präsentation der neuen Rennwagen
sowie zum Austausch mit unseren Mitgliedern und Sponsoren
ein. Gemeinsam mit Ihnen möchten wir beim After Season Event
die vergangene Saison resümieren und einen Ausblick auf die
bevorstehende Saison geben.
Neben diesen Veranstaltungen arrangieren wir gern individuelle
Gelegenheiten für Sie, um den persönlichen Kontakt weiter zu

                                                                                           Partner Saison 2017/18
intensivieren.

                                                                                      31
                                                                    www.teamstarcraft.de

Wir freuen uns von Ihnen zu hören!

teamstarcraft.de
info@teamstarcraft.de