GPS/Leistungsmesser-Daten als Diagramm (Luftwiderstand, Rollwiderstand, ...)

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Hallo zusammen!

Mich interessiert, wofür eigentlich die Energie beim Radfahren verbraucht wird. Bisher kenne ich dafür folgende Werkzeuge:
  • Kreuzotter: Hat realitätsnahe Parameter eingebaut, aber liefert nur die Leistung bzw. Geschwindigkeit, wenn sich ein Gleichgewicht eingestellt hat.
  • HPV Speed Simulator: Ähnlich; zeigt eine Kurve, nach wie vielen Sekunden eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht ist.
Und dann gibt es noch Aussagen wie „das Alpha braucht 180 W um 50 km/h zu fahren“, die mir wenig helfen, weil dabei erstens die Parameter (v.a. Gewicht des Fahrers) unbekannt sind, und das zweitens ähnlich hilfreich wäre wie zur Frage „Wie viel Sprit verbrauche ich für meinen Arbeitsweg durch den Berufsverkehr?“ die Antwort „Bei 200 km/h verbraucht der Wagen 20 l pro Stunde.“.

Jedenfalls möchte ich ein Gefühl dafür bekommen, wo sich in meinem Alltagseinsatz Optimierungen lohnen. Und dafür habe ich jetzt eine Webseite gebastelt, die eine GPS-Datei als Diagramm zeichnet, und dabei aus Geschwindigkeit und Gewicht u.a. den Luft- und Rollwiderstand berechnet – also die Kreuzotter-Berechnung an jedem Punkt der Strecke durchführt. So kann man sehen, wo welcher Widerstand vorherrscht, und wie die Gesamtbilanz aussieht. Da diese von diversen Parametern abhängt (Masse, Luftwiderstandskoeffizient, Rollwiderstandskoeffizient, Antriebseffizienz etc.), kann man diese auch einstellen und vergleichen, wie gut das zu den gemessenen Leistungsdaten passt bzw. wie sich diese Parameter z.B. mit der Temperatur und Straßenbeschaffenheit verändern.

Hier ist die Webseite. Wenn man keine Datei zur Hand hat, gibt es einen Demo-Datensatz.

Das Diagramm hat zugegebenermaßen eine verwirrend hohe Informationsdichte; aber ich habe versucht, das alles gut zu beschreiben.

Die Daten werden serverseitig nur konvertiert; der Rest passiert im Browser. (so dass bei Veränderung eines Parameters das Ergebnis sofort neu berechnet und angezeigt wird). Bei Interesse kann ich das Server-Skript zum Download anbieten, die Webseite kann sich eh jeder anschauen.

=> Viel Spaß damit; und bitte schreibt fleißig, welche Erkenntnisse ihr daraus gewonnen habt. (Und auch mögliche Fehler; mir scheint zwar inzwischen alles stimmig zu sein, aber das liegt vielleicht nur an meinen begrenzten Eingabedaten.)

Hier ein Screenshot des Diagramms:
Bildschirmfoto von 2019-12-15 14-34-16.png
 

roland65

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Klasse. Das hattest Du ja schon am Gardasee gezeigt. Finde ich wirklich interessant und könnte auch Aufschluss geben, wo wir mit dem jeweiligen VM so liegen. Meine Fahrt von letzter Woche sieht schon interessant aus. Fahre gleich nochmal los und füttere nachher mal. Insgesamt denke ich, dass die schnellen VM ziemlich gleichauf liegen. Der Faktor "Mensch" wird am Ende bei der Geschwindigkeit einen großen Teil des Unterschieds machen, denn wenn man sich extrem wohl fühlt in seinem VM, wird die Leistungsabgabe auch besser sein.

Denkst Du, dass man zu großen Verlusten z.B. im Antrieb damit auf die Schliche kommt? Dafür müssten doch einzelne Parameter (Gewicht, Luftwiderstand, Reifen bzw. Rollwiderstand) exakt bekannt sein, oder?
 
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Denkst Du, dass man zu großen Verlusten z.B. im Antrieb damit auf die Schliche kommt? Dafür müssten doch einzelne Parameter (Gewicht, Luftwiderstand, Reifen bzw. Rollwiderstand) exakt bekannt sein, oder?
Hmm ... das sind eben schon wieder zu viele unbekannte Parameter. Ich müsste mal eine Analyse nach der Robert-Chung-Methode fahren, um Daten für Luft- und Rollwiderstand zu bekommen, und das bei verschiedenen Temperaturen. Jedenfalls fällt mir jetzt schon auf, dass je nach Jahreszeit bis zu 10% der Energie in der Bilanz fehlen, was sich wohl am besten durch einen massiv angestiegenen Rollwiderstand bei tiefen Temperaturen erklären lässt. Unterschiede in der Masse und im Luftwiderstand schätze ich als deutlich kleiner ein.

Für den Antriebsstrang erscheint mir die von @Jack-Lee erwähnte Methode, einen steilen Berg hochzufahren und die Steigleistung (aus exakt gemessenem Gesamtgewicht und möglichst präzisen Höhenmetern) mit der Tretleistung zu vergleichen, recht gut.
 
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@Guzzi : Danke. Habe das Problem gefunden – deine Daten enthalten weder Höhe noch Herzfrequenz, und damit rechnet mein Programm nicht. (Ich kannte ja nur meine eigenen Daten.) Ich arbeite an einer Lösung ...
 
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Pulsgurt habe ich erst seit ein paar Tagen (wieder) im Einsatz und auch nicht immer.
In der Tat ohne Höhen, irgendwann ist das Thermometer und das Baraometer ausgefallen. Die Bryton Cloud und Strava korrigieren wohl automatisch. Mit einem älteren Datensatz mit Höhe und Herzfrequenz funktioniert es (y). Jetzt kann ich mal ein bißchen rumspielen.

Christoph Moder schrieb:
GPX ist leider nicht möglich, da dort keine Leistungsdaten gespeichert werden können.
Kannst du evtl. tcx einbauen. In dem xml-Format kann ich meine fit-Dateien mit korrigierten Höhen rausschreiben.
 
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In der Tat ohne Höhen, irgendwann ist das Thermometer und das Baraometer ausgefallen. Die Bryton Cloud und Strava korrigieren wohl automatisch. Mit einem älteren Datensatz mit Höhe und Herzfrequenz funktioniert es (y). Jetzt kann ich mal ein bißchen rumspielen.
Interessant. Jetzt ist der Fehler behoben; dabei ist mir auch aufgefallen, dass manchmal Geschwindigkeitswerte fehlen. Sollte ich wohl auch irgendwie berücksichtigen.
Kannst du evtl. tcx einbauen. In dem xml-Format kann ich meine fit-Dateien mit korrigierten Höhen rausschreiben.
Ja, müsste schon gehen. Kannst du mir vielleicht auch eine TCX-Datei mailen, damit ich gleich weiß, ob es geht?

Nochmal danke für dein Feedback!
 
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Mit der Beispiel-Datei gibt es noch Probleme mit Zeit/Geschwindigkeit ... plötzlich nicht mehr, du bastelst da wohl gerade rum...
Genau.

Aber jetzt müsste TCX auch funktionieren. Da muss ich evtl. noch die Limits erhöhen, weil die Dateien doch ein ganzes Stück größer sind; mal sehen.
Was bedeutet "HR synth"?
Das ist die Herzfrequenz, aus der Tretleistung errechnet. Das gehört vielleicht nicht unbedingt in das Diagramm; ich hatte eben damit herumexperimentiert, und es drin gelassen. Aus einer Auswertung meiner eigenen Daten hat sich ergeben, dass es am besten passt, wenn ich die Tretleistung über 120 Sekunden exponentiell glätte und um 10 Sekunden verschiebe; dann ist bei mir der Puls etwa 97.3 + Tretleistung * 0.262.
 

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das sind eben schon wieder zu viele unbekannte Parameter
Fürchte ich auch. Eben beim Fahren mal beobachtet, was sonst noch so rein spielt und das fängt ja schon mit einem Öffnen des Visiers an. :eek: Da geht die Leistung bei gleicher Geschwindigkeit gleich mal 10 Watt rauf. Wenn ich es im Oktober richtig verstanden habe war Dein Ziel ja, heraus zu finden, an welcher Schraube gedreht der größte Effekt zu erwarten ist. Dafür taugt es vllt schon und zeigt schon mal das Optimierungspotential auf der individuellen Strecke.

Sicher wäre es aber auch für eine grundsätzliche, technische Optimierung geeignet. Dann muss man einen zuvor klar definierten Zustand auswerten - z.B. nur den Abschnitt durch den Ebersberger Forst o.ä. . Da müsste aber z.B. die Kette z.B. frisch geölt sein, denn das merke ich deutlich. Hast Du schon mal probiert, den Widerstand in Watt im Antriebsstrang zu ermitteln - zudem bei verschiedenen Trittfrequenzen. Ich frage mich, ob es da auch Sensoren gibt, die die Kraft am Kettenstrang ermitteln können. Erst dann wüsste man, ob ein reiner %-Wert das widerspiegelt.Gestern konnte ich z.B. auf dem neuen Testcenter (Ergo-Bike + zusätzlich Garmin Vector3) gut beobachten, dass die Wattzahl nur bei einer TF von ca. 80 an beiden Geräten identisch war. Aber bei 115 TF hat Vector bis zu 20 Watt mehr angezeigt, als das Display des Ergometers. D.h. ich muss für die Testfahrten tatsächlich mehr auf die Vector-, als auf die Ergo-Daten setzen.
Die rel. gut definierbaren Daten könnten die Auswertung besser interpretierbar machen. Mit dem Rollwiderstand hat sich ja z.B. @Leonardi viel beschäftigt. Diese Werte könnte man ja auch bewusst einsetzen. Wenn ein Reifen allerdings - ich meine es war beim Pro One - befürchtet werden muss, dass die Margen extrem unterschiedlich rollen, dann wird es sehr schwer.
 
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Wenn ich es im Oktober richtig verstanden habe war Dein Ziel ja, heraus zu finden, an welcher Schraube gedreht der größte Effekt zu erwarten ist. Dafür taugt es vllt schon und zeigt schon mal das Optimierungspotential auf der individuellen Strecke.
Dafür müsste man neben der jeweiligen Leistungsverteilung auf Steigung, Roll- und Luftwiderstand auch die Geschwindigkeitsabhängigkeit der Komponenten kennen, oder? Je höher der Exponent, um so stärker steigt die Komponente mit zunehmender Geschwindigkeit.

@Christoph Moder: Die Mischfarben machen es für mich schwer, die einzelnen Komponenten auseinanderzuhalten. Lassen sich die Leistungssenken nach unten ins Negative stapeln statt wie die Leistungsquellen nach oben?
Warum ist eigentlich die Summe der Quellen nicht immer gleich der Summe der Senken? Müsste das nicht sein, wenn die Beschleunigung mit eingeht? Zeigen sich da die Messfehler der Sensoren und die Fehler in den Annahmen zum Leistungsverlust im Antrieb?
 
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@Christoph Moder: Die Mischfarben machen es für mich schwer, die einzelnen Komponenten auseinanderzuhalten.
Ja, es ist unübersichtlich. Ich habe schon sehr viel mit Farbschemata herumexperimentiert; mit den jetzigen, möglichst kräftigen Farben kann man es noch am besten unterscheiden. Aber um wirklich etwas zu sehen, muss man Dinge ausblenden (= auf die Legende klicken).
Lassen sich die Leistungssenken nach unten ins Negative stapeln statt wie die Leistungsquellen nach oben?
Das ist eigentlich eine gute Idee!
Warum ist eigentlich die Summe der Quellen nicht immer gleich der Summe der Senken? Müsste das nicht sein, wenn die Beschleunigung mit eingeht? Zeigen sich da die Messfehler der Sensoren und die Fehler in den Annahmen zum Leistungsverlust im Antrieb?
Die Quelle ist ja v.a. die gemessene Tretleistung, und die Senken sind berechnet, und da gehen alle Parameter ein (cWA, cR, Masse) sowie Geschwindigkeit, Höhe und Temperatur. Und alles davon kann fehlerhaft sein. Da ist es eigentlich kein Wunder, wenn sie sich unterscheiden.

Ein Unterschied in der Gesamtbilanz sollte aber nicht zu groß sein; dagegen kann es bei den momentanen Werten schon große Unterschiede geben; ich glätte ja die Leistung über 3 Sekunden, aber weiß nicht, was das Gerät an Datenverarbeitung bei z.B. der Geschwindigkeit macht. Im Mittel sollte es stimmen, aber punktuell nicht unbedingt.

Und zum Antriebswirkungsgrad: Siehe Anleitung; den rechne ich nur in die Bilanzen ein (also überall, wo Prozent stehen); die Diagrammkurve und die Momentanwerte sind dagegen die tatsächlich gemessenen Leistungsdaten, ohne Abzug des Antriebsverlusts.
 
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Wenn ich es im Oktober richtig verstanden habe war Dein Ziel ja, heraus zu finden, an welcher Schraube gedreht der größte Effekt zu erwarten ist. Dafür taugt es vllt schon und zeigt schon mal das Optimierungspotential auf der individuellen Strecke.
Genau. Für mich sind die ersten wichtigen Ergebnisse:
  • Rollwiderstand macht den größten Anteil aus, selbst auf einer guten schnellen Strecke die Hälfte, bei schlechteren Bedingungen mehr.
  • Luftwiderstand dominiert nur deutlich auf den Bergab-Passagen. D.h. das Gewackel durch das Treten ist vermutlich aerodynamisch gar nicht so schlimm, weil es v.a. bei niedriger Geschwindigkeit = niedrigem Luftwiderstand auftritt.
  • Erstaunlich viel Leistung geht durch Bremsen verloren, selbst auf einer wirklich schnellen Strecke. Zeitlich machen die Bremsungen nur einige Sekunden aus, aber die Leistung dabei sind hunderte oder tausende Watt.
  • Die Leistungsbilanz unterscheidet sich deutlich zwischen Sommer und Winter. Ich vermute, dass sich der Rollwiderstandskoeffizient massiv verändert; grob geschätzt zwischen 0.04 und 0.07, bei den selben Reifen. Luftdichte ändert sich auch, und die Masse war auch nicht immer gleich, aber das dürfte nur wenig sein.
Sicher wäre es aber auch für eine grundsätzliche, technische Optimierung geeignet. Dann muss man einen zuvor klar definierten Zustand auswerten - z.B. nur den Abschnitt durch den Ebersberger Forst o.ä. . Da müsste aber z.B. die Kette z.B. frisch geölt sein, denn das merke ich deutlich. Hast Du schon mal probiert, den Widerstand in Watt im Antriebsstrang zu ermitteln
Erstmal noch nicht; ich will erst einmal verstehen, was die großen Effekte sind. Bei genauen Messungen muss man tatsächlich erst einmal alles wiegen, die Kette reinigen und ölen, und das Losbrechmoment messen.
Erst dann wüsste man, ob ein reiner %-Wert das widerspiegelt.Gestern konnte ich z.B. auf dem neuen Testcenter (Ergo-Bike + zusätzlich Garmin Vector3) gut beobachten, dass die Wattzahl nur bei einer TF von ca. 80 an beiden Geräten identisch war. Aber bei 115 TF hat Vector bis zu 20 Watt mehr angezeigt, als das Display des Ergometers.
Das ist seltsam. Ich wüsste nicht, warum die Trittfrequenz sich auf die Messgenauigkeit auswirken sollte – denn eigentlich kann man bei der TF-Messung ja nicht viel falsch machen. Und wenn bei hoher TF die Kraftmessung falsch ist, weil die Kräfte niedriger sind, dann würde ich die Leistungsmessung generell anzweifeln.
 
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Die Quelle ist ja v.a. die gemessene Tretleistung, und die Senken sind berechnet, und da gehen alle Parameter ein (cWA, cR, Masse) sowie Geschwindigkeit, Höhe und Temperatur. Und alles davon kann fehlerhaft sein. Da ist es eigentlich kein Wunder, wenn sie sich unterscheiden.
...und die Heizleistung der Bremsen fehlt, das hatte ich noch vergessen. :sleep: Insofern muss das bei jedem Bremsvorgang abweichen.
 

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Nachgelesen stellt sich tatsächlich heraus, dass die Abweichung +/- 10% sein können - zudem TF-abhängig. Heißt, dass ich bei Testungen wirklich auf die Messpedale setzen muss.
Dann habe ich noch meine gestrige VM-Fahrt angeschaut - sieht komisch aus - Teile, wo ich wohl stehe, mich aber trotzdem weiter bewege, die maile ich Dir mal.
Mir fällt auch auf, dass wohl gps-Daten nicht genau genug sind und dadurch Schwankungen der Höhe rein kommen können - sehe ich das richtig? Offensichtlich scheint mir das, da mein Speed-sensor und gps bei der Geschwindigkeit kaum mal zusammen passen.
 
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Dann habe ich noch meine gestrige VM-Fahrt angeschaut - sieht komisch aus - Teile, wo ich wohl stehe, mich aber trotzdem weiter bewege, die maile ich Dir mal.
Mir fällt auch auf, dass wohl gps-Daten nicht genau genug sind und dadurch Schwankungen der Höhe rein kommen können - sehe ich das richtig? Offensichtlich scheint mir das, da mein Speed-sensor und gps bei der Geschwindigkeit kaum mal zusammen passen.
Danke. Was mir auffällt:
  • Höhe: Am Anfang, wenn noch kein Höhenwert da ist, wird "0" in die Datei geschrieben, statt ein leerer Wert. "0" ist ja eigentlich ein vollkommen korrekter Höhenwert; trotzdem habe interpretiere ich ab jetzt exakt 0 als "undefiniert".
  • Trotzdem ist die Höhe nicht ganz richtig; die ersten Höhenwerte müssen falsch sein, denn sie steigen schnell von 500 auf 550 m, und ich glaube dir nicht, dass du die 5 kW Steigleistung selber getreten hast.
  • Der GPS-Empfang ist teilweise nicht sehr gut, was man an der wild schwankenden GPS-Geschwindigkeit sieht. In den meisten Bereichen ist er aber ok.
  • Das mit der Geschwindigkeit 0 habe ich noch nicht ganz verstanden; da ist was faul, aber ich weiß noch nicht, was.
 
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Hallo @Christoph Moder !
Vielen Dank für Deine Arbeit. Meine Daten aus dem Sigma ROX konvertiere ich in GoldenCheeta .tcx dann sind alle Werte sichtbar. Unter gpsies ist z.B. die gemessene Leistung nicht sichtbar gewesen. Wenn ich mir jetzt einen Bereich anschaue in dem ich eine relativ konstante Geschwindigkeit hatte, brauchte ich mit meinem Mango mit Kojak hinten und 2xMatathon vorne an diesem Tag ca. 100Watt für ca. 24 km/h. Habe ich das so richtig rausgelesen?Bildschirmfoto 2019-12-17 um 21.16.19.png
Dementsprechend hat mir der Berg beim rollen mitBildschirmfoto 2019-12-17 um 21.18.54.png765 Watt zu 43 km/h verholfen.
Ich fahre morgen die gleiche Strecke nochmal, mit einem Shredda hinten und die Marathons mit 6bar. Leider weiß ich nicht wieviel Luftdruck bei der ersten Messfahrt drin waren.

Vielen Dank nochmal, schönen Abend
MArtin
 
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Das mit der Geschwindigkeit 0 habe ich noch nicht ganz verstanden; da ist was faul, aber ich weiß noch nicht, was.
Habe den Fehler gefunden: Ich berechne ja aus dem GPS-Track die Entfernung; und dabei habe ich mehrfache Werte (wie sie beim Stillstand vorkommen) weggeworfen. Allerdings nur bei der x-Achsen-Beschriftung; bei den Datenwerten hatte ich das fälschlicherweise nicht gemacht; und da es ein Scatter-Plot ist und ich die x-Koordinaten der Punkte aus den Achsenbeschriftungen genommen hatte, passten sie nicht zu den Datenwerten. Das fällt normalerweise nicht auf – aber da die Datei von @roland65 einige Pausen enthält, sah man es dort schon. => Müsste jetzt behoben sein!

Wenn ich mir jetzt einen Bereich anschaue in dem ich eine relativ konstante Geschwindigkeit hatte, brauchte ich mit meinem Mango mit Kojak hinten und 2xMatathon vorne an diesem Tag ca. 100Watt für ca. 24 km/h. Habe ich das so richtig rausgelesen?
Jein ... grundsätzlich hast du schon Recht; die Höhe ist ja abschnittsweise vollkommen konstant, und auch die Geschwindigkeit schwankt nur um einige Prozent – aber die Tretleistung schwankt viel stärker, um geschätzt 40%. Und da sind die 100 W nur eine Momentaufnahme; hier müsste man mehr mitteln. Und außerdem stimmt hier die Energiebilanz nicht; die Tretleistung beträgt ja 100 W, bei 8% Antriebsverluste bleiben 92 W für den Antrieb, aber Luft- und Rollwiderstand sind zusammen nur knapp 50 W. Hier fehlt also eine ganze Menge. Wenn wir annehmen, dass die Messung richtig ist, dann musst die Parameter anschauen, was dort deinen erhöhten Energieverbrauch erklären könnte. Ich tippe auf den Rollwiderstand, denn bei der Geschwindigkeit ist der Luftwiderstand ja fast null.
 
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