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Forum "Physik" - Beschleunigungsmessung
Beschleunigungsmessung < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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Beschleunigungsmessung: Idee
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 10:09 Sa 21.10.2017
Autor: mike1988

Hallo liebes Forum,

Es geht nicht so sehr um eine wirkliche Aufgabe, sondern eher mehr um einen Denkanstoß bzw. eine Idee.

Ich beschäftige mich derzeit mit Beschleunigungsmessungen in vertikaler Richtung durch ein Messfahrzeug. Über diese Messungen sollen Unebenheiten und Fehler einer Autobahn klassifiziert werden. Unglücklicherweise fahren die Messfahrzeuge mit unterschieelichen Geschwindigkeiten, weshalb die aufgezeichneten Beschleunigungswerte nur bedingt miteinander vergleichbar sind. Von der physikalischen Seite her ist mir klar, dass bei höheren Messgeschwindigkeiten ein gleicher Schaden auf der Straße deutlich höhere Beschleunigungen in vertikaler Richtung bewirkt.

Meine Idee war nun, die gemessenen Beschleunigungswerte zu normieren, in dem ich diese durch die mittlere Messgeschwindigkeit zum Quadrat dividiere. Ich bilde also kurze Abschnitte von 5 m, berechne die mittlere Messgeschwindigkeit und dividiere jeden gemessenen Beschleunigungswert innerhalb dieses Abschnittes durch diese mittlere Geschwindigkeit im Quadrat.

Scheint euch dieser Ansatz plausiebel und vorallem physikalisch richtig oder gäbe es andere Möglichkeiten, den Messgeschwindigkeitseinfluss aus den Beschleunigungsdaten zu eliminieren?

Vielen Dank für eure Hilfestellungen,
Lg

        
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Beschleunigungsmessung: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 17:24 Sa 21.10.2017
Autor: Event_Horizon

Hallo!

Das mit der quadratischen Geschwindigkeit sieht zunächst gut aus. Wenn f(x) das Profil (die Höhe) der Bahn ist, ist f(v*t) die Höhe während der Fahrt, und die zweite Ableitung, die die Beschleunigung ergibt, ist  ist $v^2f''(v*t)$.

Aber:

> Von der physikalischen Seite her ist mir klar, dass bei höheren Messgeschwindigkeiten ein gleicher Schaden auf der Straße deutlich höhere Beschleunigungen in vertikaler Richtung bewirkt.

So einfach ist das nicht, denn da spielt noch die Federung mit rein. Eher kleine Schlaglöcher werden vom Auto bei höheren Geschwindigkeit quasi überflogen, die Karosserie folgt dem kurz abtauchenden Rad kaum. Bei niedrigerer Geschwindigkeit tut sie das doch.

Dein Sensor müßte meiner Meinung nach zumindest auf einer Achse des Fahrzeugs sitzen, und die Reifen gut aufgepumt sein, um nicht zu sehr zu federn.

Wenn du die Möglichkeit hast, fahre doch mal eine Messstrecke mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, und vergleiche die Daten, dann siehst du auch, ob der Ansatz funktioniert.

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Beschleunigungsmessung: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 23:39 Sa 21.10.2017
Autor: mike1988

Hallo und guten Abend.

Vielen vielen Dank für die ausführliche Erklärung.

Bezüglich Federung hast du natürlich recht, deshalb sind die Sensoren direkt auf der Achse montiert - weshalb zwar noch die Federwirkung der Räder übrig bleibt, aber wie du schreibst, mit genügen Luft in den Reifen sollte es funktionieren.

Die Idee mit den unterschiedlichen Geschwindigkeiten hatte ich auch, allerdings findet eine solche Messfahrt nur alle 1/2 Jahre statt und ich kann kaum abschätzen, inwieweit sich der Schaden zwischen 2 Messfahrten vergrößert hat.

Somit werde ich den Ansatz mit [mm] v^{2} [/mm] vorerst mal umsetzen und mal schauen.... Vielen Dank jedenfalls nochmals!

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Bezug
Beschleunigungsmessung: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 13:55 So 22.10.2017
Autor: Event_Horizon

Hallo!

Es stimmt, es macht keinen Sinn, das ganze anhand von echten Messungen, die alle zwei Jahre stattfinden, herausfinden zu wollen. Abgesehen von den zeitlichen Veränderungen der Strecke willst du so ne poplige Messreihe ja auch schneller in den Händen haben. Und der Wagen kann auf einer echten Autobahn auch nicht beliebige Geschwindigkeiten fahren.

Ich dachte eher daran, daß der Messwagen - oder die Apparatur - doch sicher irgendwo steht, und es sicher möglich sein sollte, auf einer Teststrecke abseits der Autobahn etwas zu experimentieren. Wenn keine echte Teststrecke zur Verfügung steht, kann man auch ne Landstraße mit wenig Verkehr nutzen, am besten mit definierten Schlaglöchern. (Dehnungsfuge einer Brücke?)

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Beschleunigungsmessung: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 08:10 Mo 23.10.2017
Autor: mike1988

Hallo Event_Horizon,

Viele Dank für deine Mitteilung. Das mit der Teststrecke habe ich auch schon angedacht und werde es vermutlich auch so, wie du es beschrieben hast, versuchen und auswerten.

Besten Dank nochmals und LG

P.S.: Sorry, wollte eine Mitteilung und keine Frage schreiben - kann ich leider nicht mehr abändern!

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Beschleunigungsmessung: Frage (überfällig)
Status: (Frage) überfällig Status 
Datum: 11:57 Mi 25.10.2017
Autor: mike1988

HalloEvent_Horizon,

Ich habe nun nochmals etwas intensiver über diese Geschichte nachgedacht.

Das mit dem experimentieren, wie du es vorgeschlagen hast, wäre natürlich eine sehr elegante Lösung. jedoch scheint es so, als ob sich die Umsetzung etwa schwieriger als erwartet gestallten wird.

Deshalb habe ich es nun nochmals von der theoretischen Seite her versucht:

Wenn ich die Beschleunigung durch das Quadrat der momentanen Messgeschwindigkeit dividiere, erhalte ich rein technisch betrachtet eine Einheit [mm] \bruch{1}{m} [/mm] was wohl kaum einer Beschleunigung entspricht. Da ich in weiterer Folge Verschlechterungen im Signal darstellen möchte, erscheint mir dies etwas schwierig, da ja die "Größenordnung" der Beschleunigung durch diese Operation verloren geht.

Eine neue Idee wäre, nicht durch die quadratische Messgeschwindigkeit zu dividieren, sondern durch ein quadratisches Verhältnis einer Bezugsgeschwindigkeit zur aktuellen Messgeschwindigkeit. In Formeln:

[mm] a_{neu}=a_{alt} \cdot \bruch{V_{Bezug}^2}{V_{Mess}^2} [/mm]

Somit würde sich einerseits die Einheit nicht ändern und andererseits könnte ich quasi die gemessenen Beschleunigungen auf jede erdenkliche Bezugsgeschwindigkeit umrechnen und somit vergleichbar machen.

Könntest du mir vielleicht noch mitteilen, was du von dem neuen Ansatz halten würdest?

Vielen Dank und GLG


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Beschleunigungsmessung: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 15:13 Mi 25.10.2017
Autor: HJKweseleit

Die 2. Ableitung ergibt tatsächlich die Einheit 1/m, das ist absolut korrekt.

Bei [mm] \bruch{dy}{dx} [/mm] kürzen sich die Einheiten weg, die nächste Ableitung bedeutet nochmals eine Division durch Meter, so dass 1/m bleibt.

Dein vermuteter Gedankenfehler ist also keiner.


Das einzige Problem bei der ganzen Geschichte ist das, was EventHorizon bereits erwähnt hat: Durch die Trägheit der Messvorrichtung kann diese über ein plötzlich absackendes Profil (teilweise) "hinwegfliegen", und das geschieht leider vorzugsweise an genau den kritischen Stellen, die du evtl. reparieren willst.



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Beschleunigungsmessung: Fälligkeit abgelaufen
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 12:20 Fr 27.10.2017
Autor: matux

$MATUXTEXT(ueberfaellige_frage)
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