Mobilität spielt in der Bundesrepublik Deutschland eine wichtige Rolle. Dabei ist der motorisierte Individualverkehr und somit der Pkw-Verkehr die entscheidende Größe. Der Verkehr soll umweltgerecht, sozialverträglich aber auch gleichzeitig wirtschaftlich effizient sein. Entscheidend für die Schadstoffbelastung der Umwelt durch den Straßenverkehr sind die Abgasemissionen der im Verkehr befindlichen Fahrzeuge. Daher wurde mit der Richtlinie 98/69/EG und der damit verbundenen Einführung der Abgasstufe Euro 3 erstmalig die Prüfung der Konformität von in Betrieb befindlichen Personenkraftwagen und leichten Nutzfahrzeugen (Feldüberwachung) eingeführt. Dabei sollen bereits im Verkehr befindliche Fahrzeuge nach einer statistischen Auswahl unter Typprüfbedingungen (Typ I Test) erneut untersucht werden. So soll gewährleistet werden, dass die abgasrelevanten Systeme und Bauteile eines Fahrzeuges auch noch nach mehreren tausend Kilometern funktionieren. Deshalb werden die Fahrzeuge bei der Feldüberwachung auf ihre limitierten Schadstoffkomponenten ein weiteres Mal überprüft. Aufgrund der immer größeren Bedeutung der CO2-Emissionen wurden in diesem Forschungsvorhaben sowohl die CO2-Emissionen als auch der Kraftstoffverbrauch mit erfasst. Für den Erfolg eines solchen Projektes ist die Fahrzeugauswahl von entscheidender Bedeutung. Denn nur so ist es möglich auch ein repräsentatives Ergebnis zu erhalten. Deshalb wurden neben den gesetzlich vorgeschriebenen Auswahlkriterien auch statistische und technische Kriterien berücksichtigt. Dabei erfolgte die Auswahl der Fahrzeughalter nach dem Zufallsprinzip. Alle Prüffahrzeuge wurden im Abgaslabor, entsprechend ihrer Abgasnorm, auf ihre Schadstoffkomponenten überprüft. Gemäß der Gesetzgebung gelten bei einer Feldüberwachung die gleichen Prüfbedingungen wie bei der jeweiligen Typgenehmigung. In diesem Forschungsvorhaben wurden insgesamt 17 Fahrzeugtypen untersucht. Wobei 6 Typen mit Fremdzündungsmotor und 11 Typen mit Selbstzündungsmotor ausgestattet waren. Beide Gruppen sollten jeweils Fahrzeuge der Grenzwertstufen Euro 4 und Euro 5 beinhalten. Bei den Fahrzeugtypen mit Fremdzündungsmotor war ein Typ mit der Abgasnorm Euro 5, alle anderen erfüllten die Abgasnorm Euro 4. Bei den Fahrzeugtypen mit Selbstzündungsmotor erfüllten 4 Typen die Abgasstufe Euro 5 und 7 Typen entsprachen der Abgasstufe Euro 4. Unter den Fahrzeugtypen mit Kompressionszündung und der Abgasnorm Euro 4 befanden sich 4 Typen der Klasse M1 und 3 Typen der Klasse N1 der Gruppe III. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Abgasemissionen von in Betrieb befindlichen Pkw und leichten Nutzfahrzeugen zu untersuchen, um so Rückschlüsse auf die Dauerhaltbarkeit von Motorkomponenten und Systemen zur Abgasnachbehandlung ziehen zu können. Insgesamt konnten bei dieser Feldüberwachung, gemäß dem statistischen Verfahren, alle 17 geprüften Fahrzeugtypen mit "positiv" bewertet werden. Mit Ausnahme eines Fahrzeugtyps, wurde bei allen untersuchten Fahrzeugtypen, die Stichprobe mit der Mindeststichprobengröße abgeschlossen. Das bedeutet, dass alle 3 Fahrzeuge eines Typs im Anlieferungszustand die jeweiligen Grenzwerte für Schadstoffemissionen gemäß den Kriterien des statistischen Verfahrens einhielten bzw. unterschritten. Nur bei einem Fahrzeugtyp war die Erhöhung der Stichprobe auf 8 Fahrzeuge erforderlich. Weiterhin wurden bei allen Fahrzeugtypen die CO2-Emissionen und der Kraftstoffverbrauch (Typ I Test) bestimmt, um anschließend die gemessenen CO2-Emissionen mit denen der Hersteller vergleichen zu können. Von den 17 untersuchten Fahrzeugtypen hielten elf Fahrzeugtypen die jeweiligen Herstellerangaben ein oder unterschritten diese. Bei sechs Fahrzeugtypen lagen die CO2-Emissionen um mehr als die bei der Typprüfung zulässigen 4% über der Herstellerangabe.

Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens wurden Vorschläge zur Erhöhung der Aussagekraft der bestehenden Abgasuntersuchung für Fahrzeuge mit Dieselmotor und zur Anpassung der Untersuchungsmethode an die Anforderungen durch künftige Fahrzeuggenerationen erarbeitet. Während des Betriebs von Fahrzeugen mit Kompressionszündungsmotor lagern sich im Abgassystem Rußpartikel ab. Bei der Durchführung der freien Beschleunigung an einem unzureichend konditionierten Fahrzeug können sich derartige Rußpartikel lösen und zu einer Erhöhung der gemessenen Abgastrübung führen. Dieser Depositeffekt kann dazu führen, dass Fahrzeuge ohne technischen Defekt bei der Abgasuntersuchung beanstandet werden (Error of Commission). Neben der Fahrzeugkonditionierung hat die Beschleunigungszeit bei der freien Beschleunigung einen entscheidenden Einfluss auf die gemessene Abgastrübung. Bei der freien Beschleunigung wird der Motor gegen seine Massenträgheit von der Leerlaufdrehzahl auf die Abregeldrehzahl beschleunigt. Entscheidend für die Aussagefähigkeit dieser Messung ist eine schnelle und stoßfreie Beschleunigung, so dass die größtmögliche Einspritzmenge innerhalb kürzester Zeit erreicht wird. Bei einer langsamen Beschleunigung wird nicht die volle Einspritzmenge erreicht, die aufgebrachte Motorlast ist geringer und es wird eine niedrigere Abgastrübung gemessen. Das kann dazu führen, dass defekte Fahrzeuge bei langsamer Beschleunigung als in Ordnung bewertet werden (Error of Omission). Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens folgende Vorschläge zur Verbesserung der Aussagekraft der Abgasuntersuchung für Fahrzeuge mit Dieselmotor erarbeitet: - eine allgemeingültige Festlegung der Konditionierungsverfahren, d.h. mindestens acht freie Beschleunigungen bei betriebswarmen Motor vor Beginn der Trübungsmessung; - eine Begrenzung der Beschleunigungszeit auf max. 1,5 s, wobei in besonderen Fällen größere Werte zulässig sind, wenn dies der Hersteller technisch begründet. Neue Fahrzeugkonzepte mit deutlich abgesenkten Abgasemissionen, sowohl im Pkw-Bereich als auch im Bereich der schweren Nutzfahrzeuge, stellen langfristig erhöhte Anforderungen an das Prüfverfahren und die eingesetzte Messtechnik. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden daher verschiedene Ansätze für eine Weiterentwicklung der Abgasuntersuchung aufgezeigt. In einer theoretischen Studie und praktischen Versuchen wurden die verschiedenen Ansätze im Hinblick auf ihre Wirksamkeit und Praxistauglichkeit untersucht. Vor dem Hintergrund der EG-Gesetzgebung scheint die Kombination der Trübungsmessung bei einer freien Beschleunigung mit den Funktionen einer künftigen Diesel-OBD eine aussichtsreiche Lösung darzustellen. Da zum Zeitpunkt der Untersuchung noch keine mit einer vorschriftenkonformen OBD ausgerüsteten Dieselfahrzeuge verfügbar waren, wurden die Ergebnisse an Fahrzeugen mit herstellerspezifischen Eigendiagnosesystemen erarbeitet. Da jedoch nicht grundsätzlich neue Ansätze bezüglich der Eigendiagnose an Dieselmotoren zu erwarten sind (verfügbare Istwerte, Inhalt Fehlerspeicher), sondern im Wesentlichen die Abgasnachbehandlung bei den OBD-Dieselfahrzeugen zusätzlich in die Diagnose einbezogen wird, ist dieser Ausblick durchaus wirklichkeitsnah. Aufgrund der geringen Anzahl von untersuchten Fahrzeugen und der Tatsache, dass zur Zeit keine Dieselfahrzeuge mit vorschriftenkonformer OBD erhältlich sind, sollten für die Erarbeitung eines diskussionsfähigen Vorschlags zur Einbindung der Diesel OBD in die AU weitere Untersuchungen erfolgen.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden 122 AU-auffällige Fahrzeuge mit Ottomotor und geregeltem Katalysator weitergehend untersucht. Die Fahrzeugauswahl an den Prüfbahnen erfolgte nach den Hauptkriterien Abgasuntersuchung (AU) "nicht bestanden" und der Hubraumklasse sowie dem Zulassungsjahr. Um die Wirksamkeit der AU darzustellen, wurden die defekten Fahrzeuge im Anlieferungszustand in drei verschiedenen Fahrzyklen auf der Rolle vermessen, anschließend in markengebundenen Fachwerkstätten instand gesetzt und nach bestandener AU wiederum auf der Rolle vermessen. Der Vergleich der Abgas-Emissionen vor und nach der Reparatur im NEFZ-Zyklus zeigt für die untersuchten Fahrzeuge eine deutliche Emissionsabsenkung für CO, HC und NOx. Die AU identifiziert Fahrzeuge mit emissionsrelevanten Defekten, die durch Wartung beziehungsweise Reparatur behoben werden und somit die Fahrzeuge auf ein Emissionsniveau zurückführt, welches in etwa dem des Neuzustandes entspricht. Würde die AU entfallen, würde der Anteil von Fahrzeugen mit emissionsrelevanten Defekten bis auf ein Sättigungsniveau ansteigen. Bei Abschaffung der bestehenden AU würden daher die Jahresemissionen des G-Kat-Kollektivs nach diesen Überlegungen um deutlich mehr als die berechnete jährliche Reparatur bedingte Emissionsminderung ansteigen.

Ausgangspunkt des in vier Arbeitspakete gegliederten Forschungsprojektes ist eine Analyse des OBD-relevanten Vorschriften- und Regelwerkes. Im Ergebnis dieser Zusammenstellung muss festgehalten werden, dass es nicht nur eine Vielzahl von internationalen, europäischen und nationalen Vorschriften und Normen mit OBD-Relevanz gibt, sondern diese auch durch eine hohe Komplexität gekennzeichnet sind. Der aktuelle Bestand an Regulierung und Standardisierung ist sehr umfangreich. Allerdings hat die Analyse zum Vorschein gebracht, dass es an verschiedenen Stellen der Harmonisierung und Vereinfachung des Regelwerkes bedarf, vor allem um den Spielraum für Interpretationen und unterschiedliche Auslegungen zu minimieren. Dies gilt insbesondere für die Pflege und Aufrechterhaltung von Vorschriftenständen für Fahrzeuge älterer Baujahre. Bei der Betrachtung der unterschiedlichen Auslesemöglichkeiten der OBD-Schnittstelle im zweiten Arbeitspaket durch die Herstellerdiagnose, die Mehrmarkendiagnose und die Standardisierte Diagnose EOBD zeigte sich, dass bei der Mehrmarkendiagnose nicht immer die volle Funktionalität der Herstellerdiagnose abgebildet wird, jedoch die täglichen Arbeiten der Werkstätten vollumfänglich möglich sind. Die verfügbaren OBD-Standards definieren bereits heute sehr viele Datensätze. Diese werden jedoch erst dann durch den Fahrzeughersteller bedatet, wenn es eine eindeutige Gesetzgebung dafür gibt und diese dort festgelegt sind. Zum Beispiel bedarf es hinsichtlich einer zukünftigen Bewertung der NOx-Emissionen im Rahmen der Abgasuntersuchung einer entsprechenden Regulierung, um entsprechende Daten der NOx-Sensoren oder Temperaturen im Abgasstrang prüfen zu können. Eine weitere Herausforderung stellen die neuen UNECE-Regulierungen zu Cybersecurity-Management-Systemen und Softwareupdates dar. Diese schränken aus Sicherheitsgründen u.a die Zugriffsmöglichkeiten auf das OBD-System ein. Notwendig erscheinen zeitnah klare Regeln, um auch in Zukunft den gesetzlichen Auftrag der Hauptuntersuchung durch einen diskriminierungsfreien Zugang über das OBD-System sicher zu stellen. Die durchgeführten Vergleichsmessungen (Hersteller vs. Mehrmarkendiagnose) an verschiedenen Fahrzeugen unterschiedlicher Hersteller zeigten, dass sich die Untersuchungsergebnisse zwar grundsätzlich miteinander vergleichen lassen, jedoch nicht zwangsläufig die Funktionalität des Fahrzeugs bzw. des Diagnosegeräts widerspiegeln. Diese Tatsache ist besonders dann nicht hilfreich, wenn ein Großteil der Diagnoseinformationen nicht im Diagnosegerät implementiert bzw. nicht für den Werkstattbetrieb freigeschaltet sind. Durch die Betrachtung der emissionsrelevanten „meldepflichtigen“ Software-Updates im Rahmen der Typprüfung sollten im dritten Arbeitspaket die Auswirkungen dieser Updates auf das OBD-System analysiert werden. Dabei sollte betrachtet werden, wie häufig „meldepflichtige“ Software-Updates durchgeführt wurden und in welchem Umfang sie die OBD-Daten betreffen. Die mit Unterstützung des Kraftfahrt-Bundesamtes durchgeführte Untersuchung ergab, dass eine Zuordnung der Software-Änderungen zu Abgas- oder OBD-relevanz mit Hilfe der KBA-Quartalslisten aufgrund nicht ausreichender Datenlage nicht möglich ist. Hieraus kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass der sichere Umgang mit Software-Updates, die typgenehmigungsrelevant sind und Auswirkungen auf das Umweltverhalten des Kraftfahrzeugs haben, einer europäisch harmonisierten Regulierung bedürfen. Ein wichtiges Hilfsmittel zur Nachverfolgbarkeit von Software-Updates könnte dabei die Einrichtung eines digitalen Fahrzeugregisters sein, welches sowohl alle genehmigungsrelevanten Fahrzeugveränderungen als auch Software-Updates zusammenführt und somit den genehmigten Softwarestand über den kompletten Lebenszyklus überprüfbar macht. Im letzten Arbeitspaket des Forschungsprojektes wurden auf Basis des Standes von Wissenschaft und Forschung die aktuell vier bekannten und diskutierten Modelle mit den jeweiligen Lösungsansätzen der sicheren Over the Air Datenübertragung vorgestellt. Die Aspekte, welche Daten übertragen werden, Datenumfang, Authentifizierung, Rückkopplung, Empfangsbestätigung, Typgenehmigungsrelevanz wurden betrachtet. Ein weiteres Ergebnis der Studie ist, dass die Verwendung der Daten für die PTI einen unabhängigen, vertrauenswürdigen und diskriminierungsfreien Fernzugriff auf Fahrzeugdaten, -funktionen und -ressourcen nach gleichen Grundsätzen und Funktionen für alle Beteiligten erfordert.