Der Elzer Berg im Westerwald mag nicht allen Autofahrern ein Begriff sein. Doch wer auf der A3 von Köln nach Frankfurt fährt, kommt nicht an ihm vorbei: Auf einer Strecke von acht Kilometern geht es bis kurz vor Limburg stetig bergab. Der Berg erhebt sich knapp 290 Meter über den Meeresspiegel – und er ist nicht der einzige, über den Deutschlands Straßen führen. Insbesondere in Süddeutschland geht es in vielen Regionen bei der Autofahrt hoch und runter. Dabei verpufft die Energie, die ein Fahrzeug im Gefälle einsparen könnte, weit gehend – zumindest bei Autos mit Verbrennungsmotor. Diesen Antrieb nutzen allerdings fast alle: 2013 fuhren rund 51 Prozent der zugelassenen Fahrzeuge mit Benzin und weitere knapp 47 Prozent mit Diesel. Die Energieverschwendung bergab betrifft nahezu jeden Autofahrer.

Straße bergab
© fotolia / Michele Piacquadio
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernStraße bergab
Beim Rollen bergabwärts lässt sich Kraftstoff sparen – allerdings nur bei abgeschaltetem Motor oder im Leerlauf. Moderne Konzepte sollen dem Fahren die Arbeit abnehmen und automatisch eingreifen, um hangabwärts weniger Benzin oder Diesel zu verbrauchen.

Hermann Koch-Gröber, Professor im Bereich "Automotive Systems Engineering" der Hochschule Heilbronn, will die natürliche Energie von Gefällen besser nutzen. Die Idee dazu kam ihm beim Radfahren. "Wenn ich bergab fahre und die Füße hochnehme, spüre ich viel deutlicher als beim Auto, wie viel Energie das Fahrrad aufnimmt", sagt er. Im Prinzip könnte ein Auto diese Kraft ebenfalls nutzen – wenn der Fahrer es im Leerlauf oder mit abgeschaltetem Motor bergab rollen ließe. Erste Tests haben gezeigt, dass Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor so mehr als fünf Prozent an Kraftstoff einsparen. "Das klingt nach wenig", meint Koch-Gröber, sei aber "für eine so einfache Maßnahme einiges, beim heutigen Stand der Automobiltechnik".

Rolltest hinter Stuttgart

Koch-Gröbers Team testete das Prinzip an einem Ford Focus mit 6-Gang-Schaltung, Benziner, Baujahr 2012. Teststrecke war ein 28 Kilometer langer, hügeliger Abschnitt auf der A81 zwischen Stuttgart und Heilbronn. Dort absolvierte ein Testfahrer drei Fahrten mit der durchschnittlichen Geschwindigkeit von je etwa 117 bis 120 Kilometer pro Stunde. Zunächst fuhr er mit Hilfe eines Tempomats, der die festgelegte Geschwindigkeit automatisch regelt. Bei der zweiten Fahrt simulierten die Forscher das "Bergab-Segeln" manuell: Sie ließen das Fahrzeug hangabwärts rollen, ohne dabei die Geschwindigkeit zu reduzieren. Das Ergebnis: Der Energieverbrauch ohne Segeln lag bei 5,71 Liter pro 100 Kilometer, im Leerlauf bei 5,49 Liter und bei Motorstopp nur bei 5,25 Liter. "Das Idealziel ist also der Motorstopp – allerdings zeigten die Tests, dass sich das Segeln schon im Leerlauf lohnt, selbst wenn der Motor noch Kraftstoff verbraucht", sagt Koch-Gröber. "Viele glauben, durch die Schubabschaltung bei eingelegtem Gang besonders zu sparen, aber der Geschwindigkeitsverlust durch die Motorbremse überwiegt in vielen Fällen."

Erstaunlicherweise ist der Spareffekt geringer, je höher die Durchschnittsgeschwindigkeit ist. Ein Grund dafür ist der Luftwiderstand. "Er steigt im Quadrat zur Geschwindigkeit. Das bedeutet, dass das Auto bei hoher Geschwindigkeit durch den Luftwiderstand schneller langsam wird", sagt Koch-Gröber. Wer zum Beispiel mit 160 Kilometern pro Stunde über die Autobahn rauscht und das Auto nur so lange rollen lässt, bis die Geschwindigkeit leicht nachlässt, muss nach wenigen Sekunden Leerlauf schon wieder Gas geben. Der Roll- und Spareffekt ist gering.

Schlechter Segler: Benzinschlucker SUV

Wie viel Kraftstoff ein Fahrer insgesamt spart, hängt von mehreren Parametern ab: neben dem Luftwiderstand von der Rollreibung der Reifen, dem Gewicht des Fahrzeugs und dessen Verbrauch beim erneuten Motorstart. "Ein aerodynamisches und reibungsoptimiertes, schweres Fahrzeug profitiert am meisten, zum Beispiel eine flache Limousine", sagt Koch-Gröber. "Am wenigsten profitieren SUVs oder leere Kleintransporter."

Die Frage ist nun, wie Fahrzeughersteller das Segeln umsetzen, so dass der Fahrer das Konzept akzeptiert. Ein manuelles Segeln wie im Test wäre den meisten Menschen wohl zu umständlich. Damit es automatisch funktioniert, muss der Bordcomputer eines Fahrzeugs das Höhenprofil der Straße kennen. Die GPS-Höhendaten jedenfalls reichen allein nicht. "Beim Wechsel von einem Satelliten zum nächsten kommt es bei GPS oft zu großen Sprüngen bei den Höhenwerten", sagt Koch-Gröber. "Das ist dann so, als hätte eine Zauberhand das Auto plötzlich zwölf Meter tiefer gesetzt." Andererseits müssen die Höhenkoordinaten für das Segeln nicht sonderlich genau sein. "Es reicht schon, wenn das System alle 100 Meter einen Höhepunkt kennt."

Anschalten nach dem Abschalten

Eine andere Frage ist, wie viel Geschwindigkeitsverlust ein Fahrer bei der Talfahrt hinnimmt: Wie langsam darf das Auto werden, bis der Motor wieder anspringt? Der Heilbronner Forscher schlägt vor, dass die Fahrer zu Beginn der Fahrt im Tempomaten neben der Wunschgeschwindigkeit eine Spanne für das Segeln festlegen. Wenn ein Fahrer 120 Kilometer pro Stunde auf der Autobahn fahren möchte, kann er für das Segeln zum Beispiel den Wert 10 Kilometer pro Stunde eingeben. Das Auto würde in diesem Fall bei einem Gefälle so lange rollen, bis es 110 Kilometer pro Stunde erreicht – und erst dann wieder beschleunigen.

Rein technisch lässt sich das automatisierte Segeln relativ leicht umsetzen. Derzeit untersucht Koch-Gröber den Spareffekt bei einem Fahrzeug mit einem Doppelkupplungsgetriebe. Bei dieser Getriebeart ist während der Fahrt der nächste Gang quasi voreingelegt. Sobald eine bestimmte Motordrehzahl erreicht ist, lässt der Steuercomputer das Getriebe in den nächsten Gang springen. Dabei öffnet das Fahrzeug nahezu zeitgleich die eine Kupplung und schließt die andere. Die Technik funktioniert vollautomatisch ohne Eingriff des Fahrers, weshalb die Doppelkupplung inzwischen als günstige Alternative zur Automatiktechnik gilt.

Serienreife Lösungen

Die Doppelkupplung ist für das Segeln geradezu prädestiniert – alle notwendigen Aktoren sind schon eingebaut. Lediglich die Algorithmen fehlen, die das Segeln bei der Fahrzeugsteuerung berücksichtigen. In einigen Autos ist sogar schon eine leichte Segelvariante realisiert: Der Golf 7 mit Doppelkupplungsgetriebe etwa schaltet selbstständig in den Leerlauf, sobald der Fahrer vom Gas geht. Die Software müsste das Prinzip nur noch auf die Gefälle übertragen.

"Das Start/Stopp-Segeln wird bald genauso normal werden wie die Klimaanlage" (Rolf Bulander)

Einige Hersteller wollen zudem den Motor während der Fahrt abstellen. Bosch zum Beispiel hat diese Technik angekündigt: Der Verbrenner geht während der Fahrt aus, sobald der Fuß nicht auf dem Gas- oder Bremspedal steht. Das wäre die Erweiterung des Golf-Prinzips. "Das Start/Stopp-Segeln wird aus Sicht von Bosch bald genauso normal werden wie die Klimaanlage", sagte Geschäftsführer Rolf Bulander zur Technik seines Arbeitgebers, als er sie Ende letzten Jahres vorstellen durfte. Inzwischen ist sie serienreif und soll bald auf den Markt kommen – in welchem Fahrzeug, wird aber noch nicht verraten.

Hermann Koch-Gröber hatte somit den richtigen Riecher. Nun will er herausfinden, ob das Segeln auch für Hybridfahrzeuge interessant ist. Sie "rekuperieren" ohnehin schon Energie: Das Fahrzeug tankt sozusagen bei der Bergabfahrt Kraft, die es in die Batterie zurückführt. "Allerdings hat die Kette der Energieumwandlung beim Rekuperieren von E-Maschine zur Batterie und zurück insgesamt erhebliche Verluste, so dass das Segeln in vielen Fahrsituationen die bessere Energiebilanz aufweist", erklärt Koch-Gröber.

Nicht zuletzt wird derzeit die so genannte Car-to-X-Kommunikation erforscht, dank der sich Autos mit der Verkehrsinfrastruktur "unterhalten" können. Es soll dann zum Beispiel intelligente Ampeln geben, die ein Fahrzeug auf den Beginn der nächsten Grünphase hinweisen. Das Auto fährt automatisch langsamer, damit es die Ampel bei Grün erreicht und durchfahren kann. Sollte es sich allerdings abzeichnen, dass das Auto bei Rot ankommt, könnte es in den Segelmodus schalten – es würde so den Spareffekt weiter erhöhen.