Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

[Jan]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

Ein Beschleunigungssensor im freien Fall zeigt Null an.

Die Frage ob Beschleunigung oder nicht, ist auch immer eine Frage des Bezugssystems.
Ein auf der Erde ruhender Beschleunigungssensor zeigt die Erdbeschleunigung von 9,81m/s/s an.
Der gleiche im freien Fall befindliche Beschleunigungssensor wird mit 9,81m/s/s in Richtung Erde beschleunigt, und ist gleichzeitig immer noch der Erdbeschleunigung in gleicher Höhe ausgesetzt.
Diese beiden Beschleunigungswerte heben sich genau auf und ergeben in der Summe Null.
Diesen Wert zeigt der Beschleunigungssensor dann auch völlig richtig an.
Ein Mensch, der zusammen mit diesem Sensor fällt, wird auch bestätigen, das der Sensor aus seiner Sicht ruht, und nicht beschleunigt.
Beide befinden sich zusammmen im gleichen (beschleunigten) Bezugssystem.

Ein ruhender Beobachters auf der Erde hat eine anderes Bezugssystem.
Aus seiner Sicht wird der fallende Mensch und der Sensor ständig schneller, also beschleunigt. Und zwar mit 9,81m/s/s.

Beide Werte, Null und 9.81 sind richtig. Es kommt eben auf das Bezugssystem an.
Das ist Relativität.

Gruß Jan

[Felge der Nacht]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

Genau, sobald aber die Luftreibung dazu kommt, die der Erdbeschleunigung entgegenwirkt, würde der Sensor wieder einen von Null verschiedenen Wert anzeigen. Und ab dem Punkt konstanter Geschwindigkeit würde ein Fallschirmspringer wieder die volle Erdbeschleunigung spüren und ein Sensor dies auch messen.

Nachdem ich mir jetzt ein paar Gedanken zu dem Thema gemacht habe, habe ich wieder was dazu gelernt, und möchte meinen Einwand gegen Amok's Aussage zurückziehen.

[Jan]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

...sobald aber die Luftreibung dazu kommt...würde der Sensor wieder einen von Null verschiedenen Wert anzeigen...

Richtig!

Aber um pingelig zu sein:
Sobald die Luftreibung dazukommt ist es auch kein freier Fall mehr.

Gruß Jan

[Amok]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

Ich finde cool, wie hier versucht wird gemeinsam das Thema konstruktiv zu einem - für Jedermann verständlichen - Ergebnis zu führen!

Ich gebe zu, dass ich mich manchmal auch sehr kompliziert ausdrücke, ... das haben mir gerade die letzten Beiträge wieder gezeigt.

Das Thema ist nun mal sehr "anstrengend" und ich habe es immer noch nicht vollends verstanden. Aber anscheinend geht das nicht nur mir so ...

[tobi -obu]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

Ich habe mir grad den Kalman-Filter einmal angesehen.
Das scheint in der Tat ein gangbarer Weg zu sein, die Fehler der Drehraten-Sensoren zumindest teilweise in den Griff zu bekommen.
Dann würden auch die Beschleunigungs-Sensoren wieder Sinn machen.

Nehmen wir mal, die Rettung wird eingeleitet. Der Horizont ist leicht gewandert (egal in welche Richtung). Wenn dann die Rettung greift, könnten die Beschleunigungssensoren verwendet werden, um zu erkennen, ob der Heli exakt nach oben geht, oder in einem Winkel und es könnte ggf. korrigiert werden.
Oder übersehe ich etwas?

[Jan]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

...Wenn dann die Rettung greift, könnten die Beschleunigungssensoren verwendet werden, um zu erkennen...

Schon früher.
Beim Einschalten bzw. Initialisieren des FBL-Systems kann über die Beschl.Sensoren festgestellt werden wo "unten" also Richtung Erdmittelpunkt ist.
Egal wie der Heli zu diesem Zeitpunkt liegt. Der Heli muss dann nur in Ruhe sein. (genauer: unbeschleunigt)
Weil die Montageposition des FBL-Systems bekannt ist, kann nun auch die Lage des Helis berechnet werden.
Wenn z.B. "unten" auf der rechten Seite des Helis ist, muss der Heli wohl auf dieser Seite liegen.
Damit ist am Anfang die Lage des Helis relativ zum Lot bekannt.
Ab jetzt wird mit den Gyro und Beschl.Sensoren und dem Kalman Filter das interne Lot bei jeder Lageänderung des Helis immer mitgeführt.
Nicht erst wenn die Rettung ausgelöst wird.
Dieses Mitführen hat seine Grenzen. Diese ergeben sich z.B. aus der Genauigkeit und der Geschwindigkeit der Sensoren, oder der Rechengenauigkeit.
Auch der Grad der ßbereinstimmung des Prozessmodells mit dem das Kalman Filter rechnet, mit der Realität, spielt eine Rolle.
Deshalb kann dem FBL-System bei wilden, schnellen Flugmanövern evtl. sein Lot
weglaufen oder es lässt sich mit speziellen Manövern austricksen.
Die Qualität der hier verwendeten relativ komplexen Mathematik und die eingesetzte Rechenleistung machen dann die Unterschiede zwischen den FBL-Systemen aus.

Gruß Jan

[tobi -obu]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

@Jan: Das verstehe ich nicht. Der Heli ist doch in Ruhe, ergo zeigen die Beschleunigungs- wie Rollratensensoren alle 0 an, wenn der Heli am Startplatz steht, oder?

[piotre22]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

Nein der Beschleunigungssensor der in Richtung Boden misst zeigt 9,81m/s^2 an, eben die Erdbeschleunigung.

Jeder und alles wird IMMER mit 9,81m/s^2 nach unten beschleunigt. Auch wenn du im Bett liegst wirst du damit in Richtung Erdmittelpunkt beschleunigt, auch wenn du die nicht bewegst.
Wäre die Erdbeschleunigung nur 5m/s^2 würdest du auf einmal nur noch die Hälfte auf einer Waage angezeigt bekommen.

[sepp62]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

Beschleunigung ist Geschwindigkeitsänderung pro Zeit.

Ein Körper in Ruhe (zu seinem Bezugssystem) erfährt die Beschleunigung 0.

Ein Beschleunigungsssensor misst die Kraft, die auf ihn augenblickblick wirkt. In Ruhe wirkt auf ihn die "Erdanziehungskraft" (nach Newton, Einstein sieht das wieder anders).

Gäbe es keine Gegenkraft (z.B. Landekufen auf der Erde stehend), wäre die Beschleunigung, die der Körper (=Heli) erfährt, gleich der Erdbeschleunigung.

Der Beschleunigungssensor zeigt also "1g" an, auch wenn er in Ruhe ist, weil seine Innereien auf Kräfte reagieren.

Früher hat man Beschleunigungsmesser durch einen Körper realisiert, der an Federn im Raum hängt. Die Auslenkung an der Feder steht in Relation zur Beschleunigung. Das kann man sich ganz gut bildlich vorstellen. Heute sind die Mechaniken eben stark verkleinert aber das Prinzip ist ähnlich.

[tobi -obu]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

Ok, danke

[Amok]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

Daher kommt wahrscheinlich die Verwirrung.
Das Thema wird in diversen einschlägigen (Hardware-Entwickler) Foren auch kontrovers diskutiert.

Die einen beschreiben "Beschleunigungssensoren" als "Kräftemesssensoren", da sie die auftretenden Kräfte, die auf einen Testkörper wirken messen und dies als Referenz für eine Beschleunigung ausgeben.
Das erklärt natürlich auch, warum ein Beschleunigungssensor wenn er still auf den Boden liegt 1G anzeigt, weil eben auf ihn die Schwerkraft wirkt.
Ebenso erklärt es, warum auch die Fliehkraft den Beschleunigungssensor zu einer anzeige bringt.

Es ist halt immer eine Frage des Referenzsystems.
Es soll wohl auch Sensoren geben, die - wenn sie still auf der Stelle liegen - "0" anzeigen (da sie als Referenz die Erdanziehungskraft weg-kürzen bzw. einfach 1G aufaddieren).
Diese zeigen dann allerdings wenn man sie auf den Kopf stellt auch 2G an ...
Fragt mich jetzt aber nicht nach dem genauen Typ .... ist auch irrelevant.

Das wirklich spannende sind aber die Unterschiede der einzelnen Systeme!

[papads]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

Es ist halt immer eine Frage des Referenzsystems.
Es soll wohl auch Sensoren geben, die - wenn sie still auf der Stelle liegen - "0" anzeigen (da sie als Referenz die Erdanziehungskraft weg-kürzen bzw. einfach 1G aufaddieren).
Diese zeigen dann allerdings wenn man sie auf den Kopf stellt auch 2G an ...
Fragt mich jetzt aber nicht nach dem genauen Typ .... ist auch irrelevant.

Ist aber fast egal, da man ein Delta von 1G hat bei Heli auf dem Boden und freier Fall. In Kombination mit den Drehratensensoren lässt sich so der Horizont ermitteln.

[tobi -obu]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

Damit haben wir das grobe zusammen:

Beim Start während der Initialisierung wird über die Drehratensensoren (hoffentlich) 0 ausgegeben, und gleichzeitig der Horizont über die Beschleunigungssensoren ermittelt.
Stabis mit Rettung ohne Beschleunigungssensoren "interpretieren" den Horizont anhand ihrer bekannten Einbaulage, der Heli hat daher korrekt auf seinem Landegestell zu stehen.

Dieser Horizont wird dann im Flug über die Drehratensensoren alleine oder in Kombination mit den Beschleunigungssensoren nachgeführt. Dazu werden die Messwerte aggregiert, mittels Kalman-Filter gefiltert und anschließend über die Zeit integriert.
Zusätzlich können weitere Korrekturalgorithmen, wie z.B. eine FFT zur Erkennung von Vibs, verwendet werden.

Horizontverschiebungen können auftreten durch:

-Temperaturdrift der Seonsoren,
-Vibs,
-Belastungen außerhalb des Messbereichs

Diese kann das System zum Teil selbst wieder kompensieren, dafür wird allerdings Zeit benötigt.
Sokann es z.B. passieren, das direkt nach einem heftigen 3D Manöver der Horizont zunächst verschoben ist, um dann nach einer Zeit wieder zu passen.

Zu guter Letzt gab es auch noch ein System mit optischer Horizonterkennung (Heli Command V2).

[linux-user]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

Und wenn die Kompensation mit den Beschleunigungssensoren funktionieren würde, müsste ein Stabi welches liegend initialisiert wurde nach dem es in Horizontallage gebracht wurde nicht relativ schnell merken, dass es erst jetzt gerade ist (da nun permanent eine Beschleunigung mit der Größe der Erdanziehungskraft auf optimaler Weise exakt eine Achse wirkt)?

Das Spirit scheint "nachzukorrigieren"
Gerade ausprobiert:
1. Heli in Seitenlage initialisiert (obwohl in der Anleitung steht dass man das nicht machen darf)
2. Heli gerade gestellt
3. Rettung gezogen => rettet schief
4. ca. 1min gewartet und erneut Rettung gezogen => rettet nach oben (TS bleibt gerade)

[Taumel S.]

AW: Rettungsfuktionen und die Benötige Sensorik

scheint "nachzukorrigieren"

Das ist Standard. Ein anderes System würde ich auch umgehend verschrotten.