Aerodynamik/Rolltest

[labella-baron]

Beim debuggen kann ich sogar sehen, wann der Reed-Kontakt schließt, und wann er öffnet.

Um das mal anschaulich zu machen:


Oben ist mit Audacity das abgastete Audio-Signal eingeblendet.
Man sieht zwei Reed-Kontaktierungen bei der Höchstgeschwindigkeit. Beim Schließen gibt es zunächst einen Zacken nach unten und noch während des Ausschwingens wird der Kontakt wieder geöffnet mit einem deshalb kleineren Zacken nach oben, um dann komplett auszuschwingen. Die dünne senkrechte Linie stellt die Mitte bei 27,804 dar, welcher die Geschwindigkeit dieser Radumdrehung zugeordnet ist.
Mit den ausgegebenen Debug-Werten tevtdown und tevtup kann man den Verlauf in obiger Zeitskala zuordnen. Mit dem Radumfang und diesen vier Zeitwerten wird dann die durchschnittliche Geschwindigkeit während dieser Radumdrehung errechnet.

 

[Leonardi]

Diesmal stimmt die Maximalgeschwindigkeit mit dem Radcomputer fast überein.

1.) Wie hast Du aus den Speichenmagnet-Durchgangs-Zeiten die Geschwindigkeit errechnet ? Ich komme auf geringfügig andere Werte mit B1=1,448/(A2-A1)*3,6 u.s.w. (1,448m/(t2-t1)in Sekunden*3,6 [km/h]

2.) Wenn Du mit der Verzögerung a [m/s²] meinst, dann muss man doch nicht nur C2=B2-B1=Geschwindigkeit 2-Geschwindigkeit 1 rechnen, sondern durch die sich ändernde Zeitdifferenz teilen. a [m/s²]=Δv/Δt=(v2-v1)/(t2-t1) Genau genommen macht man die numerischer Differentiation bei ungleichen Zeitabständen so: a2 [m/s²]=Δv/Δt=(v3-v1)/(t3-t1) da kommen glattere Kurven heraus.

3.) Gestern hat mir noch jemand einen Link zugeschickt: http://www.aerovelo.com/mission-log/2015/5/2/reinventing-the-wheel-pt-1-the-structure
da ist ein schönes Video wie man mit der Flex ein Laufrad auf 150 km/h bringen kann.

Interessant wie wahrscheinlich das optimalste Speichenlaufrad mit den 5 schmalen Speichen aussieht.

Gruß Leonardi

 

[gyps]

Dabei sollte dann wesentlich weniger Zittern sein.
Nichtsdestoweniger sind solche Hinterfragungen wichtig und nützlich.

Hallo @labella-baron
meine Vermutung ist, dass das Zittern/Rauschen vom Reed-Kontakt kommt (den D/A-Wandler oder aber die Umgebung halte ich weniger wahrscheinlich) . Hast Du einen Hall-Sensor zur Verfügung und würde Dein Aufbau auch mit dem Hall-Sensor funktionieren? Falls ja wäre ein Vergleich sicher interessant.
Viele Grüße,
Alex

 

[labella-baron]

1.) Wie hast Du aus den Speichenmagnet-Durchgangs-Zeiten die Geschwindigkeit errechnet ? Ich komme auf geringfügig andere Werte mit B1=1,448/(A2-A1)*3,6 u.s.w. (1,448m/(t2-t1)in Sekunden*3,6 [km/h]

Das liegt daran, dass der Debugger die Werte nur 5-stellig ausgibt, es wird aber mit doppelter Gleitkomma-Arithmetik (double) gerechnet; und die Zeitdifferenz natürlich mit allen vier Werten bilden: (27.843-27.760+27.847-27.765)/2 = 0,0825 oder 82,5ms. Käme auf Grund der Rundung eine ms weniger heraus, wären es bereits 63,961km/h statt 63,434.

2.) Wenn Du mit der Verzögerung a [m/s²] meinst,

Meine ich nicht, deshalb habe ich auch keine Angabe zur Dimension gemacht, sondern ich habe einfach den Geschwindigkeitsunterschied in km/h gerechnet, wie du im Excel siehst. - die m/s² wollte ich dir überlassen
[DOUBLEPOST=1486326164][/DOUBLEPOST]

meine Vermutung ist, dass das Zittern/Rauschen vom Reed-Kontakt kommt (den D/A-Wandler

Da zittert und rauscht jetzt nichts mehr wie du oben am abgetasteten Signal in Audacity siehst.

Dadurch, dass die Mikrophon-Spannung meines neuen Smartphones höher als die Messspannung des Fahrrad-Computers ist, fließt auch kein bisschen Strom mehr in das Smartphone => kein Stromrauschen.

Hast Du einen Hall-Sensor zur Verfügung und würde Dein Aufbau auch mit dem Hall-Sensor funktionieren?

Mein Aufbau ist ja denkbar einfach und geht nicht mit Hall-Sensor. Ich vermute, dass die Abtastung per Reed-Kontakt bis 100km/h noch funktioniert.

 

[labella-baron]

Aber vielleicht bin ich auch nur zu ungeduldig und denke dass schon die Enddrehzahl erreicht ist.

So ist es: Die 80 km/h sind erreicht



Edit: Allerdings scheinen Geschwindigkeitsunterschiede unter 0,05 km/h nicht mehr aufgelöst zu werden Aber ich glaube, damit kann man leben.

 

[labella-baron]

Allerdings scheinen Geschwindigkeitsunterschiede unter 0,05 km/h nicht mehr aufgelöst zu werden

Habe jetzt mal den hohen Geschwindigkeitsbereich, wo ja die Änderungen nur relativ langsam erfolgen untersucht:



Die Auflösung der Geschwindigkeit erfolgt dort nur noch stufig in Schritten von ca. 0,015 km/h.
Was von ca 83,5-87s los ist kann ich nur vermuten - vielleicht habe ich tatsächlich so lange gebraucht, bis ich den Laubbläser wirklich wegbewegt hatte.
Anschließend erfolgt dann die Geschwindigkeitsabnahme, beginnend mit einem Unterschied von ca. 0,25km/h pro Radumdrehung.

 

[Leonardi]

Die Auflösung der Geschwindigkeit erfolgt dort nur noch stufig in Schritten von ca. 0,015 km/h.

Die Auflösung von 0,015 km/h bei 80 km/h sollte dem Verhältnis: Auflösung der Abtastzeit von 1/44,1 Khz = 22,68 μs zur Zeit für eine Umdrehung (bei 80 km/h) t=s/v= 1,448 / (80/3,6) s =65160 μs entsprechen. Ich komme auf eine Auflösung der Geschwindigkeit =22,68 μs / 65160 μs * 80 km/h = 0,02785 km/h. Habe ich da einen Denkfehler oder Du einen Auswertefehler ?
Und je geringer die Geschwindigkeit, desto geringer der Fehler durch die Auflösung - das ist ja ersichtlich.

Der Geschwindigkeitssensor von gyps tastet mit derzeit mit 8 μs ab, das ist bei 80 km/h eine Auflösung von 0,00982 km/h, also rund 0,01 km/h. Ich möchte das der Mikroprozessor zukünftig mit 4 μs und schneller abtast, hoffentlich kommt bald das 16 Mhz Quarz an.

Deine und die von gyps bereitgestellte technische Aufzeichungsmöglichkeit stellen mit der Genauigkeit und Häufigkeit der Erfassung (einzelne Radumdrehungen) alles bisherige in den Schatten. Ich werde 5 Muster von gyps nachbauen und wenn es wärmer wird können wir die Cw(v) Abhängigkeit für VM bei Ausrollversuchen genauer untersuchen, mal auch ohne Wind verfälschte schlechte Polaruhr Aufzeichungen.

Bis dahin noch die Aufzeichungsmöglichkeit zum Nachbau dokumentieren und Kleinigkeiten verbessern, anwendungsfreundlicher machen. @labella-baron: Eine Apps für Smartfone schreiben, welches die v(t) nach Eingabe des Radumfangs gleich graphisch darstellt u.s.w. ? Hat hier jemand Erfahrung in Programmierung von Apps für Smartfone ? <Klick>

Erst mal vielen Dank an @labella-baron und @gyps.

Gruß Leonardi

 

[labella-baron]

Ich komme auf eine Auflösung der Geschwindigkeit =22,68 μs / 65160 μs * 80 km/h = 0,02785 km/h. Habe ich da einen Denkfehler oder Du einen Auswertefehler ?

Weiß auch nicht so recht - aber du siehst doch den Abstand der braunen Punktreihen bei annähernd 80km/h.
Kann es sein, dass das Ergebnis besser ist, weil sowohl das Schließen als auch das Öffnen des Reed-Kontakts ausgewertet wird?

Edit:

@labella-baron: Eine Apps für Smartfone schreiben

Nee, danke - habe nach 30 Jahren zum ersten Mal wieder eine Befehlszeile geschrieben und wollte das nie wieder anfangen, weil da soviel Zeit drauf geht. Die Zeit ging zwar trotzdem drauf und am Schluss hatte ich dennoch keine einzige Zeile beigesteuert

 

[Leonardi]

aber du siehst doch den Abstand der braunen Punktreihen bei annähernd 80km/h.

bitte stelle die *.zip hier ein.

Nee, danke

Schau aber bitte mal gelegentlich mal das Anleitungs-Video an, geht wohl ganz leicht:

Gruß Leonardi

 

[Gear7Lover]

Ist ein Reedkontakt nicht etwas archaisch. Ich meine der ist immerhin mechanisch. Wäre ein Hallsensor oder induktiver Näherungsschalter nicht genauer?

 

[labella-baron]

bitte stelle die *.zip hier ein.

 

[Leonardi]

Wäre ein Hallsensor oder induktiver Näherungsschalter nicht genauer?

Man kann eine reale Ausroll von einem freidrehenden Laufrad dahingehend überprüfen, bis jetzt scheint es zu stimmen (das bis ca. 100 km/h wie labella-baron sagt), das der Fehler durch den Reed-Kontakt viel kleiner als der Fehler durch das 23 Mikrosekunden Abtasten ist. Wir werden es noch genauer untersuchen. Die Polaruhr bzw. der Funkgeber meiner Polaruhr arbeitet auch mit einem kleinen Reedkontakt.

Ich weiß, es war mal ein Gerede, das der Reed zu langsam wäre und Prellstörungen eine genaue Messung unmöglich machen würden. Eine Schaltung mit Mikroprozessor hatte ich mal vor Jahren gesehen, da hat jemand den Reedkontakt ohne Pull Up Widerstand am Eingang des Mikroprozessors angeschlossen. Die Störungen waren auch bei geringen Geschwindigkeiten abnormal groß, wie sie nur von fehlenden Pull Up kommen können.

Gruß Leonardi

 

[labella-baron]

Ist ein Reedkontakt nicht etwas archaisch. Ich meine der ist immerhin mechanisch. Wäre ein Hallsensor ...

Diesen Thread gibt es seit 5 Jahren und schon davor wurde bei Elfershausen gerollt.
Warum gibt es diese Messmittel dann nicht schon längst?
Die Antwort ist trivial!
Meine Lösung kann jeder nachmachen, der einen Stecker löten kann!

 

[labella-baron]

der Fehler durch den Reed-Kontakt viel kleiner als der Fehler durch das 23 Mikrosekunden Abtasten ist

Das Abtast-Theorem ...

Das Abtasttheorem besagt, dass ein auf f_max bandbegrenztes Signal aus einer Folge von äquidistanten Abtastwerten exakt rekonstruiert werden kann, wenn es mit einer Frequenz von größer oder gleich 2 ⋅ f_max abgetastet wurde.

Wir müssen aber das Signal nicht exakt rekonstruieren, sondern nur den Abstand von zwei ähnlichen Impulsen bestimmen.

 

[Leonardi]

Kann es sein, dass das Ergebnis besser ist, weil sowohl das Schließen als auch das Öffnen des Reed-Kontakts ausgewertet wird?

Ich habe es noch mal genau angeschaut, für 80 km/h und 1,448 m Radumfang von der Zeit für eine Umdrehung jeweils eine Abtastzeit abgezogen und die neue Geschwindigkeit errechnet.




Die Auflösung ist genau doppelt so genau, wie angenommen - da muss tatsächlich das Schließen und Öffnen des Reed Kontaktes ausgewertet werden.

Und bezüglich prellen des Reed Kontaktes: wenn man die Wav-Datei in Audicity anschaut, auch bei 80 km/h kein Prellen zu sehen.

Das ist alles vorzüglich.

Gruß Leonardi

 

[labella-baron]

- da muss tatsächlich das Schließen und Öffnen des Reed Kontaktes ausgewertet werden.

Siehe die vier Zeitwerte 27.xyz in #1061.

 

[labella-baron]

anlehnend an den gemessenen geschwindigkeitsabhängigen Cw*A Wert von Speichenaufrad

Habe nun meine Mess-Aufzeichnung diesbezüglich ausgewertet und stelle weiterhin eine exakte Abhängigkeit des Luftwiderstands vom Quadrat der Geschwindigkeit fest:



Die theoretische Kurve gehorcht dem Gesetz v' = v - c∙v²

 

[Leonardi]

Deine Ausroll ergibt auch einen Geschwindigkeitsabhängigen Cw*A (Excel anhängend)



***********

Die theoretische Kurve gehorcht dem Gesetz v' = v - c∙v²

von der Fahrwiderstandsgleichung,
dem Kräftegleichgewicht bleibt bei Deinem freidrehenden Rad nur übrig 0=F_luft+F_Beschleunigung

0=rho/2*Cw*A*v² + m *a
für m können wir nur die Ersatzmasse J/r² schreiben. J=Trägheitsmoment Laufrad

0=rho/2*Cw*A*v² + J/r² * dv/dt Jetzt beide Seiten durch J und mal r²

0=(rho/2*Cw*A*r²/J) *v² + v '

0= (-C)*v² + v ' Unter der Annahme C bzw. Cw*A sei eine Konstante und nicht von v abhängig

v ' = C *v² Lautet die Differentialgleichung

Ich habe keine Ahnung wie Deine zustande kommt, ist aber vorläufig egal. Erst wenn man diese löst, kommt durch die Anfangsbedingungen v0 dazu z.B. 80 km/h und die Lösung sieht etwa so aus:

v(t) = 80km/h - exp(- ...C ...*t) Unter der Annahme C bzw. Cw*A sei eine Konstante und nicht von v abhängig

**************
Jetzt unter der Annahme C bzw. Cw*A sei von v abhängig

v ' = C(v) *v² Lautet die Differentialgleichung

C(v) könnte man eine Regressionsfunktion probieren die bei Cw*A(v) reinpasst, zB. C(v)= 80/(1+(0,13/v))

Ich habe es nicht probiert, aber ich denke wenn man die letzte DGL v ' = C(v) *v² löst, kommt man auf eine Lösung wo

v(t) = 80km/h - exp(- ...C(v) ...*t)* exp(- ...C ...*t) = 80 km/h + exp (- (bla+ble) *t)

Deshalb kannst Du bei der Ausroll mit dem Laufrad, wie in einer guten Ebene so nicht die Geschwindigkeitsabhängigkeit von Cw*A sehen.

Wir haben ja auch gemerkt, das es mit dem VM bei einer Ausroll in ziemlicher Ebene immer eine gute Anpassung v(t) und v(s) gab.

Wir benötigten also stark hügelige Ausroll wo man von 0 auf große Geschwindigkeit und nach langer Strecke wieder zum stehen kam um zu merken, das mit Cw*A = konstant etwas nicht stimmt.

Durch unsere guten Geschwindigkeitsmesser, ist es aber vermutlich möglich direkt Cw*A (v) aus den Geschwindigkeitsdaten einer Ausroll mit VM in jedem Gelände auszurechnen. Bisher waren da zu große Sprünge, es war unmöglich bisher, ich habe mir das schon oft angeschaut. Nicht mal die P(v) bei einem Laufrad ging bisher, nur wenn für v(t) eine Regressionsfunktion genommen hat.

Gruß Leonardi

 

[Benjie]

ich liebe diese diskussion, obwohl oder weil ich kein wort davon verstehe. was schätzt das geneigte forum: wie viele leser können dem noch folgen? 15%, 10%, 5%, 2%?

 

[berbr]

wie viele leser können dem noch folgen

Wenn am Ende ein Ergebnis rauskommt, mit dem man weitere Optimierungen besser nach Ursache und Wirkung sortieren kann, ist es mir egal, ob ich zwischendurch mal Bahnhof verstanden habe.