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

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Ich nehme an, dass niemand gleichzeitig tritt und bremst. D.h. ich rechne die Energiebilanz aus; wenn mehr Energie frei wird (durch Bergabfahren und/oder Geschwindigkeitsreduktion) als verbraucht wird (für Roll- und Luftwiderstand und evtl. Anstieg (wenn die Energie nur aus dem Abbremsen kommt, nicht aus der Abfahrt)), dann nehme ich an, dass der Rest in der Bremse vernichtet wird.
Habe jetzt mal eine Stelle untersucht, wo scheinbar beim treten gebremst wird:
Screenshot_20200212-220150_Firefox.jpg

Mit avg_muscle=0 sieht es auch kaum anders aus. Hast du dafür eine Erklärung?

(Auf diesem Streckenabschnitt hätte man durch Reku deutlich mehr Energie mitnehmen können für die anschließende Bergauffahrt mit teilweise unter 10km/h, als die Bewegungsenergie bei 62,1 km/h an der tiefsten Stelle.)
 
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Habe jetzt mal eine Stelle untersucht, wo scheinbar beim treten gebremst wird: [...] Hast du dafür eine Erklärung?
Ja. Grundsätzlich werden Tretleistung und Fahrwiderstände komplett getrennt behandelt, denn sie stammen aus unterschiedlichen Quellen:
  • Tretleistung wird gemessen
  • Fahrwiderstände werden berechnet, aus den angegebenen Parametern und der Geschwindigkeit
Und die Bremsleistung wird berechnet, indem die Bilanz der kinetischen Energie angeschaut wird. Wenn die Geschwindigkeit sinkt, wird Energie frei; diese geht natürlich in Rollwiderstand, Luftwiderstand und Kletterarbeit. Aber wenn danach noch Energie übrig bleibt, wird angenommen, dass diese weggebremst wird. D.h. die Tretleistung wird hier überhaupt nicht betrachtet.

Woran kann der beobachtete Effekt liegen?
  • Geschwindigkeit falsch (= sinkt nicht so stark): Unwahrscheinlich, denn diese hat im Diagramm einen recht glatten Verlauf, und GPS- und Tacho-Geschwindigkeit (falls ein zusätzlicher Speed-Sensor verwendet wurde) stimmen gut überein.
  • Höhe falsch (= es geht stärker bergauf): Auch unwahrscheinlich, weil das Höhenprofil da auch ziemlich glatt ist.
  • Parameter falsch (Masse zu hoch, Rollwiderstand/Luftwiderstand zu gering): Das könnte eine Erklärung sein.
Ist auf jeden Fall interessant! Bisher habe ich die Qualität der Parameter nur anhand der Übereinstimmung Tretleistung/Fahrwiderstände betrachtet, aber das wäre ein zweites Kriterium – die Parameter sind richtig, wenn nicht nur die Tretleistung gleich der Verlustleistung ist, sondern auch an möglichst wenigen Stellen getreten und gebremst wird. Dabei muss man natürlich auch die Größenordnung betrachten; wenn jemand bremst und dabei leer mittritt, z.B. um zu schalten, ist das vollkommen realistisch – wenn dagegen mit 200 W gegen die Bremse getreten wird, stimmt etwas nicht.

An dieser Stelle vielen Dank an @labella-baron für dein intensives Testen!
 
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Woran kann der beobachtete Effekt liegen?
  • Geschwindigkeit falsch (= sinkt nicht so stark): Unwahrscheinlich, denn diese hat im Diagramm einen recht glatten Verlauf, und GPS- und Tacho-Geschwindigkeit (falls ein zusätzlicher Speed-Sensor verwendet wurde) stimmen gut überein.
  • Höhe falsch (= es geht stärker bergauf): Auch unwahrscheinlich, weil das Höhenprofil da auch ziemlich glatt ist.
  • Parameter falsch (Masse zu hoch, Rollwiderstand/Luftwiderstand zu gering): Das könnte eine Erklärung sein.
Mir ist jetzt noch eine weitere Hypothese gekommen:
Es geht mit anfangs fast 70km/h durch die Talsohle und hierbei könnte anscheinend ordentlich Gegenwind gewesen sein.
@HoSe Auf dem Hinweg nach Brest wurde Mamers nicht wie am Rückweg durchfahren, sondern auf einer Umgehung nördlich umfahren. Danach geht es auf der D300 leicht bergab. Erinnerst du dich vielleicht dort an einen ordentlichen Westwind?

In solchen Situationen wäre es dann sinnvoll, es nicht schneller als 50 rollen zu lassen, um nicht allzuviel Energie durch Luftverwirbelung zu verlieren und dann die Körner dann für die anschließende Bergauffahrt zu verwenden.
 
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Auch an anderen Stellen lässt sich dies beobachten:
Screenshot_20200213-145959_Firefox.jpg

Je höher das Gewicht, um so höher logischerweise die Bremsleistungen.

Sind die 19% P_brake bei der Rückfahrt gegenüber 20% ein Hinweis darauf, dass es weniger Wind gegeben hat?
 
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Sind die 19% P_brake bei der Rückfahrt gegenüber 20% ein Hinweis darauf, dass es weniger Wind gegeben hat?
Das dürfte viel zu weit hergeholt sein. Könnte z.B. auch sein, dass man am Rückweg gleichmäßiger gefahren ist und darum weniger bremsen musste. Oder am Hinweg gab es noch mehr Fahrerpulks, wo man abbremsen musste, und auf dem Rückweg waren die Fahrer weiter zerstreut und man konnte besser überholen.

Abgesehen davon: Das Verhältnis "in/out" von 163% ist ja grottenschlecht. Das zeigt, dass die Fahrwiderstände viel zu gering sind. Ich weiß nicht, wie viel noch akzeptabel sind (= durch Messungenauigkeit des Leistungsmessers und durch Durchschnittswerte bei den Parametern erklärbar); aber ich denke, dieser Wert sollte nur wenige Prozent von 100% abweichen. Und so sind die Artefakte, dass scheinbar während des Tretens gebremst wird, auch erklärbar; wenn ich bei meinen Demo-Daten die Luft- und Rollwiderstandskoeffizienten ganz niedrig drehe, dann tauchen auch etliche Bremsvorgänge während des Tretens auf.
 
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  • Parameter falsch (Masse zu hoch, Rollwiderstand/Luftwiderstand zu gering): Das könnte eine Erklärung sein.
Ist auf jeden Fall interessant! Bisher habe ich die Qualität der Parameter nur anhand der Übereinstimmung Tretleistung/Fahrwiderstände betrachtet, aber das wäre ein zweites Kriterium – die Parameter sind richtig, wenn nicht nur die Tretleistung gleich der Verlustleistung ist, sondern auch an möglichst wenigen Stellen getreten und gebremst wird.
Habe nun eine Stelle gesucht, wo länger nicht pedaliert wurde - also kein Powermeter-Fehler und keine Verzögerung auftrat - also Kräftegleichgewicht ...
Screenshot_20200214-003113_Firefox.jpg

... und dann die Widerstandsparameter so verändert, dass Eingangsleistung ca. Ausgangsleistung
Das ergibt einen CwA von 0,09 und einen Cr von 0,009: das ist ja grottenschlecht :mad:
Überschätzen wir unsere Kisten oder hat es da auf einer Rumpelstrecke im Wald geregnet? Wohl kaum bei einer Geschwindigkeit von ca. 80km/h !
 
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Habe nun eine Stelle gesucht, wo länger nicht pedaliert wurde - also kein Powermeter-Fehler und keine Verzögerung auftrat - also Kräftegleichgewicht ...
Überschätzen wir unsere Kisten oder hat es da auf einer Rumpelstrecke im Wald geregnet? Wohl kaum bei einer Geschwindigkeit von ca. 80km/h !
Sehr interessant! Da habe ich jetzt auch keine einfache Antwort:
  • Grundsätzlich halte ich es für gut möglich, dass die Parameter im echten Leben deutlich schlechter sind, als man hier oft liest – gepostet werden nämlich immer nur Rekordwerte, oder Rolltests bei idealen Bedingungen (trocken, warm, auf superglattem Asphalt). Und es muss ja einen Grund haben, warum z.B. @CAS bei Paris–Brest–Paris doppelt so lange gebraucht hat wie für seinen Rekordversuch – alleine durch die Randbedingungen (Höhenmeter, Kreuzungen, stempeln) erklärt sich das nicht ganz.
  • In Frankreich ist der Asphalt oft verdammt rau. Da halte ich 0.09 für nicht unmöglich, aus dem Bauch heraus geschätzt.
  • Luftwiderstand: Macht ja hier 2/3 aus, d.h. der cWA muss auch sehr schlecht sein. Und nach meiner Erfahrung machen sich Regentropfen spürbar bemerkbar; habe aber keine Ahnung, von welchen Zahlenwerten man da ausgehen muss.
  • Wenn das Gewicht falsch wäre, würde sich das sowohl auf Hangabtriebskraft als auch Rollwiderstandskraft auswirken; d.h. der Anteil des Luftwiderstands würde sich etwas verändern, aber das erreichst du ja auch durch Veränderung von Cr. Da erwarte ich also keinen großen Fehler.
  • Habe mal mit Kreuzotter nachgerechnet: Da komme ich bei der Eingangsleistung von 844.6 W nicht auf die exakt gleichen Ergebnisse, aber doch nahe genug dran; bzw. Kreuzotter schlägt ja die Antriebsverluste drauf; wenn ich 79.5 km/h eingebe, komme ich auf 901 W, was ohne 9% Verluste dann 826 W wären (bzw. bei 845 W wären es 6.6% Verluste). Wenn ich aber bei Kreuzotter die Temperatur auf 10°C setze, stimmt es fast exakt.
  • Letzteres könnte ein Teil der Erklärung sein; die Temperatur wird aus den Aufzeichnungen genommen, ist aber im Velomobil grob falsch – aber eben immer noch besser als gar nichts. Vielleicht sollte man die Temperatur justieren können, oder einen Korrekturfaktor entwickeln – ich nehme an, dass die Temperatur innen/außen umso stärker abweicht, je kälter es ist.
Spricht eigentlich dafür, das mit einem Rolltest zu erforschen. Und zwar ohne lange Ausrollphase, sondern steil runter und drüben steil rauf, so dass man vor allem im hohen Geschwindigkeitsbereich ist. Also nicht nur wie bei den anderen Rolltests schauen, wer am besten ist, sondern im Gegenteil wie schlecht die Werte werden können.
 
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Letzteres könnte ein Teil der Erklärung sein; die Temperatur wird aus den Aufzeichnungen genommen, ist aber im Velomobil grob falsch – aber eben immer noch besser als gar nichts. Vielleicht sollte man die Temperatur justieren können, oder einen Korrekturfaktor entwickeln – ich nehme an, dass die Temperatur innen/außen umso stärker abweicht, je kälter es ist.
Eigentlich ist das gar nicht so wichtig. Denn die Luftdichte verändert sich bei wenigen Grad Unterschied nicht nennenswert; das würde man nur bei solchen Hochgeschwindigkeitsabschnitten merken, die nur Sekunden ausmachen. Auf den Luftwiderstand der Gesamtstrecke vermutlich vernachlässigbar. Wenn ich annehme, dass es innen +10°C statt wie außen +5°C hat, dann ist die Luftdichte und damit der Luftwiderstand um 1.8% höher als anhand der falschen Temperatur berechnet. Was sich mit der Temperatur viel stärker verändert, ist aber der Rollwiderstand der Reifen – und da haben wir gar keine Formel, die das berücksichtigt, bzw. es dürfte stark nichtlinear und wahrscheinlich auch noch je nach Reifenmodell unterschiedlich sein.
 
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  • In Frankreich ist der Asphalt oft verdammt rau. Da halte ich 0.09 für nicht unmöglich, aus dem Bauch heraus geschätzt.
  • Luftwiderstand: Macht ja hier 2/3 aus, d.h. der cWA muss auch sehr schlecht sein. Und nach meiner Erfahrung machen sich Regentropfen spürbar bemerkbar; habe aber keine Ahnung, von welchen Zahlenwerten man da ausgehen muss.
Möglicherweise verschlechtern die Vibrationen der Hülle deren Cw-Wert doch - andererseits munkelt man immer wieder, dass nicht-laminare sondern mikroturbulente Strömung den Strömungswiderstand reduzieren könne; wir wissen noch so wenig :(
Spricht eigentlich dafür, das mit einem Rolltest zu erforschen. Und zwar ohne lange Ausrollphase, sondern steil runter und drüben steil rauf, so dass man vor allem im hohen Geschwindigkeitsbereich ist. Also nicht nur wie bei den anderen Rolltests schauen, wer am besten ist, sondern im Gegenteil wie schlecht die Werte werden können.
Der dargestellte Bereich entspricht ja im Grunde solch einem Rolltest ohne Störungen durchs pedalieren. Mal sehen, ob ich nochmehr solcher Stellen in der PBP-Aufzeichnung finde. Gut wären auch weitere Hintergrundinformationen zu den Bedingungen.
Interessant auch, dass 'in/out' jetzt auf 101% stehen!
 
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Der dargestellte Bereich entspricht ja im Grunde solch einem Rolltest ohne Störungen durchs pedalieren.
Ja. Ich dachte eher daran, direkt hintereinander (= am gleichen Berg, bei gleichen Bedingungen) mehrfach zu testen, zuerst mit trockenem VM, dann nachdem man einen Eimer Wasser drüber geschüttet hat. Oder mit Visier ganz offen. Usw.
Mal sehen, ob ich nochmehr solcher Stellen in der PBP-Aufzeichnung finde.
Könnte auch aufschlussreich sein; mal sehen.
 
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Mal sehen, ob ich nochmehr solcher Stellen in der PBP-Aufzeichnung finde.
Hier nun eine Stelle mit fast gegenteiliger Aussage:
Screenshot_20200214-152749_Firefox.jpg

CwA = 0,035 und Cr = 0,005
Allerdings bei niedrigerer Geschwindigkeit und Leistungen. Irgendwie beschleicht mich das Gefühl, dass da noch ein methodischer Fehler drin steckt.
 
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Allerdings bei niedrigerer Geschwindigkeit und Leistungen. Irgendwie beschleicht mich das Gefühl, dass da noch ein methodischer Fehler drin steckt.
Die größte Unsicherheit entsteht durch die reale Luftströmung bezogen auf das VM. Diese Geschwindigkeit geht mit ihrer 3.Potenz in die Leistung ein!
Im Nordwesten Frankreichs halte ich Windgeschwindigkeiten von 5m/s durchaus für wahrscheinlich. Bei 60km/h kann dies bei Westwind auf dem Hinweg 78km/h bedeuten, während der gleiche Wind auf dem Rückweg nur 42km/h ausmacht. Das bedeutet aber bereits die 6,4-fache Leistung auf dem Hinweg !
 
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Das bedeutet aber bereits die 6,4-fache Leistung auf dem Hinweg !
Habe jetzt mal ein paar Geschwindigkeiten und die zugehörigen Verlustleistungen aus dem Diagramm herausgesucht:
Code:
km/h Watt
10,6   0,7
23,1   7,7
29,8  16,6
41,1  43,7
49,0  74,0
61,2 142,1
75,1 265,8
Der Unterschied der beiden letzten Geschwindigkeiten beträgt gerade mal 13,9 km/h also einem Gegenwind mit lediglich Windstärke 3.
Trotzdem erhöhen sich die aerodynamischen Verluste um 124W.

Außerdem sieht man: zu schnell zu sein bringt auch beim Velomobil nichts.
Könnte man immer mit obigen 29,8 km/h fahren, wäre man immer noch schneller als jener Fahrer bei Paris-Brest-Paris und hätte viel Energie eingespart.
 
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Cr von 0,009: das ist ja grottenschlecht :mad:
Oft liegt der Fehler darin, den Rollwiderstand eines Rades zu berechnen/zu messen/aus Tabellenbüchern abzulesen und dies auf 3 Räder zu übertragen. Bei "nur rauhen" aber ast/schlagloch/gullifreien Strecken gilt das auch, weil Cr proportional zu m ist und m sich verteilt.

Sobald aber auch nur leichte "Buckel" vorhanden sind oder so grobe Rauhigkeiten, dass das Rad dabei "angehoben" werden muss, geht diese Hubarbeit (bei ungefederten Konstruktionen) fast vollständig verloren. Beim Zweirad äußert sich das nur in einer Dimension als Nickbewegung, aber beim Dreirad entsteht auch eine Rollbewegung. (Link: Rollen-Nicken-Gieren). Deswegen hat ein Dreirad auf realistischen Strecken (Gullideckel, abgesenkte Fahrbahnstücke, Steinchen, Äste, Schlaglöcher) einen Nachteil.

Da es sich jeweils um voneinander getrennte, singuläre Ereignisse handelt, kann man streng genommen nicht einfach darüber mitteln als wäre es eine Rauhheit der Oberfläche, die "immer" wirkt. In den Messungen sieht es aus wie Cr, in Wahrheit sind es aber Winkelbeschleunigungen um Längs- und Querachse des Fahrzeugs. Im Falle vorhandener Federung ist das weniger schlimm, da nur die ungefederten Massen herumhopsen und nicht das ganze Fahrzeug.

Aus diesem Grund sind auch bis zum Bersten aufgepumpte Reifen bei Trikes weniger vorteilhaft als bei Zweiräden. Da spart man zwar deutlich Cr, aber fängt sich als Strafe Winkelbeschleunigungen ein, die das Gefährt nicken und rollen lassen. Ein weicher dünner nicht zu praller Reifen, bei dem hauptsächlich die Luft arbeitet und weniger das Gummi, hätte die Huckel weitgehend "geschluckt". Wann welcher Effekt überwiegt, hängt natürlich von der Strecke ab. Deshalb sind auch Kampfdiskussionen um labberige oder knochenharte Reifen weitgehend sinnfrei, solange man nicht mit gleichen Fahrzeugen gleiche Strecken befährt.
 
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Ich habe jetzt mal etwas weiter gebastelt, und dazu erst einmal eine neue Seite erstellt, damit sie mit der alten parallel benutzt werden kann:
  • Auf der Upload-Seite gibt es jetzt ein Formular, auf dem man alle Parameter setzen kann.
  • Im Diagramm gibt es eine zusätzliche dunkelblaue Kurve, die die berechnete Geschwindigkeit angibt. Dazu wird an jedem Punkt die Differenz zwischen der Eingangsleistung (also Tretleistung plus Gefälle plus ausrollen) und der Ausgangsleistung (Rollwiderstand, Luftwiderstand, Steigung, Beschleunigung) gebildet und die Geschwindigkeit erhöht oder erniedrigt, damit diese Differenz möglichst klein wird.
  • Um mir dabei die Arbeit zu erleichtern, habe ich die Berechnung der Beschleunigung etwas verändert; ich nehme nur noch die Differenz zum vorigen Datenpunkt (statt zwischen dem nächsten und dem vorigen Punkt). Sollte fast auf das Gleiche rauskommen, aber im Diagramm sind die Zacken der Beschleunigungs-/Ausrollleistung etwas feiner geworden (ist ja auch klar, es wird weniger gemittelt).
Ich habe das jetzt noch kaum getestet; klar ist schon mal, dass es nicht perfekt sein kann, weil die Berechnung erstens nichts von Bremsvorgängen weiß, und zweitens die berechnete Geschwindigkeit nicht unabhängig von der gemessenen Geschwindigkeit ist, sondern an jedem Datenpunkt nur von den dortigen Daten und der am vorigen Punkt berechneten Geschwindigkeit abhängt.

Trotzdem sollte das ein vollständigeres Bild liefern, als nur die Gesamtsumme der Ein- und Ausgangsleistung zu betrachten. Zudem kann man die Kurven bei hohen Geschwindigkeiten zur Deckung bringen, indem man am Luftwiderstand herumspielt, und bei niedrigen Geschwindigkeiten, indem man z.B. Rollwiderstand und Antriebsverluste anpasst.

Allerdings bei niedrigerer Geschwindigkeit und Leistungen. Irgendwie beschleicht mich das Gefühl, dass da noch ein methodischer Fehler drin steckt.
Ach, jetzt verstehe ich: Du optimierst die Werte nicht global, sondern damit das punktuell stimmt. Da bin ich skeptisch, ob das so sinnvoll ist.
Die größte Unsicherheit entsteht durch die reale Luftströmung bezogen auf das VM. Diese Geschwindigkeit geht mit ihrer 3.Potenz in die Leistung ein!
Stimmt, das könnte eine wichtige Rolle spielen.
Oft liegt der Fehler darin, den Rollwiderstand eines Rades zu berechnen/zu messen/aus Tabellenbüchern abzulesen und dies auf 3 Räder zu übertragen.
Da sehe ich kein Problem. Natürlich hat man es dann eben mit einem durchschnittlichen Rollwiderstand zu tun, der die Rollwiderstände der einzelnen, unterschiedlich großen und unterschiedlich belasteten Reifen zusammenfasst. Aber der Widerstand ist immer noch proportional zum Gewicht, d.h. für die Rechnung ist es egal; man kann lediglich nicht von einem auf einem Prüfstand vermessenen Einzelreifen auf den Gesamtrollwiderstand schließen. Aber das war ja schon immer fragwürdig; und mich interessiert nur der effektive Rollwiderstand, der mir die Messung gut beschreibt.
Da es sich jeweils um voneinander getrennte, singuläre Ereignisse handelt, kann man streng genommen nicht einfach darüber mitteln als wäre es eine Rauhheit der Oberfläche, die "immer" wirkt.
Ja, klingt sinnvoll. Also nicht versuchen, Messungen von Schlaglochpisten zu interpretieren. (Heißt ja auch „Rollwiderstand“, nicht „Sprungwiderstand“.)
Deshalb sind auch Kampfdiskussionen um labberige oder knochenharte Reifen weitgehend sinnfrei, solange man nicht mit gleichen Fahrzeugen gleiche Strecken befährt.
Natürlich.
 
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Ich habe das jetzt noch kaum getestet; klar ist schon mal, dass es nicht perfekt sein kann, weil die Berechnung erstens nichts von Bremsvorgängen weiß, und zweitens die berechnete Geschwindigkeit nicht unabhängig von der gemessenen Geschwindigkeit ist, sondern an jedem Datenpunkt nur von den dortigen Daten und der am vorigen Punkt berechneten Geschwindigkeit abhängt.
Ich habe mal wieder eine Menge Hantierungsprobleme.
So wird das GPS-Speed-Diagramm gezeichnet, obwohl ich alle Häkchen bis auf ele, speed und calc-speed gesetzt habe. Auch das Zusammenspiel mit der URL-Zeile ist mir nicht klar. Irdendwann hatte ich in der Übersicht einmal über 40km/ als avg_speed ?
 
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Irdendwann hatte ich in der Übersicht einmal über 40km/h als avg_speed ?
Wenn ich in der URL-Zeile den Gegenwind verstelle, verändert sich automatisch der dargestellte Bereich und somit die Schnittgeschwindigkeit.

Bei 25km/h Gegenwind ist in/out = 104% - wobei ich nicht glaube, dass es wirklich so stürmisch war ;)
 
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So wird das GPS-Speed-Diagramm gezeichnet, obwohl ich alle Häkchen bis auf ele, speed und calc-speed gesetzt habe. Auch das Zusammenspiel mit der URL-Zeile ist mir nicht klar. Irdendwann hatte ich in der Übersicht einmal über 40km/ als avg_speed ?
Da ist noch irgend etwas defekt:
  • Früher wurden die URL-Parameter des Formulars direkt weiter in das Diagramm kopiert.
  • Jetzt werden die URL-Parameter des Formulars zuerst in die Formular-Felder übernommen, und dann beim Abschicken die Diagramm-Parameter gesetzt. Hier fehlt manchmal noch ein Trennzeichen, und Parameter kommen mehrfach vor. Muss ich noch beheben.
  • Die GPS-Geschwindigkeit lässt sich nicht deaktivieren.
Aber grundsätzlich: Alles, was du im Formular einstellst (bzw. außer die GPS-Geschwindigkeit), landet im Diagramm.
Wenn ich in der URL-Zeile den Gegenwind verstelle, verändert sich automatisch der dargestellte Bereich und somit die Schnittgeschwindigkeit.
Das erstaunt mich. Das passiert bei mir nicht. Der Gegenwind geht nur in den Luftwiderstand ein, nicht in die aufgezeichnete Geschwindigkeit (aus der der Schnitt berechnet wird). Die Formel ist identisch wie bei Kreuzotter.

Bei Windstille ist der Luftwiderstand:
Code:
P_air = 1/2 * cW * A * rho_air * v^3
Mit Wind:
Code:
P_air = 1/2 * cW * A * rho_air * v * (v + v_wind)^2
(Der Wind geht also nur in die Luftwiderstandskraft ein, nicht in die Fahrstrecke und Fahrzeit.)
 
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