La Universidad de Ciencias Aplicadas de Hamburgo (HAW Hamburg) encontró una manera para que los estudiantes obtengan esta experiencia práctica. El departamento de ingeniería automotriz y aeronáutica de la universidad recurrió a automóviles controlados a distancia (RC) a escala reducida que son altamente programables y se comportan como vehículos de tamaño completo. Los estudiantes programan los autos RC y luego los prueban desde consolas equipadas con volantes y pedales. Una pantalla grande o un auricular VR brinda a los estudiantes el punto de vista del conductor mientras los autos viajan por una pista en miniatura dentro del laboratorio de vehículos.
El proyecto comenzó después de que un estudiante le preguntara a Dirk Engel, profesor del departamento de tecnología de vehículos y construcción de aeronaves, sobre la posibilidad de trabajar con autos RC. Después de experimentar, Engel y los administradores del departamento decidieron que los autos RC podrían ser una poderosa herramienta de enseñanza y lanzaron el proyecto Automotive Development in 1:x (AUDEx).
“El proyecto AUDEx sigue creciendo a medida que más estudiantes se interesan y contribuyen con sus propias ideas”, dice Engel. “La mayoría de los proyectos se basan en estas ideas iniciadas por los estudiantes”.
Los estudiantes ocasionalmente trabajan con vehículos de tamaño completo, pero AUDEx aumenta la cantidad de exposición práctica al campo. A escala 1:8, estos autos RC aún brindan muchas de las capacidades importantes en los entornos de prueba, como la capacidad de ajustar resortes y amortiguadores, la geometría del chasis y la distribución masiva. Los autos reducidos aún permiten a los estudiantes experimentar el flujo de trabajo de desarrollo completo, lo que les permite desarrollar y probar algoritmos para sistemas de asistencia de carril, sensores de estacionamiento, capacidades de conducción autónoma y más.
AUDEx equipa los autos RC con cámaras, microcontroladores, sensores y actuadores que envían datos a un sistema avanzado de conductor en el circuito que los estudiantes pueden usar para experimentar una prueba de manejo realista. El simulador de conducción incluye un volante con retroalimentación háptica, un asiento con un sistema de movimiento de ocho grados de libertad y una plataforma de movimiento. Todas las piezas parecen una plataforma de juego elaborada y trabajan juntas para reproducir la sensación de conducción.
Con autos RC personalizables y herramientas como MATLAB y Simulink para controlarlos y probarlos, los profesores de HAW Hamburg pueden asignar a los estudiantes problemas del mundo real para que los resuelvan por sí mismos.
Se utilizan automóviles de control remoto altamente programables para brindar a los estudiantes una experiencia práctica. (Crédito de la imagen: Universidad de Ciencias Aplicadas de Hamburgo)
“Es como un gran patio de recreo para los ingenieros”, dice Engel.
Este nivel de libertad hace que AUDEx sea diferente de la mayoría de los programas de ingeniería automotriz, que se basan principalmente en trabajo de laboratorio con configuraciones preparadas. Los estudiantes de esos programas trabajan en tareas con respuestas muy estructuradas, que no es la forma en que opera la industria del desarrollo automotriz. Con autos RC personalizables y herramientas como MATLAB ® y Simulink ® para controlarlos y probarlos, los profesores de HAW Hamburg pueden asignar a los estudiantes problemas del mundo real para que los resuelvan por su cuenta.
“No es solo la teoría pura”, dice Engel. “Como universidad de ciencias aplicadas, debemos ser prácticos”.
Según las estimaciones, los automóviles modernos pueden tener hasta 3.000 chips de computadora, lo que significa que los ingenieros automotrices de hoy también deben ser programadores. Eso se refleja en el plan de estudios de AUDEx, con estudiantes que aprenden MATLAB en su primer año, familiarizándose con el entorno de programación como base para el resto de la carrera de tres años.
Los estudiantes, según su área de estudio, utilizarán muchos productos de MATLAB y Simulink. “Usamos una variedad de cajas de herramientas para las diferentes tareas”, dice Engel.
En un curso sobre el diseño de sistemas de suspensión, los estudiantes aprenden a utilizar Control System Toolbox™. En una clase sobre teoría de vibraciones, desarrollan habilidades utilizando Signal Processing Toolbox™. Modelan el uso de neumáticos con Vehicle Dynamics Blockset™ e implementan código en los microcontroladores y microcomputadoras de los autos RC usando Simscape™ dentro de Simulink.
Para un curso llamado Laboratorio de vehículos, los estudiantes realizan seis experimentos con automóviles de tamaño completo. La universidad equipa los automóviles con tecnologías de gestión que producen datos para que los estudiantes los procesen con MATLAB y cajas de herramientas especiales, según el proyecto.
Dado que los fabricantes de automóviles a menudo usan configuraciones de controlador en el circuito similares a las del proyecto AUDEx, estas habilidades de programación únicas pueden ayudar a los estudiantes graduados a conseguir su primer trabajo.
Una configuración experimental para probar el voltaje suministrado de las baterías del vehículo RC durante el proceso de descarga. Los valores resultantes se utilizaron para mejorar el modelo de batería. (Crédito de la imagen: Universidad de Ciencias Aplicadas de Hamburgo)
El proyecto AUDEx también ofrece a los estudiantes la oportunidad de participar activamente en campos de investigación pioneros, como los vehículos eléctricos y la conducción autónoma. Los autos RC son eléctricos y brindan oportunidades de aprendizaje excepcionales a los estudiantes interesados en especializarse en vehículos eléctricos. Supervisan el estado de la batería con MATLAB y ThingSpeak™ y modelan el uso de la batería con Simscape Battery™. Los estudiantes que trabajan en la conducción autónoma confían en Deep Learning Toolbox™ para enseñarle al automóvil a navegar por sí solo.
Este modelo de batería de Simscape se optimizó como resultado de las pruebas de la batería. Para obtener más información sobre el modelo, consulte el ejemplo de celda de batería de litio.
Otra forma en que AUDEx ayuda a los estudiantes a tener éxito es a través de una base de conocimientos centralizada que se basa en el trabajo de un año al siguiente, lo que permite la transferencia de conocimientos de un estudiante a otro. Algunos estudiantes contribuyen a la base de conocimientos más allá del programa de tres años cuando regresan por un año adicional para obtener una maestría. Esto significa que tienen más tiempo para profundizar en un área especializada y obtener exposición a diferentes cajas de herramientas.
“Ellos eligen su herramienta favorita y su campo de interés para trabajar”, dice Engel. “Tienen mucho en lo que pueden concentrarse”.
En la clase de Engel, tomada en el último semestre del programa, los estudiantes combinan diferentes herramientas con Simulink para explorar temas como la creación rápida de prototipos de control, las pruebas de software en el ciclo y las pruebas de hardware en el ciclo. Por ejemplo, el laboratorio tiene una configuración de camión autónomo 1:14 que funciona con hardware Speedgoat ® y modelado Simulink.
Pero los estudiantes no solo programan los autos, también programan la configuración del conductor en el circuito, mejorando la plataforma de movimiento para controlar con el vehículo virtual. Dado que los fabricantes de automóviles a menudo usan configuraciones de controlador en el circuito similares a las del proyecto AUDEx, estas habilidades de programación únicas pueden ayudar a los estudiantes graduados a conseguir su primer trabajo.
Los estudiantes tienen acceso a una variedad de herramientas y configuraciones, como este camión Scania autónomo a escala 1:14 equipado con hardware Speedgoat. (Crédito de la imagen: Universidad de Ciencias Aplicadas de Hamburgo)
Engel estima que el 99 por ciento de sus estudiantes ingresan a la industria automotriz después de obtener su título. Los empleadores, desde los principales fabricantes de automóviles hasta las empresas de neumáticos, saben que los graduados de HAW Hamburg han pasado por el flujo de trabajo completo del desarrollo automotriz.
AUDEx también tiene una fuerte conexión con la industria, con OEM internacionales de las industrias automotriz y de camiones que trabajan con el programa en temas de ingeniería y prueban ideas sobre la configuración del conductor en el circuito de la universidad. Las empresas han contratado a estudiantes de AUDEx, incluido Christoph Olbrich, que pasó por el programa y trabajará para uno de los OEM mientras completa su doctorado. Su investigación de pregrado se centró en el uso de MATLAB para el procesamiento de señales con aprendizaje automático para simulaciones de carga operativa.
“La gente hizo algunas bromas sobre los autos diminutos, pero cuando describimos cómo estamos ayudando a dar forma al futuro de los vehículos eléctricos y autónomos con estos autos pequeños, entonces lo entienden”.
Olbrich dice que los autos RC fueron sustitutos útiles para trabajar en el desarrollo automotriz completo de sus proyectos. Personas ajenas a AUDEx se han burlado de él acerca de jugar con juguetes en la escuela, pero él lo ve como una oportunidad para hablar sobre un trabajo innovador.
“La gente hizo algunas bromas sobre los autos diminutos”, dice Olbrich, “pero cuando describimos cómo estamos ayudando a dar forma al futuro de los vehículos eléctricos y autónomos con estos autos pequeños y explicamos los propósitos de los proyectos, entonces ellos entendieron."
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