Wenn man jeden Tag des Jahres geöffnet hat, egal ob es regnet oder schneit, die Zeit in Millisekunden gemessen wird und die kleinsten Abstände 0,7 mm betragen, dann weiß man erst richtig zu schätzen, wie grundsolide Delphi ist. Mit diesen wahnsinnig komplexen technischen Problemen sieht sich Daniel Wolf jeden Tag konfrontiert, wenn er seinen Arbeitsplatz betritt, wo er vom Dröhnen rasender Rennwagenmotoren, dem Lärm begeisterter Zuschauer und der Hektik eines Flughafens umgeben ist. Willkommen im Miniatur-Wunderland in Hamburg, wo so ziemlich alles, was Sie sehen, riechen, hören und (nicht) anfassen können – vom Ticketverkauf über Rennwagen und Videoübertragungen bis hin zu Zügen und Flugzeugen – durch Delphi-Programmcode der einen oder anderen Art und sehr clevere Technik gesteuert wird.
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Warum es schwierig ist, schnell und winzig zu sein und warum klein zu sein alles noch schwieriger macht
So erklärt Daniel: „Fangen wir mit den Fakten an: Wir haben eine 24 Meter lange Formel-1-Strecke. Auf ihr tragen wir Formel-1- und Formel-E-Rennen aus. Beide Rennserien umfassen jeweils 20 Fahrzeuge, von denen pro Rennen maximal 14 gleichzeitig auf der Strecke sind. Das reduzierte Starterfeld ist auf unser Stadtlayout zurückzuführen: Wir haben uns so nah wie möglich an den ursprünglichen Grundriss der Stadt Monaco gehalten. Wir mussten einige Teile der Stadt ein wenig „komprimieren“, damit wir die gesamte Stadt in unser Gebäude integrieren konnten. Deshalb bietet unsere Start-Ziel-Gerade Platz für maximal 14 Autos“.
Auf der Start-Ziel-Geraden der realen Rennstrecke von Monaco erreichen die Original-Autos (in Originalgröße) Geschwindigkeiten von fast 300 km/h (etwa 185 mph). Auf den Maßstab des Miniatur Wunderlandes heruntergebrochen – alles ist akribisch genau und maßstabsgetreu – entspricht das etwa einem Meter pro Sekunde. Um Kurskorrekturen zu ermöglichen und Kollisionen zu vermeiden, müssen die Computer-Threads im Voraus berechnen, was in den nächsten 10 Sekunden passieren wird. Bei Konflikten kann es vorkommen, dass ein Teil dieser Berechnungen verworfen werden muss, wenn ein Auto entweder von sich aus feststellt, dass ein Überholplan nicht funktioniert, oder wenn das Auto von der Rennleitung die Anweisung erhält, das nachfolgende Fahrzeug passieren zu lassen („blaue Flagge“). Das heißt, die Autos sind intelligent und treffen ihre eigenen Entscheidungen!
Das Miniatur Wunderland wird von Delphi gesteuert und alles geschieht live und in Echtzeit
Von zentraler Bedeutung ist die in Delphi geschriebene Carsystem-Software. Hier laufen alle Fäden zusammen. Alle Rennen werden immer live berechnet und sind daher nicht gleich. Jedes Auto verfolgt seine eigene Rennstrategie, prüft seine Möglichkeiten zum Überholen oder Blockieren von Verfolgern. Jedes Auto wird durch einen eigenen autonomen Berechnungsthread repräsentiert. Damit die Rennen insgesamt reibungslos ablaufen und für die mehr als 1 Million Gäste, die das Miniatur Wunderland jedes Jahr besuchen, ästhetisch ansprechend sind. Es gibt einen „Master“-Prozess, der Konflikte rechtzeitig löst und zum Beispiel dafür sorgt, dass ein schnelleres Auto überholen kann, wenn das schwächere Konkurrenzauto vor ihm kurz vom Gas geht. Das Erlebnis ist so nah wie möglich an einem echten Rennen. Für alle Fahrer gelten verschiedene Parameter, die das Rennen steuern. Die Grundkonfiguration entspricht der aktuellen Weltrangliste der F1-Teams. Tatsächlich gewinnt Miniatur Max Verstappen auch im Miniatur Wunderland zu oft! Aber keine Sorge, der Delphi-Code generiert Zufallswerte, die dafür sorgen, dass auch sonst gute Fahrer einen schlechten Tag oder zum Beispiel einen langsamen Start ins Rennen haben können.
Nicht nur ein komplettes Miniaturmodell der Rennstrecke von Monaco, sondern auch ein funktionierender Flughafen und andere Städte!
Daniel erklärt: „Dies ist das Hauptfenster für unsere F1-Fahrzeugsteuerung. Es ist die gleiche Software, die zum Beispiel unseren Flughafen steuert – wenn auch in einer ganz anderen Grundkonfiguration. Im Hintergrund ist das komplette Streckenlayout mit den Fahrzeugen zu sehen. Das aktive Fenster zeigt die wichtigsten Einzelparameter der Fahrzeuge an. Im gezeigten Beispiel die des Red Bull von Max Verstappen. Das inaktive Fenster links dahinter beherbergt die Rennsteuerung und dient zur Steuerung der Rennen. Normalerweise läuft diese aber den ganzen Tag über ohne manuellen Eingriff und schaltet automatisch zwischen den Rennserien Formel 1 und Formel E um. Unten rechts sehen Sie eine Menge geparkter Fahrzeuge. Das ist der Teil der Strecke mit dem Tunnel unter dem Konferenzzentrum. Wir haben den (real existierenden) Tunnel um fünf Fahrspuren erweitert, die für die Gäste nicht sichtbar sind. Dort können wir die Fahrzeuge der Rennserien abstellen, die gerade nicht im Einsatz sind“.
Eine witzige Sache, die man im Wunderland entdecken kann, ist eine Art „Osterei“. Ganz oben auf der Liste der Fahrzeuge gibt es zwei freie Plätze, Nr. 21 und Nr. 22, von denen einer mit „Dixie Klo“ gekennzeichnet ist. Die Briten kennen diese vielleicht besser als „Portaloo“ und die Amerikaner als „Portapotty“. Das sind mobile Toiletten, wie man sie auf Baustellen oder Musikfestivals findet. Daniel sagt: „Das ist seit vier Jahren eines unserer beliebtesten Testobjekte und hat uns bei Spitzengeschwindigkeiten von umgerechnet 300 km/h immer ein Lächeln ins Gesicht gezaubert, selbst in den dunkelsten und kompliziertesten Zeiten der Entwicklung dieses Systems“. Eine mobile Toilette, die mit 300 km/h durch Monaco fährt.😂
Wie funktioniert die einzigartige Antriebsart der Autos?
Aufgrund ihrer Größe von etwa 5 cm (2 Zoll) haben die Fahrzeuge weder ein Getriebe noch einen Motor oder gar eine Batterie. Angetrieben werden sie durch ein von der Straßenoberfläche erzeugtes Magnetfeld, ein „Hallbach-Array“. Dieses hat eine interne Auflösung von 0,7 mm und definiert damit das Koordinatensystem, in dem sich die Fahrzeuge bewegen können. Außerdem gibt es eine zweite Schicht unter der Fahrbahn, die mit Sensoren ausgestattet ist. Diese Sensoren erfassen die von den Fahrzeugen erzeugten Magnetfelder und ermöglichen es der Software, sie zu lokalisieren. Auf diese Weise kann die Software der übergeordneten Steuerung die geplante und die tatsächliche Position vergleichen. Würde man eines der Fahrzeuge mit dem Finger auf der Fahrbahn festhalten, würde das Ortungssystem dies bemerken und zunächst die Anzeige der gelben Flaggen für diesen Sektor aktivieren. Alle anderen Fahrzeuge werden daraufhin aufgefordert, ihre Routen zu überprüfen und gegebenenfalls neu zu berechnen, um dann den Weg um dieses Hindernis herum zu finden.
Es gibt noch weitere erstaunliche Delphi-Projekte im Miniatur Wunderland!
Daniel und seine Kollegen begnügen sich nicht nur mit der Meisterleistung der Software-Entwickllung halbautonomer Rennwagen in perfekter Miniaturausgabe, sondern haben noch eine ganze Reihe anderer Dinge zu tun. Eines davon ist die TV-Software. Sie wollten die Rennen – wie in der realen Welt – auf Fernsehbildschirmen entlang der Miniaturstrecke für die „Zuschauer“ auf den Tribünen übertragen. Im Maßstab des Miniatur-Wunderlandes sind diese TV-Geräte eigentlich Displays mit einer Diagonale von 5 cm. Außerdem wurden 29 Raspberry Pi-Kameras auf der Strecke platziert, die ein Rennen nahtlos verfolgen können. Die Delphi-Software generiert aus diesen 29 Videoströmen ein Master-Signal, das an die Displays weitergegeben wird. Der Master-Delphi-Thread „weiß“, wo sich das Geschehen abspielt und aktiviert automatisch die entsprechende Kamera. Die Qualität der Bilder ist so gut und zeigt so viele Details und ungewöhnliche Perspektiven, dass man sich anschließend entschloss, 32-Zoll-Displays in voller Größe an die Decken zu hängen, um den Gästen des Wunderlandes das Rennen aus dieser Perspektive zu zeigen. Dies stellte ein weiteres softwaretechnisches Problem dar, wie Daniel sagt: „Ich musste also eine Lösung für unser TV-Signal finden, die es uns ermöglicht, sowohl ein 2-Zoll-Display als auch ein 32-Zoll-Display zu betreiben“.
Ein weiteres Projekt, das uns bei der Entwicklung sehr geholfen hat, ist die Fehleranalyse. Hier bestand die Aufgabe darin, sich per Laptop mit dem Formel-1-System verbinden zu können, um die Betriebsparameter abrufen und auswerten zu können. Auch hier konnte Daniel die Stärken von Delphi ausnutzen, denn die Leistungsdarstellung von vielen Daten ist vergleichsweise einfach. Auf dem Bildschirm der Datenanalyse sind zwei kurze Kurven zu sehen, die blaue Kurve wird durch das Magnetfeld erzeugt, das die Autos antreibt, also durch die Steuerung, und das rote Magnetfeld wird durch das Auto selbst erzeugt. Eine große Auslenkung nach oben auf diesen Kurven, gefolgt von einer kleineren Auslenkung nach unten, ist die charakteristische Signatur eines der Fahrzeuge. Mit der Information, wann und welcher Sensor diese Signatur entdeckt hat, können Daniel und sein Team die Autos in einem winzigen Sekundenbruchteil millimetergenau orten.
Das Miniatur Wunderland ist ein hervorragendes Beispiel dafür, was man mit Delphi und viel Talent erreichen kann!
Was für ein wundervolles Projekt. Solch großartige Technik sowohl in der physischen als auch in der Software-Welt und eines, das so vielen Millionen Menschen große Freude bereitet. Danke, dass du uns davon erzählt hast, Daniel!
Mehr Informationen zum Miniatur Wunderland lesen Sie im Anwenderbericht.
