Fahrzyklus

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Ein Fahrzyklus legt fest, unter welchen Bedingungen und mit welchen Geschwindigkeitsabläufen ein Fahrzeug bei der Ermittlung von Energieverbrauch bzw. Kraftstoffverbrauch und CO2-Emission bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, betrieben wird. Die ist Teil der Herstellerangaben für Zulassung und Vertrieb der Fahrzeuge.

Allgemeines[Bearbeiten]

Für einen Fahrzyklus sind Randbedingungen wie Starttemperatur, Schaltpunkte (nur Fahrzeuge mit Handschaltgetriebe), Fahrzeugvorbereitung (Konditionierung), Zuladung, Beginn der Abgasmessung und weiteres vorgegeben. Fahrzyklen sollen eine möglichst realitätsnahe Belastung produzieren, wobei es sich dabei um ein Durchschnittsprofil handelt. Der Fahrzyklus wird üblicherweise auf einem Motoren- oder Rollenprüfstand abgefahren. Das ermöglicht es, reproduzierbare und vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Aus Sicht der Hersteller bietet ein solcher Fahrzyklus Entwicklungssicherheit.

Der Fahrzyklus ist auch relevant für die Durchführung von Diagnosen. Er ist wesentlicher Bestandteil einer Abgasvorschrift.

Fahrzyklen in Europa[Bearbeiten]

Richtlinie 70/220/EWG[Bearbeiten]

Neuer Europäischer Fahrzyklus (NEFZ)

Ende der 1960er Jahre wurden zuerst in Deutschland und dann in Frankreich erste Abgasnormen beschlossen, die schnell zum gemeinsamen Fahrzyklus der Richtlinie 70/220/EWG vom März 1970 führten.[1]

Im Jahr 1976 folgte auf die erste Ölkrise eine Methode der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa zur Messung des Kraftstoffverbrauchs, die Grundlage der DIN-Norm 70030 aus dem Jahr 1978 wurde, nach der ein Fahrzyklus den Stadtverkehr simulierte und zusätzlich konstante Geschwindigkeiten von 90 km/h und 120 km/h im Labor gefahren wurden.[2] Zuvor wurde nach DIN 70020 ohne Fahrzyklus bei nur einer Geschwindigkeit gemessen, und fortan gebräuchlich wurde der inoffizielle arithmetische Mittelwert, genannt Drittelmix.[3]

Im Verlauf des Jahres 1992 wurde der Fahrzyklus der Richtlinie 70/220/EWG über den Stadtverkehr hinaus erweitert.[4] Die Europäische Kommission wird in solchen Belangen von der Motor Vehicle Emissions Group (MVEG) beraten.[5] Der erweiterte Fahrzyklus wird Neuer Europäischer Fahrzyklus (NEFZ) genannt, englisch New European Driving Cycle (NEDC).

Seit dem Jahr 1997 muss der Kraftstoffverbrauch aus der Abgasmenge berechnet werden, die im Fahrzyklus der Abgasnorm ermittelt wird.[6] Die daraus folgenden Angaben des Kraftstoffverbrauchs waren etwa 8% höher als der Drittelmix.[7]

Im Juni 2007 wurde die Aufhebung der Richtlinie 70/220/EWG zum Januar 2013 beschlossen und der auch anderweitig definierte Fahrzyklus einer Prüfung empfohlen.[8]

Für die Ermittlung des Verbrauchs eines Fahrzeugs müssen zunächst die Fahrwiderstände (Roll- und Luftwiderstand) des Fahrzeugs auf der Straße exakt ermittelt werden. Dann werden die gemessenen Fahrwiderstände auf einen Rollenprüfstand übertragen und dann ein genormter Fahrzyklus abgefahren. Dabei werden auch die Emissionen gemessen. Anschließend wird aus der Abgasemission der Kraftstoffverbrauch berechnet. Bei Elektroautos wird stattdessen die verbrauchte Energie der Batterie gemessen.

Eine rechtlich verbindliche Messung kann nur durch zertifizierte EG-Prüflaboratorien durchgeführt werden. Die Zertifizierung erfolgt in der Bundesrepublik Deutschland durch das Kraftfahrt-Bundesamt.

Der genormte Fahrzyklus dauert insgesamt 1180 Sekunden (knapp 20 Minuten). Er besteht aus einem 780 Sekunden dauernden City-Zyklus (städtische Bedingungen) und einem 400 Sekunden dauernden Überland-Zyklus (außerstädtischen Bedingungen). Die Umgebungstemperatur beträgt während der Messung 20 °C bis 30 °C. Kaltstartbedingung, Beschleunigungen und Verzögerungen werden erfasst (Vergleiche Quellenangabe) und entsprechend interpoliert.

Dieses Testverfahren soll gegenüber der früher üblichen Ermittlung des Energieverbrauches gemäß der alten DIN-Norm realitätsnäher sein, weil die Kaltstartphase mehr Berücksichtigung findet. Allerdings darf das gesamte Fahrzeug bis zu 6 Stunden auf bis zu 30 °C "vorkonditioniert" werden, wodurch die einfließende "Kaltstartphase" nicht mit dem Praxisverständnis eines Kaltstart bei Frost übereinstimmt. Außerdem gibt es nur wenige Vorgaben, die es den Herstellern verbieten, serienferne spritsparende Möglichkeiten wie besondere Leichtlauföle oder Spritsparreifen einzusetzen[9]. 2013 wurde eine Studie von T&E veröffentlicht, welche die von den Automobilherstellern ausgenutzte Flexibilitäten der Richtlinie auf gut verständliche Weise darstellt[10]. Einige Beispiele dafür sind:

  • Keine Nachladung der Fahrzeugbatterie während des Zyklus.
  • Abkleben von Kanten an der Außenhülle.
  • Anpassung der Radgeometrie.
  • Erhöhter Reifenluftdruck.
  • Verwendung des minimalen Fahrzeuggewichtes.
  • Abzug der 4%igen Toleranz auf den Messwert.
  • Vermeidung von schleifenden Bremsen.
  • Anpassung der Motorsteuerung.

Das führt laut T&E zu einer Differenz von 10-20 % im Verbrauch (der Bericht ist diesbezüglich uneinheitlich). Während die USA die Praxisnähe nachprüfen und dadurch zum Beispiel Hyundai-Kia 2012 für unrealistische Fahrwiderstandsangaben (Roll- und Luftwiderstand) bestraft wurden, werden in der EU die Angaben nicht hinterfragt[10].

Verbrauchsangaben für Elektrohybrid-Fahrzeuge - ECE-Norm R 101[Bearbeiten]

Diese werden (Stand August 2011) anhand der ECE-Norm R 101 ermittelt. Die Formel für Plug-in-Hybridautos nach ECE-Norm R 101 lautet:

C = (D_e * C_1 + D_{av} * C_2)/(D_e + D_{av})

C = Gesamtverbrauch in l/100 km,
C_1 = Kraftstoffverbrauch bei voll aufgeladenem Akku,
C_2 = Kraftstoffverbrauch bei leerem Akku,
D_e = rein elektrische Reichweite,
D_{av} = 25 km (angenommene durchschnittliche Strecke zwischen zwei Akkuaufladungen).

Der VCD, Autobild und andere kritisieren dieses Verfahren vehement:

„In ihr [dieser Norm] ist für Plug-in-Hybridautos ein gut elf Kilometer langer Fahrzyklus festgelegt: eine Stadt- und eine Überlandfahrt, die die Plug-ins zweimal durchfahren – mit vollen und mit leeren Akkus. Also zuerst mit dem Elektromotor, anschließend auch mit dem Verbrenner. Über eine Formel werden beide Werte kombiniert. Problem: Weil im E-Betrieb kein Sprit verbraucht wird, fließt dieser Wert mit null ein, obwohl bei der Produktion einer Kilowattstunde 575 Gramm CO2 entstehen (Ökostrom: 40 g/kWh) und der Autofahrer den Strom bezahlen muss. ... Diese Werte liegen zwar vor, die EU-Zauberformel aber verschleiert sie. "Die Verbrauchsmessung muss generell verändert werden", fordert Nikolaus Steininger von der zuständigen EU-Behörde.[11]

Ein Problem bei dieser Art der Berechnung ist, dass das Plug-In-Fahrzeug im E-Betrieb keinen Sprit verbraucht, sondern Elektrische Energie. Eine Angabe über den elektrischen Verbrauch in kWh pro 100 km wäre daher ebenfalls interessant. Dieser Energiebedarf wird bei der Emissionsbestimmung des Fahrzeugs mit null eingerechnet. Das trifft auf die direkte Emission des Fahrzeugs zu, jedoch muss der Kunde die Energie zusätzlich bezahlen und dazu kann, je nach gewähltem Stromvertrag, dem Grad des Ausbaus von regenerativer Stromerzeugung, und dazu auch von der Netzauslastung, auch eine CO2-Emission bei der Erzeugung durch den Energieversorger dem Kundenverbrauch zugerechnet werden. Das ist in der Norm jedoch bislang nicht abgebildet, und auch nicht so ohne Weiteres errechenbar.

Der Fehler liegt zusätzlich in der Nichtberücksichtigung der vorher eingeladenen elektrischen Energie. Dieser systemische Fehler führt deshalb zu sehr niedrigen Norm-Verbrauchswerten.

Eine ausschließliche Berücksichtigung des Schadstoffausstoßes bei der Stromproduktion (Übergang von Tank-to-Wheel zu Well-to-Wheel) würde allerdings zu einer Verzerrung zugunsten der Verbrennungsmotoren führen, da die Aufwendungen für Produktion und Transport der Flüssigkraftstoffe bisher ebenso unberücksichtigt bleiben. Außerdem würde diese Betrachtungsweise zu regional unterschiedlichen Verbrauchsangaben führen, da die Aufwendungen zur Stromproduktion und Kraftstoffherstellung regional /in verschiedenen Ländern stark differieren, vom Fahrzeughersteller aber nicht beeinflussbar sind. Vor allem aber ist durch die zunehmende Nutzung regenerativer Energien ein quasi "automatischer" Einspareffekt bei E-Fahrzeugen gegeben, während ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor immer dieselbe Menge Kraftstoff pro 100 km verbrauchen und entsprechend CO2 emittieren wird, der Aufwand für die Kraftstoffproduktion aber tendenziell steigt.

Möglich wäre eine Angabe in der Norm über den Energiebedarf pro 100 km in kWh. Auch der Energiegehalt von Benzin und Diesel ließe sich umrechnen. Dadurch würde dann auch sichtbar, wie ineffizient die Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor mit der Menge chemisch gespeicherter Energie umgehen.

Realitätsbezug und Kritik[Bearbeiten]

Die genormten Fahrzyklen stellen Durchschnittsprofile dar, um die Fahrzeuge untereinander vergleichen zu können. Sie stimmen oft nicht mit dem Nutzungsprofil des Kunden überein, insbesondere dann, wenn viel Kurzstrecken- und Stadtverkehr vorkommt. Der Verbrauch und die Emissionen bei Geschwindigkeiten über 120 km/h werden nicht gemessen und fließen nicht in die Durchschnittsberechnung ein. Je ungünstiger die Aerodynamik eines Fahrzeuges ist, desto steiler steigt der Verbrauch bei höheren Geschwindigkeiten an. Die im Zyklus durchgeführten Beschleunigungen von 0 auf 50 km/h innerhalb 26 Sekunden sind nicht realistisch, der Zyklus blendet so hohe Verbräuche und Schadstoffemissionen bei starken Beschleunigungen aus. Besonders bei Fahrzeugen mit höheren Fahrzeugmassen, z. B. SUV, ergeben sich so im Fahrzyklus deutlich geringere Verbrauchswerte als in der Praxis.

Die Verbrauchsermittlung nimmt eine energiesparende Fahrweise an. Fahrer, die diese nicht beherrschen bzw. nicht praktizieren wollen, erreichen die gemessenen Verbrauchsangaben im realen Betrieb nicht oder nur schwer. Zusatzverbraucher, insbesondere die Auto-Klimaanlage, werden beim Fahrzyklus nicht berücksichtigt (die Messung erfolgt mit ausgeschalteter Klimaanlage).

Bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe ist im Prüfzyklus die genaue Wahl der Gänge vorgeschrieben, weil davon ausgegangen wird, dass der Durchschnittsfahrer nicht immer den verbrauchsgünstigsten Gang wählt, sondern manchmal zu hochtourig fährt. Bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe und einer Schaltanzeige wird nach dieser geschaltet, wodurch mit deutlich geringerer Drehzahl gefahren wird und somit der Verbrauch geringer ausfällt. Bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe oder automatisierten Schaltgetrieben gibt es keine Vorgaben an die Wahl des Ganges, die Getriebesteuerung kann immer den verbrauchsgünstigsten Gang wählen. Vor allem handgeschaltete Fahrzeuge mit großvolumigen Motoren und/oder mit hoher Gesamtübersetzung werden so oft mit unnötig/unrealistisch hohen Drehzahlen geprüft, was zu erhöhten Messwerten gegenüber der Praxis beiträgt.

Laut einem Test des ADAC sind die Normangaben um bis zu 25 % zu optimistisch (= zu niedrig). [12]

WLTP-Messverfahren[Bearbeiten]

Der WLTP-Zyklus (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure) soll diese Ziele weltweit erreichen, nach einem Beschluss des Umweltausschusses des EU-Parlaments soll er 2017 in der EU in Kraft treten [13]. Ein Veto der deutschen Bundesregierung hat diesen Plan vorläufig gestoppt [14]. Experten rechnen damit, dass für die durchschnittlichen Verbrauchswerte nach dem WTLP-Verfahren gegenüber NEFZ-Messzyklus ein bis zu 25 Prozent höherer Wert ermittelt werden dürfte. Verbraucher erhielten dadurch erheblich realitätsnähere Angaben als bisher.

Die Standardisierung betrifft neben dem eigentlichen Fahrzyklus (Harmonized driving Cycle) auch die Messprozedur (= Duty Test Procedure = DTP)[15].

Artemis-Zyklus[Bearbeiten]

Um Verbrauch und Schadstoffausstoß realistischer zu bestimmen, wurde im Rahmen eines EU-Projekts ARTEMIS (Assessment and Reliability of Transport Emission Models and Inventory Systems), der gleichnamige Zyklus (CADC, Common Artemis Driving Cycle), entwickelt, der einen Stadtanteil mit realistischen Beschleunigungen, einen Landstraßenanteil und einen Autobahnanteil enthält. Dieser ist bislang nicht verbindlich.[16]

Fahrzyklen international[Bearbeiten]

  • Der US-Fahrzyklus FTP 75 (Federal Test Procedure) vom Jahr 1975 verfügt nicht über klar abgegrenzte Fahrzustände, sondern bildet eine reale Fahrt ab.
  • In Japan wird der sogenannte 10-15 Mode verwendet - wie in Europa ein synthetischer Zyklus, jedoch mit abweichendem Verlauf.

Literatur[Bearbeiten]

  • Hans-Hermann Braess, Ulrich Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. 2. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 2001, ISBN 3-528-13114-4

Quellen[Bearbeiten]

  1. Richtlinie 70/220/EWG des Rates vom 20. März 1970 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über Maßnahmen gegen die Verunreinigung der Luft durch Abgase von Kraftfahrzeugmotoren mit Fremdzündung. Europäische Union. Abgerufen am 28. Dezember 2013.
  2. Autowerbung und Kraftstoffverbrauch (PDF; 82 KB) In: Selbstbeschränkungen der österreichischen Werbewirtschaft. Verband Österreichischer Zeitungen. Abgerufen am 28. Dezember 2013.
  3.  Wolf-Heinrich Hucho (Hrsg.): Aerodynamik des Automobils. 5. Auflage. Vieweg+Teubner Verlag, September 2005, ISBN 3-528-03959-0, S. 138 (Auszug online bei Google, abgerufen am 28. Dezember 2013).
  4. Richtlinie 91/441/EWG des Rates vom 26. Juni 1991 zur Änderung der Richtlinie 70/220/EWG zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über Maßnahmen gegen die Verunreinigung der Luft durch Emissionen von Kraftfahrzeugen. Europäische Union. Abgerufen am 28. Dezember 2013.
  5. Working groups and committees. Europäische Kommission. Abgerufen am 28. Dezember 2013.
  6. Richtlinie 93/116/EG der Kommission vom 17. Dezember 1993 zur Anpassung der Richtlinie 80/1268/EWG des Rates über den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen an den technischen Fortschritt. Europäische Union. Abgerufen am 28. Dezember 2013.
  7. Entwicklung des Kraftstoffverbrauchs der importierten Personenkraftwagen seit 1990. In: Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß bei Importfahrzeugen sinken weiter. Verband der Internationalen Kraftfahrzeughersteller. 27. April 2001. Abgerufen am 28. Dezember 2013.
  8. Verordnung (EG) Nr. 715/2007 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 20. Juni 2007 über die Typgenehmigung von Kraftfahrzeugen hinsichtlich der Emissionen von leichten Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen (Euro 5 und Euro 6) und über den Zugang zu Reparatur- und Wartungsinformationen für Fahrzeuge. Europäische Union. Abgerufen am 28. Dezember 2013.
  9. Handelsblatt, 15. März 2012: Spritverbrauch wie im Paradies, aufgerufen, 21. Mai 2012
  10. a b T&E, 13. März 2013: Mind the Gap! Why official car fuel economy figures don’t match up to reality, aufgerufen 18. April 2013
  11. Heft 32/2011 vom 12. August 2011, Seite 88: Zu grün, um wahr zu sein
  12. Focus 27. November 2007 Kraftstoffverbrauch Im Katalog hui, in der Praxis pfui
  13. Automobilwoche, 11. Mai 2013, "EU will ab 2017 realistischere und weltweit gültige Verbrauchsangaben"
  14. VDI-Nachrichten, 5. Juli 2013
  15. Homepage der Arbeitsgruppe bei der UNECE
  16. M. André: "Real-world driving cycles for measuring cars pollutant emissions", Part A: The ARTEMIS European driving cycles, Report INRETS-LTE 0411, Juni 2004, PDF

Weblinks[Bearbeiten]