Im Rahmen eines internationalen Projektkonsortiums hat die TU Graz neue Messtechniken und Methoden entwickelt, um Emissionen von Fahrzeugen der Kategorie L im realen Betrieb zu messen und entsprechende Grenzwerte zu ermitteln.
Der 2015 aufgedeckte Abgasskandal in der Automobilindustrie hat vieles in Bewegung gesetzt. Nicht zuletzt die Diskussion um die Notwendigkeit realitätsnaher Tests von Fahrzeugen, um deren Schadstoffausstoß korrekt zu ermitteln, statt nur Tests auf Prüfständen. Solche Tests und die geltenden Emissionsgrenzwerte sind mittlerweile für Pkw gesetzlich vorgeschrieben, nicht jedoch für sogenannte Fahrzeuge der Kategorie L (Mopeds, Motorräder, Dreiräder und Quads). Im Rahmen des von der Europäischen Kommission geförderten Projekts „LENS“ (L-vehicles Emissions and Noise mitigation Solutions) hat die TU Graz nun als Teil eines internationalen Konsortiums entsprechende Testverfahren und den notwendigen Test entwickelt Ausrüstung. Die Projektergebnisse dienen dem Gesetzgeber als Grundlage für zukünftige Entscheidungen, geben Strafverfolgungsbehörden das Rüstzeug zur Erkennung von Grenzwertverstößen und Fahrzeugmanipulationen an die Hand und ermöglichen es den Herstellern, ihre Flotten entsprechend anzupassen.
Weltweit einzigartige Methodik und Technologie
„Die in den letzten Jahren für Pkw entwickelten Messmethoden sind auf die deutlich dynamischeren Fahrzeuge der Kategorie L nicht anwendbar“, sagt Stephan Schmidt vom Institut für Thermodynamik und nachhaltige Antriebssysteme der TU Graz. „Wir mussten also eigene Messmethoden entwickeln, dazu gehörte auch die Entwicklung und Weiterentwicklung geeigneter Messgeräte, die klein und leicht genug sind, um an Motorrädern und Mopeds eingesetzt zu werden. Die entwickelte Messmethodik und -technik sowie die erhobenen Emissionsdaten sind.“ weltweit einzigartig.“ An dem Projektkonsortium sind insgesamt 15 Partner beteiligt, darunter neun Forschungseinrichtungen, vier Hersteller von Zweirädern und Hersteller von Messtechnik.
Im Rahmen von „LENS“ hat das Projektkonsortium insgesamt 150 Fahrzeuge auf der Straße und im Labor vermessen, davon allein 40 an der TU Graz. Das Institut für Thermodynamik und Nachhaltige Antriebssysteme und das Institut für Elektrische Mess- und Sensorsysteme waren für die Entwicklung und Erstellung der Messmethodik und eines Teils der Messtechnik für alle Projektbeteiligten verantwortlich. Neben der Erstellung versuchstauglicher Streckenprofile mit allen Fahrzeugtypen der Kategorie L war die Miniaturisierung der Messtechnik eine besondere Herausforderung. Während beim Auto Ausrüstung mit einem Gewicht von mehr als 60 Kilogramm keine große Rolle spielt, macht sie beim Motorrad und insbesondere beim Moped einen gewaltigen Unterschied – sowohl hinsichtlich des Schadstoffausstoßes als auch der Fahreigenschaften. Bei Motorrädern konnte die notwendige Größen- und Gewichtsreduzierung durch die Einbindung eines externen Partners erreicht werden. Für die schwächeren Fahrzeuge steuerte ein Konsortialpartner kleine Messgeräte bei, die zwar nicht so genau, aber gute Referenzwerte liefern.
Ein Mix aus allen Klassen und Fahrstilen
Die Erstellung der Streckenprofile war eine Herausforderung, denn ein Roller mit wenigen PS fährt sich völlig anders als ein Motorrad mit über 100 PS. Am Ende fanden die Forscher eine gute Mischung, die sowohl sportliche als auch hügelige Abschnitte umfasste und unterschiedliche Fahrzeugklassen und Fahrstile berücksichtigte. Allerdings erforderte die große Bandbreite an Antriebssystemen, Antriebsleistungen, Bauraumverhältnissen und Fahrzeugmassen eine an die Unterklassen angepasste Messmethodik. Für die Berechnung der Emissionen ist die genaue Messung des Abgasmassenstroms von entscheidender Bedeutung. Bei kleinvolumigen Einzylindermotoren ist die Massenstrommessung mit herkömmlichen Methoden jedoch schwierig. Abhilfe schaffte jedoch die an der TU Graz entwickelte und im LENS-Projekt eingesetzte modellbasierte Methode zur Massenstromberechnung. Da die Fahrzeuge der unteren Leistungsklassen auf dem Prüfstand vollständig ausgefahren werden können, konnten die Forscher auf Basis der Prüfstandsdaten ein Modell erstellen, aus dem sich die Massenströme während der Fahrt berechnen lassen. Dadurch gelang es dem Team, aus den Referenzwerten der Kleinmessgeräte verwertbare Emissionsdaten zu gewinnen.
„Die vielen Motorkonzepte und Leistungsklassen im L-Fahrzeugbereich stellen eine Herausforderung dar, standardisierte Prüfmethoden zu finden, die Geräusch- und Abgasemissionen realistisch messen“, sagt Stephan Schmidt. „Im LENS-Projekt ist uns dies jedoch gelungen und wir haben gemeinsam mit unserem Konsortium die technischen Grundlagen geschaffen, damit Hersteller, Gesetzgeber und Strafverfolgungsbehörden künftig Fahrzeuge anhand realistischer Werte bewerten können.“ Dies wird zu einer deutlichen Reduzierung der Schadstoffemissionen der Fahrzeugflotte der Klasse L beitragen.“
