= Theoretischer Hintergrund

== Grundlagen zu Elektro- und Verbrennerfahrzeugen

@ev und @ice stellen zwei grundlegend verschiedene Ansätze in der Automobiltechnologie dar, 
die jeweils ihre eigenen einzigartigen Vorteile und Herausforderungen mit sich bringen.

=== Elektrofahrzeuge

Elektrofahrzeuge nutzen eine Batterie als Energiequelle und einen Elektromotor statt eines traditionellen Verbrennungsmotors. Diese Konfiguration ermöglicht es EVs, Emissionen am Auspuff zu eliminieren, was sie zu einer umweltfreundlicheren Option im Vergleich zu 
herkömmlichen ICE-Fahrzeugen macht. Die Energie für EVs stammt aus der Elektrizität, die entweder aus dem Stromnetz bezogen oder durch regenerative Technologien wie Solar- oder Windkraft gewonnen werden kann. Die Umweltauswirkungen von EVs hängen daher stark von der Energiequelle ab, die zum Laden der Batterien verwendet wird. Ist die Energiequelle nachhaltig, sind die gesamten Umweltauswirkungen geringer @energy-gov.

EVs bieten außerdem den Vorteil niedrigerer Betriebskosten, da Strom in der Regel günstiger ist als Benzin oder Diesel und weil EVs weniger wartungsintensive Komponenten haben. Sie benötigen beispielsweise keine Ölwechsel oder komplexen Getriebesysteme, was zu langfristigen Kosteneinsparungen führen kann (U.S. Department of Energy).

=== Verbrennungsmotorfahrzeuge 

Verbrennungsmotoren, die entweder mit Benzin oder Diesel betrieben werden, nutzen die Energie, die durch die Verbrennung von Kraftstoffen freigesetzt wird. Diese Technologie ist gut etabliert und bietet eine hohe Energiedichte, was zu einer ausgezeichneten Reichweite und schnellen Betankung führt. Allerdings führt die Verbrennung fossiler Brennstoffe zu erheblichen Emissionen von Treibhausgasen und anderen Schadstoffen, was besonders in städtischen Gebieten ein großes Umweltproblem darstellt​ @epa-gov​.

@ice sind in der Anschaffung oft günstiger als EVs, verursachen jedoch höhere Betriebskosten 
durch Kraftstoffverbrauch und regelmäßige Wartung. Moderne ICEs haben zwar erhebliche Verbesserungen in Bezug auf Emissionen und Effizienz erfahren, können aber den grundlegenden Nachteil der Emissionen nicht vollständig eliminieren​ (Energy.gov)​​ (HowStuffWorks)​.

=== Zusammenfassung tbd

Während EVs Vorteile in Bezug auf Umweltfreundlichkeit und Betriebskosten bieten, punkten 
ICEs mit etablierter Technologie und schneller Betankung. Die Wahl zwischen diesen 
Fahrzeugtypen hängt oft von den spezifischen Bedürfnissen und Prioritäten der Nutzer sowie 
von der verfügbaren Infrastruktur ab. Mit fortschreitender Entwicklung der Batterietechnologie 
und des Ladensetzwerks könnten EVs jedoch eine immer attraktivere Option werden, was durch 
politische Anreize und wachsendes Umweltbewusstsein weiter verstärkt wird @emobicon.

== ISO 23795-1:2022 

Die ISO 23795-1:2022 ist ein ISO Standard im Bereich der intelligenten Transportsysteme. Er legt eine Methodik fest, wie Daten über Fahrten mittels nomadischer und mobiler Geräte erfasst und zur Schätzung des Kraftstoffverbrauchs sowie der CO2-Emissionen genutzt werden können. Diese Norm ist speziell darauf ausgerichtet, Flottenmanagern, Logistikdienstleistern oder Fahrern zu ermöglichen, den Energieverbrauch und die damit verbundenen Emissionen nachhaltig zu reduzieren​ @ISO​.

=== Kernmerkmale des Standards

Die ISO 23795-1:2022 konzentriert sich auf die präzise Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs durch die Erfassung detaillierter Fahrtdaten und Geschwindigkeitsprofile. Diese Daten werden von einem Global Navigation Satellite System (GNSS) Empfänger, der in einem nomadischen Gerät (Nomadic Device, ND) integriert ist, erfasst. Die Datenübertragung erfolgt über mobile Kommunikationsnetze zu einem zentralen Server, wo sie analysiert werden, um die verschiedenen Komponenten des mechanischen Energieaufwands zu berechnen. 

Diese Komponenten umfassen:
- *Aerodynamik*: Der Luftwiderstand, den ein Fahrzeug während der Fahrt überwinden muss, 
 beeinflusst den Energieverbrauch erheblich. Durch die Analyse der Geschwindigkeit und der 
 Form des Fahrzeugs kann der aerodynamische Widerstand berechnet werden.
- *Rollreibung*: Der Widerstand, der durch den Kontakt der Reifen mit der Fahrbahn entsteht. 
 Dieser hängt von der Reifenbeschaffenheit und dem Straßenzustand ab.
- *Beschleunigung/Bremsen*: Die Energie, die benötigt wird, um das Fahrzeug zu beschleunigen, 
 sowie die Energie, die bei Bremsvorgängen verloren geht.
- *Steigungswiderstand*: Die zusätzliche Energie, die erforderlich ist, um Steigungen zu 
 überwinden.
- *Standzeiten*: Die Energie, die während der Standzeiten, z.B. im Leerlauf an Ampeln, 
 verbraucht wird.

Durch die Kombination dieser Faktoren können präzise Modelle zur Schätzung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen entwickelt werden, die sowohl für Echtzeit- als auch für nachträgliche Analysen verwendet werden können @ISO.

=== Anwendung und Nutzen

ISO 23795-1:2022 bietet zahlreiche Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten, die sich vor 
allem auf die Optimierung des Kraftstoffverbrauchs und die Reduktion der CO2-Emissionen 
konzentrieren. Die Norm ermöglicht eine genaue Erfassung und Analyse von Fahrtdaten, was 
verschiedene positive Effekte zur Folge hat:

- *Optimierung des Kraftstoffverbrauchs* aufgrund von Identifikation ineffizienter Fahrmuster 
 und der daraus folgenden Optimierung der Fahrweise
- *Verbesserung des Flottenmanagements* aufgrund von fundierten, datenbasierten Entscheidungen 
 der Disposition mittels präziser Daten zu Kraftstoffverbrauch und Emissionen
- *Bewertung von Verkehrsmanagementmaßnahmen*: Analyse von Verkehrsflüssen sowie 
 Engpassidentifikation, aber auch z. B. zur Erkennung von Auswirkungen von 
 Verkehrsmanagementmaßnahmen auf die CO2-Emissionen

Insgesamt bietet die ISO 23795-1:2022 eine strukturierte Methodik zur Erfassung und Analyse von Fahrtdaten, die es ermöglicht, den Kraftstoffverbrauch zu optimieren, die CO2-Emissionen zu reduzieren und das Flottenmanagement effizienter und nachhaltiger zu gestalten.

=== Physikalische Grundlagen

Die physikalischen Grundlagen, die der ISO 23795-1:2022 zugrunde liegen, basieren auf den Prinzipien der Mechanik und Thermodynamik.

==== Mechanische Energie und Fahrzeugdynamik

Die Berechnung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen basiert auf den Grundsätzen der 
mechanischen Energie. Die wichtigsten Komponenten hierbei sind:

- *Kinetische Energie*: Diese Energieform hängt von der Masse des Fahrzeugs und seiner 
 Geschwindigkeit ab. Änderungen in der kinetischen Energie sind direkt mit Beschleunigung und 
 Bremsvorgängen verbunden.
-	*Potentielle Energie*: Diese Energieform ist relevant bei Fahrten über Steigungen und 
 Gefälle. Sie hängt von der Höhe ab, die ein Fahrzeug überwinden muss.
-	*Reibungskräfte*: Sowohl Rollreibung als auch Luftwiderstand sind wichtige Faktoren, 
 die den Energieverbrauch beeinflussen. Rollreibung hängt von der Beschaffenheit der Reifen 
 und der Straße ab, während der Luftwiderstand von der Fahrzeugform und der Geschwindigkeit 
 abhängt @ISO.

==== Thermodynamik und Verbrennung

Der Kraftstoffverbrauch ist auch eng mit thermodynamischen Prozessen verbunden, insbesondere 
mit der Verbrennung von Kraftstoffen in Verbrennungsmotoren. Wichtige Aspekte sind hier:

- *Wirkungsgrad des Motors*: Der Wirkungsgrad beschreibt, wie effizient der Motor den 
 chemischen Energiegehalt des Kraftstoffs in mechanische Energie umwandelt. Ein höherer 
 Wirkungsgrad bedeutet weniger Kraftstoffverbrauch und geringere CO2-Emissionen.
- *Energieverluste*: Während des Verbrennungsprozesses und der mechanischen Arbeit treten 
 unvermeidbare Energieverluste auf, z.B. durch Wärmeabgabe an die Umgebung und Reibungsverluste 
 im Motor und Antriebsstrang @ISO.

==== Berechnungsmethoden

Die physikalischen Prinzipien werden durch komplexe mathematische Modelle umgesetzt, die 
verschiedene Parameter und deren Wechselwirkungen berücksichtigen. Diese Modelle basieren auf 
empirischen Daten und theoretischen Ansätzen, um präzise Vorhersagen über den Energieverbrauch 
und die Emissionen zu ermöglichen. Dazu werden unter anderem Geschwindigkeitsprofile, 
Fahrzeugmasse, Luftwiderstandskoeffizient und Rollwiderstand in die Berechnungen 
einbezogen @ISO.

==== Anwendung der Newtonschen Physik

ISO 23795-1:2022 basiert auf den Prinzipien der Newtonschen Physik. Insbesondere die 
Berechnung des Kraftstoffverbrauchs durch GNSS-Geschwindigkeitsprofile nutzt diese Prinzipien. 
Das Newtonsche Bewegungsgesetz und die Energieerhaltung spielen eine zentrale Rolle bei der 
Bestimmung des Energieverbrauchs eines Fahrzeugs während der Fahrt @willenbrock2023lcmm.

Beispielsweise wird die Energie, die notwendig ist, um ein Fahrzeug zu beschleunigen, 
durch das zweite Newtonsche Gesetz $ F = m * a $ bestimmt. Die Arbeit, die geleistet wird, 
um diese Beschleunigung zu erreichen, ist das Produkt aus der Kraft und der zurückgelegten 
Strecke. Diese Arbeit wird in Form von Kraftstoffverbrauch bzw. Energie ausgedrückt und bildet die 
Grundlage für die Berechnungen, die in der ISO 23795-1:2022 verwendet werden 
@willenbrock2023lcmm @ISO.


== Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedure

Der Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedure (WLTP) ist ein globaler Standard, der 
entwickelt wurde, um präzise und vergleichbare Daten über den Kraftstoffverbrauch und die 
CO2-Emissionen von Fahrzeugen zu liefern. Dieser Standard wurde eingeführt, um die 
Unzulänglichkeiten des vorherigen New European Driving Cycle (NEDC) zu adressieren und eine 
realitätsnähere Darstellung der Fahrzeugleistung zu gewährleisten. Das Hauptziel des WLTP ist 
es, Verbrauchern und Herstellern bessere Informationen zur Verfügung zu stellen, um die 
Umweltauswirkungen von Fahrzeugen zu reduzieren @gov-uk-wltp.

Dieser Standard wurde seit September 2017 schrittweise eingeführt wurde und ab September 2018 
verbindlich für alle neuen Fahrzeuge wurde, beinhaltet umfangreichere Testverfahren und 
Bedingungen, die die realen Fahrbedingungen besser widerspiegeln sollen. Der Test umfasst 
vier Geschwindigkeitsbereiche: 

- niedrig,
- mittel,
- hoch und 
- sehr hoch, 

die verschiedene Alltagsfahrbedingungen von städtischem Stop-and-Go-Verkehr bis zu 
Autobahnfahrten abdecken. Jeder dieser Bereiche beinhaltet unterschiedliche Aktivitäten 
wie Beschleunigen, Bremsen und Halten, was dazu beiträgt, dass die Tests die tatsächlichen 
Betriebsbedingungen besser abbilden​ @acea-2017​.


Obwohl der WLTP einen erheblichen Fortschritt gegenüber dem NEDC darstellt, gibt es weiterhin 
Herausforderungen und Kritikpunkte. Erstens sind die Testbedingungen immer noch laborbasiert, 
was bedeutet, dass einige Variablen des realen Fahrens, wie Wetterbedingungen und individuelle 
Fahrstile, nicht vollständig erfasst werden können. Dies kann dazu führen, dass die realen 
Emissionen und der Verbrauch unter bestimmten Umständen von den Testergebnissen abweichen​ 
@holloway-2024​.

Ebenso gibt es Bedenken bezüglich der globalen Einheitlichkeit des WLTP. Obwohl der Standard 
einen "globalen Kern" hat, wird er in verschiedenen Regionen unterschiedlich angewendet, je 
nach lokalen Vorschriften und Bedürfnissen. Diese Inkonsistenzen können zu Schwierigkeiten bei 
der globalen Vergleichbarkeit von Fahrzeugemissionen führen​ @acea-2017​.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der WLTP bedeutende Verbesserungen gegenüber seinem 
Vorgänger bietet, indem er genauere und zuverlässigere Daten liefert, die eine bessere 
Entscheidungsgrundlage für Verbraucher und Politik bieten. Dennoch sind weitere Verbesserungen 
und Anpassungen nötig, um die Diskrepanzen zwischen Labor- und Realbedingungen weiter zu 
reduzieren und eine wirklich globale Standardisierung zu erreichen @gov-uk-wltp @acea-2017 @holloway-2024.

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