Konformität unter allen Umständen
IAV arbeitet intensiv am Thema RDE – vom Konzept über die Applikation bis hin zur Absicherung
Umbruch bei der Emissionsgesetzgebung: Auf den eher stationären NEFZ folgt am Abgasrollenprüfstand der dynamische WLTC. Zusätzlich müssen Fahrzeuge unter realen Bedingungen beweisen, dass sie alle Grenzwerte sicher einhalten – die Real Driving Emissions (RDE) lassen sich aber nur im echten Verkehr und mit mobilem Messequipment (PEMS) bestimmen. IAV berücksichtigt die höchst anspruchsvollen Themen RDE und PEMS in allen Entwicklungsphasen.
Während beim Dieselmotor derzeit vor allem die Stickoxidemissionen im Fokus sind, beschäftigen sich die Entwickler von Ottomotoren im Moment hauptsächlich mit dem Kohlendioxid und dem Partikelausstoß. Bis jetzt werden alle Emissionen auf dem Prüfstand gemessen, wobei den Untersuchungen der Neue Europäische Fahrzyklus (NEFZ) zugrunde liegt. Das ändert sich gerade: Den eher stationären NEFZ mit 120 Stundenkilometern Maximalgeschwindigkeit löst der Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle (WLTC) auf dem Prüfstand ab, der je nach Motorleistung auf maximal rund 130 Stundenkilometer kommt.
Erschwerte Messbedingungen bei RDE
Noch gravierender aber wirkt sich die Einführung von RDE aus. Hier liegt die Spitzengeschwindigkeit bei deutlich realistischeren 145 Stundenkilometern. Die größte Herausforderung sind dabei die Testbedingungen: Bei RDE müssen die Fahrzeuge im realen Verkehr in der Stadt, über Land und auf der Autobahn beweisen, dass sie im gesamten Betriebsbereich alle Grenzwerte sicher einhalten. Dabei gilt derzeit ein Conformity Factor (CF) von 2,1: Der gleitende Mittelwert der mit PEMS (Portable Emissions Measurement System) im Straßenverkehr gemessenen Emissionen darf maximal das 2,1-Fache der Grenzwerte erreichen. Der CF nimmt Rücksicht auf die erschwerten Messbedingungen: Während die hochempfindliche Messtechnik am Prüfstand unter idealen Bedingungen arbeitet, ist sie im Fahrzeug vielen störenden Einflüssen wie etwa ständigem Rütteln und den Emissionen anderer Autos ausgesetzt. Allerdings sinkt ab 2020 der CF auf 1,5, dann wird RDE verbindlich für die Zulassung neuer Fahrzeuge sein.
Eine RDE-Fahrt ist nur dann gültig, wenn die während der Fahrt produzierten und auf die Geschwindigkeit bezogenen CO2-Emissionen den gesetzlichen Vorgaben entsprechen. „Hier gibt es theoretisch unendlich viele gültige Zyklen“, sagt Andreas Rosenek, Abteilungsleiter Applikation Ottomotoren bei IAV. „Hinzu kommen ganz unterschiedliche äußere Einflüsse auf die Ergebnisse: Der Fahrer, das Getriebeschaltprogramm, die Außentemperatur, die Höhe und die Verkehrssituation bestimmen ganz erheblich die Emissionen. Wir stehen jetzt vor der großen Herausforderung, die Ergebnisse zuverlässig abzusichern.“ Um möglichst viele gültige RDE-Fahrten zu erhalten, nutzt IAV ein Tool, das dem Fahrer auf einem Notebook-Monitor ständig mitteilt, wie viel Prozent der geforderten gültigen Messpunkte er bereits erreicht hat. Es soll künftig auch mit Google Maps verbunden werden, um, falls erforderlich, unnötige Staus umfahren zu können und so die vorgegebene maximale Messzeit nicht zu überschreiten.
Großer Einfluss auf alle Entwicklungsphasen
RDE hat generell großen Einfluss auf alle Phasen der Entwicklung: Schon während der Konzeptphase müssen die Entwickler mit Messungen am Motorprüfstand und durch Simulationen abschätzen, ob der Antrieb später RDE-tauglich sein wird. „Wir nutzen dafür datenbasierte Motormodelle, ein Katalysatormodell wie beispielsweise Axisuite und ein Fahrzeugmodell, um grundsätzlich vorhersagen zu können, ob das Konzept problematisch ist“, sagt Dr. Karsten Röpke, Abteilungsleiter Kalibriermethoden bei IAV.
Während der Applikation gilt es, am Motorprüfstand, auf der Rolle und durch PEMS-Messungen auf der Straße die Bedatung RDE-konform zu machen. „Insbesondere jene Phasen müssen dabei genau untersucht und appliziert werden, die zu Emissionspeaks und erhöhten Emissionen führen können, zum Beispiel Gemischvorsteuerung, Katausräumen und Beschleunigungsphasen. Auch die Qualität des Lambdareglers spielt für die Emissionen eine zentrale Rolle“, so Rosenek. In dieser Phase erfolgen die Messungen auf der Straße und auf der Rolle.
Bei der anschließenden Absicherung müssen Messungen zeigen, dass das Fahrzeug die RDE-Vorgaben tatsächlich unter allen Umständen einhält. „Hier gilt es, eine Methodik zu entwickeln, die auf möglichst wenig Messungen basiert“, ergänzt Dr. Röpke. „Darum identifizieren wir besonders kritische Manöver sowie alle Einflussgrößen und ihren jeweiligen Einfluss.“ Auch weitere Messdaten – etwa aus Dauerlauf- und Erprobungsfahrten – können unter Umständen in die Auswertung einfließen. Dadurch können sehr viele Daten anfallen, die IAV in eigens entwickelten Datenbanksystemen verwaltet und auswertet.
