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Winkelmessung für Motorrad
07.12.2014, 16:18 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 07.12.2014 16:22 von Odiug.)
Beitrag #9
RE: Winkelmessung für Motorrad
(07.12.2014 10:47)Thorsten Pferdekämper schrieb:  ich denke schon, dass ein Beschleunigungssensor was misst, wenn man ihn an ein Rad anbringt. Er misst dann die "Fliehkraft". Oder meinst Du tangential?

Wenn ein Auto auf der Geraden beschleunigt, dann misst ein Beschleunigungssensor die Zunahme der Geschwindigkeit in Abhöngigkeit von der Zeit. Dieser Sensor misst keine "Fliehkräfte", die treten auf einer Geraden gar nicht auf.
Wenn ich dies nun auf das Rad oben umsetzte, wird er - wenn das Rad anfängt sich zu drehen - etwas anzeigen, das Rad beschleunigt ja. Hat das Rad dann eine konstante Geschwindigkeit erreicht, dann ist aber die Beschleunigung (Zunahme der Umdrehungen pro Zeit) gleich 0. Natürlich wirken Fliehkräfte, aber diese dürfte ein Beschleunigungssensors nicht messen.
Die physikalische Einheit für die Beschleunigung ist m/s^2. Kräfte haben immer was mit der Masse - also kg - zu tun.
Wenn Du sagst, das Auto beschleunigt mit 2m/s^2, dann ist Dir die Masse egal. Das Du bei einem schweren Auto mehr Kraft benötigst, ist klar, aber danach ist ja nicht gefragt.

(07.12.2014 10:47)Thorsten Pferdekämper schrieb:  Das mit dem Lot und dem Poti würde meiner Meinung nach nicht funktionieren. (Mal von der praktischen Machbarkeit auf einem Motorrad abgesehen.) Damit würdest Du nämlich die Beschleunigung messen. So lange die "obere" Befestigung fest mit dem Motorrad verbunden wäre, würde das Lot immer in Richtung der Resultierenden aller Beschleunigungen zeigen, und das ist wahrscheinlich irgendwo in der Nähe der Räder. (Laut Einstein oder sogar schon Newton kann man nicht zwischen Gravitation und anderen Beschleunigungen unterscheiden.)

Korrekter Einwand. Wobei ich nicht die Beschleunigung, sondern die Fliehkräfte mit aufnehmen würde. Die Beschleunigung wirkt in Fahrtrichtung, ich würde aber das Poti quer zur Fahrtrichtung anbringen, weil ich ja den Winkel der Schräglage messen will.

(07.12.2014 10:47)Thorsten Pferdekämper schrieb:  Der Witz bei einem Gyroskop ist, dass die Lage der "Referenz" im Raum stabil bleibt, auch wenn Beschleunigungen darauf wirken. Dadurch kann man Winkel zu dieser Referenz messen, auch wenn man das Ding bewegt. (Soweit ich das verstanden habe.) Ich gehe mal davon aus, dass Beschleunigungen auch auf das Gyro wirken und so mit der Zeit die Messung verfälschen.

... da muss ich noch an meinem 'Verstehen" basteln. :-)

(07.12.2014 11:22)HaWe schrieb:  verstehe ich es richtig, du willst die Schräglage messen?

Ja :-)

(07.12.2014 11:22)HaWe schrieb:  Ein am Rahmen angebrachter Gyro geht aber sehr wohl, es ist ja prinzipiell genau das, was auf Schiffen und im Flugzeug als Gyroskop (Kreiselsensor) eingesetzt wird für künstliche Horizonte.
Gyros messen allerdings (wie du sicher weißt) per se keine Winkel, sondern Winkelgeschwindigkeiten, also musst du die Gyro-Drehgeschwindigkeits-Werte über die Zeit integrieren, um den augenblicklichen Lagewinkel zu erhalten.

Dabei hast du auf dem Motorrad gegenüber Flugzeugen (zumindest wenn sie Kunstflug betreiben) den großen Vorteil, dass das (zusätzlich auszurechnende) Langzeit-Integral über alle Winkel immer annähernd Null ist, denn im Mittel ist das Motorrad ja immer wieder in die Senkrechte ausbalanciert und macht keine Saltos oder Rollen.

Gut. Normalerweise.

D.h. aber für alle Motorräder, die keine Saltos oder Rollen machen:

Du kannst den momentanen Gyrowert immer durch einen Offset berichtigen, der dem Integral über alle bisherigen Winkel entspricht.
(Manuell kann man den Gyro auch jederzeit nacheichen, wenn sich das Motorrad in der Senkrechten befindet.)

Und schon hast du die Gyro-Drift herausgerechnet .

Übrigens würde ich keinen analogen Gyro empfehlen, weil dessen Messwerte auch durch kleine Betriebsspannungsänderungen beeinflusst werden. Ein I2C-Gyro ist aber dagegen inert.
Cool

Hört sich gut an. Also werde ich mir mal so ein Ding bestellen und experimentieren. Danke für den Tipp "I2C"

(07.12.2014 11:51)Bitklopfer schrieb:  Das Nullen mußt eben so auslegen das nach sagen wir mal 10...60 Minuten der aktuelle wert zu Null wird...oder so...also saulangsam...Messtechnisch gesehen. Und auf's Zehntel Grad wirst es kaum haben müßen...Tongue

Ne, 0,5 bis 1 Grad Genauigkeit reicht völlig.
Aber 10...60 Minuten geht gar nicht. Das muss direkt nach dem Starten zur Verfügung stehen.


Also "künstlicher Horizont" ist gut. Wenn man den hat, dann dürfen die abweichenden Winkel auch nicht mehr weit sein. Mit den Begriffen "Drift, etc." komme ich noch nicht zurecht.
Wäre ein MPU6050 der richtige Einstieg? Welche Library empfiehlt Ihr dazu?
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07.12.2014, 17:00
Beitrag #10
RE: Winkelmessung für Motorrad
Hi,
wo hast Du denn Physik gelernt?

Die Flieh"kraft" ist proportional zur Masse, auf die sie wirkt. Wenn irgendwas beschleunigt wird, dann wirkt darauf auch eine Kraft, die zur Masse proportional ist. Wenn man also ein Gewicht hat (z.B. ein Beschleunigungssensor), dann kann man sehr wohl Kraft und Beschleunigung als äquivalent ansehen. Der Sensor hat ja immer die gleiche Masse. (Das Prinzip kann man auch auf Beschleunigungen und die Gravitation anwenden. Wenn man das ganz, ganz bis zum Ende durchdenkt, dann landet man bei der allgemeinen Relativitätstheorie.)
Ein Beschleunigungssensor kann gar nicht zwischen einer Kraft und einer Beschleunigung unterscheiden. Wie auch?
(Vielleicht nochmal zum Verständnis von "Kraft": Wenn Du auf dem Boden stehst, und jemand Dir auf den Kopf drücken würde, dann wirkt auf Dich in Summe (!) keine Kraft, zumindest solange Dein Körper und der Boden fähig ist, eine entsprechende Gegenkraft aufzubringen.)

So, jetzt zurück zum Rad: Genau genommen ist das mit der "Fliehkraft" falsch. Physikalisch korrekt ist, dass in einer Kreisbewegung die Zentripetalkraft aufgebracht werden muss, um die Bewegung im Kreis zu halten. D.h. wenn man mal ein Teil des Reifens betrachtet, dann wirkt während des Fahrens ständig eine Kraft nach innen. Oder anders gesagt: Jeder Teil des Reifens wird ständig nach innen beschleunigt. Das würde dann ein Beschleunigungssensor messen, der außen am Rad angebracht ist. (Auch wenn das Motorrad aufgebockt ist und sich gar nicht bewegt.)

Wer bis hierhin folgen konnte, der würde sagen: Aber Moment mal, wenn ich im Reifen ein Gewicht "aufhängen" könnte, dann würde das doch nach außen gedrückt. Das stimmt, aber betrachten wir mal das ganze in einer "geradeaus"-Beschleunigung: In einem Auto hängt ein Pendel und das Auto beschleunigt. Dann pendelt das Pendel nach hinten (!), obwohl ja niemand daran zweifeln würde, dass die Kraft, die das Auto beschleunigt, nach vorne wirkt. Das bedeutet, dass es ganz normal ist, dass ein Pendel in die Richtung pendelt, in der die Kraft (oder die Beschleunigung) nicht wirkt. Dasselbe gilt am Rad (oder im Reifen): Genau der Umstand, dass alles, was nicht festgemacht ist, nach außen wegfliegt, zeigt, dass am Rad eine Beschleunigung nach innen vorhanden sein muss.
q.e.d.

Sodele, aber was am Rad passiert, ist Dir ja eigentlich egal. Wie schnell sich das Rad dreht sagt Dir ja im Prinzip schon Dein Tacho. (Ja, ich weiß, km/h sind nicht U/min, aber da muss man nur mal durch den Radumfang teilen.)
Was ich bei der Schräglage gemeint hatte, war die Fliehkraft (oder korrekt: Zentripetalkraft), die beim Fahren einer Kurve wirkt. Dies kann man als eine Beschleunigung auffassen (zur Not teilt man die Kraft durch das Gewicht des Pendels), welche radial zu Kurve wirkt. Das ist dieselbe Richtung (vielleicht mal -1), in der Dein Pendel hängen würde. Dein Pendel würde daher Richtung Motorrad ausschlagen. Es kann auf gar keinen Fall zwischen der Erdbeschleunigung (auch Schwerkraft genannt) und der Zentripetalkraft unterscheiden.

Übrigens: Wenn Du zu schnell in die Kurve gehst und rausfliegst, dann wirkt keine Kraft mehr. Das bedeutet nämlich, dass die Reibung zwischen Straße und Rad ihren Teil der Zentripetalkraft nicht mehr aufbringen kann. Dann wirkt erstmal keine Kraft mehr, was eine gleichförmige geradlinige Bewegung verursacht, zumindest bis zum ersten Kontakt mit einem Hindernis.

Gruß,
Thorsten

Falls ich mit einer Antwort helfen konnte, wuerde ich mich freuen, ein paar Fotos oder auch ein kleines Filmchen des zugehoerigen Projekts zu sehen.
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07.12.2014, 17:47 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 07.12.2014 18:56 von dqb312.)
Beitrag #11
RE: Winkelmessung für Motorrad
Hallo,

bitte nicht vergessen, dass das Motorrad in Kurvenlage seine Richung in 2 Achsen verändert - nämlich zum Kurveninneren und durch die Schräglage (Bezugspunkt ist das Motorrad und nicht die Straße) auch nach oben. Die Resultierende Drehung passiert dem zufolge nach innen oben. Bei Flugzeugen ist das offensichtlicher, da hier schräg gelegt wird und die Kurve durch Seiten- und Höhenruder geflogen wird. Ansich müsste eine Messung der beiden Drehbewegungen auch über ihr Verhältnis zueinander die Schräglage ermittelbar machen.

Eine weitere Idee wäre über GPS. Im NMEA-Datensatz ist u.A. (wenn eingestellt) die Koordinate (mit Höhe), die Geschwindigkeit und die Richtung enthalten.
Da sich die Schräglage durch Änderung der Richtung und Geschwindigkeit ergibt, kann man sie aus 2 aufeinanderfolgende Richtungen und der aktuellen Geschwindigkeit errechnen. Allerdings kommen die Werte im Sekundentakt - falls das reicht. Ich weiß nicht, ob es Empfänger gibt, welche in kürzeren Intervallen die Daten sendet. Da wird es auch Grenzen wegen der Dauer zur Übertragung eines Datensatzes geben.

Gruß Rainer
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