奥格斯堡应用技术大学车队是大学生方程式汽车大赛世界纪录的保持者


The driverless e-racing car built by the 'StarkStrom' team incorporates a Kistler speed sensor to ensure that precise position and speed data is constantly available – an essential element in the setup that secured the current world record in the acceleration category for the student team from Augsburg.

Formula Student is Europe's most renowned series of races for young engineers. Two years ago, competitions for driverless single-seaters with all-electric power were added to its program. The 'StarkStrom' team from Augsburg University of Applied Sciences (UAS) competed in this event from the outset – and last season, they secured the world record in the 'Acceleration' category. The cars have to cover 75 meters as quickly as possible on a 3-meter-wide track staked out with cones, and then the vehicle must come to a standstill within 100 meters. At the Hockenheimring in 2018, the Augsburg team left the competition standing with a time of 4.267 seconds and a speed of about 95 km/h.

At Silverstone a few weeks previously, the team even managed to secure first place in the overall ranking for three disciplines: as well as 'Acceleration', the program includes 'Skid Pad' (driving in a horizontal figure of eight) and 'Track Drive' (a course of straights, curves and chicanes, etc.) – from 2019 onwards, 'Autocross' will be added as another discipline. Kistler made its Correvit SF-II ground speed sensor available to the team four weeks before Silverstone.

"Kistler's sensor really was an enormous help for us. In combination with an IMU (Inertial Measurement Unit), the Correvit SF-II supplies precise positional data; it's independent of tire slip, so it compensates perfectly for the drawbacks of the GPS, which is prone to interference."

Mathias Pechinger, former team captain

He has been a member of the team for six years and was its long-serving captain; now he is about to complete his Masters in Applied Research, specializing in driverless mobility. 'Thanks to the sensor's precise feedback on speed, for example, we were able to pass the braking test at our very first attempt.'

A team that stands together when it matters

Successful teamwork: Christoph Winter (IT), Elena Zehnder (management), Christian Scheglmann (image processing), new captain Dennis Religa, long-serving captain Mathias Pechinger and advisor Prof. Carsten Markgraf – a team that stands together when it matters (left to right).

奥格斯堡应用技术大学(“奥大”)StarkStrom车队制造的无人驾驶电动赛车借助奇石乐速度传感器,确保连续、精准地采集赛车位置和速度数据,这是奥大大学生车队保持当前加速类项目世界纪录的主要原因之一。

大学生方程式汽车大赛是欧洲针对青年工程师最著名的赛事。两年前,大赛增设纯电动单座无人驾驶汽车竞赛项目。奥大StarkStrom车队从一开始即参加这一项目比赛,并在上赛季取得了加速类项目世界纪录的好成绩。在这一赛项中,赛车必须以最快的速度,在三米宽、两旁设锥形路障的跑道上跑完75米,然后紧急刹车,让赛车停下来,并且保持刹车后行驶的距离不超过100米。2018年,奥大车队在霍根海姆赛道的赛段时间和最高车速分别为4.267秒和95公里/小时。

 奥大车队几周前在银石赛道获得了三项综合排名的总冠军,除了获得“加速赛”单项目冠军,其他两项是“Skid Pad”(水平八字绕环)和“赛道赛”(直道、弯道、S形弯道等组成的赛道)。2019年起,大赛将增设“汽车越野赛”项目。银石赛赛前四周,奇石乐为车队提供了Correvit SF-II对地光学速度传感器。“奇石乐传感器帮了我们大忙。Correvit SF-II结合惯性导航测量装置(IMU)可以提供精准的位置数据,同时不受轮胎滑移影响,完美弥补了GPS易受干扰的缺点,”Mathias Pechinger解释道。Mathias加入车队已经六年,一直担任队长。他正在攻读应用研究硕士学位,专攻无人驾驶汽车领域,并且即将毕业。“多亏了奇石乐传感器精准的速度信息反馈,我们才能一次性地通过制动测试。”

高精度测量技术——成功的必要条件

在本赛季最重要、竞争最激烈的霍根海姆赛道比赛中,StarkStrom车队勇夺第四名,并保持加速类项目世界纪录。奥大电气工程系教授、工程学博士Carsten Markgraf强调了此次比赛成绩的重要性:“对于像奥大这样的小型大学而言,能与慕尼黑工业大学(TUM)、瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH)等名校强队同台竞技,并取得如此好的名次,非常了不起。”而这一好成绩的取得需要自动驾驶环境感知、路径规划等方面的专业技术知识。为此,StarkStrom车队为赛车配备了激光雷达和摄像系统:对两者采集的数据进行融合,可以确定赛道位置,并保证赛车不偏离赛道。在2018赛季,车队为赛车选用了D-GPS设备来测定车辆的绝对位置,但该设备启动缓慢,而且随时会出现故障。“但是,奇石乐传感器采集的数据可以很好的弥补GPS信号容易丢失的缺陷,”负责摄像系统的队员Christian Scheglmann介绍道,他也正在奥大攻读应用研究硕士学位。

哪些因素促成车队取得如此大的成功?首要因素是全身心投入电动车辆应用研究并参加非营利性社团StarkStrom Augsburg的学生们。该社团利用企业提供的资金和设备赞助,帮助青年工程师们将专业知识在赛道上付诸实践。Pechinger表达出了整个车队对大学生方程式汽车大赛的看法:“能够保持世界纪录,我们当然很自豪,但是这并不是最主要的,学到新东西才是我们的主要目标。这也是我们选择将‘比赛不是为了跑得更快,而是为了增长才智’作为大学生方程式汽车大赛中口号的原因。”

青年工程师的责任担当

虽然Markgraf教授可以为学生们提供指导,但是整个车队采用企业式架构,大多数职责都由学生自行承担。车队核心成员包括电气工程师、机电专家和IT专家,还有同样重要的商业经济分析师。Markgraf教授说:“在车队中,很多学生不畏艰难,他们取得了高水平的成绩,而且还拓展了个人的视野。他们中的大多数与其所学的课程直接相关,他们将所学的知识付诸实践,加深了对知识的理解。”

奥大车队的赛车为微型经典单座赛车,必要时也可以安排一名车手驾驶;该赛车完全是在奥格斯堡制造而成。Scheglmann指出,该赛车的无人驾驶功能是在机械和电子架构基础上新增的。“无人驾驶赛车比传统赛车复杂得多。无人驾驶赛车不仅要具有很多必要功能,而且还要具备新增的额外功能。”关于大学生方程式汽车大赛,Pechinger补充道:“大赛要求严格,甚至连入场都有严格的要求,例如,入场前必须进行制动测试。很多车队在这一关已经败下阵来。毕竟,大家都不希望自己投入大量时间和精力制造的赛车由于刹车失灵而撞到墙上!”

精度高、高度集成、极小的测量零飘

奇石乐Correvit SFII赛车传感器每5毫秒通过CAN总线传输一次实时车速(x轴和y轴),再结合惯性单元,每2 毫秒计算一次赛车与起点的相对位置。这对完成StarkStrom车队最拿手的加速赛和Skid Pad项目再合适不过。“奇石乐传感器通过专用夹具安装在赛车上,仅需两三天就可以和赛车集成到一起,”Scheglmann回忆道,“我们一开始并不清楚传感器提供什么类型的数据,但后来我们认识到我们只需要一次性集成即可。事实上,集成过程非常简单,而且传感器采集数据的速度很快,而且整体运作非常稳定、可靠。”Pechinger补充说:“奇石乐传感器提供的数据非常精准,几乎没有零飘,在短途运行中几乎提供100%可靠性的数据。”

正因为如此,奥大车队计划2019赛季不再使用D-GPS设备。根据要求,奥大车队仅采用奇石乐测量技术和惯性单元,或者采用奇石乐测量技术、惯性导航测量装置和SLAM算法(目前正在开发之中),即可实现导航功能。新导航装置将于2019年春在柏油路上进行大量测试。大学生方程式汽车大赛也在不断发展,未来会推出更具挑战性的新项目,进一步提高比赛水准。比赛的最终目的不仅是为了让无人驾驶汽车在赛道上竞技,同时还为了有朝一日让无人汽车真正上路。Markgraf教授总结道:“奇石乐赛车传感器是我队学生的重要装备,让他们得以继续开发赛车的潜力。虽然时不时会有队员离开,也有新面孔加入,但很明显,车队一直都在进步:我迫不及待想要看看StarkStrom未来几年能够取得怎样的成绩。”