Berlin Racing Car
Das Motorsport Team der HTW Berlin nimmt seit 2006 an dem internationalen studentischen Konstruktionswettbewerb „Formula Student“ teil. Die Studierenden konstruieren dafür einen Rennwagen, das „Berlin Race Car“ und müssen sich für die Teilnahme an den einzelnen Wettbewerben qualifizieren.
Natürlich sollte der Rennwagen auch schnell fahren, aber die Fahrzeiten sind nur ein Kriterium. Bevor das Fahrzeug in den verschiedenen Disziplinen auf die Rennstrecke gelassen wird, muss das Team seine Konstruktion vor einem Expertenteam verteidigen, wobei das mechanische und elektrische Design auf Herz und Nieren geprüft wird.
Seit 2017 gibt es bei der Formula Student nicht mehr nur die Klassen „Combustion“ und „Electric“, sondern auch die neue Klasse „Driverless“. Dabei muss das Fahrzeug in mehreren Disziplinen autonom fahren. Die Strecke ist dabei jeweils durch verschiedenfarbige Verkehrskegel markiert.
Das HTW Berlin Motorsportteam hat sich entschlossen, bei diesem neuen Format dabei zu sein. Dies ist eine gewaltige Herausforderung. Ein zentraler Punkt eines autonomen Fahrzeuges ist seine Sensorik. Und unter den Sensoren spielen optische Sensoren, also Kameras, eine zentrale Rolle.
Daher hat sich das Motorsportteam sehr gefreut, dass die Firma MATRIX VISION 2017 eine Kamera vom Typ mvBlueFOX3-2089a zur Verfügung gestellt hat. Der Kamerasensor Sony IMX267 hat die erforderliche hohe Auflösung, um die relativ kleinen Verkehrskegel auch noch in größerer Entfernung erkennen zu können. Auch die notwendige Bildvorverarbeitung erfolgt bereits in der Kamera.
Die Kamera besitzt einen USB3 Anschluss über den die Bilder mit nur geringer Verzögerung und unkomprimiert an den Steuerrechner übertragen werden, ein eingebettetes System (NVIDIA Jetson TX2) auf dem ein Ubuntu Linux als Betriebssystem läuft sowie gestreamer, OpenCV und ROS (Robot Operating System) als weitere Softwarekomponenten. Dieser zentrale Steuerrechner ist über CAN Bus mit weiteren Sensoren, Aktoren und dem Motorsteuergerät verbunden und sendet Betriebsdaten über WLAN an eine Basisstation.
Die Integration der Kamera war dank des auch unter Linux verfügbaren mvIMPACT Acquire SDK problemlos möglich. Mit ein wenig Adaptercode ist es dem Team gelungen, die Kamerabilder an die OpenCV Echtzeit-Bildverarbeitung anzubinden. Zusätzlich führt der Linux Rechner eine hardwareunterstützte H.264 Videokompression der Bilder durch, um diese für eine nachträgliche Auswertung aufzuzeichnen sowie ein live Preview als RTSP Stream über WLAN anzubieten über den die Kamera noch unmittelbar vor dem Start justiert und kontrolliert werden kann.
Über das mvIMPACT Acquire SDK können auch alle erforderlichen Aufnahmeparameter bequem konfiguriert werden. So erfolgt beispielsweise der Belichtungsabgleich im Bereich der Fahrbahn den das Fahrzeug in der nächsten Sekunde befahren wird. Auch wurde die Belichtungszeit beschränkt, um Bewegungsunschärfe zu vermeiden. Bei diesen Einstellungen zeigten sich die Vorteile einer industriellen Kamera gegenüber der „vollautomatischen“ Consumer-Lösung die zuvor in der Erprobung war.
Nach der Softwareintegration hat das Team im Herbst 2017 erste Testfahrten mit der Kamera absolviert, die dafür noch provisorisch am Fahrzeug befestigt werden musste, weil bauliche Veränderungen innerhalb der Saison nicht möglich sind.
Der für die Saison 2018 konstruierte Rennwagen hat nun eine feste Kamerahalterung bekommen, so dass bei allen Trainingsfahrten und Wettbewerben Kamerabilder aufgezeichnet werden. So soll eine Fülle von Trainingsbildern generiert werden, die die Verkehrskegel unter verschiedenen Licht- und Wetterbedingungen abbildet. Mit diesen Bildern wird der Algorithmus zur Kegelerkennung noch robuster gemacht. Wenn alles wie geplant läuft, wird das „Berlin Race Car 2018“ mit der Kamera von MATRIX VISION 2018 seine ersten autonomen Fahrversuche unternehmen.
Der HTW Berlin Motorsport ist als gemeinnütziger Verein organisiert. Die Studierenden arbeiten parallel zu ihrem Studium in diesem Projekt und sind auf die Unterstützung durch Sponsoren angewiesen. Wir bedanken uns daher ganz herzlich bei MATRIX VISION für das Sponsoring und den Support.
Text: Prof. Dr. Frank Bauernöppel, Susanne Nelke, Nathalie Scholl