Seit 2014 entwirft, baut und fährt das Illini Solar Car Team einzigartige solarbetriebene Autos, die der Welt helfen, sich eine kohlenstofffreie Zukunft für den Individualverkehr vorzustellen. Heute betreiben mehr als 100 Studenten aus dem gesamten Campus der University of Illinois in Urbana-Champaign einen ausgeklügelten Betrieb, der Disziplinen wie Elektrotechnik, Mechanik, Strategie und Telemetrie sowie Wirtschaft und Medien umfasst. Das Digi XBee® PRO RF-Modem hilft diesen Enthusiasten, ihre Kreation genau im Auge zu behalten, um Geschwindigkeit, Entfernung und Leistung zu optimieren.
Die solare Herausforderung annehmen
Mit der Leidenschaft, die Zukunft des Automobils neu zu definieren, arbeiten jedes Jahr Dutzende von Studenten - Ingenieure, Umweltschützer und Autofans gleichermaßen - im OpenLab und in verschiedenen Garagen auf dem Campus der University of Illinois in Urbana-Champaign zusammen. Ihr einziges Ziel: das schnellste und effizienteste Fahrzeug zu bauen, das ausschließlich von der Sonne angetrieben wird. Das Illini Solar Car Team (ISC) nimmt mit seinen Fahrzeugen an internationalen Wettbewerben wie der American Solar Challenge und dem Formula Sun Grand Prix teil und erreicht dabei Top-Fünf-Platzierungen gegen die internationale Konkurrenz.
Das neueste Fahrzeug von ISC - Brizo - verfügt über ein Karbonfaser-Paneel-Chassis mit Doppelquerlenker-Aufhängung, einen bürstenlosen Zwei-Spulen-Gleichstrommotor an den Hinterrädern, 4 Quadratmeter Silizium-Solarzellen und ein 5,3-kWH-Batteriepaket, das aus 420 Lithium-Ionen-Batterien besteht. Das 423 Pfund schwere Auto erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 70 Meilen pro Stunde und hat bereits über 1500 Meilen zurückgelegt.
Laut Alex Lymberopoulos und Nafi Osmani, zwei ICS-Mitgliedern im Grundstudium, ist das elektrische System das Herzstück, das den Brizo zum Laufen bringt. "Ein Elektroauto erfordert Zuverlässigkeit, vom übergreifenden Energiesystem mit dem Motor und der speziell angefertigten Batterie über die Solaranlage bis hin zu den Codeschnipseln, die die Blinker aktivieren", so Osmani. "Nahezu jede Platine im Brizo wurde von Grund auf neu entwickelt und läuft mit kundenspezifischem Code. So sind wir in der Lage, ein straßenzugelassenes Fahrzeug zu bauen, das zuverlässig quer über den Kontinent fahren kann."
Das Dilemma der Telemetrie
Am Renntag spielt die Telemetrie eine Schlüsselrolle, um sicherzustellen, dass der Brizo mit maximaler Effizienz arbeitet. "Wenn man 1.500 Meilen über mehrere Tage fährt, ist es entscheidend, alle Systeme zu überwachen - den Motor, den Batterieverbrauch, die Temperatursensoren und die Elektronik", so Lymberopoulos. "Wir haben ein Führungsfahrzeug und ein Verfolgungsfahrzeug, die den Brizo während des Rennens begleiten, damit wir zeitnahe und genaue Daten erhalten, diese analysieren und fundierte Entscheidungen treffen können. Diese Daten sind von entscheidender Bedeutung, denn wenn diese Systeme ihre Sicherheitsbereiche überschreiten, kann es zu einem thermischen Durchgehen kommen, das die Batterie zerstört. Wir haben in unserem benutzerdefinierten Code Warngrenzen für die Temperatur und dann eine harte Abschaltung, um Schäden zu verhindern."
Wie gelangen diese Daten zum Verfolgungsfahrzeug? Durch eine Digi XBee PRO 900HP Modem, das in die kundenspezifischen ISC-Platinen integriert ist. Digi XBee-PRO-Module bieten drahtlose Konnektivität mit klassenbester Reichweite für Geräte. Durch die Unterstützung von RF-Sichtweiten von bis zu 28 Meilen (mit High-Gain-Antennen) und Datenraten von bis zu 200 Kbps sind diese Module ideal für Anwendungen mit größerer Reichweite, die einen höheren Datendurchsatz erfordern.
Das Digi XBee-PRO 900HP erfordert keine Programmierung und kann einfach über Digi XCTU® Software oder über einen vereinfachten AT-Befehlssatz. Digi XBee Module sind für den Einsatz in mehreren Ländern vorzertifiziert, was die Entwicklungskosten und die Zeit bis zur Markteinführung weiter reduziert.
"Wir schließen den XBee an unsere Empfängerplatine an, die im Verfolgungsfahrzeug mitfährt", so Osmani. "Damit erhalten wir die Daten von allen Platinen und Sensoren des Systems, die sich auf dem CAN-Bus (Controller Area Network) befinden - insbesondere Temperatur und Geschwindigkeit. Von dort aus stellen wir die Daten in einer MongoDB-Datenbank zusammen, speisen sie in unsere Telemetrie- und Strategie-App ein und können dann vorhersagen, wie das Auto und seine Systeme unter verschiedenen Bedingungen funktionieren werden."
"Wir haben festgestellt, dass die meisten der konkurrierenden Schulen das XBee-Modul verwenden", so Lymberopoulos. "Das spricht für seine Zuverlässigkeit und Haltbarkeit. Diese Autos werden im ganzen Land eingesetzt, und wir hatten noch nie Probleme mit der Zuverlässigkeit".
Ein strahlender Weg in die Zukunft
Nach kilometerlangen Rennstrecken- und Straßentests gab Brizo sein Debüt bei der American Solar Challenge 2021. Das Fahrzeug legte über 1000 Meilen zurück, beginnend in Independence, Missouri, bis nach Santa Fe, New Mexico, entlang des Santa Fe National Historic Trail. Brizo wurde Dritter im Qualifikationsrennen des Formula Sun Grand Prix und Vierter auf der Straße. Brizos nächstes Rennen findet 2022 bei der American Solar Challenge entlang des Oregon National Historic Trail statt, der wiederum in Missouri beginnt und entlang des Trails in Idaho endet.
Aber diese hochentwickelten Elektrofahrzeuge sind nicht die einzigen, die eine große Zukunft haben. "Wir sammeln viele wertvolle Erfahrungen bei der Entwicklung, Herstellung und Prüfung elektrischer Systeme", so Osmani, und zeigen, wie ein solarbetriebenes Elektrofahrzeug auf dem Massenmarkt Realität werden kann. Große Technologieunternehmen rekrutieren regelmäßig unsere Teammitglieder, weil sich diese Fähigkeiten sehr gut auf zukünftige kommerzielle Märkte übertragen lassen."
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