Habe Probleme mit Drift bei Gyro ADIS16250

[fumir]

jetzt noch mal zum auto:

dein sensor scheint mir generell ungeeignet.
nehmen wir mal an, dein modelauto fährt mit 5m/s (18km/h) durch ne sanfte kurve mit 1m radius. dann hast du schon 4g radialbeschleunigung (a=v^2/r). dein sensor schafft aber nur 2g (oder gehts hier um ein richtiges auto, selbst dann scheint mir 2g zu wenig)

jetzt zu deinem schräglagenproblem.
nehemn wir an, deine achsen seien z.b. : x in fahrtrichtung, y nach rechts, z nach unten.
und dein sensor gibt ne spannung von 1V wenn ne beschleunigung von 1m/s^2 wirkt.

was zeigt dein sensor an, wenn das auto waagrecht steht?
nun - da kommt vermutlich x=y=0V und z=9.81V raus.
welche beschleunigung wirkt auf das auto?
na? genau: x=y=z=0m/s^2, denn das auto bewegt sich nicht!
da kann also was nicht stimmen, oder?

des rätsels lösung: dein sensor zeigt eben nicht die beschleunigung an, sondern etwas prinzipiell anders:
im sensor ist ne masse an ner feder befestigt (prinzipiell)
wird der sensor beschleunigt, drückt die masse auf die feder, die position der masse ändert sich, der sensor zeigt was an. der sensor zeigt also die kraft auf die feder an.
diese hat natürlich was mit der beschleunigung zu tun (F=ma) aber es kommt eben auf das bezugssystem an!

wenn das auto steht (vor uns auf dem boden) dann steht es relativ zu einem rotierenden, beschleunigten bezugssystem (die erdoberfläche), und deshalb zeigt der sensor nicht das an, was wir wollen: die beschleuingung relativ zu unserem rotierenden bezugssystem. sondern er zeigt die beschleunigung relativ zu einem inertialsystem an.

lassen wir das auto doch mal nen fahrstuhlschacht runterfallen.
was zeigt der sensor an?
genau: x=y=z=0V, denn jetzt ist das fahrzeug in relation zu nem inertialsystem in ruhe!

zum glück läßt sich das problem leicht beheben: wir ziehen vom z-wert einfach 9.81V ab. dann haben wir die z-beschleunigung relativ zur erdoberfläche!

[fumir]

jetzt auto teil 2:

wir lassen das auto mit v=5m/s durch ne kurve mit radius r=1m fahren.
nehmen wir mal an, das auto bleibt dabei waagrecht.
was zeigt der sensor an?
nun - er sagt uns x=0, z=9.81V und y=4V (oder y=-4V je nach kurvenrichtung)
wir ziehen 9.81V von z ab und wir erhalten: a_x=a_z=0m/s^2, a_y=4m/s^2

jetzt nehmen wir an, das auto ist am kippen: 30° geneigt
was zeigt der sensor?
das ist jetzt doch nicht so einfach, wie zuerst gedacht.
wir müssen die beiden werte z=9.81V und y=4V jeweils in ein um 30° gedrehtes sytem umrechnen und addieren.
y_n=y*cos30°+z*sin30° = 8.37V
z_n=-y*sin30°+z*cos30°= 6.50V
(zur kontrolle: sqrt(y^2+z^2) muss gleich sqrt(y_n^2+z_n^2) sein)
das sind also die neuen werte die unser gekippter sensor anzeigt.

wie kommen wir jetzt zu unseren 4g zurück, die wir eigentlich erhalten wollen?
wir kennen die gesamtbeschleunigung a=sqrt(y_n^2+z_n^2)
und wir wissen, das sich diese aus dem wert z=9.81 und dem gesuchten y zusammensetzt a=sqrt(y^2+z^2)
also (y_n^2+z_n^2)=(y^2+z^2)
oder:
y=sqrt(y_n^2+z_n^2-z^2) = 4V

und das beste: wir brauchen wirklich keinen gyro !!!

[fumir]

noch ein nachschlag gefällig?

der neigungswinkel des fahrzeugs ergibt sich als w=arctan(z/y)-arctan(z_n/y_n)
(offensichtlich auch ohne gyro)

damit kann man jetzt also sogar erkennen, wie weit das fahrzeug noch vorm umkippen ist.
(maximale neigung ist von fahrzeugbreite und höhe des schwerpunktes abhängig)
das hat jetzt aber auch rein gar nichts mehr mit beschleunigung zu tun

wenn du jetzt immer noch nen gyro einbauen willst, dann denk doch mal über nen propeller aufm dach nach *fg*

ach - und vergiss nicht:
wenn du die beschleunigung in fahrtrichtung (gasgeben/bremsen) messen willst, dann beachte, das sich das fahrzeug wegen der federung in der xz-ebene dreht

[reflection]

Also, ich schnalle es nicht, aber anscheinend bin ich einfach zu blöd. Werde mir das ganze noch einmal durch den Kopf gehen lassen. Ich stehe jetzt einfach zwischen verschiedenen Aussagen. Die einen sagen es geht ohne Gyro, so wie Du, die anderen sagen es braucht zwingend Gyros. Meine Infos habe ich von zwei Leuten (beide Doktor in Physik) und ich kann mir irgendwie nicht vorstellen das beide keine Ahnung haben. Werde es mir aber wie gesagt mit all Deinen Formeln am Wochenende mal durchrechnen. Langsam aber sicher lege ich glaube ich das Projekt auf Eis. So kanns ja nicht weitergehen, dann bin ich in 5 Jahren ja noch nicht fertig.
Übrigens, wieso muss dann in einem guten GPS System ein Gyro rein????? Das würde ja dann laut Deinen Aussagen auch ein Beschleunigungssensor tun (ist sicher günstiger), ist aber in der Praxis immer ein Gyro.

Gruss reflection

PS: Was genau ist bei Dir x und was x_n?

PPS: Es handelt sich übrigens nicht um ein Modellauto, sondern um ein richtiges Fahrzeug. Zu den 2g, die reichen gut aus. Schau sonst mal was ein Porsche o.ä. an Kurvenbeschleunigung hinbekommt

[fumir]

sollen doch die doktoren (damit kann ich leider nicht dienen) meine formeln mal checken, und gegebenfalls korrigieren. kann ja auch sein, das ich der bin, der zu doof ist
ich hatte es übrigens heute morgen auch erst mal falsch hier rein gestellt und mußte alles noch mal neu schreiben. ist also nicht so ganz banal, die sache (kann man aber trotzdem mit maximal gymnasialwissen hinbekommen).

[edit]
(
ein gps integriert die beschleunigungswerte um damit auf den zurückgelegten weg zu kommen. das ganze funktioniert prima, solange sich das fahrzeug nicht dreht.

dreht es sich aber, dann würde das gps die werte sozusagen zu den falschen richtungen integrieren. (beim drehen wird aus x y). deshalb brauchts nen gyro, damit das gps weiß, in welche richtung es gerade schaut, während es die linearen beschleunigungen integriert.
)
das ist natürlich völliger unsinn (und alles andere was ich in diesem zusammenhang gepostet habe auch)
hab das gps mit dem trägheitsnavigationssystem verwechselt.
ein gps braucht (im prinzip) weder beschleunigungssensoren, noch gyros !

irgendwie hat das fast keiner gemerkt, komisch.
[/edit]

x ist der wert des sensors in x-richtung wenn das fahrzeug waagrecht steht.
x_n ist der neue wert, der sich ergibt, wenn das fahrzeug/der sensor gekippt wird.
(entsprechend y und z)
man sollte sich klar machen, das immer die gleiche gesamtbeschleunigung auf das fahrzeug wirkt, unabhängig von der strassenlage. nur wirkt sie eben in bezug auf auto und sensor in ne unterschiedliche richtung wenn das fahrzeug gekippt wird.

mit der (hier willkürlichen) festlegung 1V=>1m/s^2 besteht der unterschied zwischen dem sensorsignal (spannungswert) und der beschleunigung (physikalische größe) nur in der einheit.

auf die schnelle ist meine bezeichnungsweise vielleicht hier und da etwas unsauber oder zu knapp ausgefallen.

freut mich für dich, das du in nem porsche rumfahren kannst
hätte halt doch besser im physikunterricht schlafen sollen und was richtiges lernen.

was schafft so ein porsche denn an kurvenbeschleunigung?
für ein formel-1 auto reichen 2g aber sicher nicht.
auch sollte man berücksichtigen das kurzzeitig auf jeden fall höhere beschleunigungen auftreten (stöße durch farhbahnunebenheiten, etc.)
davon sollte der sensor zumindest nicht kaputt gehen (ist nicht bei allen Sensoren selbstverständlich)

[fumir]

noch ne kleinigkeit ist mir eingefallen:

wenn mans genau nimmt bekommt man mit den beschleunigungssensoren natürlich nur die beschleunigungen genau am ort des sensors. das mag aber nicht immer ausreichen.
wenn das fahrzeug z.b. schleudert, bewegt es sich nicht mehr auf ner kreisbahn, sondern dreht sich um die eigene achse. da würde dann natürlich der beschleunigungssensor nicht das liefern, was uns interessiert.
das gilt natürlich für alle bewegungsformen, bei denen das fahrzeug nicht mehr auf einer einfachen idealisierten bahn unterwegs ist (driften, überschlagen, etc., da fällt dir vermutlich mehr ein, als mir)

für solche fälle könnte in der tat ein gyro helfen.
aber ich würde eher in der nähe der beiden achsen (also in der mitte zwischen den rädern, etwa auf höhe der radnabe) jeweils nen dreiachsen-beschleunigungssensor anbringen. das dürfte für die ermittlung der seitenführungskräfte genauer sein (da unmittelbarer), als ein gyro, bei dem man dann ziemlich rumrechnen müsste.
mit drei geeignet angebrachten dreiachsen beschleunigungssensoren sollte man den beschleunigungszustand des fahrzeugs (incl. möglicher drehungen) auch ohne gyros komplett erfassen können. (hat auch den rein praktischen vorteil, das man sich nur mit einer art sensor beschäftigen muss => einfacher zu lernen, zu verdrahten und zu programmieren)

[fumir]

und wer immer noch mehr will, kann ja auch noch zusätzlich an jedes radlager nen eigenen sensor anbringen. dann erfährt man auch noch was über die straßenbeschaffenheit, die aufhängungseigenschaften und anderes

[jeffrey]

Hi,
das Problem ist aber, dass sich das Auto beim fahren und kippen auch rauf und runter bewegt, wodurch eine unbekannte zusätzlich z-Komponente hinzukommt. Deswegen funktioniertz die Rechnung von der letzten Seite nicht.
MfG Jeffrey

[fumir]

da ist was dran, schade auch
dieser aspekt der vertikalen bewegungen wurde aber auch bis jetzt noch nicht angesprochen. das ist wie in nem agathe christi krimi: wenn man glaubt, man wisse was los ist, wird eine neue person eingeführt

diese eher schnellen (im vergleich zur kurvenbewegung) z-bewegungen könnte man aber vielleicht weitgehend rausmitteln.

ansonsten sollte man das aber auch dann mit drei dreiachsen-beschleunigungssensoren erfassen lassen, oder?
bin immer noch der meinung, das es einfacher und genauer wird, wenn man an jede seite des autos (in der nähe der räder) nen dreiachsen-sensor macht.
damit bekommt man die interesante querbeschleunigung an den achsen recht direkt und muss nur ne eher kleine korrektur vornehmen, mit den rotationsdaten, die man nebenbei aus den vier linearen beschleunigungssensoren bekommt.

hätte man ja gleich erwähnen können, das da ein jeep bei nem offroad-rennen vermessen werden soll *gg*

aber gut, soll er eben seinen gyro einbauen, wenns ihm spass macht
das thema ist jedenfalls interesanter als es zunächst aussah.

wo wir nach langem irrweg mal wieder beim thema sind:
könnte die trifft des gyros durch externe el.mag.felder (im "labor") verursacht sein, oder sind diese Sensoren gegen so was immun?

[fumir]

so, hab mir jetzt doch mal das datenblatt von gyro und die c-datei angeschaut.

ist schon ein interesantes teil dieser gyro. hab mich bisher noch nicht damit beschäftigt.

also für mich siehts so aus (hab aber nur schnell mal drüber geschaut), als ob bei der initialisierung des gyro die calibrierung vergessen wurde. auf seite 14 des datenblatts wird beschrieben wie das sogennante auto null durchzuführen ist. ich seh das im c-code irgendwi e nirgens!
ohne diese calibrierung des sensors, ist es klar, das da was ziemlich schnell wegtrifftet (womöglich dann mit irgendwelchen internen überläufen)

wenn die calibrierung im c-code doch drinsteht, dann bitte mal etwas erläutern.

wichtig: bei der kalibrierung ist die wartezeit nach einstellen des digitalen filters zu beachten!