Nach dem Dieselskandal: Wie werden RDE-Tests durchgeführt?

Der RDE-Test ist ein Verfahren, bei dem die Abgasemissionen eines Fahrzeugs nicht auf einem Laborprüfstand, sondern im echten Verkehr und unter realen Straßenbedingungen mit portablen Messgeräten (PEMS) gemessen werden, die am Fahrzeug angebracht werden. Dieser Test, der nach Euro 6 ein verpflichtender Bestandteil der Typgenehmigung ist, wurde nach den Diesel-NOx-Skandalen entwickelt, um die Lücke zwischen Laborwerten und realem Betrieb zu schließen.

Was ist der RDE-Test und was wird am Fahrzeug dafür angebracht?

Der klassische Typgenehmigungstest wird auf einem Rollenprüfstand durchgeführt: Das Fahrzeug wird auf einem festen Prüfstand platziert, die Räder drehen sich auf Rollen, und die Abgasproben werden in kalibrierten Laboranalysatoren gemessen. RDE kehrt dieses Schema vollständig um. Das Fahrzeug fährt mit der Messeinrichtung auf öffentlichen Straßen und wird im echten Verkehr und unter realen Wetterbedingungen gefahren. Alles, was aus dem Auspuffrohr austritt, wird in Echtzeit gemessen und aufgezeichnet.

Die Ausrüstung, die dies ermöglicht, wird PEMS (Portable Emissions Measurement Systems) genannt. Ein typischer PEMS-Satz besteht aus fortschrittlichen Gasanalysatoren, Abgas-Massendurchflussmessern, einer Wetterstation und GPS. Kompakte PEMS-Module, die die NO/NO2- und CO/CO2-Konzentrationen im Auspuffrohr von Diesel- und Benzinern messen, werden beispielsweise für Temperaturen von -10 °C bis +45 °C und bis zu einer Höhe von 3.000 m hergestellt. Das Messgerät wird am Fahrzeug in der Regel an der Anhängerkupplung montiert.

Die Geschichte der PEMS ist lang: Zunächst wurden sie in den USA bei Tests von Schwerfahrzeugen eingesetzt und fanden anschließend ins Zentrum der Euro-VI- (Schwerfahrzeug) und Euro-6-Anforderungen (Leichtfahrzeug). Das Gewicht der heutigen Geräte ist auf etwa 70 kg gesunken; die ersten Generationen wogen etwa 200 kg. Der Gewichtsunterschied ist kein Detail, das Sie ignorieren sollten: Jedes Kilogramm, das dem Fahrzeug hinzugefügt wird, beeinflusst die Emissionen, die der Test selbst misst.

Warum wurde RDE zur Pflicht?

Die EU verwendete seit den 1990er Jahren einen Laborzyklus namens NEDC. Das technische Profil dieses Zyklus wirkte auf den ersten Blick harmlos: Die Durchschnittsgeschwindigkeit betrug 33 km/h, die maximale Beschleunigung 1,2 m/s², und bei etwa 25 % des Zyklus stand das Fahrzeug vollständig still. Das Ergebnis war ein Fahrprofil, bei dem moderne Fahrzeuge nur einen kleinen Teil ihrer vorhandenen Motorleistung nutzten und das im echten Leben selten anzutreffen war. Fahrzeuge, die im Test sauber erschienen, verhielten sich auf der Autobahn oder unter Last völlig anders.

Der Wendepunkt kam 2011 war es. Das Gemeinsame Zentrum der EU (JRC) stellte eine große und wachsende Diskrepanz zwischen Labor- und Straßemmessungen fest, insbesondere bei den NOx-Werten von Dieselfahrzeugen. Dieser Befund löste den Gesetzgebungsprozess aus. Die ersten beiden RDE-Pakete wurden 2015 angenommen und 2016 im Amtsblatt veröffentlicht (EU 2016/427 und EU 2016/646). Der Test trat 2015 schrittweise in Kraft; für alle neuen Pkw Anfang 2021 und für alle neuen leichten Nutzfahrzeuge Anfang 2022 wurde er verpflichtend.

Auch der Abschluss des zweiten Pakets ist bedeutsam: Nach der Aufdeckung der Volkswagen-Vorfälle in den USA wurden Transparenzmaßnahmen wie die Erklärung der Emissionskontrollstrategien gegenüber den Behörden und eine erweiterte Dokumentation in die Gesetzgebung aufgenommen. RDE ist also nicht nur eine technische Korrektur, sondern zugleich eine Regelung zur Wiederherstellung des Vertrauens.

Wie sollte die Teststrecke aussehen? Fahrprofil und Randbedingungen

Bei RDE ist auch die Straße selbst an Standards gebunden. Die Teststrecke besteht aus drei Abschnitten: einem innerstädtischen Abschnitt mit Geschwindigkeiten zwischen 0 und 60 km/h, einem Landstraßenabschnitt im Bereich von 60 bis 90 km/h und einem Autobahnabschnitt mit Geschwindigkeiten über 90 km/h. Jeder Abschnitt muss mindestens 16 km lang sein. Die Gesamtdauer beträgt 90 bis 120 Minuten und auch die Verteilung der Strecke ist definiert: innerstädtisch 29-44 %, Landstraße 23-43 %, Autobahn 23-43 %. Die Durchschnittsgeschwindigkeit im Stadtverkehr sollte zwischen 15 und 40 km/h liegen; im Autobahnabschnitt muss mindestens 5 Minuten über 100 km/h gefahren werden.

Temperatur- und Höhenbedingungen werden als "Randbedingungen" (boundary conditions) bezeichnet und bestimmen direkt die Gültigkeit des Tests. Der Höhenunterschied zwischen Start- und Endpunkt darf höchstens 100 m betragen, der kumulative Anstieg höchstens 1200 m/100 km ausmachen. Unter erweiterten Bedingungen - also bei Kälte oder großer Höhe - werden die gemessenen Emissionen durch 1,6 dividiert und normalisiert. Daten, die die Randbedingungen vollständig verlassen, machen den gesamten Test ungültig, und zwar auch einzelne Messpunkte nicht ausgenommen. Das Überschreiten der örtlichen Geschwindigkeitsbegrenzung macht den Test dagegen nicht ungültig; die Regel betrifft hier die Wiederholbarkeit der physikalischen Bedingungen, nicht Verkehrsstrafen.

Wie wird der Test für ungültig erklärt?

Nicht nur die Umgebungsbedingungen, sondern auch der Charakter der Fahrt wird überprüft. Die Daten werden mit zwei unabhängigen Bewertungswerkzeugen analysiert: der Methode des gleitenden Mittelwertfensters (EMROAD) des JRC und der Leistungs-Binning-Methode (CLEAR) der Technischen Universität Graz. Diese Werkzeuge prüfen anhand von Metriken wie dem Produkt aus Geschwindigkeit und Beschleunigung (v·a) und dem RPA, ob die Fahrt "normal" war. Sowohl eine sehr gleichmäßige Fahrweise, bei der das Lenkrad wie auf der Autobahn festgenagelt erscheint, als auch eine aggressive Fahrweise mit ständigem Vollgas werden abgelehnt. Um als gültig zu gelten, muss mindestens 50 % der städtischen, ländlichen und Autobahn-Fenster der Route den Toleranzen entsprechen. Als zusätzliche Erleichterung gelten Fahrzeuge mit demselben Antriebsstrang, demselben Motorblocktyp, derselben Zylinderzahl und -anordnung sowie demselben Emissionskontrollsystem als eine einzige "Testfamilie"; so muss nicht für jede Variante ein separater Test durchgeführt werden.

Konformitätsfaktor: Warum liegt das Limit im realen Fahrbetrieb über dem Euro-6-Limit?

Bei RDE wird die Grenze mit einem Multiplikator über dem Laborwert berechnet: NTE-Limit = Euro-6-Limit × Konformitätsfaktor (CF). Dieser Multiplikator existiert aus einem praktischen Grund: Die Messunsicherheit eines PEMS-Geräts im Straßenbetrieb ist höher als die von kalibrierten Laborgeräten. In der Übergangsphase (Euro 6d-TEMP) wurde der CF für NOx auf 2,1 festgelegt; in der Endphase (Euro 6d) auf 1,5 gesenkt. In diesem Wert von 1,5 ist ein Anteil von 0,5 % für die PEMS-Messunsicherheit enthalten. Ein interessantes Detail: Das JRC hatte die PEMS-Unsicherheit für NOx auf 30 % berechnet; die Mitgliedstaaten erhöhten diesen Anteil nach politischen Diskussionen auf 50 %.

Veranschaulichen wir das. Für ein Dieselfahrzeug beträgt das Euro-6-Laborlimit 80 mg/km NOx. In der Übergangs-RDE-Phase wurden im realen Fahrbetrieb Toleranzen bis zu 168 mg/km beobachtet; in der Endphase sank dies auf 120 mg/km. Bei Benzinfahrzeugen liegt das Euro-6-NOx-Limit ohnehin bei 60 mg/km. Außerdem muss der Konformitätsfaktor neben dem die gesamte Route abdeckenden Wert auch separat für den städtischen Abschnitt eingehalten werden - das Ziel ist es offensichtlich, die innerstädtischen Emissionen einschließlich des Kaltstarts nach unten zu ziehen. Bei den Partikeln muss die Partikelanzahl (PN) bei Euro 6d mit CF = 1,5 unter 9,0 × 10¹¹ #/km bleiben; das PN-Limit wurde mit dem dritten RDE-Paket (Dezember 2016) verbindlich und Anpassungen für Hybridfahrzeuge sowie Regenerationsereignisse wurden in dieses Paket aufgenommen. CO2 wird gemessen und aufgezeichnet, aber nicht systematisch analysiert; die verbindlichen Schadstoffe sind NOx und die Partikelanzahl.

Was ist der Unterschied zwischen RDE und WLTP?

Diese beiden Tests werden häufig verglichen, aber sie übernehmen tatsächlich nicht dieselbe Aufgabe. WLTP ist ein Labor verfahren, das den NEDC ersetzt hat: mit höherer Durchschnitts- und Höchstgeschwindigkeit, einem breiteren Spektrum an Fahrbedingungen und einem längeren Zyklus ist es dem realen Fahrbetrieb deutlich näher als der NEDC. Dennoch findet es auf dem Chassis-Dynamometer unter kontrollierten Bedingungen statt. RDE hingegen verlässt das Labor vollständig und misst NOx, HC, CO, CO2 und Partikel unterwegs auf der Straße.

Die beiden sind also keine Alternativen, sondern Ergänzungen voneinander: Jedes neue Fahrzeug muss sowohl in den WLTP- als auch in den RDE-Tests die Abgasgrenzwerte einhalten. Im RDE-Test wird im Vergleich zum Labor eine höhere Fahrdynamik beobachtet, und deutlich mehr Daten müssen in Echtzeit überwacht und kontrolliert werden. Aus ingenieurtechnischer Sicht bedeutet das eine erheblich zunehmende Auswertungslast; statt einem Zyklusprofil zu folgen, müssen Sie eine Emissionsstrategie aufbauen, die im Straßenverkehr unter allen Bedingungen innerhalb des Grenzwerts bleibt.

Wie Verschärft Euro 7 die RDE und Wo Liegen die Schwächen des Systems?

Die RDE-Rechtsvorschriften waren kein stillstehendes Ziel. Mit der Euro-6e-Änderung sind Hersteller verpflichtet, PEMS im Fahrzeug zu unterstützen, damit unabhängige Akteure In-Service-Conformity-(ISC-)RDE-Tests durchführen können - das heißt, die Messinfrastruktur ist nun Teil der digitalen Architektur des Fahrzeugs selbst. Die Euro-7-Verordnung stellt neben der Typgenehmigung auch Anforderungen an Bremssysteme und Reifen, und es wird erwartet, dass die PEMS-Technologie in künftigen Real-World-Verifizierungsanforderungen eine größere Rolle spielen wird. Weit verbreitet ist die Einschätzung, dass Euro 7 die Grenzwerte deutlich verschärft; die detaillierten Auswirkungszahlen dazu müssen jedoch noch mit dem primären Gesetzestext bestätigt werden.

Auch die kritisierten Seiten des Systems sind konkret. Der derzeitige RDE-Test wird nur auf die vom Hersteller bereitgestellten Vorserienfahrzeuge angewendet; Kälte- und Höhenlagenbedingungen - die unverhältnismäßig hohe NOx-Werte erzeugen können - werden nur im Rahmen der "erweiterten" Grenzbedingungen berücksichtigt. Ein einzelner RDE-Test kann am selben Fahrzeug unterschiedliche Ergebnisse liefern, was die Reproduzierbarkeit einschränkt. Zudem können Hersteller die RDE-Typgenehmigungstests %50 davon unter technischer Aufsicht selbst durchführen; deshalb wird der Bedarf an unabhängigen Nachtests und Marktüberwachung häufig angemahnt. Eine weitere technische Realität: Die Einhaltung der RDE-Grenzwerte erfordert hocheffiziente DeNOx-Systeme - also SCR und AdBlue - im gesamten Arbeitsbereich des Fahrzeugs. Die Harnstofflösung mit einem Anteil von %32,5 wird in den SCR-Katalysator im Abgas eingespritzt, spaltet sich bei hohen Temperaturen zu Ammoniak auf und wandelt NOx in Stickstoff und Wasser um; in Kombination mit dem DPF bildet dieses System die Grundlage dafür, dass die Real-Fahr-Grenzwerte physikalisch erreichbar sind.

Wo Können Sie die Real-World-Emissionsdaten Ihres Fahrzeugs Sehen?

RDE ist nicht mehr nur eine Angelegenheit von Testlaboratorien; sie öffnet auch Türen für Verbraucher. Die Hersteller müssen die technischen Berichte der RDE-Tests erstellen und einen Teil davon auf ihren eigenen Webseiten öffentlich zugänglich machen; detailliertere Berichte werden Antragstellern mit „berechtigtem Interesse“ kostenlos zur Verfügung gestellt. In der EU werden Daten zu CO2 und Kraftstoffverbrauch unter realen Bedingungen in der EEA-Datenhub („Real world emissions from cars and vans“) gesammelt, und die Kommission veröffentlicht Berichte zu CO2 im realen Fahrbetrieb anhand der Daten aus den in Fahrzeugen eingebauten Kraftstoffverbrauchs-Überwachungsgeräten.

Auch außerhalb der EU gibt es Möglichkeiten: In den USA können Verbraucher über Fueleconomy.gov auf fahrzeugspezifische Emissionsdaten zugreifen; unabhängige Bewertungsplattformen wie der AIR Index bieten ebenfalls Werte zu Emissionen und Kraftstoffverbrauch unter realen Bedingungen. Es ist heute technisch also möglich, bei einem Fahrzeug, das Sie kaufen möchten, nicht nur die Katalogwerte, sondern auch sein unter realen Bedingungen gemessenes Verhalten zu prüfen.

Fazit: Was bringt der RDE-Test dem Käufer?

Der Kern des RDE lässt sich in einem Satz zusammenfassen: die Umwandlung der Emissionsangabe von einem fahrzeugunabhängigen Laborergebnis in eine im realen Verkehr verifizierte Messung. Das System hat Schwächen - enge Grenzbedingungen, die Anwendung auf Vorserienfahrzeuge, Grenzen der Wiederholbarkeit - und die Kritik beruht auf berechtigten Gründen. Aber die Richtung ist klar: Mit jeder neuen Regelung nähert sich die Messung realistischeren Bedingungen und engeren Toleranzen an. Sehen zu können, was an einem Tag, an dem Temperatur und Verkehr völlig außerhalb Ihrer eigenen Kontrolle liegen, aus dem Auspuffrohr kommt, ist der greifbarste Fortschritt der Emissionsgesetzgebung im letzten Jahrzehnt.

Quellen

• Real-driving emissions test procedure for exhaust gas pollutant emissions of cars and light commercial vehicles in Europe - ICCT
• Cars and Light Trucks: RDE Testing - DieselNet
• EU: Light-duty: Real-Driving Emissions (RDE) - TransportPolicy.net
• Real Driving Emissions Testing (RDE) & PEMS Solutions - HORIBA
• The Industry Standard to measure Real Driving Emissions (RDE) - AVL
• Euro 6e: Changes to the European Union light-duty vehicle type-approval procedure - ICCT
• Euro 7: The new emission standard for light-duty vehicles - ICCT
• WLTP and RDE - EUR-Lex Zusammenfassung
• On-road vehicle emissions beyond RDE conditions - JRC
• Real Driving Emissions - AECC
• Real world emissions from cars and vans - EEA Datahub
• Real-world Emissions - AIR Index