Abgasanalyse mit dem Handy

Neue App lässt Diesel-Fahrer ihr Auto selbst überprüfen.

Informatiker der Universität des Saarlandes haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich unkompliziert und in Echtzeit ermitteln lässt, wie viele Abgase der eigene Diesel-PKW ausstößt. Dazu benötigt man die kostenlose App „LolaDrives“ und einen günstigen Bluetooth-Adapter, der das Diagnosesystem des Autos auslesen kann. Entwickelt wurde die App im Rahmen des DFG-geförderten transregionalen Sonderforschungsbereichs „Grundlagen verständlicher Softwaresysteme“ am Saarland Informatics Campus. Nutzer können ihre Fahrdaten auf freiwilliger Basis für die Forschung bereitstellen.

Seit September 2017 muss ein Auto einen sogenannten „Real Driving Emissions (RDE)“-Test bestehen, um in der Europäischen Union zugelassen zu werden. Dabei werden die Abgasemissionen im Fahrbetrieb unter realistischen, alltäglichen Bedingungen gemessen. „Wir dachten uns: Dann sollte doch prinzipiell jeder selbst diesen Test durchführen können“, sagt Sebastian Biewer, Doktorand am Lehrstuhl „Dependable Systems and Software“ von Professor Holger Hermanns an der Universität des Saarlandes.

Anstatt Testequipment im Wert von Hundertausenden Euros anzuschaffen, haben die Saarbrücker Informatiker die App „LolaDrives“ entwickelt. Diese verwendet „RTLola“, eine Technologie zur Analyse von Echtzeitsystemen von Bernd Finkbeiner, Professor an der Universität des Saarlandes und Faculty am Helmholtz-Zentrum für Informationssicherheit (CISPA). Die App funktioniert in fast allen Autos ab Baujahr 2005. „Wichtig ist, dass der Wagen über eine Schnittstelle zur On-Board-Diagnose (OBD) verfügt“, sagt Sebastian Biewer. Die OBD ist ein Fahrzeugdiagnosesystem, das während der Fahrt abgasbeeinflussende Systeme und andere Steuergeräte, wie beispielsweise den Drehzahlmesser, überwacht. Mithilfe eines Bluetooth-Adapters wird auf die On-Board-Diagnose zugegriffen. Wenn der Wagen läuft, muss man das Handy per Bluetooth mit dem OBD-Adapter verbinden und die „LolaDrives“-App starten.

Das Programm erlaubt es dem Nutzer dann entweder, die Daten des Diagnosesystems auszulesen, oder es führt ihn Schritt für Schritt durch einen RDE-Test. „LolaDrives ist nach unserer Kenntnis die einzige App, die einen RDE-Test ermöglicht“, ergänzt Sebastian Biewer. Damit die App die Emissionswerte errechnen kann, muss die OBD-Schnittstelle des Wagens jedoch die passenden Daten zur Verfügung stellen – insbesondere die Werte des Stickoxid-Sensors des Abgassystems, der nur in Diesel-Fahrzeugen verbaut ist. Ob die passenden Daten abgerufen werden können und damit ein RDE-Test machbar ist, teilt „LolaDrives“ direkt nach dem Start eines Tests mit.

Den App-Entwicklern war es wichtig, die Benutzung so einfach wie möglich zu gestalten. Denn für einen gültigen RDE-Test müssen zahlreiche Bedingungen erfüllt sein: Die Fahrtdauer muss mindestens 90 bis120 Minuten betragen, in festgelegten Distanzen in verschiedenen Abschnitten stattfinden (Innerorts, Landstraße und Autobahn), bestimmte Geschwindigkeitsvorgaben dürfen nicht verletzt werden und auch das Beschleunigungs- und Bremsverhalten spielt eine Rolle. „Unsere App zeigt all diese Elemente in einer leicht verständlichen Nutzeroberfläche an und führt strukturiert durch die verschiedenen Stufen des Tests, indem sie genau ansagt, was wann zu tun ist. Sie teilt mit, ob der Test erfolgreich war und auch, ob der Test durch den Verstoß gegen eine der Vorgaben unwiederbringlich gescheitert ist“, sagt Yannik Schnitzer, der als Student der Informatik bereits ab seinem zweiten Semester die Entwicklung der App vorangetrieben hat.

Nutzer können ihre Fahrdaten auf freiwilliger Basis und ohne Einschränkung der App-Funktionalitäten datenschutzkonform an die Forscher spenden. Informatik-Professor Holger Hermanns, Sprecher des transregionalen Sonderforschungsbereichs „Grundlagen verständlicher Softwaresysteme“, in dessen Rahmen die Forschung um „LolaDrives“ stattfindet, sagt dazu: „Anhand der Daten möchten wir eine Plattform aufbauen, mit der wir mehr Transparenz und Verständlichkeit in den KFZ-Bereich bringen wollen. Vergangene Skandale haben gezeigt, wozu es führt, wenn Hersteller verantwortungsloses Handeln durch Intransparenz verschleiern können. Wir wollen helfen, Softwareverhalten aufzudecken, das für den Hersteller der Software vorteilhaft, aber für den Benutzer oder die Gesellschaft unerwünscht ist.“

Die RDE-Tests, die mit der App durchgeführt werden, sind rechtlich nicht bindend. „Uns geht es darum, das Informationsbedürfnis der Nutzer zu stillen. Die Ergebnisse unserer RDE-Tests sind plausibel, wenn man sie im Kontext der veröffentlichten Emissions-Daten und Grenzwerte betrachtet. Aber letztendlich sind sie Annäherungen an die ‚echten‘ Tests, die zwingend mithilfe kostspieliger mobiler Mini-Labors durchgeführt werden müssen,“ sagt Professor Holger Hermanns.

„LolaDrives“ ist zurzeit für Android über den Google Playstore erhältlich. Eine Version für Apple-Geräte ist bereits in Entwicklung. Das Projekt verfügt zudem über ein begrenztes Kontingent an Bluetooth-OBD-Adaptern, die interessierten Datenspendern kostenlos zur Verfügung gestellt werden.

Hintergrund TRR 248 „Grundlagen verständlicher Software-Systeme“:
Der transregionale Sonderforschungsbereich „Grundlagen verständlicher Software-Systeme – für eine nachvollziehbare cyber-physische Welt“ wurde 2018 etabliert und ist eine Kooperation der Universität des Saarlandes, der Technischen Universität Dresden sowie der Max-Planck-Institute für Informatik und Softwaresysteme. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert den SFB über zunächst vier Jahre mit elf Millionen Euro. Der SFB untersucht, wie die Entscheidungen komplexer Computersysteme, die immer mehr unser alltägliches Leben beeinflussen, verständlich und nachvollziehbar werden können. Informationen zum Sonderforschungsbereich:
https://www.perspicuous-computing.science/ und https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/389792660

Hintergrund Saarland Informatics Campus:
800 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und rund 2100 Studierende aus mehr als 80 Nationen machen den Saarland Informatics Campus (SIC) zu einem der führenden Standorte für Informatik in Deutschland und Europa. Fünf weltweit angesehene Forschungsinstitute, nämlich das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), das Max-Planck-Institut für Informatik, das Max-Planck-Institut für Softwaresysteme, das Zentrum für Bioinformatik und das Cluster für „Multimodal Computing and Interaction“ sowie die Universität des Saarlandes mit drei vernetzten Fachbereichen und 24 Studiengänge decken das gesamte Themenspektrum der Informatik ab.

Redaktion:
Philipp Zapf-Schramm
Kompetenzzentrum Informatik Saarland
Saarland Informatics Campus
Telefon: +49 681 302-70741
E-Mail: pzapf@mmci.uni-saarland.de

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Professor Holger Hermanns
+49 681 302 5631
hermanns@depend.uni-saarland.de

Sebastian Biewer
+49 681 302 5633
biewer@depend.uni-saarland.de

Originalpublikation:

Biewer S., Finkbeiner B., Hermanns H., Köhl M.A., Schnitzer Y., Schwenger M. (2021) RTLola on Board: Testing Real Driving Emissions on your Phone. In: Groote J.F., Larsen K.G. (eds) Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems. TACAS 2021. Lecture Notes in Computer Science, vol 12652. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-72013-1_20

Weitere Informationen:

https://www.loladrives.app/scientific-background/
https://www.loladrives.app/ – App-Webseite (mit Erklär- und Demo-Video)
https://depend.cs.uni-saarland.de/