Durchschnittsgeschwindigkeit über 40 km/h - Realität oder Selbsttäuschung

[eins4eins]

In der Geo haben sie wohl die 55mm Stack des flachsten Cockpits berücksichtigt.

Laut Framepass ist der Stack in der Geo Tabelle nur der Rahmen stack. Cockpit stack kommt noch oben drauf.

 

[captain hook]

Laut Framepass ist der Stack in der Geo Tabelle nur der Rahmen stack. Cockpit stack kommt noch oben drauf.

Das meine ich ja. Der Stack in der Tabelle sieht extrem niedrig aus. Da kommt aber ja das Cockpit drauf und entschärft das wieder.

 

[BergHügi]

Ein paar Gedanken zum Thema.
Betreibt jemand ernsthaft Leichtbau, ist eine gute Waage nötig. Ein seriöser Autotuner hat einen Leistungsprüfstand. Sollen für einen Ottonormalradler 40 km/h Realität werden, wäre ein Messmittel fein, um aerodynamische Eigenschaften zu quantifizieren. Leider gibt es hierfür kein einfaches Messmittel wie eine Waage. Selbst ein geschultes Auge ist wenig verlässlich.
Leistungsmesser zusammen mit Geschwindigkeitssensoren am Rad, in der definierten Umgebung einer Radrennbahn, können ein passables Messmittel ergeben.


Vorsicht !!! Absolute Nerd-Gefahr !!! Weiterlesen auf eigene Gefahr !!!

Nachfolgend eine Aufzeichnung / Auswertung eines Aerotests auf einer 250m Bahn. Interessierte können bei Studium auch viel darüber erfahren, was beim Bahnfahren so abgeht.

Einige Erklärungen hierzu. Links auf dem Bild sind diverse Parametereinstellungen einzusehen.
Im Diagramm unten sind die Geschwindigkeit, vW, gemessen mit einem Radsensor, die Geschwindigkeit des Schwerpunktes, vCG, und die Geschwindigkeit des Luftwiderstandmittelpunkts, vCP, aufgetragen. Die Geschwindigkeiten variieren periodisch, ja nachdem ob auf einer Geraden oder in einer Kurve.
Im dritten Diagramm von unten ist die Tretleistung aufgetragen. Es wurde ein Quarq-PM verwendet, dieser liefert ein ANT+ power only Signal (blau) und ein ANT+ crank torque Signal (grün). In rot ist hier die Leistungskurve aufgetragen, die sich aus Chi²-Fits eines Bewegungsmodells über jeweils ein ¼ Runde an die Messkurve ergeben. Die Leistungsabgabe des Probanden schwankte zwischen ca. 200 und 400 W. Solch eine Schwankung ist durchaus nicht unüblich.
Dazu ist hier noch eine Kurve der schwankenden Normalkraft aufgrund der Zentrifugalkraft in den Kurven aufgetragen.
Im Diagramm oben sind CdA-Werte über der Zeit aufgetragen. Es sind drei verschiedene Ansätze zur Lösung der Bewegungsgleichung realisiert. In Rot, der Fit eines beschriebenen Modells über jeweils ein ¼ Runde. In Blau, Lösungen über ½ Runden eines „virtual elevation“ Formalismus nach Chung (ähnlich wie in GoldenCheetah). Und in Schwarz, die direkten Lösungen der Bewegungsgleichung gemittelt mit Hilfe eines gleitenden Mittelwertfilters mit 10s Breite. Die CdA Werte nach den drei Lösungsansätzen unterscheiden sich wenig.
Interessant hier, der Proband hatte in 1/2 R21 Schwierigkeiten in der Kurve, machte einen großen Schlänker über die schwarze Linie hinaus und fuhr 127,4m weit! Entsprechend gab es Probleme in der CdA-Ermittlung.

 

[Teutone]

Interessant wäre, da Du Kritik an Tests mit einfacheren Methoden (nur Watt und Speedsensor) geäußert hast, wie sich Eure Ergebnisse von einem solch einfachen Verfahren unterscheiden.

Du gibst zwar Einblick in die Komplexität Eurer Messungen und Berechnungen, aber Komplexität allein bringt noch keinen Mehrwert. Wo liegt der tatsächliche Unterschied in % oder Watt zu einem Probanden, der 45 Km/h auf der selben Bahn fährt und man anschließend schaut, wieviel Watt er getreten hat? Habt Ihr das mal verglichen? Das wäre das wirklich Interessante, denn letztlich ist es ja das was zählt, "wieviel Watt ist dieses Laufrad oder jene Position schneller?"

(Oder, um auf Dein Beispiel zurückzukommen, wenn Du wissen willst, was Du wiegst, kannst Du Dich in eine randvolle Badewanne legen, das überlaufende Wasser auffangen, abmessen, die Menge x 1,01 Kg/ltr. multiplizieren.. oder Dich auf eine Waage stellen. Interessant wird es erst, wenn die Ergebnisse unterschiedlich sind.)

 

[BergHügi]

Interessant wäre, da Du Kritik an Tests mit einfacheren Methoden (nur Watt und Speedsensor) geäußert hast, wie sich Eure Ergebnisse von einem solch einfachen Verfahren unterscheiden.

d^gn hat es geschrieben, man weiß nicht wirklich wie gemessen wurde, darin bestand meine leichte Kritik. Aus den gezeigten Tabellenwerten und den Bildern vermute ich, dass „einfach“ ausgewertet wurde, könnte aber auch anders abgelaufen sein.

Du gibst zwar Einblick in die Komplexität Eurer Messungen und Berechnungen, aber Komplexität allein bringt noch keinen Mehrwert. Wo liegt der tatsächliche Unterschied in % oder Watt zu einem Probanden, der 45 KM/h auf der selben Bahn fährt und man anschließend schaut, wieviel Watt er getreten hat? Habt Ihr das mal verglichen? Das wäre das wirklich Interessante, denn letztlich ist es ja das was zählt, "wieviel Watt ist dieses Laufrad oder jene Position schneller?"

Komplexität der Komplexität wegen wäre Selbsttäuschung.

Aber lasst mich die Messproblematik hier in einem Zwischenschritt umreißen. Das Messmittel Bahntests ist nicht so trivial wie es erscheint, da Bahnfahren hoch dynamisch ist. Ich denke, dass sollte bei einem Blick auf die gut aufgelösten Messwerte oben deutlich werden. Aerotests in dem stillgelegten Tunnel auf der Insel sind wesentlich weniger dynamischen und damit leichter auszuwerten.
Es ist ein Leichtes einfach Mittelwerte zu bilden, in die Bewegungsgleichung einzusetzen und danach nach CdA aufzulösen. In der Grafik oben sieht man die Ergebnisse davon rechts oben. Damit handelt man sich jedoch ein Problem ein, welche Durchschnittsgeschwindikeit setzt man ein? Die vom Sensor berechnete Abrollgeschwindigkeit? Die, je nachdem wie die schwarze Linie in den Kurven getroffen wird, über- oder unterzeichnet? Oder eine ebenfalls errechnete Durchschnittsgeschwindigkeit des Schwerpunktes? Ode vielleicht die Strömungsgeschwindigkeit aus einem Aerosensor? Oben hinsehen und man erkennt welche Unterschiede im Ergebnis für CdA in dem einen speziellen Fall auftauchen. Und schlimmer, Ich habe es vielfach durchexerziert da in TT++ implementiert, der berechnete CdA schwankt je nachdem wann mit der Mittelung begonnen und wann abgebrochen wird. Er schwankt wenn allgemein nicht gleichmäßig geradelt wurde. Er schwankt wenn Runden weit ab von der schwarzen Linie berücksichtigt werden oder nicht.
Eine weitere Problematik taucht auf, wenn man einzig „Garmin-Aufzeichnungen“ heranzieht, kann man fehlerhafte Messwerte erkennen? Oder wann z.B. durch einen Schlenker gebremst wurde, um Ausreißer auszuschließen?
Wenn alles mögliche getan wird, um solche Probleme zu vermeiden können die Ergebnisse gute Qualität haben. Jedoch tragen Probanden i.d.R. nicht den Namen Teutenberg.
Um nicht Mist zu messen, sollte man immer zumindest eine Vorstellung vom Messfehler haben. Bei der umrissenen einfachen Methode würde ich von mindestens 5 W Unterschied bei genormten 45 km/h 21C und 1013hPa zwischen zwei Testläufen ausgehen, um 90% sicher zu sein. Mit der „komplexen“ Auswertung haben mir 3W genügt, um 400€ für ein Schnickschnack auszugeben

(Oder, um auf Dein Beispiel zurückzukommen, wenn Du wissen willst, was Du wiegst, kannst Du Dich in eine randvolle Badewanne legen, das überlaufende Wasser auffangen, abmessen, die Menge x 1,01 Kg/ltr. multiplizieren.. oder Dich auf eine Waage stellen. Interessant wird es erst, wenn die Ergebnisse unterschiedlich sind.)

Ich käme nicht auf die Idee eine Badewanne zur Bestimmung meines Übergewichtes heranzuziehen, sollte ich da vorher ausatmen und dann untertauchen? Da faß ich doch den Speck an und schätze, für Zwift reicht dieses Messmittel allemal

 

[d^gn]

ideal fürs stadtrad

 

[Teutone]

Er schwankt wenn allgemein nicht gleichmäßig geradelt wurde. Er schwankt wenn Runden weit ab von der schwarzen Linie berücksichtigt werden oder nicht.

Es ist ein Leichtes einfach Mittelwerte zu bilden, in die Bewegungsgleichung einzusetzen und danach nach CdA aufzulösen. In der Grafik oben sieht man die Ergebnisse davon rechts oben. Damit handelt man sich jedoch ein Problem ein, welche Durchschnittsgeschwindikeit setzt man ein? Die vom Sensor berechnete Abrollgeschwindigkeit? Die, je nachdem wie die schwarze Linie in den Kurven getroffen wird, über- oder unterzeichnet? Oder eine ebenfalls errechnete Durchschnittsgeschwindigkeit des Schwerpunktes? Ode vielleicht die Strömungsgeschwindigkeit aus einem Aerosensor? Oben hinsehen und man erkennt welche Unterschiede im Ergebnis für CdA in dem einen speziellen Fall auftauchen.

Hier geht es Dir aber scheinbar darum, den CdA möglichst genau zu ermitteln, was prinzipiell okay ist, vielleicht zum Vergleich mit anderen, oder weil der Kunde den Wert wissen muss, da man die 0,2 anstrebt. Und welche Probleme die CdA-Berechnung mit sich bringt, sieht man ja auch schön an dem Schlenker des Knaben, als er (vor Schreck?) auf einmal nur 150 Watt tritt, aber wegen Massenträgheit natürlich weiterhin 47 rollt, da sagt sich die Software, "Krass, da geben wir ihm mal 2 Sekunden lang nen CdA von 0,16!". Das kann man dann alles über Mittelwerte und Körperschwerpunkte und verschiedene Ansätze mitteln, und am Ende bekommt man sicherlich einen sehr genauen CdA.

Aber CdA ist ein bissl wie VO2max, jeder redet drüber, man vergleicht sich gern, kann die Werte selbst nur recht ungenau schätzen, aber mal will über, oder in diesem Fall unter einen bestimmten Wert.. aber letztlich läuft es für einen persönlich alles auf den Knackpunkt hinaus: wieviel Watt ich bei einer Geschwindigkeit treten muss, und macht mich dieser Einteiler schneller oder jenes Laufrad langsamer.

Und meine Linie sollte ich natürlich, wenn auch nicht ideal, so doch wenigstens jedes Mal halbwegs gleichschlecht halten können. Wenn ich einen Testlauf/Runde sauber fahre, und mich dann 3 Meter aus der Steilkurve hochtragen lasse, dann würdest vermutlich auch Du dazu übergehen, die Runde lieber einfach nochmal zu wiederholen, als nun zu versuchen, das rauszurechnen.

Ich glaub, ich würde es so beschreiben, korrigier mich gern: mit den einfachen Methoden kann man durchaus ganz gut sein Equipment, seine Position verbessern. Aber wenn ich meinen CdA mit anderen vergleichen will, mein Potential ermitteln ("mach mich wie Remco!"), dann ist "Euer" Equipment angesagt.

 

[KonniR]

Aber CdA ist ein bissl wie VO2max, jeder redet drüber, man vergleicht sich gern, kann die Werte selbst nur recht ungenau schätzen, aber mal will über, oder in diesem Fall unter einen bestimmten Wert.. aber letztlich läuft es für einen persönlich alles auf den Knackpunkt hinaus: wieviel Watt ich bei einer Geschwindigkeit treten muss, und macht mich dieser Einteiler schneller oder jenes Laufrad langsamer.

Und wie willst Du das beurteilen, wenn das Auflösungsvermögen einer Mittelung dieser Aufgabe gar nicht gerecht wird? Ich denke so ziemlich jeder fängt bei der Art von Tests doch mit Mittelung an, aber spätestens, wenn man zwischen den Runs, bei der Verifizierung oder der nächsten Testsession mit dem gleichen Setup einen Unterschied von 15W @ 45 km/h (draußen) hat, kommt man ins Grübeln.

 

[BergHügi]

Eins vorneweg, wenn ich mit dem Sch...-Pad auf dem stillen Örtchen sitze, entwickle ich nicht den Anspruch eine wissenschaftliche Arbeit zu schreiben .

Ich glaub, ich würde es so beschreiben, korrigier mich gern: mit den einfachen Methoden kann man durchaus ganz gut sein Equipment, seine Position verbessern. Aber wenn ich meinen CdA mit anderen vergleichen will, mein Potential ermitteln ("mach mich wie Remco!"), dann ist "Euer" Equipment angesagt.

Meine Motivation ist zweierlei. Auf der einen Seite ist es Neugier und die Lust "besser" zu werden, die das Heranwachsen meines Babys „TT++“ bzw. „Aerotesten auf der Bahn“ vorantreiben (meine berufliche „Rocket-Science“ kann trocken werden ).

Auf der anderen Seite möchte ich gerne dazu beitragen, dass Freunde schneller werden, um gegebenenfalls Rennen zu gewinnen. Vergleiche absoluter CdA-Werte interessieren mich da weniger. Die großen Sachen sind schnell abgegrast. Danach kann man auf die Suche der berüchtigten „marginal gains“ gehen. Meine Erfahrung zeigt, mit vielen marginal gains ist noch einiges machbar. Je kleiner die gains, umso präziser muss das Messmittel sein.

Ich selbst dürfte oben eigentlich keine 4 signifikante Stellen für P und CdA angeben da die hierzu nötige Präzision nicht gegeben ist (hat ganz profane, programmiertechnische Gründe). Jedoch bin ich mir dieser Selbsttäuschung bewusst und veröffentliche es so lediglich hier.

 

[Blödmannsgehilfe]

Ich kenne mich nicht 100%ig aus, noch weniger im Feld der Aerodynamik und habe ja auch keine Ahnung wie ihr die Messdaten verwertet.. Werden die Daten nicht durch Filter bereinigt? In der Uni haben wir zB sehr gerne mit Kalman-Filtern gearbeitet, um schwierige Messungen sehr clever geradezubiegen.

 

[KonniR]

Da fehlt mir gerade ein wenig die Phantasie, wie das gehen soll. Als Zustandsgleichung müsste dann ja die Bewegungsgleichung dienen, von der wir einen substanziellen Teil herausfinden wollen.

Der Ansatz mit Modellierung und Fitting ist aber recht ähnlich: Da das Modell ohnehin smoothe Daten liefert, ist Noise gar nicht so schlimm, wenn es sich nicht gerade um richtige Ausreißer handelt. Es wird ja ohnehin ein Misfit berechnet, der je nach Norm auch einen Error-estimate und evtl. eine Gewichtung beinhaltet.

 

[BergHügi]

Ich kenne mich nicht 100%ig aus, noch weniger im Feld der Aerodynamik und habe ja auch keine Ahnung wie ihr die Messdaten verwertet.. Werden die Daten nicht durch Filter bereinigt? In der Uni haben wir zB sehr gerne mit Kalman-Filtern gearbeitet, um schwierige Messungen sehr clever geradezubiegen.

KonniR hat es bereits umrissen. In Stichworten meine Auslassungen hierzu:

Auf der Bahn wird die interessierende Größe CdA keineswegs direkt gemessen sondern "irgendwie" aus Sensordaten abgeleitet. Wie KonniR andeutet, können die im Raum stehenden Modellierungs-, Fit-, Mittelungs-Ansätze als eine Art adaptive-Filterung aufgefasst werden.

Die Sensordaten können oder werden tatsächlich vor Einsätzen in die Gleichungssysteme gefiltert.
Das Geschwindigkeitssignal eines ANT+ Sensors ist aufgrund des Übertragungsprotokols oder des vewendeten Quarzes verrauscht (oben im Bild kann man bei genauer Betrachtung an der grünen Kurve dieses Rauschen sehen).
Die Geschwindigkeit geht u.a. kubisch in die Luftwiderstandsleistung ein. An dieser Stelle würde ich einen Filter vermeiden, der die Geschwindigkeitsspitzen wegfiltert. Ich habe z.B. einen Savitzky-Golay-Filter implementiert. Solange die Filterbreite für die Geschwindigkeit nicht zu groß gewählt wird, täte es auch ein Mittelwertfilter, der Einfluss bleibt klein. Ein 10 Runden langer Mittelwertfilter wäre mir jedoch zu groß.

Ähnlich, jedoch nicht ganz so kritisch, verhält es sich mit Filterung des Leistungsmessersignals und / oder der Augenblicksposition auf der Bahn.

 

[ronde2009]

Augenblickposition habe ich noch nie gehört. Was zieht man daraus?

 

[BergHügi]

Augenblickposition habe ich noch nie gehört. Was zieht man daraus?

Ist ein eigenes Wortmonster .
Solange nicht sehr vereinfacht wird, sind Bewegungsgleichungen Differentialgleichungen (zum Glück muss man keine relativistischen Effekte auf dem Rad berücksichtigen ). Da stecken die Ortsfunktionen des Schwerpunktes und des Angriffspunktes der Luftwiderstände etc. (hier wird auch bereits vereinfacht) und erste Ableitungen davon, d.h. Geschwindigkeiten drin. Auf einer engen Bahn sind die physikalischen Umstände auf den Geraden und den Kurven verschieden. Z.B. wirkt in Kurven die Zentrifugalkraft und der Schwerpunkt legt einen kürzeren Weg zurück als die Reifenaufstandspunkte.
Man kann nun eine große Vereinfachung anstellen und eine Radbahn als lange und ebene Gerade ohne Höhenfluktuation nähern, damit ist Mittelwertbildung eine gute Lösung.
Wenn man die Ortsfunktionen, wie auch immer, abschätzt, müssen nicht so weitreichende Vereinfachungen getroffen werden.

Es gab hier in der Gegend Pläne eine Radbahn zu bauen. Ich hatte mich etwas umgehört. Ein Traum wäre in der Halle ein System fest zu installieren, dass die Orte von Transpondern in der Bahn hochaufgelöst live misst (sowas gibt es mehr oder wenig von der Stange, kostet lediglich was). Dann noch andere Sensordaten an den Rädern live aufzeichnen, einen fetten Computer und wenig vereinfachte Bewegungsgleichungen in Real-time lösen . Mir kämen dort viele, spinnerte Ideen

 

[ronde2009]

Ach so.

 

[BergHügi]

Gegenwärtig läuft eine interessante, wenn auch recht theoretisch abstrakte Diskussion zum Thema auf slowtwitch:

https://forum.slowtwitch.com/t/bottle-positions-cfd-tested-bottled-speed/1285072/24

Frage mich, ob ich mich dort einmischen soll. Früher gab´s dort, an sich nette Leut, die ich trotzdem als Aero-Mafia bezeichnet hätte. Die aktuellen Diskussionsführer haben auch recht große Köpfe.

 

[ronde2009]

Ich würde es machen. Es geht doch nur um Flaschen. Verstehe leider nichts davon.

 

[Teutone]

Sorry, aber ich habe für mich mal die Erfahrung gemacht, dass ich mich aus Foren raushalte, in denen solche Bilder gepostet wurden. Der Werbealgorithmus erholt sich nie wieder davon.

 

[Teutone]

..aber der Thread.. scheint mir doch recht realitätsfern zu sein. Eher so nach dem Motto, "Ich habe ein tolles Programm, was kann ich damit machen?". Selbst aalglatte, "einfache" Objekte wie Autos oder Flugzeuge, die man am Computer noch recht gut modellieren kann, werden im Windkanal oder draußen validiert, und auch da gibt's genügend Überraschungen. Und dann so etwas wie ein Fahrrad nebst Fahrer, mit Flaschen und allem möglichen Gedöns.. halte ich für unmöglich machbar, da etwas Brauchbares herauszuarbeiten. Was die ideale Flaschenposi angeht (so man nur eine am Rahmen haben möchte), da habe selbst aus Bahntests auch schon genau gegensätzliche Ergebnisse mitbekommen, also sowohl Unter-, als auch Sitzrohr. Hängt eben alles von der Gesamtzusammenstellung ab.

 

[BergHügi]

Ich bin als eher Experimenteller auch skeptisch. Bei den Simulanten in meiner Profession kommt‘s mir vor „sagt uns das Ergebnis und wir simulieren es euch“ . Andererseits, die Strömungssimulation, CFD, bekommt ein Strahltriebwerk schon ganz gut hin.
Vielleicht frag ich einfach mal an, zur Probe auf‘s Exemple. Im welchen Format braucht er die 3D Daten. Dann bitte ich einen Kollegen hier einen Bekannten zu scannen und dann kucken was die CFD ausspuckt. Eine Rechnung soll ja für gerade 10€ machbar sein.