Luftwiderstand messen: Ausrollversuch, cW-Wert und typische Fehler

Was ein Ausrollversuch wirklich misst

Bei einem Ausrollversuch rollt das Fahrzeug aus einer definierten Geschwindigkeit ohne Antrieb und ohne Bremse aus, bis es eine niedrigere Geschwindigkeit erreicht oder zum Stillstand kommt. Aus der Zeit, die dieser Vorgang braucht, lässt sich die Verzögerung berechnen, und aus der Verzögerung nach Newtons zweitem Gesetz die Kraft, die das Fahrzeug insgesamt bremst. Diese Kraft heißt Fahrwiderstand. Sie ist von Anfang an eine Summe, kein Einzelwert.

In dieser Summe stecken mindestens drei Anteile: der Rollwiderstand der Reifen, kleinere mechanische Verluste in Lagern, Dichtungen und Antriebsstrang sowie der Luftwiderstand der Karosserie, zu dem neben dem reinen Widerstand auch Auftrieb und Abtrieb an den Achsen gehören, auch wenn sie die Bremskraft selbst kaum verändern. Bei sehr niedriger Geschwindigkeit dominiert der erste Anteil fast vollständig, weil er kaum von der Geschwindigkeit abhängt. Bei höherer Geschwindigkeit wächst der Luftwiderstand quadratisch mit dem Tempo und wird schnell zum größten Posten der Bilanz.

Wer aus einem Ausrollversuch einen cW-Wert ableiten will, muss deshalb zuerst akzeptieren, dass die Rohmessung gar keinen Luftwiderstand zeigt, sondern eine gemischte Kraft. Ob und wie sauber sich der aerodynamische Anteil daraus herausrechnen lässt, entscheidet die Methode, nicht der Ehrgeiz bei der Auswertung. Eine schnelle Fahrt allein reicht dafür nicht.

Vom Loslassen des Gaspedals zur Messkurve

Ein sauberer Ausrollversuch beginnt mit einer klaren Randbedingung: Das Fahrzeug hat vor dem Loslassen eine konstante, bekannte Geschwindigkeit erreicht, der Antriebsstrang ist im Leerlauf oder in einem definierten Zustand, und die Bremse bleibt vollständig unbetätigt. Alles andere verfälscht die Kurve von Anfang an. Ab diesem Moment protokolliert die Messung Geschwindigkeit über Zeit, meist über den Raddrehzahlsensor, ein GPS-Modul oder beides gleichzeitig.

Aus dieser Zeitreihe entsteht die Verzögerungskurve, und aus ihrer Steigung an jedem Punkt die momentane Bremskraft. Wichtig dabei: Die Kurve ist nicht linear, weil sich die Zusammensetzung der Bremskraft mit der Geschwindigkeit selbst verändert. Bei 130 km/h zieht der Luftwiderstand deutlich stärker als bei 40 km/h, während der Rollwiderstand über weite Bereiche nahezu konstant bleibt. Auch rotierende Massen an Rad und Antriebsstrang tragen zur gemessenen Verzögerung bei, weil sie beim Abbremsen mit abgebaut werden müssen, ohne selbst Luftwiderstand zu sein.

Genau diese unterschiedliche Geschwindigkeitsabhängigkeit ist der Ansatzpunkt jeder sauberen Auswertung. Wird die Kurve über mehrere Geschwindigkeitsfenster ausgewertet statt nur als eine einzige mittlere Verzögerung, lässt sich erkennen, wie stark der geschwindigkeitsabhängige Anteil tatsächlich wächst. Ohne diese Aufteilung bleibt nur ein grober Mittelwert übrig, der weder Rollwiderstand noch Luftwiderstand für sich zeigt. Er zeigt nur eine vage Mischung.

Warum ein einzelner Lauf den cW-Wert nicht isoliert

Ein einzelner Ausrollversuch enthält immer auch Umgebungseinflüsse, die nichts mit dem Fahrzeug zu tun haben. Wind addiert oder subtrahiert sich zur Fahrzeuggeschwindigkeit und verändert damit die tatsächliche Anströmgeschwindigkeit, die für den Luftwiderstand zählt. Schon eine leichte Steigung von wenigen Zehntel Prozent erzeugt eine Hangabtriebskraft, die in derselben Größenordnung liegen kann wie die Wirkung eines kleinen Spoilers oder einer geänderten Frontschürze.

Deshalb gilt ein einzelner Lauf bestenfalls als grobe Orientierung, nie als belastbarer Wert. Wer aus einer einzigen Fahrt einen cW-Wert errechnet und veröffentlicht, verwechselt eine Momentaufnahme mit einer physikalischen Konstante. Genau dieser Fehler erklärt einen großen Teil der widersprüchlichen Werte, die in Foren und auf Social Media kursieren. Eine Zahl ohne Methode überzeugt nicht.

Die NASA-Grundlagenformel für den Luftwiderstand beschreibt den physikalischen Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit, Fläche, Dichte und Widerstandsbeiwert sauber und allgemeingültig. Sie liefert aber keine fahrzeugspezifischen cW-Werte und ersetzt keine Messung am realen Fahrzeug unter realen Bedingungen. Zwischen Formel und Messwert liegt immer noch die eigentliche Arbeit: saubere Randbedingungen und eine Methode, die Störgrößen herausrechnet.

Hin- und Rückfahrt: wie Wind und Gefälle herausfallen

Der wichtigste Trick gegen Wind- und Steigungsfehler ist simpel: Die Strecke wird in beide Richtungen befahren, idealerweise mehrfach hintereinander. Bläst der Wind in eine Richtung stärker, bremst er das Fahrzeug dort zusätzlich ab und beschleunigt es scheinbar in der Gegenrichtung. Werden beide Läufe gemittelt, heben sich die Windanteile zu einem großen Teil gegenseitig auf, während der reine Fahrzeugwiderstand in beiden Richtungen ähnlich bleibt.

Dasselbe Prinzip funktioniert für eine leichte Streckenneigung. Eine nicht perfekt ebene Teststrecke erzeugt in eine Richtung einen zusätzlichen Bremsanteil und in die andere Richtung einen zusätzlichen Schubanteil. Erst der Mittelwert aus beiden Richtungen nähert sich dem tatsächlichen Fahrwiderstand auf ebener Fläche an. Eine Richtung allein täuscht.

Wichtig ist dabei eine Einschränkung, die oft übersehen wird: Hin- und Rückfahrt reduzieren systematische Wind- und Steigungseinflüsse, sie ersetzen aber kein standardisiertes Messverfahren mit kontinuierlicher Windmessung. Wechselt der Wind während der Messung Stärke oder Richtung, bleibt ein Restfehler übrig, den auch mehrere Wiederholungen nicht vollständig beseitigen. Ein völlig windstiller Tag ist selten. Wer maximale Genauigkeit braucht, kommt an einer echten Anemometrie am Fahrzeug oder an einer stationären Wetterstation an der Strecke nicht vorbei.

Geschwindigkeitsbereiche trennen: wo Rollwiderstand dominiert, wo Luftwiderstand

Weil Rollwiderstand kaum von der Geschwindigkeit abhängt und Luftwiderstand quadratisch wächst, verschiebt sich das Verhältnis beider Anteile über den Geschwindigkeitsbereich deutlich. Unterhalb von etwa 40 bis 50 km/h liegt der Löwenanteil der Bremskraft beim Rollwiderstand, oberhalb von 100 km/h übernimmt der Luftwiderstand die Führung. Genau dieser Unterschied lässt sich nutzen, um die beiden Anteile rechnerisch zu trennen.

Praktisch bedeutet das: Die Verzögerungskurve wird nicht als ein einziger Wert behandelt, sondern in mehrere Geschwindigkeitsfenster zerlegt, zum Beispiel in Zehn-Kilometer-Schritten. Für jedes Fenster ergibt sich eine eigene mittlere Bremskraft, und aus dem Verlauf dieser Werte über die Geschwindigkeit lässt sich der geschwindigkeitsabhängige Anteil vom nahezu konstanten Anteil unterscheiden.

Ohne diese Aufteilung bleibt jede Aussage über den Luftwiderstand ein Ratespiel. Eine einzige Durchschnittsverzögerung von 100 auf 0 km/h vermengt beide Anteile so stark, dass sich daraus kein sauberer cW-Wert mehr herausrechnen lässt, egal wie oft die Fahrt wiederholt wird.

Reifendruck, Beladung und Temperatur als Nebengrößen

Ein Ausrollversuch reagiert empfindlich auf Größen, die auf den ersten Blick nichts mit Aerodynamik zu tun haben. Ein um 0,3 bar zu niedriger Reifendruck erhöht den Rollwiderstand spürbar und verschiebt damit die gesamte Kurve, ohne dass sich am Luftwiderstand etwas geändert hätte. Am Luftwiderstand selbst hat sich dabei nichts getan. Eine unterschiedliche Beladung zwischen zwei Vergleichsfahrten verändert die Normalkraft auf die Reifen und damit wieder den Rollwiderstand.

Auch Temperatur spielt mit, und zwar gleich doppelt. Kalte Reifen haben einen höheren Rollwiderstand als warmgefahrene. Gleichzeitig ändert sich die Luftdichte selbst mit Temperatur und Luftdruck am Testtag. Zwei Messungen bei 5 und bei 25 Grad Außentemperatur liefern deshalb unterschiedliche Ergebnisse, selbst wenn am Fahrzeug sonst nichts verändert wurde.

Für einen belastbaren Vorher-Nachher-Vergleich müssen deshalb Reifendruck, Beladung, Reifentemperatur, Fahrzeughöhe und möglichst auch Luftdichte zwischen beiden Messungen gleich gehalten oder zumindest dokumentiert werden. Wie stark sich schon der Reibwert zwischen Reifen und Asphalt mit Temperatur und Zustand verschiebt, zeigt, wie empfindlich diese Nebengrößen auf eine Kurve wirken können, die eigentlich Luftwiderstand zeigen soll. Fehlt diese Dokumentation, lässt sich später nicht mehr entscheiden, ob eine gemessene Verbesserung tatsächlich von der Aeroänderung stammt oder von einer der Nebengrößen.

Typische Fehler im Detail

Der häufigste Fehler ist die einzelne Fahrt ohne Rückweg, oft kombiniert mit einer Strecke, deren Neigung niemand vermessen hat. Schon eine kaum wahrnehmbare Gefälle von 0,5 Prozent erzeugt eine Kraft, die eine kleine aerodynamische Änderung komplett überdecken kann. Das Auge sieht diese Neigung nicht. Wer diesen Fehler macht, hält am Ende eine Streckenneigung für eine Wirkung des montierten Bauteils.

Der zweite häufige Fehler ist die Vermischung von Antriebsverlusten mit dem eigentlichen Fahrwiderstand. Wird die Verzögerung nicht im echten Leerlauf gemessen, sondern bei eingekuppeltem Antriebsstrang oder aktiver Rekuperation, fließen zusätzliche Bremsmomente in die Kurve ein, die nichts mit Reifen oder Luftwiderstand zu tun haben. Auch der Widerstand durch Kühlluftströmung zählt physikalisch zum Fahrwiderstand, wird aber selten als eigener Posten mitgedacht. Ein Leistungsdatensatz vom Steuergerät darf dabei nicht mit einer tatsächlich am Rad wirkenden Widerstandskraft verwechselt werden.

Der dritte Fehler betrifft die Messtechnik selbst. GPS-Geschwindigkeit und Raddrehzahl liefern nicht zwingend identische Werte, besonders bei leichtem Schlupf oder ungenauer Satellitenabdeckung. Wer beide Quellen unkritisch mischt oder zwischen zwei Messtagen wechselt, baut einen zusätzlichen Fehler ein, der sich kaum noch von einer echten Fahrzeugänderung unterscheiden lässt. Und schließlich wird die schlichte Wiederholung oft unterschätzt: Ein einziger Lauf je Richtung zeigt keine Streuung, und ohne Streuung lässt sich nicht beurteilen, ob eine kleine gemessene Differenz überhaupt außerhalb des Messrauschens liegt. Drei Läufe sagen mehr als einer.

Ein weiterer, seltener genannter Fehler betrifft die Reihenfolge der Messungen selbst. Wird zuerst die Serienkonfiguration gefahren und danach sofort die veränderte, können sich Reifentemperatur, Fahrbahnzustand oder sogar die Tageszeit zwischen beiden Läufen verschoben haben. Besser ist ein wechselnder Ablauf, bei dem beide Konfigurationen abwechselnd gefahren werden, damit sich langsame Umgebungsänderungen nicht einseitig auf eine der beiden Varianten schlagen. Diese Vorsicht kostet nur wenig zusätzliche Zeit auf der Strecke.

Was ein daraus berechneter cW-Wert wirklich aussagt

Selbst ein sauber durchgeführter Ausrollversuch liefert zunächst nur eine Luftwiderstandskraft oder das Produkt aus cW-Wert und Stirnfläche, nicht automatisch den cW-Wert allein. Um den reinen Beiwert herauszurechnen, muss die Stirnfläche des Fahrzeugs separat bekannt sein, etwa aus Herstellerangaben oder einer eigenen Vermessung. Ohne diese Fläche bleibt nur das Produkt. Fehlt dieser Wert oder ist er nur geschätzt, bleibt auch der abgeleitete cW-Wert mit einer entsprechenden Unsicherheit behaftet.

Dazu kommt: Ein aus dem Ausrollversuch berechneter Wert ist immer ein Gesamtfahrzeugwert unter den konkreten Testbedingungen, nicht die isolierte Wirkung eines einzelnen Anbauteils. Wird nach dem Einbau eines Spoilers ein neuer Wert gemessen, zeigt die Differenz zwischen beiden Messungen die Wirkung des Bauteils nur dann sauber, wenn alle anderen Größen zwischen den Messungen konstant geblieben sind. Sonst zeigt sie nur Rauschen.

Am Ende steht deshalb keine einzelne Zahl mit vielen Nachkommastellen, sondern ein Wert mit einer Bandbreite. Wer eine Nachkommastelle mehr angibt, als die Messmethode hergibt, erzeugt eine Genauigkeit, die die Messung nie geliefert hat. Seriöser ist es, den Wert zusammen mit der Methode, der Streuung zwischen den Wiederholungen und den dokumentierten Randbedingungen anzugeben – und ihn, wenn es um Reichweite geht, direkt in Energie pro gefahrene Strecke statt in eine isolierte Leistungsspitze zu übersetzen.

Wie Hersteller ihre Werte ermitteln – und warum sie nicht 1:1 übertragbar sind

Volkswagen nennt für den ID.7 in eigenen Unterlagen einen niedrigen cW-Wert als Ergebnis gezielter aerodynamischer Entwicklungsarbeit an Unterboden, Spiegeln und Karosserieform. Mercedes-Benz beschreibt für die CLA-Baureihe einen vergleichbaren Entwicklungsansatz und ordnet eine cW-Verbesserung von 0,01 einer messbaren, aber fahrzeugspezifischen Reichweitenwirkung zu. Beide Werte stammen aus jahrelanger Serienentwicklung. Sie sind wertvolle Beispiele dafür, wie viel gezielte Aeroarbeit an einer Serienkarosserie überhaupt bewirken kann.

Diese Werte stammen jedoch aus Windkanalmessungen mit standardisierten Randbedingungen, oft ergänzt durch rechnerische Strömungssimulation, und nicht aus einem einzelnen Ausrollversuch auf öffentlicher Straße. Wie ein niedrigerer cW-Wert sich am Ende in Reichweite auf der Autobahn niederschlägt, hängt zusätzlich von Tempo, Kühlluftbedarf und Zuladung ab. Die internationale Norm ISO 15037-1 beschreibt allgemeine Randbedingungen für Fahrdynamikversuche, darunter auch Windverhältnisse und Fahrzeugvorbereitung, ohne selbst fahrzeugspezifische Zielwerte vorzugeben.

Aus diesem Unterschied folgt eine einfache Regel: Ein Herstellerwert taugt als Referenzpunkt und als Beleg dafür, dass eine bestimmte Größenordnung an Verbesserung technisch möglich ist. Er taugt nicht als Zielwert für die eigene, unter ganz anderen Bedingungen gemessene Straßenfahrt, und schon gar nicht als Beweis dafür, dass ein nachgerüstetes Teil dieselbe Wirkung erzielt wie eine vollständig neu entwickelte Serienkarosserie.

Prüfablauf für einen eigenen Ausrollversuch

Wer selbst einen Ausrollversuch plant, beginnt mit der Auswahl einer möglichst ebenen, geraden Strecke mit wenig Verkehr und dokumentiertem Gefälle. Reifendruck, Beladung und, wenn möglich, Reifentemperatur werden vor jedem Lauf notiert und für alle Vergleichsfahrten konstant gehalten. Windgeschwindigkeit und -richtung gehören ebenfalls in das Protokoll, selbst wenn nur eine grobe Schätzung über eine Wetter-App möglich ist.

Jeder Lauf startet aus einer klar definierten Geschwindigkeit, mit Antriebsstrang im Leerlauf und ohne Bremseingriff, und wird in beide Streckenrichtungen wiederholt. Mehrere Wiederholungen je Richtung zeigen, wie stark die Ergebnisse streuen, und erst diese Streuung sagt, ob eine spätere Differenz überhaupt außerhalb des Messrauschens liegt. Wer viele Wiederholungen fährt, sollte dabei auch im Blick behalten, dass sich der Reifenzustand über eine lange Testreihe verändert – ein Thema, das der Beitrag zu Reifenabrieb und dem noch fehlenden Euro-7-Grenzwert vertieft. Die Auswertung erfolgt getrennt nach Geschwindigkeitsfenstern, nicht als einzelner Mittelwert über den gesamten Bereich.

Am Ende steht ein Ergebnis mit Bandbreite, Methode und dokumentierten Randbedingungen, nicht eine einzelne, scheinbar exakte Zahl. Genau dieser letzte Schritt unterscheidet einen belastbaren Selbstversuch von einer Foren-Anekdote, die zwar plausibel klingt, sich aber nicht nachprüfen lässt. Nachvollziehbarkeit schlägt Behauptung.

Häufige Fragen

Einordnung: wo die Regeln stehen

Die Messmethodik in diesem Beitrag stützt sich auf allgemeine physikalische Grundlagen des Luftwiderstands sowie auf öffentlich zugängliche Herstellerangaben und Normrahmen zu Fahrdynamikversuchen. Herstellerwerte gelten dabei ausdrücklich nur für das jeweils beschriebene Serienfahrzeug und die dort verwendete Messmethodik, nicht als übertragbare Konstante. Wo ein Umbau die Karosserieform oder Anbauteile wie einen Spoiler oder ein Bodykit verändert, kann das zusätzlich die Betriebserlaubnis berühren – dafür gilt die rechtliche Seite unten.

Umbauten am eigenen Fahrzeug. Ob ein Umbau auf öffentlichen Straßen betrieben werden darf, entscheidet der Genehmigungszustand des Fahrzeugs — die Genehmigung des Teils, der Einbau nach ihren Auflagen und, wo nötig, die Abnahme durch eine dafür zuständige Stelle. Solange diese Kette nicht vollständig ist, gehört der Umbau auf Privatgelände, Testflächen und in nicht öffentliche Bereiche.