magyar elektronika

Elfogadom az adatkezelési tájékoztatóban foglaltakat:*

BME lidAz idén is az Automotive Hungary kiállítás adott otthont a TECHTOGETHER versenynek, ahol a hazai egyetemeken tanuló járműépítő hallgatók csapatai versenyeznek. Az idei versenyt – amelyen 14 csapat vett részt – a BME Formula Racing Team csapata nyerte.

 

 

 

A BME Formula Racing Team 2007-ben alakult a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen azzal a céllal, hogy megvalósítsa pár fiatal egyetemista álmát, és részt vehessen a Formula Student versenysorozaton, hagyományt teremtve ezzel nemcsak a saját egyetemén, hanem Magyarországon is.
A csapat feladatai közé tartozik a tervezés, a beszerzés, a gyártás és a versenyautó építése mellett a menedzsment, a logisztika és a gazdasági ügyek intézése is.
A BME FRT az első éveiben kizárólag benzines autókat épített, később áttért az elektromos hajtásra, 2018-ban pedig megépítették Magyarországon az első Formula Student önvezető versenyautót is. Az előző szezonban az elektromos versenyautó 11. generációja a RedBull Ring-en negyedik, a Hungaroringen az összetett eredmények alapján harmadik helyet szerzett, így új pontrekordot állított be a csapat történetében az egyes versenyszámokon belül.

 

BME 1

 

Az autó elektromos rendszere

A következő szezonra vonatkozóan a Formula Student (FS) szabályai megváltoznak – finoman megpróbálják a pilótás rendszerről az önvezetés felé terelni a fejlesztési irányt, így 2022-ben már hivatalosan is minden autónak pilótás és önvezető üzemmódra is képesnek kell lennie. Az új szabályokkal összhangban a BME FRT csapata is több erőforrást kíván fektetni az önvezető rendszer fejlesztésébe, és meghozta azt a döntést a koncepcionális fázisban, hogy az eddigiektől eltérően két külön autó helyett egyetlen rendszerbe integrálja az önvezető és a pilótás irányítást. A vezérlőrendszer fejlesztése házon belül történik – az elektronikacsapat végzi, akik tíz évnyi tapasztalatukat felhasználva az idei szezonra megalkotják a rendszer működéséhez szükséges hardveres és szoftveres megoldásokat. A lehető legtöbb egység házon belüli tervezése a cél, mivel a készen vásárolt termékek általában nem az adott célnak megfelelő komplexitással rendelkeznek, sok esetben felesleges funkciókat is tartalmaznak. További probléma lehet még a késztermékeknél, hogy többnyire nincs hozzáférés a forrásokhoz, sem a szoftver, sem a hardver terén, pedig ezek fontosak a mélyebb hozzáértés kialakításához, valamint az esetleges hibák javításához. Mindezeken felül pedig az univerzális automotive vezérlőknek igen magas áruk is van, ami szintén nem utolsó szempont, ezért is célszerűbb egy saját fejlesztésű vezérlőelektronikai rendszert alkotni, beleértve a szoftveres és hardveres megoldásokat is.
A fejlesztendő autónak alapvetően meg kell felelnie az FS által előírt követelményeknek, többek között a biztonsági és teljesítménybeli előírásoknak. Ám a szigorú kereteken felül a csapat többi csoportja által kért funkciókat is implementálni kell az autóba, mint például a nyomatékszabályozás-modellhez szükséges szenzorok vagy az önvezető rendszer infrastruktúrája. Külön kiemelendő, hogy az autó biztonságtechnikailag legkritikusabb pontja – a nagyfeszültségű akkumulátor – önmagában több mint 100 szenzor segítségével biztosítja a megfelelő működést, így a legkomplexebb rendszerek közé tartozik.

 

BME 2

 

Következő lépés a centralizálás

A tervezés folyamán körülbelül 70 különböző funkciót kellett elkülöníteni egymástól, amelyek nagyjából egyenként igényelnek egy különálló kapcsolást, részegységet vagy szoftveres logikát. A rendszer fejlesztése alatt ezeket csoportosítani kell, és lehetőség szerint összevonni, mivel sok esetben nyilvánvaló, hogy nincs szükség dedikált vezérlőre ezek teljesítéséhez.
Az elmúlt években ennek a problémának a megoldására több Texas Instruments TMS570 mikrokontroller-alapú egység volt a felelős. Összesen 5 különböző ilyen nyák volt eddig az autóban, 6 darab mikrokontrollerrel.
A feladatuk a lokális feladatok betöltése volt, mivel így rugalmasabban lehetett az alrendszerek kialakítását tesztelni, és meghibásodás esetén is egyszerűbb volt javítani. Hátrányuk a nagyobb rendszerszintű komplexitás, illetve gyártásuk és fenntartásuk is költségesebb a több redundáns alrendszer (pl. konverterek) és különböző layoutok miatt.
Az előbb felsorolt hátrányok kiküszöbölése érdekében a jelenlegi szezon fejlesztési iránya az egy centralizált rendszer felé való nagyobb lépés, miszerint több vezérlőegység összevonásra kerül az autóban. Hosszabb távon egy teljesen centralizált rendszer kiépítése a cél, amiben egyetlen egység végzi a szoftveres döntéseket és a főbb feladatokat is. Ez a „szuperszámítógép” becenéven emlegetett egység a rendszer agya – a master. A master mellett a kisebb lokális feladatokat pedig – mint szenzorjel-feldolgozás, forgókapcsolók analóg adatainak beolvasása, display működtetés – egy egyszerűbb, univerzális slave-egység fogja teljesíteni. Ez egy Texas Instruments TM4C-alapú vezérlő, amelyet már évek óta használnak egy saját tervezésű nyákkal, és a már megfelelően robusztus és kiforrott kialakítással.

 

BME 3


A feladatokkal kapcsolatos döntések meghozatala a központi egység feladata lesz, amely a Controller Area Network (CAN) hálózaton keresztül továbbítja a parancsokat, amiket ezek a kisebb vezérlők hajtanak végre, és esetenként ezek küldik vissza az eredményeket is. A centralizálás által egyre inkább le lehet majd csökkenteni a fejlesztésekre fordítandó erőforrásokat, mind anyagilag, mind emberi erőforrás tekintetében, mivel összesen két komplexebb, „digitális” egység lesz, és mellé csak analóg kiegészítő nyákokra (pl. ledpanel) lesz szükség. Egyelőre ez alól a trend alól kivételt képez az akkumulátor vezérlőnyákja, mivel ott kifejezetten fontos a stabilitás és a megfelelő feldolgozási teljesítmény, hogy mind a 144 cellapár hőmérsékletét és feszültségét monitorozni lehessen.

A központi egység főbb elemei:

  • 1 mikrokontroller a járműdinamika-szoftver futtatására,
  • 1 mikrokontroller az alacsony feszültségű rendszer kezelésére, a CAN hálózaton érkező jelek és adatok feldolgozására, illetve a rendszer szoftveres vezérlésére,
  • telemetriához tartozó rádiómodul kommunikációjához szükséges RS232 interfész,
  • és a szabályzatban megkövetelt önvezető rendszer hardveres állapotgép-logikája.

Mint ahogy már korábban is említésre került, a cél az, hogy a rendszer a lehető legegyszerűbb felépítésű legyen, mivel versenyautó-prototípus fejlesztésénél járműdinamikai okokból döntő tényező a tömeg. Fontos szempont a megbízhatóság is – hiszen elég kellemetlen, ha technikai okok miatt nem képes a jármű teljesíteni egy versenyszámot. Az új rendszer ebben is előnyt élvez, mivel kevesebb alkatrészből álló autó esetén elegendő kevesebb fajta pótalkatrésszel érkezni a versenyekre, így ha valami probléma merül fel, csökken a szereléshez szükséges idő és akár a költségek is. A tervek szerint azonban ez a rendszer is csupán átmeneti lesz, mivel a jövőben – a High Voltage Electronic Control Unit (HVECU) elhagyásával – olyan rendszer tervezése a cél, amely a valós idejű beágyazott szoftver mellett, a jelenleg különálló önvezető rendszer szoftverének futtatására is képes.

 

BME Formula Racing Team
Fülöp Simon
E-mail: simon.fulop@bmefrt.hu
www.frt.bme.hu