Datenbank zur verbesserten Datenanalyse rund ums Velomobil

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Velomobil-Forschungsprojekt

:unsure:(Das klingt vielleicht etwas hochtrabend :X3:o_O, aber warum nicht.)

Grundidee

Welches ist das effizienteste oder schnellste Velomobil? Eine Frage, die viele bei jedem neuen Modell wieder umtreibt.

Gleichzeitig beschäftigen sich viele hier mit möglichen Optimierungen ihrer Fahrzeuge. Leider haben wir nur viele subjektive Eindrücke, welche Verbesserung wieviel bringt. Denn die jeweiligen Umstände wie Wetter, unterschiedliche Velomobile, Reifen, Tubeless oder Butyl usw. machen es unmöglich Aussagen auf einem statischen relevanten Niveau zu treffen. Auch Windkanalversuche und Rolltests haben bisher eine geringe Datenbasis und oder treffen nur sehr eingegrenzte Aussagen.
Dabei liegt unsere mögliche verfügbare Datenbasis direkt vor uns greifbar auf der Straße. Wenn wir diese in großer Menge sammeln würden, könnten wir zu viel besseren Schlüssen kommen. Das ist der Gedanke, der @Schaltnix und mich beschäftigt hat.
Wir wollen anstossen, die uns zur Verfügung stehenden Daten gemeinsam zu sammeln und auszuwerten. Dafür stellen wir uns vor mit anderen hier eine anonymisierte Datenbank zu Velomobilen und dem fahren ( und den Fahrern ) zu erstellen.


Das Ziel
Über eine große Datenmenge bessere und statistisch gesicherte Aussagen treffen zu können.
Durch häufige Wiederholungen lassen sich bestimmte Messungenauigkeiten wie z.B. zur Geschwindigkeit, Steigungen, Wattzahlen, Temperatur, Asphalt usw. herausmitteln. Viele pendeln das ganze Jahr auf der gleichen Strecke oder haben ihre festen Feierabendrunden zum fahren.
Mit diesen Daten sollte es leichter möglich sein validere Aussagen über die möglichen Einflussfaktoren auf z.B. den Luft- und Rollwiderstand zu treffen.

Was wäre damit möglich? Es können mit der Datenbank Auswertungen gemacht werden wie z.B.

  • Welche Reifen wie gut laufen?
  • Welcher Luftdruck ( Reifendruck) ist in Relation zu dem Systemgewicht optimal
  • Welche Optimierungen haben welchen Einfluss auf das VM?
  • Abhängig von der Qualität und Menge der Daten kann dies auf einem einfachen Niveau (Ordinalskala) als Rangfolge sein oder gar auf einem messbaren und rechenbaren Intervallskalenniveau. Letzteres entspricht dem normalen Umgang mit Zahlen und es lassen sich Mittelwerte, Abweichungen usw. berechnen.
  • Eventuell lässt sich später sogar ermitteln welche Verbesserungen an dem jeweiligen individuellen Fahrzeug für den Halter sinnvoll wären.

Wie kann es ablaufen?
Jeder der häufiger die gleichen Strecken fährt kann sich beteiligen. Den am einfachsten ist es erst einmal einen Fahrer A mit seinem Velomobil (System A) mit sich selbst zu vergleichen, um die verschiedenen Einflussfaktoren zu betrachten.
Im zweiten Schritt lassen sich dann die dem System A (gleiches Modell, Systemgewicht …) ähnlichen Velomobilkonfigurationen miteinander vergleichen, um festzustellen, ob die Ergebnisse sich wiederholen.


Angenommenes Beispiel:
Die Daten zu System A ergeben die Veränderung des Luftdrucks um ein halbes BAR bringt 5 Watt Ersparnis. Wiederholt sich dies bei vergleichbaren anderen Systemen ist die Frage? Komme ich bei 10 oder 50 anderen Systemen zum gleichen Ergebnis, macht dies statisch einen großen Unterschied, als wenn man es nur bei System A feststellt. So aber läuft es oft hier im Forum ab. Jemand berichtet von seiner Einzelbeobachtung. Diese ist interessant und könnte ein Hinweis sein. Statisch gesichert ist damit jedoch nichts. Erst wenn es unter vergleichbaren Bedingungen wiederholbar ist, wird es wahrscheinlicher, dass es so stimmt.



Wie haben wir uns das weitere Vorgehen praktisch vorgestellt?

Phase 1: Wir sammeln hier in der weiteren Diskussion Ideen für mögliche Einflussfaktoren, die wir dann in der späteren Datenbank berücksichtigen.

Phase 2: Wir müssen Mitstreiter mit spezifischen Kompetenzen gewinnen
  • um eine Datenbank zu konfigurieren,
  • Zugang zur Datenbank für die Fahrer erstellen,
  • Kenntnisse in statischen Auswertungsmethoden (Varianz- und Regressionanalyse, Faktorenanalyse …) und solche Auswertungen mit der Datenbank durchführen können
  • Unsere Anwendung vor Missbrauch schützen können
  • Kenntnisse bzgl. Internetseite, Datenbank, Server, Maske für Abfrage der Nutzerdaten …)
  • Physik und Mathematik Berechnung von Luftwiderstand, Rollwiderstand …
  • Theoretisches und praktisches Wissen über die Einflussfaktoren der Effizienz von Velomobilen
  • GPS-Auswertung
Phase 3: Aufsetzen der Datenbank, des Internetzugangs usw.
Da kommen die wahren Nerds, Spezialisten und Brainis zum Zuge.


Phase 4: Praxis.
Jetzt können sich Velomobilfahrer ANONYM mit ihren VMs eintragen und Fahrten eingeben. Dies wird am Anfang vermutlich etwas umfangreicher sein, da wir in einer Maske vieles abfragen werden.
  • Wie Velomobiltyp, VM-Gewicht, Gewicht der mitgeführten Dinge (Werkzeug …), Fahrergewicht, Bereifung mit Druck, Tubeless, Latex, Butyl, Hosen, Haube …
  • Bei den nächsten Fahrten sind dann nur noch auftretende Veränderungen anzuklicken. Z.B. keine Haube, weil es warm ist, andere Reifen ...
  • Dazu jeweils auch Wetterdaten (Temperatur, Regen …)
  • Dazu lädt man nach Abschluss seine aufgezeichnete Fahrt hoch. D.h. seine FIT oder andere Datei. Dies kann automatisiert geschehen, wenn es entsprechend eingerichtet ist.

Für jede weitere Phase nach Phase 1 starten wir den nächsten Faden, um die Diskussionen auf das jeweilige Thema etwas einzugrenzen.

Das alles ist eine Menge Arbeit bis es überhaupt erst einmal starten kann. Wir hoffen, dass wir zum einen hier Resonanz finden und genügend Mitstreiter.

In diesem Sinne wünschen @Schaltnix und ich uns erst einmal eine KONSTRUKTIVE Beteiligung:coffee:(y):unsure: und viele freudig erregte Mitstreiter, die sich aktiv einbringen möchten. Klar hier manchmal einiges zerredet :sleep::LOL:(n):sick::barefoot:, aber meistens wir wieder zu eine konstruktiven Diskussion und wertvollen Beiträgen zurück.
 
Und ein paar Ideen von uns schon mal:
Hier in Phase 1 geht es um das Sammeln von Ideen für mögliche Datenfelder.

1. Benutzer geben ihre Basisdaten einmalig ein mit VM-Modell A7, Gewicht VM 23 ohne Haube, 24 mit Haube, Übersetzung 34/60 + 11-46, Hinten GP 5000 TL, Vorne ...
Garmin, Wahoo ...

2. Benutzer geben Änderungen und Vorfälle ein: Reifenwechsel, Reifenplatzer, Unfälle,
Antriebswechsel, Spureinstellungen, etc.

3. Benutzer geben Kommentare zur Tour ein:
Schöner Asphalt, starker Seitenwind, viele Schlaglöcher, ...

4. Output / Service: Ideen
  • Datenbank: Vergleich Abschnitte, die von mehreren Fahrern befahren sind, hinsichtlich Durchschnittsgeschwindigkeit,
  • Datenbank sucht selbstständig Abschnitte mit ähnlicher Geschwindigkeit und vergleicht Leistungen
  • zeigt an, welche Änderungen (Reifendruck, Gewicht, VM, Tuningmaßnahmen, .. ) bei derselben Leistung wie viel Geschwindigkeit / Zeitersparnis bringen
  • Bietet fertige, erprobte gpx-Dateien ( mit und ohne Kommentar ) zum Download an.
  • sucht für bestimmte Steigungen ( -15% bis +15% ) über alle Strecken gemittelt Durchschnittsgeschwindigkeiten für verschiedene VM raus und bietet eine theoretische Korrektur auf die selbe Leistung an

Planspiele : Wenn ein VM die und die Parameter hätte, wie schnell würde es einen vorgegeben Kurs ( gpx-Datei oder Steigung) fahren ( also s-t, v-t-Diagramm ) bei einer vorgegebenen Leistung und vorgebenen Wetterbedingungen ( ala Kreuzotter ) fahren.

Bei allen Vergleichen kann man Filter auswählen : Reifenart, tubeless, Gewicht, ..
 
Wunderbare Idee! Vielen Dank für euren Hirnschmalz bis an diese Stelle!
Wenn man jetzt noch wüsste, dass die viele Arbeit sich lohnt... Aber so ist es immer. Ich könnte "nur" Daten liefern, bei Phase kann ich nicht viel beisteuern.

Viel Erfolg! (y)
 
Das Alter der Reifen bzw. Deren Kilometerstand ist nicht uninteressant. Je abgefahrenen umso schneller da Lauffäche weniger walkt.

Ich fürchte aber dass äußere Einflüsse wie Temperatur Windgeschwindigkeit aus welcher Richtung Verkehr Tagesform einen größeren Einfluss haben.

Zu meinen RR UP Zeiten mit guter Fitness und dicken Beinmuskeln bin ich oft die selben Strecken mit max Druck gefahren. Größere Unterschiede konnte ich in der Durchschnitt Geschwindigkeit erst dann sehen, als ich nach und nach die Spaßer am Vorbau entfernte und den Vorbau gedreht hatte. 4 Maßnahmen brachten nach und Bach ca. 1 Km/h schnellerer Schnitt. Was bedeutet, der CW Wert hat den ersten großen Anteil, danach kommt mächtig der Rollwidersrand.

Bin dennoch gespannt ob das mit der Datenbank was wird. Ich z.B. fahre ohne Wattmessung.
 
So als idee, aber evtl. hochtrabend: Garmin Daten können automatisch zu Strava exportiert werden. Solch eine Schnittstelle wäre gut (wieder Geeks evtl.). Sodass man seine Garmin Daten automatisiert einmal im Monat hochladen kann z.b. Ich kenn mich, bin sicher zu faul... leider fehlen dann sicher Daten wir Luftdruck bei mir z.b. weil man einen schleicher u.U. zu spät entdeckt.
Wie gesagt... Brainstorming. Die Idee finde ich gut.
 
Coole Idee. Je breiter die Datenbasis, sprich Mitwirkende beim Befüllen der Datenbank um so Aussagekräftiger die Ergebnisse. Das eigene Popometer kann ein schon einmal einen Streich spielen und auch als Quelle zur Suche bei Fehlern im Setup des Fahrzeugs kann das sicher hilfreich sein wenn man das eigenen Fahrzeug mit anderen Fahrzeugen des selben Typs vergleichen kann.
 
Eine sehr spannendes Idee! (y) Warum wundert es mich nicht, dass der Vorschlag mit der Statistik von einem Psychologen kommt? :D
Ich bin gespannt, was für Ergebnisse aus dem entstehenden multidimensionalen Datensatz herauskommen.

Vermutlich werden umso mehr Leute zur Datenerhebung beitragen, je einfacher das Eingeben der Daten ist. Dazu sollten möglichst viele Daten automatisch erfasst werden.
Über die API von Strava könnten die der Fahrdaten automatisch abgerufen werden. Die zugehörigen Wetterdaten können aus offenen Datenbanken abgerufen werden (z.B. Meteostat). Die fahrzeugspezifischen Daten müssen aber manuell gepflegt werden.
Benutzer geben Änderungen und Vorfälle ein
ist ein guter Ansatz um den Eintragungsaufwand gering zu halten.
Nur Parameter, die von Fahrt zu Fahrt schwanken (Luftdruck, Gewicht Fahrer & Gepäck) sollten immer manuell eingegeben werden müssen.
Das wäre dann die aufgebohrte Variante von Spritmonitor für VMs. :)
Benutzer geben Kommentare zur Tour ein:
Hierfür wäre eine Beschränkung auf eine Liste an Auswahlmöglichkeiten gut, damit nicht jeder Fahrer einen eigenen Terminus überlegt (z.B. 5 Stufen für die Straßenbelagsqualität). Allerdings lassen sich solche Daten nur für Abschnitte erheben, aber nicht für komplette Touren angeben.

Da stellt sich die Frage, ob eine Auswertung von kompletten Touren überhaupt sinnvoll ist. Das würde Aufwand erfordern, vergleichbare Abschnitte daraus zu extrahieren. Daher könnten dafür wie von @Sturmvogel vorgeschlagen Strava-Segmente verwendet (und ggf. neue angelegt) werden. Für diese Segmente muss dann nur einmal manuell die Straßenbeschaffenheit eingetragen werden. Dann würde es genügen, wenn die Fahrer die Änderungen an ihren Fahrzeugen dokumentieren und Reifenluftdruck und Gewicht manuell eintragen.

Die Analyse von Segmenten ist aber auch nicht ganz trivial. Die Geschwindigkeit zu Beginn des Segmentes beeinflusst das Ergebnis und Bremsen macht die Daten unbrauchbar. das Analysetool und der Velomobil-Simulator von @Christoph Moder sind ein guter Ausgangspunkt dazu. Christoph wäre wohl genau der Richtige für das Unterfangen gewesen. Aber mit @Schaltnix ist ja ein guter Kenner von Christophs Tools im Team.
 
zwei sehr hilfreiche Beiträge von @Matthias. und @veloeler und der Rolltest mit seiner Umsetzung dahinter. wir müssten @Gear7Lover mal um Einblick in den Aufbau seiner Datenbank bitten. (Ist hier vor allem für uns als Erinnerung notiert, wenn wir alle Idee sichten.)
Danke.

ist ein guter Ansatz um den Eintragungsaufwand gering zu halten.
Nur Parameter, die von Fahrt zu Fahrt schwanken (Luftdruck, Gewicht Fahrer & Gepäck) sollten immer manuell eingegeben werden müssen.
so ist das gedacht. @Schaltnix hatte auch die Idee, die Wetterdaten am besten automatisch abzurufen, wie die Fahrdatei automatisch hochzuladen. Und dann bleibt tatsächlich dann "nur" die Änderungen zu pflegen, was sich im Rahmen halten kann.

Segmente zu nehmen ist eine Idee. Die kann man selbst auf Strava und bei Garmin Connect einrichten.
 
Segmente zu nehmen ist eine Idee. Die kann man selbst auf Strava und bei Garmin Connect einrichten.
Dann könnten jedoch nur FahrerInnen mit Zugang zu Strava / Garmin Connect Daten abliefern (ich gehöre da selbst halt nicht zu). Das ist in Ordnung, wollte ich nur zu Bedenken geben.

Die Frage ist ja auch: Die Daten sollen ebenfalls Wattmessungen enthalten? Dann wird der Anzahl der FahrerInnen die Daten zur Verfügung stellen (können) nochmal kleiner. Aber ich sehe ein, dass Wattmessungen sinnvoll sind. Oder sollen diese ggf. nur optional dazugegeben werden können? Sprich: was ist Pflicht an Daten, was ist Kür?

Da ich beruflich auch mit einer Datenbank arbeite (nein, ich habe da leider keine Ahnung von, kann demnach auch kein Wissen zu diesem Projekt beisteuern) möchte ich ebenfalls darauf hinweisen, dass auch zu vielen Daten schädlich sein können. Es ist definitiv sinnvoll an möglichst vielen Stellen Auswahlfelder bereitzustellen, um die Antwortmöglichkeiten und somit den Auswertungsbedarf geringer zu halten.

Allgemein: Tolle Idee!
 
Alles schon sehr schön. Mich würden Vorschläge zu den möglichen Kategorien interessieren, die ihr für wichtig erachtet, dass sie erhoben werden wie z.B.:
Luftdruck (6/6/6) ? Vielleicht fahren tatsächlich welche mit unterschiedlichen Drücken
aktuelles Fahrergewicht angezogen mit euren Klamotten für diese Fahrt. ( :) am besten die Waage neben eurem VM-Parkplatz in der Garage. So habe ich es mir für mich überlegt.)
Reifen
Butyl / Latex / Milch
VM-Gewicht
VM-Zuladung (Werkzeug, Teile)
cabrio mit Helmvisier / ohne Helm/
mit Haube / mit Hosen / mit Haube und Hosen / Spezialhaube
Spiegel aussen 1/2 (Birk / Eierbecher / Zefal / halbe Kegel jetzt neu vom Snoek)
NACA
Unterhose hinten / vorne

Wetter
Temperatur
trocken / Regen / nasse Strasse /Nebel / Schnee /
Windstärke aus Nord / West ...

Straßenqualität
glatt - Rauh - Schlaglöcher + viele Flicken

Optional bzw. seltener zu messen oder einmalige Angabe
Spur mit Fahrer (ab und zu mal messen wäre vielleicht interessant -1 mm = Vorspur, 0 = parallel, + 2 mm = Nachspur) Keine Pflicht
Waagerecht (mal gemessen, ob das Fahrzeug in der Waage steht) keine Pflicht
Unterbodenhöhe
Entlüftung hinten in qcm
Abstehende Dinge wie Visier vor dem Cockpit, Kellermänner, Cam, Lichtmodul ...
Felgen
Messerspeichen / ja/nein
abgeklebte Schrauben (Milan), Servicedeckel ...
 
Es gibt so viele Variablen, dass dies meiner Meinung nach ein enormer Aufwand wäre und nicht viel bringen wird.

Reifen kennen wir schon, die Crr. Wim hat für CCS bereits gezeigt, dass es darauf ankommt, wie oft sie getragen werden.

Über den Einfluss von Straßenzustand und Temperatur liegen bereits einige Erkenntnisse vor. Kurz gesagt, die meisten Auswirkungen sind bereits bekannt

Die wichtigsten fehlenden Daten sind Cw und A neuerer Velomobile und Dinge wie Spiegel, Naca-Kanal usw. Ich glaube, dass es viel effizienter ist, die Velomobile durch einen Windkanal zu schicken und sie unter kontrollierten Bedingungen zu messen.
 
Das Ganze halte ich für zu ambitioniert.
Wenn das Ziel ist, herrauszubekommen, welcher Reifendruck am leichtesten rollt, welche Spiegelverkleidung am wenigsten Widerstand hat und ob Unterhosen was bringen, dann finde ich gemeinsame Vergleichsfahrten ala @Delta Hotel und @(Name vergessen) viel einfacher und man bekommt auch genau das raus, was man rauskriegen will. Der einzige Nachteil ist, dass man extra Zeit für die Fahrten investieren muss. Aber der ganze Aufwand, eine Datenbank zu erstellen, Leute zu finden, die diese füttern (es werden nur ein paar sein) ... puh, das braucht ein richtig gutes Motiv.
 
Hmmh. Ergebnisse mit tatsächlich belastbarer er Aussagekraft wären mal echt cool. Dafür braucht es aber viele Daten, ich bin gespannt. Beisteuern kann ich leider wenig, aber irgendwo wird da bestimmt mal Kapital gebraucht, da wäre ich dabei, falls ich zu dem Zeitpunkt an das Projekt glaube.
Denn auch mir kommt das Projekt etwas groß gewollt vor. Die Datenbank an sich wird ja noch machbar sein.
Die Daten zu bekommen braucht schon einige engagierte Teilnehmer, die viel Aufwand in die Erfassung stecken und auch Geld denn
Wattmessungen sinnvoll
nein, zwingend notwendig! Was bringt es mir, zu wissen, dass Milane schneller fahren, wenn ich nicht auch weiß, ob Milanfahrer stärker pedalieren? Und auch Fahren bei Wetter, im Berufsverkehr und auf Strecken mit Kreuzungen werden öfter bei üblichen Alltagsmodellen auftreten, während Sportmodelle eben öfter bei gutem Wetter auf freien Straßen fahren. Ebenso die regelmäßige Reinigung und Pflege. Es gibt so viele Faktoren, die man schlecht von den Usern bewerten lassen kann. ("Mein Velomobil war heute sauber am Anfang 9/10, da ich aber über einige Straßen 1/10 geraten bin, was es später nur noch sauber 3/10". Wetter überwiegend 6/10 und Pflege ist zur Zeit bestimmt bei 7/10.)
Dann könnten jedoch nur FahrerInnen mit Zugang zu Strava / Garmin Connect Daten abliefern
Oder es müsste eine Stelle geben, wo man die Aufzeichnungen hinschickt und jemand läd das dann in einen eigens angelegten Strava-Account.

Und da sind wir dann beim Einpflegen der Daten in die Dazenbank. Vielleicht der schwerste Teil? Wie macht man denn aus aberwitzig vielen Momentaufnahmen von Position, Leistung etc irgendwas vergleichbares? Wobei, vielleicht sind Momentaufnahmen eben gerade am Vergleichbarsten? Man muss nur eben immer die Beschleunigung mit ausrechnen. Dann hat man eine Aufnahme "Fahrzeugkonfiguration BlaBla auf gerader Strecke bei 55km/h und 350W beschleunigt um soundso m/s²" (Da die Geschwindigkeit aber nicht ganz verzögerungsfrei ermittelt wird, müsste man da noch ein Bisschen verwischen, um unscharfe, aber vergleichbare Beschleunigungen zu bekommen.)

Dann kommt die Analyse der Daten. Bei der großen Menge an Variablen und Möglichen Werten für die Variablen braucht es auch verdammt viele Aufzeichnungen, um immer mal zwei Aufzeichnungen zu finden, die sich nur in einer Variable unterscheiden um dann die beiden Werte gegeneinander antreten zu lassen - Und das muss dann oft genug passieren, mit verschiedenen Paarungen, um Einflüsse durch nicht/falsch erfasste Variablen loszuwerden. Ich schätze, moderne Big-Data-Analysetools können auch Trends für die Zusammenhänge bestimmter Variablen erkennen, ohne dass genau vergleichbare Paarungen gebildet werden können, aber auch hier erzeugen nicht erfasste Variablen bestimmt relevant große, unsichtbare Fehler. (Da fällt mir noch einer ein: Fahrer mit Pannenschutzreifen dürften in der Tendenz seltener waschen und Kette neu ölen. Dadurch sehen in der Datenbank diese Pannenschutzreifen dann schlechter aus als sie sind.
Das erkennen von Fahrten auf der gleichen Strecke: Kann ich mir nicht vorstellen, dass man das mal eben selbst zuhause programmiert und auch nicht, dass es da ohne zu hohen Preis was fertiges gibt. Da könnten Strava-Segmente aber vielleicht echt die Antwort sein. Wenn man die Daten alle in einem Strava-Account sammelt, kann man auch auf Heatmaps schauen, ob irgendwo noch Segmente angelegt werden sollten, wo oft gefahren wird, oder?
Aber Wetter? Bewegungsrichtung für jeden Punkt auswerten und mit der Windrichtung vergleichen? Lässt sich vielleicht noch programmieren, wenn man das abholen der Wetterdaten schon beherrscht, klingt aber sehr rechenintensiv. Bei der fehlenden Genauigkeit der Wetterdaten sind die Aussagen auch eher grob und müssen durch viele Datensätze zu Trends verarbeitet werden. (Fährt man gerade im vollen Wind oder eher windgeschützt? Ist es nach dem letzten Regen noch nass oder war es so sonnig, dass wieder alles trocken ist? War es auf der Straße durch den Wald wirklich so warm?)


Also hätten wir von jeder Velomobilfahrt diese Daten, wäre es bestimmt genug für so eine Analyse, aber wenn man sich sowohl die Aufzeichnungshardware leisten, als auch die Zeit zur Erfassung und Übertragung nehmen muss, nehme ich an, dass zu wenig Daten reinkommen werden. - Es besteht aber die Chance, dass die Daten vorrangig von bestimmten, performance-orientierten Fahrern kommen und sich dadurch auf bestimmte Modelle und Austattungsdeteils häufen, sodass man wenigstens dort vielleicht brauchbare Vergleiche ziehen kann. ("Bei Milanen mit ansonsten gleicher Ausstattung ist ProOne im Durchschnitt sounso schneller als Contact Urban" und das auch noch in einem Schaubild nach Temperatur gezeichnet zum Visuellen Vergleich, mit Anzeige der üblichen Abweichungen und der Anzahl an vergleichbaren Datensätzen.)
 
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