Ermittlung von Luft- und Rollwiderstand

AW: Ermittlung von Luft- und Rollwiderstand

Hallo,

Vor einiger Zeit hatte ich die gleiche Idee. Voller Idealismus losgelegt. Angegangen wurde das ganze so:
Ein Tachorelais von einem Tacho geklaut. Atmega32 Mikrocontroller geflascht, kleines Display und RS232 Anschluss rangelötet, dass ganze in ne schicke Schwarze box und ab ans Fahrrad.
Es wird immer die Zeit für eine Umdrehung gemessen, im SRAM gespeichert und auf dem Display zur Orientierung angezeigt. Auserdem wird noch der aktuelle Speicherplatz angezeit, denn es gibt bei 16bit auflösung und 2kB SRAM nur wenige Speicherplätze(hab grad 500 einprogrammiert). Da der Radumfang aber ca. 2 Meter beträgt ist das kein Problem, denn man rollt ja nicht über 1km aus.

Tja, im Anhang sind die ersten Ergebnisse. Die Daten wurden mit Excel ausgewertet. Also von der Ausgangsgröße Umdrehungsdauer aus erstmal die Geschwindigkeit berechnet, danach die Verzögerung, dann die Kraft und anschließend Kraft und Geschwindigkeit in ein Diagramm gepackt.

Vola im Anhang sind die Ergebnisse. Ziemlich ernüchternd das ganze. Vllt kommt das extreme Rauschen im Kraft-Geschwindigkeitsdiagramm von kleinen Unebenheiten im Asphalt. Auf dem ersten Blick sah es aber nicht so aus, als würde es so krass uneben sein. Auf jeden Fall wirken sich die kleinsten Faktoren ziemlich auf das Ergebnis aus. Leider hab ich zur Zeit keinen Zugang zu ner sauberen ebenen Strecke.

Eigentlich sollte die Regression die Form:

y = a * x² + b * x + c

ein Ergebnis mit einem kleinem positiven b liefern. Über a und c könnte man dann Rollreibung und Luftwiderstand berechnen. Aber bei den bisherigen Ergebnissen ist an soetwas nicht zu denken.


Beste Grüße, James

Auf dem Display ist oben die Laufende Zeit zu sehen, links daneben die Umdrehung, und unten die Letzte Zeit.

CIMG1049.JPGCIMG1050.JPGCIMG1051.JPGFv-Diagramm.pngVt-Diagramm.png
 
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Vola im Anhang sind die Ergebnisse. Ziemlich ernüchternd das ganze. Vllt kommt das extreme Rauschen im Kraft-Geschwindigkeitsdiagramm von kleinen Unebenheiten im Asphalt. Auf dem ersten Blick sah es aber nicht so aus, als würde es so krass uneben sein. Auf jeden Fall wirken sich die kleinsten Faktoren ziemlich auf das Ergebnis aus. Leider hab ich zur Zeit keinen Zugang zu ner sauberen ebenen Strecke. Anhang anzeigen 22197
Ja, der Rückschluss auf die Anteile von Cr und CwA ist recht schwierig und ungenau. Vor allem auch beim Velomobil, da bei höheren Geschwindigkeiten beide ähnlich groß sind.

Deshalb suche ich ja nach einem Weg, den Rollwiderstand anders als durch den Ausrollversuch zu bestimmen. Wenn man diesen dann hat, kann man den Luftwiderstand ausrechnen.
 
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Leider hab ich zur Zeit keinen Zugang zu ner sauberen ebenen Strecke.
Ist es denn eigentlich zwingend notwendig, dass jeder Reifen auf einem "Alltagsuntergrund" um exakt den gleichen Faktor schlechter läuft, als auf einem Idealen?
 
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Und was für einen Spurfehler willst du denn haben? Bei nem Einspurer?!

Ein schräg eingespanntes Hinterrad. Dann kann man die Kraft nicht mehr komplett in Vortrieb umsetzen. Bei mir hatte das beim UP in etwa den gefühlten Verlust eines schlechten Seitenlaeufers.

So etwas kann zB bei einem neuen Rad passieren, wenn der Lack arbeitet. Dann klemmt das Hinterrad nicht mehr so gut und kann es kann sich schraeg stellen.

Peter
 
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Bei nem Einspurer wird es aber nie schräg laufen - nur seitlich versetzt zum VR.
Lediglich der dann vorhandene Schräglauf der Kette kann zu Verlusten führen. Nicht aber beim Rollen.
(schlechteres Handling ist ein anderes Theama)

EDIT:
Selbst beim Trike macht ein schräges HR nur deswegen was aus, weil dann die Ackermanngeometrie minimalst nicht mehr 100% passt.
 
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... na, wenn ich es richtig verstanden habe gleichen manche GPS mit der Karte ab ...

Jörg
 
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Hallo James,

der gezeigte v(t)-Verlauf legt meiner Meinung nach eine Filterung/Regression vor dem Differenzieren nahe. Ich habe mir zu diesem Zweck ein Programm geschrieben, das einen künstlich verrauschten idealen Geschwindigkeitsabfall (verfüge leider nicht über reale Messwerte) einer Polynomregression einstellbaren Grades unterzieht. Das anschließende Differenzieren liefert dann ganz brauchbare Ergebnisse für eine Darstellung a über v², aus der nach einer linearen Regression direkt cr und cwA bestimmt werden.

Mit welcher Frequenz zählt denn Dein Timer/Counter hoch (ergo: wie hoch ist die reale Auflösung)?

Gruß,

Christian
 
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... na, wenn ich es richtig verstanden habe gleichen manche GPS mit der Karte ab ...
Diese "Fang-Funktion" (ich glaube neuere Geräte benötigen die gar nicht mehr) kann man aber abschalten bzw. man fährt einen Nebenweg, der gar nicht in der Karte ist.
 
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Tja, im Anhang sind die ersten Ergebnisse. Die Daten wurden mit Excel ausgewertet. Also von der Ausgangsgröße Umdrehungsdauer aus erstmal die Geschwindigkeit berechnet, danach die Verzögerung, dann die Kraft und anschließend Kraft und Geschwindigkeit in ein Diagramm gepackt.
(...)
Eigentlich sollte die Regression die Form:

y = a * x² + b * x + c

ein Ergebnis mit einem kleinem positiven b liefern. Über a und c könnte man dann Rollreibung und Luftwiderstand berechnen. Aber bei den bisherigen Ergebnissen ist an soetwas nicht zu denken.
Hi James,

Ich habe auch schon eine Reihe Messungen gemacht (und hier im Forum beschrieben) und mich mit diversen Mess- und Auswertemethoden auseinandergesetzt. Lesenswert für Dich ist wahrscheinlich das hier. Was ist die physikalische Bedeutung der gewählten Regression? Warum verwendest Du einen linearen Anteil "b*x" beim Fitten der F-v-Kurve - zur Berücksichtigung eines Geschwindigkeitsabhängigen Rollwiderstandsanteils? Ist b signifikant von Null verschieden?

Empfehlenswert ist die Messung über wesentlich breitere Geschwindigkeitsbereiche zu machen (z.B. 50 -> 5 km/h), da Daten bei hoher Geschwindigkeit zur Bestimmung des Luftwiderstandes gebraucht werden und Daten bei niedriger Geschwindigkeit für den Rollwiderstand. Man sollte auch in beide Richtungen messen und jede Messung mehrfach machen. Nur dann hat man genug Daten für eine solide Auswertung. Bei guten Daten kann sogar wenige cm Höhendifferenz der Messstrecke in der Auswertung erkennen!

David

Edit: Methoden zur Berechnung der Verzögerung bei verrauschten Daten (Ableitung der v-t-Kurve zur Ermittlung der Verzögerung)
 
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Desweiteren kann man auch ohne Beschleunigung messen.
Das Fahrzeug wird langsamer durch Reibung (sonst würde es laut Newton ewig lange bei gleicher Geschwindigkeit weiterfahren).
Da der Hänger auch seinen Teil zum Bremsen beiträgt kann man dort auch noch eine Kraft messen.
Wenn man einen infinitisimal kleinen Zeitraum anschaut ist die Geschwindigkeitsänderung vernachlässigbar und man kann so auch auf seinen Widerstand kommen.

Oh, Mann....

Was heisst den Ausrollen? Die Fahrwiderststaende bewirken eine Kraft auf die Masse des Fahrzeugs und bremsen dieses dadurch. Wenn man jetzt mal zur Vereinfachung nur den Rollwiderstand betrachetet und davon ausgeht, dass Fahrzeug und Anhaenger den gleichen Rollreibungskoeffizienten haben, rollen beide durch den eigenen Roll-Widerstand genau gleich aus (Kraft ist propotional zum Anpressdruck und damit zur Masse). Zwischen Anhaenger und Fahrrad entsteht also ueberhaupt keine Kraft. Die Kraefte, die da evtl. auftreten, sind lediglich den Unsymetrien zwischen Fahrrad und Anhaenger relativ zur Masse geschuldet, die durch unterschiedliche Bereifung oder den Luftwiderstand hervorgerufen werden. Um den Rollwiderstand zu messen ist das voellig ungeeignet. Auch deine "infinitesimale Betrachtung" aendert gar nichts an den Kraefteverhaeltnissen.

Was funktioniert, ist ein Ausrollversuch mit einem ganzen Fahrzeug bei dem die Massetraegheit gegen die Fahrtwiderstande gerechnet werden oder aber das Ziehen mit konstanter Geschwindigkeit, bei dem die Zugkraft gemessen wird.

Fabi

PS: Ich hoffe mal fuer dich. dass hier keiner deiner Professoren mitliest.
 
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..bei einer Scheitelrolle würde eine schlecht eingestellte Spur genau so eingehen wie bei normaler Straßenfahrt. Auf einer Doppelrolle wüde das zu fiesen Verfälschungen führen, daher geht nur Scheitel.
 
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Servus,

@ Fabi
Ich weiß das man nur die Differenz des Rollwiderstandes misst. Ich ging davon aus, das du dachtest das man ohne Antrieb den RoWi gar nicht messen kann. Sorry für diese (doch recht doofe) Unterstellung.
Da ich aber immer das selbe Rad nehme, kann man dessen RoWi ausmessen und dann gucken.
Problem dabei ist aber wirklich der Aufwand des Ausmessens des "Referenzfahrzeugs" und der recht große Fehler der entsteht wenn man z.b. mal andere Klamotten anhat oder der Reifendruck am Messrad anders ist.

Meine 2. Lösung war den Antrieb mit einem DC Motor zu machen. Dann fällt auch das schwankende Drehmoment beim Pedalieren weg. Das ist aber auch wieder nich billig...Wollte das deswegen umgehen.

Gruß,
Patrick

PS. manchmal bin ich echt recht froh das hier kein Prof von mir mitliest..die sind eigentlich recht hohe Kopetenz von mir gewöhnt..
 
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Da fällt mir ein, man könnte doch mit einem minimalen Gefälle ohne Wind, bei welchem das Rad gerade noch so rollt, den Rollwiderstand bestimmen !

Es ist nicht leicht, das Gelände auf die gewünschte Neigung zu kippen um den Gleichgewichtszustand zum Hangabtrieb herbeizuführen.
 
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Eigentlich sollte die Regression die Form:

y = a * x² + b * x + c

ein Ergebnis mit einem kleinem positiven b liefern. Über a und c könnte man dann Rollreibung und Luftwiderstand berechnen.

Geht so nicht. Man muss dem Fit-Algoritmus schon sagen, dass der quadratische Term null sein soll. Excel glänzt in diesem Punkt durch Amerikanismus. Mit "Opera" oder anderen Datenauswertungsprogrammen kriegt man sehr wohl einen gescheiten Fit durch die Messpunktmenge aus Deinem Versuch.

Das Rauschen der Werte kommt nicht vom Asphalt; die schlechte Auflösung / Jitter der Zeitmessung ist das eigentliche Problem.
Macht aber nix: Das ist nur für die Optik. Man fittet ja schließlich, DAMIT man aus einigen Messpunkten mit recht großer Streuung etwas brauchbares herausbekommt. Ansonsten würde es ja auch reichen die Punkte mit dem Edding zu verbinden.

Wegen dem Theater mit dem Zeitjitter des ganzen Mikrocontrollergedöhnses hab ich das halt über ne Videoaufnahme gelöst. So kriegt man Längeninformationen mit 25 Hz Auflösung, aber wichtiger ist, dass der Zeitjitter bei Videozeugs verlässlicher ist als fast alles andere, was normalen Menschen zugänglich ist. Wäre es anders, würde das Fernsehbild hüpfen.
 
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Es ist nicht leicht, das Gelände auf die gewünschte Neigung zu kippen um den Gleichgewichtszustand zum Hangabtrieb herbeizuführen.
;) Ja, das habe ich auch schon überlegt. Das Gefälle in Promille entspricht ja dann wohl ziemlich genau dem Rollwiderstandskoeffizienten. Wenn man keine geeigneten Straßenoberflächen findet, könnte man auch eine 5m lange Holzbohle nehmen und entsprechend z.B. 0,006 * 500cm = 3cm unterlegen. Aber die Bohle darf sich nicht durchbiegen - also in der Mitte auch noch unterlegen.

Mit einer Wasserwaage könnte man wohl noch eine Messgenauigkeit von einem Promill erreichen, was schon fast zu wenig ist - was erreicht man eigentlich mit diesen Laser-Dingern?
 
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Wegen dem Theater mit dem Zeitjitter des ganzen Mikrocontrollergedöhnses hab ich das halt über ne Videoaufnahme gelöst. So kriegt man Längeninformationen mit 25 Hz Auflösung, aber wichtiger ist, dass der Zeitjitter bei Videozeugs verlässlicher ist als fast alles andere, was normalen Menschen zugänglich ist.
Klingt gut. Praktisch kann ich es mir moch nicht ganz vorstellen.
Ein 1000m langes Maßband auslegen und das während des Versuchs filmen? Wohl nicht.
 
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Guten Abend;

Die Abtastfrequenz beträgt 10khz. Das sollte genug Genauigkeit liefen.

@Christian
Falls du die Roh-Daten(txt) haben willst, kann ich sie dir mal bei Gelegenheit schicken.

@lida:
Danke für die Links. Leider hab ich im Moment nicht die Zeit mir alles durchzulesen. Wird nachgeholt.
Der Polynomwert ist auf dem Bild zu sehen.
Ich weis dass das Band ziemlich bescheiden ist, aber leider ist das Signal auserhalb defacto unbrauchbar gewesen. Wenn ich mal ne ordentliche Strecke hier gefunden hab, gibts schönere Daten. Das Problem ist, das eine Stecke, die eben aussieht noch lange nicht eben ist.

@dudeldi
Ich glaub schon, dass die schlechten Werte vom Untergrund kommen. An der Auflösung sollte es nicht liegen. Am Atmega hängt ein 16 Mhz Quarz und die Abtastung ist, wie oben erwähnt bei 10 khz. Ein bisschen Rauschen hätte mich ja nicht enttäuscht, aber das Ergebnis ist alles andere als sauber.
b wollte ich nicht unbedingt eliminieren. Wobei der quadratische Anteil (vom Rollreibungswiderstand) ja sehr klein sein sollte. Wie du schon erwähnt hast, vielen dank an Excel.
Das Wort Jitter kannte ich noch gar nicht. Interessant. Vielen Dank.

Grüße, James
 
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Servus,

das Problem bei der Idee mit dem Neigen bis es rollt ist, das die Haftreibung der Lager hinzukommt und die Haftreibung an sich nicht allzugenau auf den Rollreibungskoeffizenten umgerechnet werden kann..

Gruß,
Patrick
 
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das Problem bei der Idee mit dem Neigen bis es rollt ist, das die Haftreibung der Lager hinzukommt und die Haftreibung an sich nicht allzugenau auf den Rollreibungskoeffizenten umgerechnet werden kann.
Das ist aber jetzt wirklich akademisch :rolleyes:
Dann tippst du es halt kurz an. Wenn es wieder stehen bleibt war's zu wenig, wenn es beschleunigt war's zu viel. :p
 
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Servus,

gut, das mit dem Antippen is ne Idee..verfälscht etwas das Ergebniss , wird aber wohl genauer sein als ein "echter" rolltest :)

Die Idee ist gut und lässt sich recht leicht verwirklichen (mit nem Trike...)
 
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