Fahrwiderstand f0/f1/f2: was Ausrollversuch und Windkanal wirklich messen

Fahrwiderstand ist mehr als Luftwiderstand

Ein eigener Beitrag zum Ausrollversuch und zum cW-Wert erklärt, wie sich der aerodynamische Anteil aus einer Ausrollkurve herausrechnen lässt und welche Fehler dabei typisch sind. Dieser Beitrag setzt eine Ebene darüber an. Es geht nicht mehr allein um den Luftwiderstand, sondern um den gesamten Fahrwiderstand eines Fahrzeugs – also um Rollwiderstand, kleinere mechanische Verluste und Luftwiderstand zusammen, dazu um zwei Messwege im Vergleich: den Ausrollversuch auf der Straße und die gezielte Kraftmessung im Windkanal.

Der zentrale Fehler in diesem Themenfeld ist immer derselbe: aus einer leicht sichtbaren Größe auf eine unsichtbare Kraft zu schließen. Ein Fahrzeug mit einem auffällig niedrigen Ausrollwert gilt schnell als aerodynamisch überlegen, obwohl der Unterschied ebenso gut am Reifen, an der Bremsanlage oder am Radlager liegen kann. Deshalb dreht dieser Beitrag die übliche Reihenfolge um. Erst wird definiert, was physikalisch gemeint ist, dann welche Randbedingungen gelten, und erst zuletzt, welche Aussage eine vorhandene Messung tatsächlich trägt.

f0, f1, f2: die drei Koeffizienten

In der europäischen Typgenehmigung wird der Fahrwiderstand nicht als eine einzelne Zahl geführt, sondern als Formel mit drei getrennten Koeffizienten. f0 steht für einen Anteil, der kaum von der Geschwindigkeit abhängt – im Kern der Rollwiderstand der Reifen und ein Sockel an mechanischer Reibung. f1 wächst linear mit dem Tempo und deckt Anteile ab, die mit steigender Geschwindigkeit gleichmäßig zunehmen. f2 wächst quadratisch mit dem Tempo und ist überwiegend, aber nicht ausschließlich, der aerodynamische Anteil.

Genau an dieser Stelle passiert der verbreitetste Fehler in diesem Themenfeld. f2 wird gerne mit „Luftwiderstand“ gleichgesetzt, als wäre der Koeffizient eine reine Karosserieeigenschaft. Tatsächlich stecken in f2 auch geschwindigkeitsabhängige Reifeneffekte und andere quadratisch wachsende Verlustanteile. Ein Datensatz behauptet deshalb nicht automatisch, dass f2 ausschließlich die Karosserieaerodynamik abbildet, nur weil der überwiegende Anteil oft von ihr stammt.

Für die praktische Einordnung heißt das: Ein gemessener Gesamtfahrwiderstand und ein daraus abgeleiteter Koeffizient sind zwei verschiedene Dinge. Der Gesamtwert ist eine direkte Messgröße. f0, f1 und f2 sind ein mathematisches Modell, das diese Messgröße über der Geschwindigkeit beschreibt – nützlich, aber eben ein Modell und keine unmittelbar gemessene Einzelkraft.

Ein eigener Beitrag dazu, wie sich Luftwiderstand rechnerisch aus Tempo und Leistung ableiten lässt, zeigt dieselbe quadratische Beziehung noch einmal von der Leistungsseite her: Verdoppelt sich das Tempo, vervierfacht sich näherungsweise der Luftwiderstand, während die dafür nötige Leistung sogar auf das Achtfache steigt. Genau dieser Zusammenhang steckt im f2-Term des Fahrwiderstandsmodells, nur eben eingebettet in die Gesamtformel aus f0, f1 und f2 statt als isolierte Formel für sich allein.

Der Ausrollversuch: was er wirklich einfängt

Beim Ausrollversuch rollt das Fahrzeug aus einer definierten Geschwindigkeit ohne Antrieb aus, und aus der gemessenen Verzögerung lässt sich die insgesamt bremsende Kraft berechnen. Diese Kraft ist von Anfang an eine Summe aus Rollwiderstand, mechanischen Verlusten und Luftwiderstand – der detaillierte Ablauf, samt Hin- und Rückfahrt und Geschwindigkeitsbereichen, steht im verlinkten Grundlagenbeitrag zum Ausrollversuch. Für das f0/f1/f2-Modell wichtig ist vor allem: Ein einzelner Ausrollversuch liefert die Gesamtkurve, aus der die drei Koeffizienten erst rechnerisch getrennt werden müssen.

ISO 10521-1 beschreibt für diese Trennung mehrere zulässige Bestimmungswege, nicht nur den Ausrollversuch. Neben der Ausrollmethode nennt die Norm auch eine Messung über ein Drehmoment-Messnabensystem sowie die Methode über Windkanal und Rollenprüfstand in Kombination. Welcher Weg gewählt wird, verändert nicht die physikalische Größe, aber die Randbedingungen, unter denen sie erfasst wird – und genau diese Randbedingungen gehören zu jedem seriösen Ergebnis dazu.

Wind gehört in die Rohdaten

Ein Ausrollversuch findet nie in völliger Windstille statt, und schon geringer Gegen- oder Rückenwind verschiebt die gemessene Verzögerung spürbar. Die europäische Road-Load-Dokumentation verlangt deshalb, Windmittel, Windspitzen und Windrichtung als eigene Werte zu protokollieren, nicht nur als Randnotiz. Eine Methode wie SAE J2263 geht noch weiter und korrigiert die reale Anströmung direkt über eine Onboard-Anemometrie, also über eine am Fahrzeug mitgeführte Windmessung.

Ein einfacher Gegen- und Rücklauf auf derselben Strecke reduziert den Windeinfluss, ersetzt aber keine vollständige Windmessung. Steigung, Seitenwind und wechselnde Böen lassen sich damit nicht vollständig herausrechnen. Ohne dokumentierten Windkontext bleibt ein Ausrollergebnis deshalb eine schwache Zahl, selbst wenn Hin- und Rückfahrt sauber ausgeführt wurden.

Reifendruck, Geometrie und Fahrzeughöhe verändern das Ergebnis mit

Was auf den ersten Blick wie eine Nebengröße wirkt, entscheidet in der Praxis oft über den Vergleich zweier Messungen. Der Reifendruck verändert den Rollwiderstand messbar, die Achsgeometrie beeinflusst über den Schräglaufwinkel ebenfalls den Rollwiderstand, und schon eine veränderte Fahrzeughöhe verschiebt die Anströmung am Unterboden und an den Rädern. Die regulatorische Road-Load-Dokumentation listet genau diese drei Größen ausdrücklich als Pflichtangaben.

Wer zwei Ausrollergebnisse vergleicht, ohne Reifendruck, Beladung und Fahrzeughöhe abzugleichen, vergleicht in Wahrheit zwei unterschiedliche Fahrzeugzustände. Das gilt schon für dasselbe Auto an zwei verschiedenen Tagen und erst recht für zwei verschiedene Fahrzeuge oder zwei verschiedene Quellen.

Windkanal: wenn Cd×A direkt auftaucht

Im Windkanal wird das Fahrzeug fest positioniert, während ein Luftstrom mit bekannter Geschwindigkeit über die Karosserie geführt wird. Kraftsensoren an der Aufstandsfläche messen die Luftkraft direkt, ohne den Umweg über eine Verzögerungskurve. Die WLTP-Dokumentation sieht dafür die sogenannte Windtunnel-Methode vor, bei der das Produkt aus cW-Wert und Stirnfläche – kurz Cd×A – über der Geschwindigkeit als eigenständige Größe erfasst wird.

Der Vorteil liegt in der Trennschärfe: Im Windkanal lässt sich der aerodynamische Anteil isoliert betrachten, ohne ihn erst aus einer gemischten Ausrollkurve herausrechnen zu müssen. Der Nachteil liegt im Aufwand und in den eigenen Messgrenzen. Modellmaßstab, Bodensimulation, Radantrieb und Anströmwinkel beeinflussen das Ergebnis, und ein Windkanalwert ohne diese Angaben ist genauso wenig vergleichbar wie ein Ausrollwert ohne Fahrzeugzustand.

Warum überhaupt zwei Größen, cW-Wert und Stirnfläche, gemeinsam als Produkt angegeben werden, erklärt ein eigener Beitrag zu cW-Wert und Stirnfläche. Ein niedriger cW-Wert an einem großen SUV kann in absoluten Zahlen mehr Luftwiderstand bedeuten als ein mittlerer cW-Wert an einem kleinen Kompaktwagen, weil erst das Produkt aus beiden Größen die tatsächlich wirkende Kraft bestimmt. Wer nur den cW-Wert vergleicht und die Stirnfläche ignoriert, vergleicht deshalb eine unvollständige Größe.

SAE J1263 und J2263 nicht verwechseln

Beide Normen tragen ähnliche Nummern und behandeln beide den Ausrollversuch, sind aber nicht einfach zwei Versionen desselben Dokuments. SAE J1263 beschreibt die klassische Straßenmessung samt Simulation auf dem Rollenprüfstand. SAE J2263 ergänzt das um die Onboard-Anemometrie und moderne Auswerteverfahren für die Windkorrektur. Wer eine ältere Studie mit einer neueren vergleicht, sollte deshalb genau prüfen, welche der beiden Normen zugrunde lag.

Diese Verwechslung ist kein akademisches Detail. Eine Messung nach J1263 ohne Windkorrektur kann bei böigem Wetter spürbar von einer Messung nach J2263 mit Onboard-Anemometrie abweichen, selbst am selben Fahrzeug und an derselben Strecke. Die Differenz liegt dann nicht am Fahrzeug, sondern am Messverfahren. Wer zwei Quellen vergleicht, notiert deshalb immer, welche Norm dahintersteht, nicht nur, dass überhaupt eine SAE-Norm angewendet wurde.

Rollenprüfstand: reproduzieren statt neu messen

Ein Chassis-Dynamometer, umgangssprachlich Rollenprüfstand, wird häufig missverstanden. ISO 10521-2 beschreibt ihn nicht als eigenständige Messmethode für den Fahrwiderstand, sondern als Werkzeug, um einen zuvor woanders bestimmten Ziel-Fahrwiderstand kontrolliert nachzubilden. Die Rollen simulieren also eine Kurve, die vorher über einen Ausrollversuch oder eine andere Methode ermittelt wurde.

Für Abgas- und Verbrauchstests ist genau diese Reproduzierbarkeit der Sinn der Übung: Ein Prüfstand liefert bei jedem Durchlauf dieselben Bedingungen, was auf offener Straße kaum möglich ist. Für eine eigenständige Aussage über den tatsächlichen Fahrwiderstand eines Fahrzeugs eignet sich der Rollenprüfstand allein dagegen nicht, weil er die zuvor eingegebene Kurve nur abspielt, statt sie neu zu bestimmen.

Warum der Rechtsstand getrennt gespeichert gehört

Die Verordnung, die den Fahrwiderstand für die Typgenehmigung regelt, wurde seit ihrer ursprünglichen Fassung mehrfach geändert. Für eine belastbare Angabe reicht es deshalb nicht, nur die Verordnungsnummer zu nennen. Der Stand der konsolidierten Fassung gehört dazu, weil sich Details der Bestimmungsmethode zwischen den Versionen verschieben können, ohne dass sich der grundsätzliche Aufbau des f0/f1/f2-Modells ändert.

Wer eine ältere und eine neuere Fassung nebeneinanderlegt, sieht: Der methodische Rahmen bleibt stabil, einzelne Prüfdetails und Grenzwerte wandern dagegen mit jeder Aktualisierung. Genau deshalb steht der Rechtsstand am Ende dieses Beitrags mit Datum und nicht nur als bloße Verordnungsnummer im Fließtext.

Für die eigene Einordnung eines Fahrwiderstandswerts bedeutet das vor allem eines: Die Zahl allein sagt wenig, solange nicht bekannt ist, nach welcher Fassung und mit welcher Methode sie ermittelt wurde. Ein f0/f1/f2-Satz aus einer älteren Prüfung ist nicht automatisch falsch, aber er gehört mit seinem Ermittlungsdatum zitiert, genau wie ein Torsionswert mit seiner Einspannung zitiert gehört.

Warum ein Herstellerwert nicht auf dein Auto passt

Porsche nennt für den GT3 RS Abtriebswerte bei einer konkret genannten Geschwindigkeit und einer bestimmten DRS-Stellung. BMW gibt für die S 1000 RR Wingletwerte des jeweiligen Modelljahrs an. Mercedes beschreibt Reichweiten- und cW-Aussagen im Kontext einer bestimmten Langstreckenkonfiguration. Alle drei Angaben sind für sich genommen plausibel und belegbar – aber an genau das beschriebene Fahrzeug, die genannte Geschwindigkeit und den beschriebenen Zustand gebunden.

Keine dieser Zahlen lässt sich seriös auf ein anderes Fahrzeug, ein Nachrüstteil oder eine andere Geschwindigkeit übertragen, ohne dass eine eigene Messung das stützt. Das gilt besonders für Anbauteile: Ein Spoiler, der am GT3 RS bei Rennstreckentempo eine bestimmte Abtriebszahl erzeugt, erzeugt an einem Serienfahrzeug bei Landstraßentempo etwas völlig anderes.

Fahrwiderstand bei hoher Geschwindigkeit: Stabilität kommt dazu

Mit steigendem Tempo wächst nicht nur der f2-Anteil des Fahrwiderstands quadratisch, sondern auch der Einfluss von Auftrieb, Abtrieb und Seitenwind auf das Fahrverhalten. Ein Beitrag zu Gierrate, Lenkwinkel und Querbeschleunigung beschreibt, wie sich diese Fahrzeugreaktion im Manöver überhaupt sauber erfassen lässt, unabhängig vom reinen Widerstandswert. Ein modernes, adaptives Fahrwerk kann diese Rückmeldung zusätzlich verändern, ohne dass sich am Fahrwiderstand selbst etwas verschiebt.

Für eine seriöse Einordnung heißt das: Ein niedriger Fahrwiderstand allein sagt nichts über die Stabilität bei hohem Tempo aus. Beide Größen hängen zwar über dieselbe Anströmung zusammen, werden aber mit unterschiedlichen Methoden erfasst und beantworten unterschiedliche Fragen. Ein Fahrzeug mit niedrigem Cd×A-Wert kann trotzdem unruhig wirken, wenn Auftrieb an der Hinterachse zunimmt, während ein aerodynamisch weniger optimiertes Fahrzeug mit guter Achslastverteilung ruhiger liegt.

Was eine Fahrwiderstandszahl nicht zeigt

Ein niedriger Fahrwiderstand verbessert tendenziell die Reichweite, ist aber nur einer von mehreren Einflussfaktoren. Ein eigener Beitrag zur Reichweite auf der Autobahn zeigt, wie Kühlluftbedarf und Fahrzeughöhe zusätzlich hineinspielen. Genau hier entsteht ein Zielkonflikt, den ein weiterer Text zum Kühlungswiderstand beschreibt: Mehr Kühlluft senkt Bauteiltemperaturen, erhöht aber gleichzeitig den Luftwiderstand. Ein geschlossener Kühlergrill senkt umgekehrt den Widerstand, kann aber die Kühlung an ihre Grenze bringen.

Auch Auftrieb, Abtrieb und ihre Verteilung auf die Achsen stehen nicht automatisch im Fahrwiderstandswert. Ein Fahrzeug kann einen niedrigen Cd×A-Wert haben und trotzdem eine ungünstige Achslastverteilung bei hohem Tempo zeigen, wie ein Beitrag zur Radlastverlagerung im Detail beschreibt. Ein Cd×A-Wert allein ist deshalb kein vollständiges Aerodynamik-Zeugnis für ein Fahrzeug.

Ein eigener Test: was parallel mitläuft

Wer selbst einen Fahrwiderstand grob einschätzen will, kommt um einen sauberen Ausrollversuch kaum herum – der praktische Ablauf mit Hin- und Rückfahrt, Geschwindigkeitsbereichen und typischen Fehlern steht im verlinkten Grundlagenbeitrag. Für das f0/f1/f2-Modell zusätzlich wichtig: mehrere Geschwindigkeitsbereiche einzeln auswerten, nicht nur eine einzelne Verzögerungszahl notieren. Nur so lässt sich später überhaupt abschätzen, welcher Anteil eher geschwindigkeitsunabhängig und welcher eher quadratisch mit dem Tempo wächst.

Reifendruck, Beladung und Fahrzeughöhe gehören ebenso ins Messprotokoll wie Lufttemperatur und, wo möglich, eine grobe Windabschätzung. Ohne kalibrierte Anemometrie bleibt jede Aussage über den reinen Aeroanteil vorsichtig zu formulieren. Ein sauber dokumentierter, aber methodisch einfacher Test ist trotzdem mehr wert als eine ungeprüfte Herstellerzahl aus zweiter Hand.

Sinnvoll ist außerdem, mehrere Läufe statt nur eines Einzelversuchs zu fahren und die Streuung zwischen ihnen mit zu notieren. Ein einzelner Ausrollversuch kann durch eine einzelne Windböe, eine leichte Steigung oder eine ungenaue Zeitmessung verfälscht werden, ohne dass das im Nachhinein auffällt. Erst der Vergleich mehrerer Läufe zeigt, ob ein Ergebnis stabil ist oder ob die Streuung größer ist als der vermeintliche Unterschied, den ein Umbau bewirkt haben soll.

Häufige Fragen

Einordnung: wo die Regeln stehen

Fahrwiderstands- und Windkanaltests mit erhöhtem Tempo gehören nicht in den öffentlichen Straßenverkehr, sondern auf geeignete abgesperrte Testgelände oder in professionelle Prüfstände und Windkanäle. Anbauteile wie Spoiler, Splitter oder Diffusoren, die den Fahrwiderstand oder die Anströmung verändern sollen, berühren zudem die Betriebserlaubnis des Fahrzeugs.

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.