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Die Neugier wuchs, während sich im Gymnasium Kirchheim bei München langsam die 24 Teams für die sechste Qualifikationsrunde des NXP Cups versammelten. Wie würden die anderen Modellautos im Maßstab 1/18 aussehen? Alle verglichen die Modifikationen, die die Mitstreiter an ihren Starterkits vorgenommen hatten, um die bevorstehenden Aufgaben zu bewältigen. Auch der internationale Charakter des Events war deutlich erkennbar, als die Teams aus Italien, Deutschland, Großbritannien, Nordafrika und Osteuropa eintrafen (Abbildung 1).

Abbildung 1: Die teilnehmenden Teams des NXP Cups (Quelle: Autor)

Glücklicherweise war es an genau diesem Tag Ende März ziemlich bedeckt. Für die kompakten Fahrzeuge war das ein großer Vorteil, da sie so weniger mit sich verändernden Lichtbedingungen umgehen mussten (was sich bei der Veranstaltung im letzten Jahr als problematisch herausgestellt hatte). Dieses Mal gab es keine unerwarteten Sonnenstrahlen, die ungünstige Reflexionen oder Schatten auf der schwarzweißen Rennstrecke in der Turnhalle des Gymnasiums verursachen konnten (Abbildung 2).

Abbildung 2: Die verschiedenen Strecken, die die Fahrzeuge der einzelnen Teams während des NXP Cups zu absolvieren hatten (Quelle: Autor)

Nur vier Teams konnten sich qualifizieren und in die Reihe der 20 aufgenommen werden, die schließlich am 29. und 30. April am Finale im Fraunhofer IIS Institut in Erlangen teilnehmen, das fünfte Jahr in Folge Austragungsort der Veranstaltung. Der Anreiz für den Einzug ins Finale ist klar: NXP Semiconductors belohnt das Gewinnerteam, das sich dann EMEA Champion nennen darf, mit einer Reise nach Santa Clara in Kalifornien und der Teilnahme an NXP Connects, der wichtigsten Veranstaltung des Unternehmens, die am 12. und 13. Juni stattfindet.

Mehr als 150 Teams von weiterführenden Schulen und Universitäten aus der gesamten Weltregion haben sich beim NXP Cup EMEA 2019 angemeldet, dem einzigartigen Wettbewerb für die Entwicklung autonomer Modellautos. Der Schwerpunkt lag dabei vor allem auf der Programmierung der kleinen Rennautos für Fahrpräzision. Beim diesjährigen Wettbewerb konnten die teilnehmenden Studierenden die eingesetzten Technologien erweitern und auf die Anforderungen der neuen optionalen Tests reagieren – darunter ein Hindernisvermeidungstest, der Bereich für Geschwindigkeitssteuerung und die Achterschleifen-Präzisionsstrecke. Natürlich ist das traditionelle und obligatorische Zeitfahren noch immer ein wesentlicher Bestandteil der Herausforderung, der immer viel Spannung verspricht.

Die Rennwagen des NXP Cups

Das Basis-Kit für jedes Auto enthält zwei elektrische Bürstenmotoren für den Antrieb, einen digitalen Servomotor für die Lenkung, eine Leistungsmanagement-Schnittstelle und das Board FRDM-KL25Z  von NPX (dessen Herzstück ein Kinetis L ARM^® Cortex™-M0+ Mikrocontroller ist) für die Motor- und Lenkungssteuerung (Abbildung 3). Das Paket enthielt außerdem eine einfache CMOS-128-Bit-Zeilenkamera, um die Beschilderung und Kursmarkierungen auf der schwarzweißen Strecke zu erkennen. Der integrierte  NiCd-Akku mit 7,2 V und 2500 mAh versorgt die Fahrzeuge mit der nötigen Kapazität, um viele Runden zu fahren. Mouser Electronics unterstützte das Event und trat dabei als ein Hauptsponsor auf. Das Unternehmen stellte die Kits sowie andere nützliche Technologien bereit, die die Studierenden in ihre Rennwagen einbauen konnten, etwa die OSEPP-Ultraschallsensoren oder bessere CMOS-Kameras wie die Pixy 2-Geräte, die mit LPC4330-Mikrocontrollern von NPX ausgestattet sind. Die Teams setzten bekannte Programmier- und Debugging-Plattformen ein, um ihre Fahrzeuge für die verschiedenen Aufgaben des Wettbewerbs vorzubereiten. Dazu zählten Mbed, Matlab/Simulink von Mathworks oder MCUXpresso Integrated Development Environment (IDE).

Abbildung 3: „Boxengasse“ des NXP Cups mit allen teilnehmenden Rennwagen (Quelle: Autor)

Die Highlights des Wettbewerbs

Das lokale Team Hoibnbeschleuniger 2000 von der Hochschule München entschied sich, technologisch alles auszureizen, indem es die Verarbeitungsfähigkeiten des NXP ARM iMX6Q-1GB-Mikroprozessors mit einer seriellen OV5640-Kamera für maschinelles Sehen und der Effizienz der FRDM-KL25Z-basierten Motorsteuerungsfunktionen kombinierte. Dazu gibt es eine kleine Anekdote: Das Team musste ein paar Sekunden warten, bis das Embedded Linux-Betriebssystem seines Autos hochgefahren und geladen war, bevor es über die Strecke fuhr. Dadurch unterschied es sich von den Autos, die über das normale MCU-Board betrieben wurden und gleich beim Einschalten bereit zum Losfahren waren. Das Team hatte einige Probleme, die Treiber richtig mit allen Komponenten im Auto zu verbinden. Die Teammitglieder hatten nicht genug Zeit für die Entwicklung, wodurch sie nicht die Ergebnisse erzielen konnten, die sie sich erhofft hatten. Das Team möchte jedoch unbedingt weiter daran arbeiten. Es plant, auf eine Yocto Project-Plattform umzusatteln, um einen besseren Paketmanager und Treiber für den nächsten Wettbewerb nutzen zu können, bei dem es einen weiteren Versuch starten will, sich den EMEA-Titel zu holen.

Eines der herausragenden Teams der Veranstaltung kam aus Pristina, der Hauptstadt der Republik Kosovo. Das Team besteht aus Studierenden der Universität Pristina und trat unter dem Namen BRKTeam an. Die Mitglieder des Teams hatten bei einem Besuch des NXP-Standes auf der Electronica-Messe im vergangenen November von dem Event erfahren und sich schließlich entschlossen, selbst anzutreten. Sie arbeiteten in den letzten Monaten eifrig an ihrem Auto und prüften die technologischen Anforderungen für jede der vier Hauptaufgaben. Das Team konzentrierte sich vor allem darauf, so viel Kontrolle wie möglich über jedes Fahrzeugelement zu bekommen, indem es High-End-Algorithmen für das Präzisionsfahren entwickelte. Eine der ausgeführten Modifikationen war der Einbau einer zusätzlichen NXP H-Bridge zur Steuerung des Lenkservos, statt sich auf die Elektronik des Servos selbst zu verlassen. Dadurch hatte das Team extrem genaue Werte zur Positionierung des Servos zur Verfügung und konnte das Fahrzeug-Handling deutlich verbessern. Besonders bemerkenswert war die Arbeit in Bezug auf die Hindernisvermeidungsaufgabe, wobei das Auto einen weißen Styroporwürfel mit einer Größe von 20 cm x 20 cm x 20 cm umfahren muss und die Strecke nicht verlassen darf. Dafür probierte das Team mehrere Sensortypen aus, darunter auch Ultraschallsensoren, entschied sich am Ende jedoch für einen Slamtec A2 RPLIDAR, der über den UART-Port mit dem Freedom-Board verbunden wurde. Dieser Sensor lieferte akkurate Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs. Das LIDAR-Gerät war so ausgelegt, dass es entfernt werden konnte, da es für andere Aufgaben und das Zeitfahren nicht erforderlich war. Auf diese Weise konnte das Team das Beschädigungsrisiko im Falle einer unkontrollierten Kollision verringern und das Fahrzeug leichter (und dadurch schneller) machen, indem es nur die Standard-CMOS-Zeilenkamera für die Erkennung der Linien nutzte. Für das EMEA-Finale wird das Team sich darauf konzentrieren, den Code robuster zu gestalten, insbesondere den Algorithmus für die Erkennung der Streckenlinien.

Die Ergebnisse

Die Qualifikationsrunde in Kirchheim war hart umkämpft, wobei sich das BRKTeam den Spitzenplatz sicherte und das K-Team des DIT Deggendorf den zweiten Platz errang. Team Koala-Race von der Hochschule Landshut kam auf den dritten Platz, gefolgt von Team MIDI-Unimi von der Università degli Studi di Milano in Italien, das Rang vier belegte.

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