Das Rennen fand seinen Ursprung 1939 in den USA, und zwar bei einer Wette zwischen Wissenschaftlern der Firma Shell. Es ging darum, wie weit man das eigene Fahrzeug mit einer Gallone Treibstoff fahren könne. Vor 30 Jahren wurde der Shell Eco-Marathon (SEM) [1][2] in seiner gegenwärtigen Form erstmals in Frankreich ausgetragen. Heutzutage findet der Event mehrmals im Jahr statt. Studententeams aus der ganzen Welt pilgern jeweils an diese professionelle, von Shell organisierte Veranstaltung, und treten mehrmals gegeneinander an. Vor, während und nach dem Rennen werden sie von einem spezialisierten technischen Team, zu dem seit diesem Jahr auch Schmid Elektronik gehört, betreut.
Fahrzeugklassen – Energiekategorien
Das Rennen wird grundsätzlich in zwei Klassen aufgeteilt. Die Prototypenklasse (Bild 2 links) zielt auf maximale Energieeffizienz. Das sind Kleinstfahrzeuge, welche die Form einer überdimensionierten «Zigarre» haben und in denen der Pilot liegt. Die teilweise sehr durchgestylten Designs zeigen etwa heutige Möglichkeiten von Hightech für beste Umweltverträglichkeit. Die Urban-Concept-Klasse (Bild 2, rechts) hingegen zeigt sich eher praxisorientiert und bietet in vielen Fällen sogar Platz für zwei Passagiere. Diese Klasse soll eine Idee vermitteln, wie zukünftige Fahrzeuge mit minimalem Energieverbrauch in Städten zur Anwendung kommen könnten.
Beide Klassen werden je nach zugrundeliegendem Kraftstoff wiederum in zwei Kategorien eingeteilt. Zu den Verbrennungsmotortypen gehören Superbenzin, Diesel, synthetischer Kraftstoff (GtL), Biodiesel (FAME) und Ethanol E100. Photovoltaik, Wasserstoff (Brennstoffzelle) und Akkumulator sind der Elektromobilität zugeteilt. Im Rahmen des Eco-Marathons liegt der Rekord bei 5385 km/l, gehalten von einem Brennstoffzellenfahrzeug der ETH Zürich. Im Sommer dieses Jahres stellte die TU München mit einem Elektrofahrzeug auf einem geheimen Testgelände von Audi einen neuen Rekord auf. Auf 25 km wurden nur 78,79 kJ verbraucht, was hochgerechnet knapp 11 000 km mit 1 l Benzin entspricht.
Fahrzeugüberwachung passiert mit Transponder
Wurde der Energieverbrauch bisher vor und nach der Fahrt manuell gemessen, kommen heute Transponder mit Onboard-Mess- und Steuerungstechnik zum Einsatz. Je nach Energietyp wird ein Durchfluss-, Gas- oder Joulesensor angeschlossen (Bild 3). Über das GPS (Global Positioning System) wird kontinuierlich die Position erfasst. Gleichzeitig werden alle Daten via Mobilfunknetz oder WiFi in eine IoT-Plattform geschrieben und kann via Cloudservices an jeden gewünschten Ort gelangen. Die Wahl fiel aus mehreren Gründen auf das im IoT-Bereich beliebte MQTT-Protokoll (Publish Subscribe Messaging) und das JSON-Format.
Es schöpfte die Möglichkeiten des IoT-Providers ganz aus, beschleunigte die Entwicklung (Rapid Prototyping) und half, die Komplexität dieser dezentralen Kommunikation komfortabel zu abstrahieren. Dem technischen Team steht für die Diagnose ein Onboard-Webserver zur Verfügung. Dieser schafft die Voraussetzung, die Zustandsdaten auf einem Tablet zu visualisieren (Bild 4).
Den 1-Liter-Marathon durchhalten
In diesem ersten Teil des Rennens geht es darum, mit möglichst wenig Energie eine möglichst lange Strecke zu fahren. Die Fahrzeuge legen dabei mit rund 30 km/h in maximal 50 min eine 25 km lange Strecke zurück. Der Transponder (Bild 4, rechts) misst den Treibstoffverbrauch während der Fahrt. Dann wird berechnet, wie viel (Milli-)Liter Superbenzin die gleiche Energiemenge enthält wie der verbrauchte Treibstoff. So normiert werden die Ergebnisse der verschiedenen Kategorien vergleichbar. Schlussendlich wird hochgerechnet, wie viele Kilometer das Fahrzeug mit der Energiemenge von einem Liter Superbenzin theoretisch hätte zurücklegen können.
Im Spurt mit Null Energie über die Ziellinie
Im Vergleich zum Marathon ging es bei diesem neuen SEM-Element zu und her wie bei der Formel 1. Derjenige Fahrer, der als erstes die Ziellinie überfährt, gewinnt. Im Halbfinal traten insgesamt 24 Teams in Achtergruppen in je einer Energiekategorie gegeneinander an. Die jeweils zwei Besten jeder Kategorie erhielten einen Startplatz im Finale. Während dem Rennen wurden dem Publikum dank Transponder die Fahrzeugposition und der noch vorhandene Treibstoff sowie die Rangliste live auf einer Kinoleinwand präsentiert (Bild 5). Der Haken dabei: jedem Fahrzeug wurde ein bestimmtes Energiebudget zugeteilt. Sobald dieses verbraucht war, stoppte ein Relais das Fahrzeug. Die Fahrstrategie bestand also darin, einerseits so schnell wie möglich zu fahren, aber gleichzeitig die noch verfügbare Energie im Auge zu behalten. Im besten Fall fährt der Pilot mit dem allerletzten Tropfen und maximaler Geschwindigkeit über die Ziellinie. Das ist dem Team Bumi Siliwangi aus Indonesien mit seinem Elektromobil nach einem sensationellen und spannenden Kopf-an-Kopf-Rennen und mitfieberndem Publikum geglückt.
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