NXP Cup 2019 Der Wettkampf der autonomen Mini-Flitzer

Jedes Jahr findet der NXP Cup statt, ein globaler Wettbewerb für Studenten und Robotik-Clubs. Die Teilnehmer bauen und programmieren autonome Modellautos, die so schnell wie möglich über die Strecken sausen sollen. Auch die Technische Universität Deggendorf ist in diesem Jahr wieder dabei.

Die Vorbereitungen des diesjährigen NXP Cup EMEA haben begonnen und die Technische Hochschule Deggendorf (DIT) ist bereit für das Rennen. Die Hochschule nimmt seit 2015 regelmäßig an der Veranstaltung teil. Das Event wurde von NXP Semiconductors ins Leben gerufen und gibt aufstrebenden Maschinenbaustudenten die Möglichkeit, autonome Rennautos zu konstruieren, zu programmieren und anschließend gegeneinander auf der Rennstrecke antreten zu lassen. Im Januar präsentierten die 16 Teams der Hochschule ihre Projekte, so wurde ausgewählt wer an der offiziellen Qualifikation in München Ende März teilnehmen darf. Dieses Mal hatten sich 158 Teams angemeldet – eine Rekordzahl! Dazu zählten verschiedene Gruppen von Gymnasien bis hin zu Universitäten aus 16 verschiedenen europäischen Ländern.

Unermüdlich arbeiteten die Teams der DIT an ihren autonomen Fahrzeugen, um die vier nervenaufreibenden Herausforderungen zu meistern. Viele Teilnehmer nutzen die letzten Stunden vor der Veranstaltung für Fine-Tuning der Hardware und Software. Programmiert wurde entweder über mbed oder MCUXpresso IDE. Wie sich herausstellte, war letztere die meist verbreitete Programmierplattform unter den Studentengruppen.

Mouser Electronics versteht es als Teil seiner Aufgabe, weltweit die nächsten Generationen von Ingenieuren durch wettbewerbsorientierte Veranstaltungen zu unterstützen und war in den letzten zwei Jahren Hauptsponsor des NXP Cup EMEA. 2019 ist das Unternehmen offizieller Distributor der Kits, die jedes Team für ihre Autos verwendet. Die Basis der Kits besteht aus dem Freedom FRDM-KL25Z Board von NXP für Mikrocontroller der Kinetis L-Baureihe, die auf dem ARM Cortex-M0+ Prozessorkern aufgebaut sind. Die Autos werden mit einer einfachen CMOS-Zeilensensorkamera unterstützt.

Das Triebwerk besteht aus Elektromotoren, die den Studierenden die Möglichkeit geben, mehr über elektronische Differenzialtechnik und Techniken zur Motorsteuerung zu lernen. Jedes Kit ist außerdem mit einer Batterie mit 7,2-V-Ausgang und 2.500 mAh Ni-MH ausgestattet. Allerdings dürfen die Teilnehmer die Leistung ihrer Batterien individuell anpassen, solange sie innerhalb der Vorgaben bleiben – maximal 7,4 V mit weniger als 3.000 mAh, basierend auf wiederaufladbarem NiCd, mit NiMH- oder Li-Ion-Techniken. Auf LiPo basierende Batterien sind nicht erlaubt.

Die Teams »Code for Speed«, »Byte Rider«, »JT_Drive« und »Overtaker« haben sich für die Model-C-Version (Bild 1) des Kits entschieden. Andere Teams – wie »Burning Wheels« setzten dagegen auf das Almak-Kit (Bild 2). Beide Kits nutzen den gleichen Radstand von 16 mm und haben fast identische Karosserie-Maße, bei Almak ist die Karosserie einteilig, während Model-C einen mehrgliedrigen Fahrzeugkörper nutzt.

Mit Projektdruck umgehen

Mit dem Druck, die Konstruktion voranzutreiben, haben die Studenten ihre Autos auf drei Strecken getestet – auf der Hindernisvermeidung, Fahrpräzision und auf einem Bereich für die Drehzahlregelung, bei der die Fahrzeuge in einem bestimmten Zeitraum die Geschwindigkeit erheblich drosseln mussten. Der finale Test wurde auf einer unbekannten Rennstrecke auf Zeit gefahren. Manche Fahrzeuge erreichten dabei sgoar Geschwindigkeiten von bis zu 7 km/h.

In manchen Fällen, beispielsweise bei Team Burning Wheels, haben die Studenten an einem Überwachungssystem gearbeitet, um jederzeit zu wissen, was die CMOS-Kamera »sieht« – indem Bilddaten an ein OLED-Display gesendet werden. Aus den gesammelten Daten kann das Team wichtige Informationen ableiten, um damit Verbesserungen in den Fahralgorithmen zu machen. Für die aus dem 3D-Drucker stammende Karosserie von Burning Wheels wurde beschlossen, die Steuerräder hinten statt vorne einzubauen. Teammitglied Maximilian Seitz erklärte, das Auto erhielte dadurch einen besseren Wendekreis und die Genauigkeit würde deutlich verbessert.

Die Veranstaltung begann bereits um 8:00 Uhr morgens und dauerte bis 14:00 Uhr nachmittags, wobei die Studenten kaum Zeit für Pausen hatten. Ihre Noten hingen von der Leistung dieses Tages ab und bestimmen außerdem darüber, ob sie in der nächsten Runde in München gegen eine größere Anzahl an konkurrierenden Gruppen anderer Universitäten antreten. Dort werden die besten Teams gegen Gruppen antreten, die sich bei ähnlichen NXP Cup-Veranstaltungen in Tschechien, Frankreich, Libanon, Marokko und Rumänien für das große EMEA Finale qualifiziert haben – das im kommenden Frühling im Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen (Fraunhofer IIS) in Erlangen  stattfinden wird.

Von der Theorie zur Praxis

Die Lehrenden der DIT sind starke Befürworter des NXP Cup und haben die Veranstaltung zu einem wesentlichen Teil der Kursinhalte in Verbindung mit Embedded-Technologien der vergangenen Monate erklärt. In dem Kurs arbeiten die Studenten im Labor und erproben das Gelernte an den von Mouser zur Verfügung gestellten Kits. Die Studenten können so nicht nur ihr Praxiswissen im Bereich Elektronik erweitern, sondern lernen auch, mit Zeiplänen umzugehen, Aufgaben zu verteilen, Deadlines einzuhalten und im Team zu arbeiten. Eine wichtige Aufgabe der Betreuer ist es, die Motivation der Studierenden zu erhalten, ohne den Fokus auf Wissenstransfer zu verlieren und Hilfestellung zu geben, falls nötig.

An der Zukunft des autonomen Fahrens feilen

Die DIT ist stolz auf ihre Errungenschaften im NXP Cup. Die Wall of Fame des Instituts zeigt die bemerkenswerte Erfolge der letzten Jahre, zu denen das EMEA Finale 2015 – an der Politecnico di Torino in Italien – und 2018 – an der Fraunhofer IIS – zählen. NXP läd das Gewinnerteam zur Teilnahme am NXP Connect Event dieses Jahr in Kalifornien ein – eine besondere Gelegenheit für die Studenten, um mehr über die Branche zu erfahren und wichtige Kontakte für die Zukunft zu knüpfen.

Dank des positiven Einflusses, welchen der NXP Cup auf die Studenten hatte, wurde erst kürzlich ein neues Gebäude an der DIT eingeweiht, mit einem Labor, das ausschließlich der Entwicklung von Techniken für das autonomen Fahren dient. Das Institut reagiert damit auf die hohe Nachfrage nach Talenten im Bereich Maschinenbau und möchte die Studenten auf die hohen Erwartungen in der sich rapide verändernden Automobilbranche vorbereiten.

Der nächste Schritt des NXP Cup EMEA war die Qualifikation am 27. März im Gymnasium Kirchheim bei München. Anschließend werden alle Augen auf das EMEA Finale am 29. bis 30. April am Fraunhofer IIS gerichtet sein.