Ausrollmessungen: Diskussion verschiedener Messverfahren

[ThomasT]

Dieser Thread ist verwandt mit https://www.velomobilforum.de/forum/index.php?threads/vm-rolltest-richtig-messen.40716/ und soll im Gegensatz zu jenem ausschließlich der technischen Diskussion der verschieden Messverfahren dienen.
Andere ähnliche Threads:
* https://www.velomobilforum.de/forum...fzeichnung-bei-fahrwiderstandmessungen.40711/
* https://www.velomobilforum.de/forum...ng-über-reedkontakt-am-com-port-des-pc.33093/
* https://www.velomobilforum.de/forum...de-berechnungen-mit-walterzorn-grapher.40735/
Weitere Punkte könnte man in den Threads zu den Rolltests in Elfershausen finden - wenn man sich die Mühe machen würde, diese Monsterthreads zu durchsuchen.
* https://www.velomobilforum.de/forum/showthread.php?32880-Aerodynamik-Rolltest
* https://www.velomobilforum.de/forum/showthread.php?35700-Rolltest-Elfershausen-Ende-Dezember-2013
* https://www.velomobilforum.de/forum/index.php?threads/zahlen-zum-rolltest-elfershausen-2014.40554/

 

[ThomasT]

Zum Thema Leistungsmessung mit Beschleunigungssensoren aus dem Gyrosensorthread:

[...] muss man nicht integrieren, um die Leistung zu ermitteln. Denn zur Bestimmung der Leistung braucht man nur die Beschleunigung.

Das war falsch.

P
= (E_kin(t2) - E_kin(t1))/(t2-t1)
= m / 2 * ( v2^2 - v1^2)/(t2-1t)
= m / 2 * (v2-v1) * (v2+v1)/(t2-t1)
= m * a * v_avg / (t2-t1)

Zur Berechnung der Leistung reicht die Beschleunigung also nicht. Man muss auch die Geschwindigkeit wissen. Allerdings gehen die Geschwindigkeitsfehler nicht mehr quadratisch ein, wenn man die Beschleunigung weiß, sondern nur noch linear. Und die Geschwindigkeitsfehler mitteln sich (teilweise) sogar raus.
Für die Auswertung nach der Lida-Methode spielt das allerdings keine Rolle, denn da wird keine Leistung berechnet. Da die Lida-Methode die Messergebnisse auf cr, cwA und wenn man unbedingt will cv reduziert, gehen die Details verloren. Ziel ist es, die Messfehler soweit zu reduzieren, daß brauchbare Momentanleistungen ermittelt werden können. Die Kombination Fahrzeugbeschleunigung, Radsensorgeschwindigkeit und GPS-Position könnte der richtige Weg sein.

 

[ThomasT]

Messung mit Videokameras:

mit dem Videogerätchen aufzeichnen

Ja, ich glaube auch, daß die Auswertung von Videoaufzeichnungen die beste Methode ist, die Leistungen zu ermitteln.

Bei den Rolltests wurden jedesmal Videoaufzeichnugen gemacht. Zur Auswertung taugen aber nicht alle. Möglicherweise kann man aus den Aufzeichnungen vom Fahrzeug aus, wie es @dooxie am Rande von Elfershausen 2012 gemacht hat, die Geschwindigkeit und die Position ermitteln.
Die einfachsten Videoas sind aber anscheinend die von Elfershausen 2013
Mit der Auswertung hatte ich mal angefangen, bin aber nicht sehr weit gekommen. In meinem Blog ist eine Beschreibung, aber die Bildchen sind verschwunden. Vielleicht schaffe ich es mal, die Sache wieder aufzugreifen.

Was jetzt schon klar ist:
* Die Auflösung sollte größer sein bzw. der Abstand zur Strecke geringer. Das ergibt nicht nur eine genauere Messung der Momentangeschwindigkeit, sondern reduziert hoffentlich auch die Störungen durch Bäume und Regen.
* Die Strecke sollte ruhiger sein. D.h. weniger Fremdverkehr.
* Man braucht mehrere versetzte Kameras. Der Geschwindigkeitsbereich, den eine Kamera erfasst, ist zu klein.
* Man braucht Distanzmarkierungen (Fähnchen) auf der Strecke, um die Kameraverzerrungen rausrechnen zu können.
* Diese Methode geht nicht im Tunnel.

 

[Elmi]

Messung mit Videokameras:

Was jetzt schon klar ist:
* Die Auflösung sollte größer sein bzw. der Abstand zur Strecke geringer. Das ergibt nicht nur eine genauere Messung der Momentangeschwindigkeit, sondern reduziert hoffentlich auch die Störungen durch Bäume und Regen.
* Die Strecke sollte ruhiger sein. D.h. weniger Fremdverkehr.
* Man braucht mehrere versetzte Kameras. Der Geschwindigkeitsbereich, den eine Kamera erfasst, ist zu klein.
* Man braucht Distanzmarkierungen (Fähnchen) auf der Strecke, um die Kameraverzerrungen rausrechnen zu können.
* Diese Methode geht nicht im Tunnel.

Überleg bitte mal ob nicht ein einfacher Lichtsensor am VM genügt. Im Tunnel gibt es die Beleuchtung.
Einzelne fest positionierte Lichtquellen
Bis auf die Vermessung der Positionen (mann muss nicht jede Leuchte nehmen) ist das Auswerten der Lichtimpulse im Zusammenhang zur Geschwindigkeit (Logdaten) einfach

 

[florian]

Das war falsch.

P
= (E_kin(t2) - E_kin(t1))/(t2-t1)
= m / 2 * ( v2^2 - v1^2)/(t2-1t)
= m / 2 * (v2-v1) * (v2+v1)/(t2-t1)
= m * a * v_avg / (t2-t1)

Das war leider auch falsch

Mach das letzte /(t2-t1) weg, dann passt's.

Etwas einfacher:
P = dW/dt (Leistung ist Ableitung der Arbeit)
= d(F*s)/dt (Vektoren=fett.)
= F*ds/dt + v*dF/dt (für konstante Kraft: v*dF/dt=0)
= F*v (v=v_avg wenn alles brav linear ist)
= m*a*v_avg (jetzt steht deine Formel da)

 

[ThomasT]

Wie die Auswertungen von @lida zeigen, hat man mit GPS-Aufzeichnungen durchaus gute Chancen ein passables Ergebnis zu erzielen. Vielleicht kann man durch parallele Aufzeichnung der Beschleunigung die GPS-Fehler mit der von @florian korrigierten Form ausmerzen.
Die Android App iTLogger zeichnet GPS-Daten und Sensordaten gleichzeitig auf. Da erspart man sich die umständliche spätere Synchronisation. Hübsch ist auch der Kalibrierknopf. Man setzt sich auf der Ebene ins VM und drückt "Kalbirieren". Das erspart die lästige Kalibrierung danach.
Ein zusätzliches nettes Feature ist die Kameraaufzeichnung. Allerdings ist die maximale Aufzeichnungsfrequenz von 1 Bild/Sekunde für unsere Zwecke ein bißchen mager.

Jedenfalls ist das eine Sache, die man mal ausprobieren muss.

 

[Langhals]

Die Android App iTLogger zeichnet GPS-Daten und Sensordaten gleichzeitig auf.

GPS Empfang auch im Tunnel?

Gruß
Geli

 

[ThomasT]

Nehme ich Florians Formel und stelle sie um:
a=P/m/v_avg
Ich will 10 Watt Auflösung bei 10 m/s.
D.h. ich brauche eine Auflösung der Beschleunigung von 0.01 m/s^2 . Der BMA150 in meinem Händi hat eine Auflösung von 0.038 m/s^2, wenn er auf den empfindlichen Bereich eingestellt ist.
=> Mit den Beschleunigungsaufzeichnungen kann man nicht direkt was Brauchbares ausrechnen.
Zum Loggen wäre die App vielleicht trotzdem ganz nett. Man sieht dann z.B. die Querneigung der Straße, wie z.B. bei den Aufzeichnungen von ArnoldM in Elfershausen 2012.

 

[ThomasT]

GPS Empfang auch im Tunnel?

Das hier ist nicht der Tunnelthread. Leonardi hat mehrere Rollstrecken vermessen, die auch weiterhin Sinn machen. Und wenn man in beiden Richtungen rollt und genaue Geschwindigkeitsaufzeichnungen hat, sollte man auch ohne Höhenvermessung auskommen.

 

[ThomasT]

ich brauche eine Auflösung der Beschleunigung von 0.01 m/s^2 . Der BMA150 in meinem Händi hat eine Auflösung von 0.038 m/s^2,

Tz Tz. Immer diese Schnellschüsse. Bei den verrauschten Signalen kann man durch Mitteln mehrerer Abtastwerte die Auflösung erhöhen. Ich messe also 10 mal und der Mittelwert hat eine ausreichende Auflösung.

Bei der maximalen Abtastrate des iTLoggers von 250ms macht das Messzeiten von 2.5 Sekunden. Mehr bei höherer Auflösungsanforderung. D.h. eine andere Sensor-App mit höherer Abtastrate ist besser geeignet. Das geht natürlich auch mit einem im VM platzierten Gyrorecorder. Dann hat man halt wieder die Arbeit mit der Synchronisation der Aufzeichnungen mit den GPS-Daten.

 

[TimB]

Bei den verrauschten Signalen kann man durch Mitteln mehrerer Abtastwerte die Auflösung erhöhen.

Falsch, deutllich unter Auflösung kommt man nicht sinnvoll. Nur im Bereich des Umschaltpunkts ergeben sich Mittelungen, in der Nähe der Auflösungs"quanten" tut sich da gar nichts. Da kommt dann sowas ähnliches raus wie bei den Fahrradtachos.

Gruß,

Tim

 

[ThomasT]

Oh Mann! Ist diese Forumsdiskutiererei anstrengend!
@TimB: Lies das !

 

[TimB]

Hast Recht,
ich mußte mich nur erst mal wieder einlesen, besonders ins Datenblatt, siehe unten.

Lies das !

To make this method work properly, the signal-component of interest should not vary
during a conversion. However another criteria for a successful enhancement of the
resolution is that the input signal has to vary when sampled. This may look like a
contradiction, but in this case variation means just a few LSB.

Wenn Dein Signal aus dem Sensor schon gequantelt ist (da digitalisiert)

The BMA150 is an LGA-packaged triaxial, low-g acceleration sensor with digital output.

und zuwenig hochfrequentes Rauschen

Output noise Rms 0.5 mg/sqrt(Hz)

hat, bringt Dir das Oversampling gar nichts. Man kann keine Information wiedererschaffen, wenn sie weg ist.

Aber:
Gibt der Sensor mit 1500 Hz aus, dann hast Du 0,02 g Rauschen, damit immer noch die halbe Auflösung wenn Deine Angabe stimmt und damit keine Änderung des LSB, oder?

Ah, die Auflösung ist 0,0038 g, Du gibst ja m/s² an. Damit wackeln die beiden kleinsten Bits, dann könnte es gehen. Schreib das doch hin, dann mecker ich nicht...

Gruß,

Tim