On-Board-Abgasmessungen an Dieselfahrzeugen im Stuttgarter Straßenverkehr

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1 On-Board-Abgasmessungen an Dieselfahrzeugen im Stuttgarter Straßenverkehr Projekt der LUBW mit Dr. Werner Scholz, LUBW Karlsruhe, Referat 33 - Luftqualität Martin Kleinebrahm, TÜV NORD Mobilität, Essen Heinz Steven, Datenanalysen und Gutachten, Heinsberg

2 Immissionssituation in Stuttgart Massive Grenzwertüberschreitungen bei NO 2 an den stark verkehrsbelasteten Stationen NO 2 -Jahresmittelwert NO 2 Anzahl Std. > 200 µg/m³ 140 NO 2, JMW in µg/m³ 900 NO 2, Anzahl 1h-MW > 200 µg/m³ Grenzwert Stuttgart Mitte Straße (V) Stuttgart Am Neckartor (S) Stuttgart Hohenheimer Straße (S) Grenzwert Stuttgart Mitte Straße (V) Stuttgart Am Neckartor (S) Stuttgart Hohenheimer Straße (S) Am Neckartor: DTV , Lkw-Anteil 4,4% Hohenheimer Straße: DTV , Lkw-Anteil ~ 1% Steigung 0% Steigung 6,7%! Stuttgart besitzt anspruchsvolle Topographie mit erheblichen Steigungen Zusätzlich durch Kessellage lufthygienisch ungünstige Bedingungen Ursachen insbesondere der NO 2 -Spitzenbelastungen unklar

3 Emissionssituation in Stuttgart Ursachenanalyse NO 2, Beitrag des Straßenverkehrs: Am Neckartor: lokal: 59%, HG: 17% Summe 76% Hohenheimer Straße: lokal: 51%, HG: 16% Summe 67% Welches Minderungspotenzial LUBW 2009 besteht im Verkehrsbereich? LUBW 2009 In Stuttgart wird Tempo 40 auf Hauptverkehrsstraßen diskutiert Führt ein Tempolimit zu einer Emissionsminderung der Fahrzeuge? Geeignete Emissionsfaktoren fehlen im HBEFA 3.1 Versuche von P. Rabl, Bay. LfU, zu T50 T30 mit u. ohne Vorfahrt aus 2003!

4 Projektfragestellungen: Projekt der LUBW mit TÜV Nord On-Board-Abgasmessungen an Dieselfahrzeugen im Stuttgarter Straßenverkehr Analyse der Abgaszusammensetzung von Pkw im realen Stadtverkehr Fahrzustände mit hohen NO 2 - und NOx-Emissionen identifizieren Untersuchung der Maßnahme Tempolimit (T50 T30, T50 T40) Lastabhängigkeit der Emissionen an Steigungsstrecken Einfluss von Verkehrsverstetigung auf die Emissionen Hinweise auf Emissionsminderungspotenzial sollen resultieren Warum Diesel-Kfz?

5 Abgasgrenzwerte und Emission im realen Betrieb EU-Abgasgrenzwerte für Diesel-Pkw NO x +HC Pkw Diesel NOx HC+NOx [g/km] - 1,13-0,7 0,5 0,56 0,25 0,3 0,18 0,23 0,08 0,17 Pkw Diesel Euro 1 Euro 2 Euro 3 NOx+HC Euro 4 Euro 5 Euro 6 0% 20% 40% 60% 80% 100% NO x +HC in % HBEFA 3.1 NO x innerorts Bezugsjahr 2010 Pkw PKW Diesel Euro 0 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 0,65 0,66 0,71 0,74 0,56 0,56 NO x in g/km HBEFA 3.1 NO 2 innerorts Bezugsjahr 2010 PKW Diesel Pkw Diesel Euro 0 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 0,052 0,053 0,078 0,197 NO 2 in g/km 0,257 0,264

6 Abgasgrenzwerte und Emission im realen Betrieb EU-Abgasgrenzwerte für Diesel-Pkw NO x +HC Pkw Diesel NOx HC+NOx [g/km] - 1,13-0,7 0,5 0,56 0,25 0,3 0,18 0,23 0,08 0,17 Pkw Diesel Euro 1 Euro 2 Euro 3 NOx+HC Euro 4 Euro 5 Euro 6 0% 20% 40% 60% 80% 100% NO x +HC in % HBEFA 3.1 NO x innerorts NO x innerorts Bezugsjahr 2010 Pkw PKW Diesel Euro 0 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 0,65 0,66 0,71 0,74 0,56 0,56 NO x in g/km Pkw Benzin HBEFA 3.1 NO 2 innerorts NO 2 innerorts Bezugsjahr 2010 Pkw Benzin PKW Diesel Pkw Diesel Euro 0 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 0,052 0,053 0,078 0,197 NO 2 in g/km 0,257 0,264

7 Fahrzeugauswahl 1 Diesel-Pkw der unteren Mittelklasse 1,6 l / 77 kw EU-4 + DPF 1 Diesel-Pkw der gehobenen Mittelklasse 2,2 l / 125 kw EU-4 + DPF 1 leichtes Nutzfahrzeug 3,0 l / 140 kw EU-4 + DPF Modelle sind repräsentativ für die Kfz-Flotte in Stuttgart (relevante Anteile) Gewählt wurde Abgasstufe Euro 4 + DPF: Bei Diesel-Pkw höchster Flotten- und Fahrleistungsanteil (HBEFA 2010) Bei LNFz zweithöchster Flotten- und Fahrleistungsanteil nach Euro 3 Das leichte Nutzfahrzeugmodell wird fast ausschließlich mit DPF ausgeliefert Fokus der Untersuchung auf Stickoxidemissionen Messungen der Partikelemission werden nicht durchgeführt Aussagen zu Partikeln über PHEM-Modellierung

8 Kenndaten der Versuchsfahrzeuge Fahrzeugtyp Gehobene Mittelklasse Leichtes Nutzfahrzeug Untere Mittelklasse Antriebsart Dieselmotor Dieselmotor Dieselmotor Nennleistung 125 kw / 3800 rpm 135 kw / 3800 rpm 103 kw / 4000 rpm Erstzulassung 07 / / / 2006 Kilometerstand km km km Hubraum 2149 ccm 2987 ccm 1968 ccm Schadstoffstufe Euro 4 mit DPF Euro 4 mit DPF Euro 4 mit DPF Masse (Testzustand) 2220 kg 3230 kg 1750 kg Bemerkungen Automatikgetriebe, zwei Schaltprogramme (Comfort und Sport) Automatikgetriebe, nur ein Schaltprogramm Handschalter, 6-Gang Fahrzeug 1 Fahrzeug 2 Fahrzeug 3 Zuladung mit 2 Personen, Messgeräten und Generator: ca. 300 kg Aufgrund der kleinen Stichprobe Anonymisierung der Fahrzeugmodelle

9 Versuchsdurchführung Ausrüstung der Fahrzeuge mit PEMS-Analytik PEMS = Portable Emission Measurement System - Messrohr zur Erfassung des Abgasmassenstromes - Beheizte Zuleitung zur Analytik - Generator für Stromversorgung unabhängig vom Bordnetz Möglichst häufige Messfahrten auf festgelegten Strecken (statistische Absicherung) Hauptverkehrsstraßen mit und ohne Steigung, Wohngebiete Höchstgeschwindigkeiten auf HVS 50 km/h / 40 km/h / 30 km/h Messung von Effekten am einzelnen Fahrzeug, keine Netzeffekte Genehmigung der Straßenverkehrsbehörde zur praxisnahen Erforschung der Emissionen "aus triftigem Grund" nach 3 Abs. 2 StVO 6 Messtage in Stuttgart, 1 Messtag in Freiberg a.n. zusätzlich Modellierung mit Emissionsmodell PHEM der Uni Graz

10 Ausrüstung der Versuchsfahrzeuge Messfahrzeug mit Generator, Abgasmessrohr und beheizter Leitung zur Analytik Messtechnik im Fahrzeug Auflagen der Straßenverkehrsbehörde: - rot-weiße Warnmarkierungen vorn und hinten - Schrifttafel "Emissionsmessungen" am Heck - gelbes Blinklicht (Rundumlicht) während der Langsamfahrt

11 Eingesetzte Messtechnik bei den PEMS-Messungen Messung des Abgasmassenstroms mit Electronic Flow Meter, Firma Sensors Messung der durchströmenden Masse über den dynamischen Staudruck (Pitot-Rohr Prinzip) Beheizte Zuleitung zur Analytik Messung der gasförmigen Komponenten mit SEMTECH-DS, Firma Sensors Motordrehzahl, Motorlast, Geschwindigkeit u.a. über OBD Schnittstelle Erfassung der Fahrzeugposition über GPS ( v) Höhenkoordinaten anschließend über das DGM1 der LUBW zugeordnet Erfassung von Temperatur, Luftdruck, Feuchte Erfassung von NO, NO 2, CO, CO 2 und HC im Sekundentakt Insgesamt über 300 Einzelfahrten ausgewertet und in Datenbank überführt

12 Messung der gasförmigen Komponenten mit SEMTECH-DS Messung von HC bei > 180 C mit FID. Nach Kühlung und Trocknung: CO- und CO 2 -Bestimmung mit NDIR-Analysator (Nicht-Dispersiver-Infrarot-Analysator) NO- und NO 2 -Bestimmung mit NDUV-Messbank (Nicht-Dispersive-Ultraviolet-Messbank) Zusammenführung der internen und externen Daten in angeschlossenem Rechner Messsystem Semtech-DS und grundsätzlicher Systemaufbau

13 Stuttgart Rips-Hintergrund M

14 Stuttgart - Schummerung 1 m Rips-Hintergrund M

15 Befahrungsstrecken in Stuttgart

16 Ergebnisse: Geschwindigkeitsabhängigkeit der Emissionen

17 Gemessene NOx-Emission, Geschwindigkeitsabhängigkeit Routen 1, 2 und e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Konstantfahrtabschnitte >= 30 s e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Beschleunigungsphasen >= 10 s e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Verzögerungsphasen >= 10 s Polynomisch (e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Konstantfahrtabschnitte >= 30 s) Fahrzeug 1 y = 2E-08x 6-5E-06x 5 + 0,0004x 4-0,018x 3 + 0,4196x 2-5,0514x + 26,656 Emission in g/km Geschwindigkeit in km/h

18 Emission in g/km Emission in g/km y = 2E-05x 3-0,0013x 2 + 0,0028x + 1, , Konstantfahrtabschnitte 40 >= 30 s, 50Fahrzeug 3 60 Geschwindigkeit in km/h y = 0,0005x 2-0,048x + 1, ,5 2 1 e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Konstantfahrtabschnitte >= 30 s e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Beschleunigungsphasen >= 10 s e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Verzögerungsphasen >= 10 s Polynomisch (e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Konstantfahrtabschnitte >= 30 s) Emission in g/km Fahrzeug 2 3,0 2,5 0 2, Geschwindigkeit in km/h 1,5 1,0 Fahrzeug 1 y = 2E-08x 6-5E-06x 5 + 0,0004x 4-0,018x 3 + 0,4196x 2-5,0514x + 26,656 Fahrzeug 1 e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Konstantfahrtabschnitte >= 30 s e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Beschleunigungsphasen >= 10 s e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Verzögerungsphasen >= 10 s NO x -Emission, Geschwindigkeitsabhängigkeit, differenziert nach Beschleunigung-, Verzögerungsund Konstantfahrtsituationen Polynomisch (e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Konstantfahrtabschnitte >= 30 s) e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Konstantfahrtabschnitte >= 30 s Fahrzeug 2 e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Beschleunigungsphasen >= 10 s e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Verzögerungsphasen >= 10 s Polynomisch (e_nox, +/-0,75% Längsneigung, Konstantfahrtabschnitte >= 30 s) Fahrzeug 3 0,5 0, Geschwindigkeit in km/h

19 Gemessene Emission bei Höchstgeschwindigkeiten 30 / 40 / 50 km/h jeweils Konstantfahrtabschnitte >=30 s, +/-0,75% Längsneigung, Emission in g/km Fz1 NOx NO 2 CO 2 Fz2 Fz3

20 Einfluss unterschiedlicher Höchstgeschwindigkeiten für Fahrstrecke 1 = Innenstadtring und Fahrstrecke 2 = Neckartor/Cannstatter Straße Fahrzeug 1 Fahrzeug 2 Fahrzeug 3 Fahrstrecke NO2 NOx CO2 NO2 NOx CO2 NO2 NOx CO2 30 km/h 1 0,915 1, ,905 0,580 1, ,819 0,060 0, ,018 min 0,623 1, ,335 0,501 1, ,017 0,039 0, ,941 max 1,198 1, ,161 0,724 1, ,473 0,089 0, ,745 stdaw 0,223 0,295 14,788 0,125 0,057 2,731 0,021 0,143 20, km/h 1 0,533 0, ,239 0,698 1, ,400 0,088 0, ,273 min 0,338 0, ,203 0,587 1, ,446 0,063 0, ,927 max 1,086 1, ,245 0,866 1, ,515 0,108 0, ,668 stdaw 0,236 0,292 28,305 0,107 0,155 13,507 0,018 0,033 12, km/h 1 0,558 1, ,866 0,762 1, ,462 0,072 0, ,907 min 0,420 0, ,745 0,583 1, ,393 0,029 0,119 91,375 max 0,712 1, ,689 0,983 1, ,529 0,130 0, ,923 stdaw 0,095 0,149 8,627 0,134 0,180 20,157 0,029 0,098 18, km/h 2 0,616 1, ,989 0,541 1, ,223 0,053 0, ,826 min 0,422 0, ,249 0,293 1, ,829 0,036 0,429 94,110 max 0,980 1, ,388 0,789 1, ,617 0,077 0, ,529 stdaw 0,174 0,425 20,522 0,351 0,105 28,842 0,017 0,148 32, km/h 2 0,538 0, ,353 0,654 1, ,662 0,083 0, ,997 min 0,379 0, ,325 0,479 0, ,608 0,064 0, ,535 max 0,693 1, ,756 0,866 1, ,469 0,102 0, ,606 stdaw 0,132 0,125 18,562 0,196 0,104 26,786 0,015 0,063 13, km/h 2 0,548 0, ,611 0,722 0, ,243 0,088 0, ,134 min 0,391 0, ,971 0,579 0, ,935 0,013 0,217 82,941 max 0,835 1, ,555 0,931 1, ,732 0,126 0, ,037 stdaw 0,131 0,156 31,493 0,149 0,176 20,493 0,030 0,080 23,567 Jeweils Konstantfahrtabschnitte >=30 s, +/-0,75% Längsneigung, Emission in g/km

21 NOx NO 2 CO 2 Fz1 2,0 1,8 1,6 Fahrzeug 1 Mittelwert + Stdaw Mittelwert Mittelwert - Stdaw 1,2 1,0 Fahrzeug 1 Mittelwert + Stdaw Mittelwert Mittelwert - Stdaw 300,0 250,0 Fahrzeug 1 1,4 0,8 200,0 NO x in g/km 1,2 1,0 0,8 NO 2 in g/km 0,6 CO 2 in g/km 150,0 0,6 0,4 100,0 Mittelwert + Stdaw Mittelwert Mittelwert - Stdaw 0,4 0,2 50,0 0,2 Route 1 Route 2 Route 1 Route 2 Route 1 Route 2 0,0 30 km/h 40 km/h 50 km/h 30 km/h 40 km/h 50 km/h 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 0,0 30 km/h 40 km/h 50 km/h 30 km/h 40 km/h 50 km/h 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 0, km/h ,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 Fz2 2,0 1,8 1,6 Fahrzeug 2 1,2 1,0 Fahrzeug 2 300,0 250,0 Fahrzeug 2 1,4 0,8 200,0 NO x in g/km 1,2 1,0 0,8 NO 2 in g/km 0,6 CO 2 in g/km 150,0 0,6 0,4 100,0 0,4 Mittelwert + Stdaw Mittelwert Mittelwert - Stdaw 0,2 Mittelwert + Stdaw Mittelwert Mittelwert - Stdaw 50,0 Mittelwert + Stdaw Mittelwert Mittelwert - Stdaw 0,2 Route 1 Route 2 Route 1 Route 2 Route 1 Route 2 Fz3 0,0 30 km/h 40 km/h 50 km/h 30 km/h 40 km/h 50 km/h 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 2,0 1,8 1,6 Fahrzeug 3 0,0 30 km/h 40 km/h 50 km/h 30 km/h 40 km/h 50 km/h 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 1,2 1,0 Fahrzeug 3 0, km/h ,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 300,0 250,0 Fahrzeug 3 NO x in g/km 1,4 1,2 1,0 0,8 Mittelwert + Stdaw Mittelwert Mittelwert - Stdaw Route 1 Route 2 NO 2 in g/km 0,8 0,6 Mittelwert + Stdaw Mittelwert Mittelwert - Stdaw CO 2 in g/km 200,0 150,0 Mittelwert + Stdaw Mittelwert Mittelwert - Stdaw 0,6 0,4 Route 1 Route 2 100,0 0,4 0,2 50,0 0,2 Route 1 Route 2 0,0 30 km/h 40 km/h 50 km/h 30 km/h 40 km/h 50 km/h 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 0,0 30 km/h 40 km/h 50 km/h 30 km/h 40 km/h 50 km/h 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 0, km/h ,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5

22 Emissionsmessungen bei Höchstgeschwindigkeiten 30 / 40 / 50 km/h Die PEMS-Messungen ergeben: T40 T50 bei NOx, NO 2 und CO 2 für die Fz 1-3: Emissionen bei T40 liegen etwa gleich hoch wie bei T50 T30 > T40/T50 für NOx und CO 2 : - Bei T30 sind die NOx- und CO 2 -Emissionen höher. - Die NO 2 -Emission bei T30 verhält sich uneinheitlich: - Bei Fz 2+3 niedrigere NO 2 -Emissionen als bei T40/T50, - bei Fz 1 höhere NO 2 -Emissionen Eine Emissionsminderung ist durch die Einführung von T40 oder T30 nach diesen Ergebnissen nicht zu erwarten. Falls T40 aus anderen Gründen eingeführt werden soll, so erscheint dies aus Emissionssicht vertretbar.

23 Gemessene Emission im Verhältnis zu HBEFA

24 NOx emission in g/km 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Fahrzeug 1 Gemessene Emission im Verhältnis zu HBEFA 3.1 NOx NO 2 HBEfa 3.1, NOx, Ebene HBEfa 3.1, NOx, 6% Steigung HBEfa 3.1, NOx, 6% Gefälle enox, Fahrzeug 1 NO2 emission in g/km 3,5 Fahrzeug 1 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Fahrzeug 1 HBEfa 3.1, NO2, Ebene HBEfa 3.1, NO2, 6% Steigung HBEfa 3.1, NO2, 6% Gefälle eno2, Fahrzeug 1 0, v_ave in km/h 0, v_ave in km/h Fz 1, HBEFA 3.1 Daten im Vergleich zu Realemissionen NOx Fz 1, HBEFA 3.1 Daten im Vergleich zu Realemissionen NO 2 4,5 4,0 Fahrzeug 2 2,5 Fahrzeug 2 Fahrzeug 2 NOx emission in g/km 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 HBEfa 3.1, NOx, Ebene HBEfa 3.1, NOx, 6% Steigung HBEfa 3.1, NOx, 6% Gefälle enox, Fahrzeug 2 NO2 emission in g/km 2,0 1,5 1,0 HBEfa 3.1, NO2, Ebene HBEfa 3.1, NO2, 6% Steigung HBEfa 3.1, NO2, 6% Gefälle eno2, Fahrzeug 2 1,0 0,5 0,5 0, v_ave in km/h Fz 2, HBEFA 3.1 Daten im Vergleich zu Realemissionen NOx 0, v_ave in km/h Fz 2, HBEFA 3.1 Daten im Vergleich zu Realemissionen NO 2

25 Gemessene Emission im Verhältnis zu HBEFA 3.1 NOx NO 2 3,0 2,5 Fahrzeug 3 HBEfa 3.1, NOx, Ebene HBEfa 3.1, NOx, 6% Steigung HBEfa 3.1, NOx, 6% Gefälle enox, Fahrzeug 3 0,8 Fahrzeug 3 0,7 0,6 Fahrzeug 3 HBEfa 3.1, NO2, Ebene HBEfa 3.1, NO2, 6% Steigung HBEfa 3.1, NO2, 6% Gefälle eno2, Fahrzeug 3 NOx emission in g/km 2,0 1,5 1,0 NO2 emission in g/km 0,5 0,4 0,3 0,2 0,5 0,1 0, v_ave in km/h 0, v_ave in km/h Fz 3, HBEFA 3.1 Daten im Vergleich zu Realemissionen NOx Fz 3, HBEFA 3.1 Daten im Vergleich zu Realemissionen NO 2

26 Gemessene Emission im Verhältnis zu HBEFA HBEfa 3.1, CO2, Ebene CO2 emission in g/km Fahrzeug 1 1 HBEfa 3.1, CO2, 6% Steigung HBEfa 3.1, CO2, 6% Gefälle eco2, Fahrzeug Fahrzeug 3 3 CO 2 HBEfa 3.1, CO2, Ebene HBEfa 3.1, CO2, 6% Steigung HBEfa 3.1, CO2, 6% Gefälle eco2, Fahrzeug v_ave in km/h CO2 emission in g/km CO2 emission in g/km Fahrzeug HBEfa 3.1, CO2, Ebene HBEfa 3.1, CO2, 6% Steigung HBEfa 3.1, CO2, 6% Gefälle eco2, Fahrzeug v_ave in km/h v_ave in km/h

27 NO 2 /NOx-Verhältnis

28 Fahrzeug T T40 T30 100% Fahrzeug 1, Routen 1 und 2 50% NO 2 /NOx-Verhältnis der Emission, Fz. 1-3, Routen 1 und 2 NO2-Emission in g/h T50 Fahrzeug 3 100% Fahrzeug 3, Routen 1 und T40 50% 50 T NOx-Emission in g/h 100 NO2-Emission in g/h 150 Fahrzeug T50 100% Fahrzeug 2, Routen 1 und T40 T % NOx-Emission in g/h NO2-Emission in g/h NOx-Emission in g/h Jeder Punkt = 1 sec

29 Fahrzeug Fahrzeug 1, Route 6 100% % Einfluss von Steigungsstrecken auf das NO 2 /NOx-Verhältnis Fz. 1-3, Route 6 (Lederberg, 7% Steigung) NO2-Emission in g/h > T T50 T NOx-Emission in g/h 100 T30 NO2-Emission in g/h 150 Fahrzeug 3 100% > T50 T50 T40 T30 Fahrzeug 3, Route 6 50% Fahrzeug Fahrzeug 2, Route 6 100% % NOx-Emission in g/h NO2-Emission in g/h > T50 T50 T40 T30 Allerdings: hier fast ausschließlich Bergfahrt dargestellt! NOx-Emission in g/h

30 Steigungsstrecken

31 Einfluss von Steigungsstrecken auf die gemessenen NOx- / NO 2 -Emissionen, geschwindigkeitsabhängig NOx, NO2 Emission in g/km 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 eno2, 5% Steigung enox, 5% Steigung e_no2, eben e_nox, eben e_no2, Gefälle e_nox, Gefäle Fahrzeug 1, Kostantfahrten NOx, 5% Steigung NO 2, 5% Steigung NOx- und NO 2 -Emission bei zunehmender Geschwindigkeit und 5% Steigung: uneinheitlich, abhängig vom Fahrzeug Bei allen Fahrzeugen Abnahme der CO 2 -Emission mit zunehmender Geschwindigkeit NOx, NO2 Emission in g/km 0,5 0,0 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0, Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h Fahrzeug 3, Konstantfahrten eno2, 5% Steigung enox, 5% Steigung e_no2, eben e_nox, eben e_no2, Gefälle e_nox, Gefälle NOx, 5% Steigung NO 2, 5% Steigung 0,2 0, Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h

32 PHEM: NOx-Emissionen in Abhängigkeit von der Fahrbahnlängsneigung für Konstantfahrtabschnitte PHEM, mittleres Kfz, Pkw und leichte Nutzfahrzeuge Konstantfahrten >= 10 s 0.7 Emission in g/km enox, 25 bis 30 km/h enox, 30 bis 35 km/h enox, 35 bis 40 km/h enox, 40 bis 45 km/h enox, 45 bis 50 km/h enox, 50 bis 55 km/h % -5% 0% 5% 10% 15% Fahrbahnlängsneigung

33 Verstetigung

34 Einfluss von Verkehrsverstetigung Durchschnittsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Stop-Anteil 45 v_ave, T50, Route 1 40 Route 2 Fahrzeug 1 v_ave, T50, Route 2 v_ave, T50, Route 3 Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h y = -44,335x + 30,838 R 2 = 0,8278 Linear (v_ave, T50, Route 1) Linear (v_ave, T50, Route 2) Linear (v_ave, T50, Route 3) Route 1 Route 3 5 y = -33,761x + 31,521 R 2 = 0,7291 y = -133,26x + 43,82 R 2 = 0, % 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% Stop-Anteil Fahrzeug 1, Tempo 50, Routen 1-3

35 Einfluss von Verkehrsverstetigung CO 2 -Emission in Abhängigkeit vom Stop-Anteil y = 820,75x + 176,26 R 2 = 0,7846 y = 485,21x + 268,25 R 2 = 0,9278 y = 214,21x + 253,59 R 2 = 0, CO2 emission in g/km Route 2 CO2, T50, Route 1 CO2, T50, Route 2 CO2, T50, Route 3 Fahrzeug Linear (CO2, T50, Route 1) Linear (CO2, T50, Route 2) 50 Linear (CO2, T50, Route 3) 0 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% Stop-Anteil

36 Einfluss von Verkehrsverstetigung NOx-Emission in Abhängigkeit vom Stop-Anteil 3,5 3,0 y = 3,2862x + 2,249 R 2 = 0,8105 2,5 NOx in g/km 2,0 1,5 y = 1,147x + 2,0805 R 2 = 0,3191 Route 2 NOx, T50, Route 1 NOx, T50, Route 2 NOx, T50, Route 3 1,0 Linear (NOx, T50, Route 1) 0,5 y = 6,7181x + 1,0105 R 2 = 0,7176 Fahrzeug 1 Linear (NOx, T50, Route 2) Linear (NOx, T50, Route 3) 0,0 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% Stop-Anteil

37 Einfluss von Verkehrsverstetigung NO 2 -Emission in Abhängigkeit vom Stop-Anteil 2,5 Fahrzeug 1 2,0 y = 2,05x + 1,4133 R 2 = 0,9574 y = 1,5046x + 1,1617 R 2 = 0,5011 NO2 in g/km 1,5 1,0 Route 2 NO2, T50, Route 1 NO2, T50, Route 2 NO2, T50, Route 3 0,5 y = 5,2791x + 0,5457 R 2 = 0,7259 Linear (NO2, T50, Route 1) Linear (NO2, T50, Route 2) Linear (NO2, T50, Route 3) 0,0 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% Stop-Anteil

38 PHEM: 0.04 Emissionen in Abhängigkeit von der relativen positiven Beschleunigung (RPA) für Beschleunigungsvorgänge Emission in g/km PM PHEM, mittleres Kfz, Pkw und leichte Nutzfahrzeuge Beschleunigungsvorgänge >= 10 s epm, 12 bis 16 km/h RPA ist definiert als Zeitintegral über v*a für positives a dividiert durch die Fahrstrecke. Die Dimension ist m/s² oder kws/(kg*km). Letzteres ist die spezifische Beschleunigungsarbeit für den betrachteten Zyklus oder Fahrtabschnitt. Dargestellt sind PM und NOx; CO 2 zeigt ähnlichen Verlauf wie PM. Die Korrelation mit den Emissionen ist offensichtlich. NOx ist stark abhängig von der Fahrdynamik (Faktor 2!). Emission in g/km epm, 16 bis 20 km/h epm, 20 bis 24 km/h RPA in kws/(kg*km) NOx PHEM, mittleres Kfz, Pkw und leichte Nutzfahrzeuge Beschleunigungsvorgänge >= 10 s enox, 12 bis 16 km/h enox, 16 bis 20 km/h enox, 20 bis 24 km/h RPA in kws/(kg*km)

39 PHEM-Modellierung der Fahrprofile zu Tempolimit

40 PHEM: Modellierung realer Fahrprofile bei 30 / 40 / 50 km/h Fahrprofile nicht vergleichbar! PHEM, mittlerer Flottenmix Pkw und leichte Nutzfahrzeuge, Route 3, 20% Stillstand Kraftstoff NOx Partikel g/km g/km mg/km Tempo Tempo Tempo Geschwindigkeit in km/h vg, T50 vg, T40 vg, T30 10 Messstation Hohenheimer Straße ,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 Wegstrecke in m

41 PHEM: Modellierung realer Fahrprofile bei 30 / 40 / 50 km/h Fahrprofile vergleichbar! Kraftstoff NOx Partikel g/km g/km mg/km Tempo Tempo Tempo Geschwindigkeit in km/h PHEM, mittlerer Flottenmix Pkw und leichte Nutzfahrzeuge, Route 2, 1% Stillstand T50 T40 T30 Messstation Neckartor 0 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 Wegstrecke in m

42 PHEM: Änderungen bei T30 gegenüber T50 30% berechnet für mittlere Fahrzeugflotte 95% Pkw/5% LNFz, Bezugsjahr % PHEM-Modellierung auf Basis realer Fahrzyklen, Stuttgart Innenstadt, 3 Fahrstrecken, verschiedene Verkehrssituationen, mittlere Fahrzeugflotte, Pkw und leichte Nutzfahrzeuge Änderung Tempo 30 gegenüber Tempo 50 20% 15% 10% 5% 0% + 19 % + 6 % Mittelwert - Stdabw Mittelwert Mittelwert + Stdabw + 14 % -5% -10% Kraftstoffverbrauch NOx Emission Partikelemission

43 PHEM: Änderungen bei T40 gegenüber T50 30% berechnet für mittlere Fahrzeugflotte 95% Pkw/5% LNFz, Bezugsjahr 2010 Änderung Tempo 40 gegenüber Tempo 50 25% 20% 15% 10% 5% PHEM-Modellierung auf Basis realer Fahrzyklen, Stuttgart Innenstadt, 3 Fahrstrecken, verschiedene Verkehrssituationen, mittlere Fahrzeugflotte, Pkw und leichte Nutzfahrzeuge + 8 % + 10 % Mittelwert - Stdabw Mittelwert Mittelwert + Stdabw + 13 % 0% -5% Kraftstoffverbrauch NOx Emission Partikelemission

44 PHEM: Berechnete Emissionen in Abhängigkeit von Geschwindigkeit und Fahrzustand Emission in g/km PM y = x R² = PHEM, durchschnittliches Fahrzeug, Pkw und leichte Nutzfahrzeuge, Fahrtabschnitte >= 10 s, ebene Strecke y = x R² = epm, Konstantfahrtanteile epm, Beschleunigungsvorgänge epm, Verzögerungsvorgänge Pot.(ePM, Konstantfahrtanteile) Pot.(ePM, Beschleunigungsvorgänge) Pot.(ePM, Verzögerungsvorgänge) Dargestellt sind PM und NOx; CO 2 zeigt vergleichbaren Verlauf. Konstantfahrten sind definiert als Zustände mit Beschleunigungen zwischen +/- 1 km/h/s = - 0,2778 m/s² < a < 0,2778 m/s². Die Emissionen beschreiben ein mittleres Kfz für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge im Verhältnis 95% / 5% für das Bezugsjahr Die Konstantfahrtwerte streuen teilweise in die anderen Bereiche hinein. Dies liegt daran, dass nach obiger Definition leichte Beschleunigungen und Verzögerungen als Konstantfahrt eingeordnet werden. Emission in g/km y = 0.045x R² = Geschwindigkeit in km/h PHEM, durchschnittliches Fahrzeug, Pkw und leichte Nutzfahrzeuge, Fahrtabschnitte >= 10 s, ebene Strecke NOx y = x R² = y = x R² = y = 1.344x R² = enox, Konstantfahrtanteile enox, Beschleunigungsvorgänge enox, Verzögerungsvorgänge Pot.(eNOx, Konstantfahrtanteile) Pot.(eNOx, Beschleunigungsvorgänge) Pot.(eNOx, Verzögerungsvorgänge) Geschwindigkeit in km/h

45 Ergebnisse Teilweise sehr hohe NOx- und NO 2 -Emissionen, weit über HBEFA. Teilweise sehr hohe NO 2 /NOx-Anteile. Falls dies für größere Teile der Diesel-Pkw-Flotte zutrifft, dürfte darin eine Ursache der hohen NO 2 -Immissionsbelastung in Stuttgart zu sehen sein. Emissionen bei Höchstgeschwindigkeiten 30 / 40 / 50 km/h: Die Messungen ergeben T40 T50 bei NOx, NO 2 und CO 2 für die Fz 1-3 T30 > T40/T50 für NOx und CO 2 ; NO 2 bei T30 uneinheitlich Modellierung der Fahrprofile mit PHEM auf Basis realer Fahrzyklen der Stuttgarter Innenstadt ergibt für die mittlere Fahrzeugflotte (95% Pkw/5% LNFz): T30 und T40 > T50: Sowohl T30 als auch T40 führen zu höheren NOx-, NO 2 - und CO 2 -Emissionen. Eine Emissionsminderung durch die Einführung von T40 oder T30 ist nach diesen Ergebnissen nicht zu erwarten. Steigungen erhöhen PM- und NOx-Emissionen erheblich. Die Tempoabhängigkeit der PM- / NOx-Emissionen an Steigungsstrecken ist nicht eindeutig. Die Verstetigung des Verkehrsflusses hat ein großes Potenzial zur Senkung der Schadstoffemissionen: - Reduzierung der Stop-Anteile führt zu deutlicher Emissionsminderung - Reduzierung von Beschleunigungs-/Verzögerungsvorgängen (RPA) = Reduzierung der Fahrdynamik senkt Emissionen (NOx: Faktor 2!)

46 Vielen Dank für Ihr Interesse!