Autonomes Fahren auf der Schiene – ein Überblick, Teil 1

Ohne die Bahnen wäre der Verkehr auf den Autobahnen und in den Innenstädten schon längst zusammengebrochen. Die Schiene ist eine unverzichtbare Säule im Personen- und im Güterverkehr.  Sie federt die wachsenden Transportbedürfnisse ab und trägt zu einer höheren Lebensqualität bei.

Gleichzeitig ist die Bahn nicht nur sicher und zuverlässig, sondern auch das mit Abstand umweltfreundlichste Verkehrsmittel.

Doch wenn es um Themen und Trends im Verkehr geht und unweigerlich Schlagworte wie Elektromobilität, Fahrerassistenzsysteme oder autonomes Fahren fallen, steht der Straßenverkehr im Mittelpunkt. Für viele Leute ist Mobilität gleichbedeutend mit Autos und Lkws. Dabei ist der Schienenverkehr dem Straßenverkehr gerade bei den Zukunftsthemen weit voraus. So ist auf der Schiene nicht nur die E-Mobilität längst Standard. Auch vollautomatisch fahrende Bahnen sind schon seit Jahrzehnten unterwegs.

Doch wie funktioniert autonomes Fahren auf der Schiene eigentlich? In einem zweiteiligen Überblick beantworten wir die wichtigsten Fragen!

 

Was genau bedeutet autonomes Fahren auf der Schiene überhaupt?

Die weltweit erste fahrerlose U-Bahn nahm 1983 im nordfranzösischen Lille ihren Betrieb auf. Inzwischen sind vollautomatisierte U- und S-Bahnen weit verbreitet. Allein in Europa sind solche Bahn-Systeme in 15 Großstädten vorhanden und befördern jedes Jahr rund eine Milliarde Menschen. In Deutschland gibt es die fahrerlose Bahn in Nürnberg, in Hamburg ist sie geplant.

Während auf europäischen Straßen noch keine Autos ohne Fahrer auskommen, findet das autonome Fahren im Schienenverkehr bereits seit Jahren im Regelbetrieb statt. Neue S- und U-Bahn-Linien werden sogar von Anfang an auf selbstfahrende Bahnen ausgerichtet.

Das autonome Fahren auf der Schiene beinhaltet aber nicht nur vollautomatisierte und selbstfahrende Bahnen. Sie bilden lediglich die höchste Stufe des Automatisierungsgrades. Je nachdem, welche Abläufe automatisch erfolgen und welche vom Fahrer oder Zugbegleiter ausgeführt werden, wird zwischen verschiedenen Automatisierungsgraden unterschieden.

Insgesamt gibt es die Grade, die kurz GoA für Grade of Automation genannt werden, in vier Abstufungen:

• GoA 1 = manueller Betrieb: Der Fahrer übernimmt das Anfahren und Anhalten des Zuges, öffnet und schließt die Türen und leitet im Fall einer Störung den Stopp ein.

• GoA 2 = teilautomatischer Betrieb: Der Zug fährt und hält automatisch an. Der Fahrer kümmert sich um das Öffnen und Schließen der Türen. Außerdem stoppt er den Zug im Störungsfall.

• GoA 3 = vollautomatischer Betrieb: Das Anfahren und Anhalten erfolgt automatisch. Das Öffnen und Schließen der Türen sowie der unverzügliche Stopp im Fall einer Störung werden von einem Zugbegleiter überwacht.

• GoA 4 = selbstfahrender Betrieb: Alle Abläufe finden automatisch statt.

Im Bereich des autonomen Fahrens sind außerdem Fahrerassistenzsysteme im Einsatz. Sie tragen unter anderem dazu bei, dass die Energieeffizienz optimiert und die Pünktlichkeit verbessert werden. Führt der Lokführer hingegen alle Abläufe selbst und ohne Unterstützung von digitalen Systemen durch, wird dies als Automatisierungsgrad Null (GoA 0) bezeichnet.

 

Welche Voraussetzungen müssen für autonomes Fahren auf der Schiene erfüllt sein?

Im vollautomatischen Betrieb übernimmt die Technik alle Abläufe, die andernfalls der Lokführer bei einer Fahrt durchführt. Doch damit das möglich ist, brauchen die Strecken, die Bahnanlagen und die Fahrzeuge entsprechende Technikkomponenten. Dabei trägt die Digitalisierung dazu bei, dass zunehmend leistungsfähige Systeme entstehen und eingesetzt werden können.

 

Signaltechnik

Eine selbstfahrende Bahn braucht sehr viele Daten. Dabei spielen vor allem Informationen über die Strecken, die sie befährt, über ihre Position und über die Positionen der anderen Bahnen im Netz eine entscheidende Rolle. Der Abstand zum nächsten Zug ist zum Beispiel eine grundlegende Angabe beim autonomen Fahren. Solche Daten sammeln Signale und Sensoren, die entlang der Gleise verbaut sind. Auf diese Weise kann die Steuerung der Züge auf den Strecken sichergestellt werden.

Die Gleisanlagen selbst müssen zum einen gut beleuchtet sein. Zum anderen brauchen sie einen sicheren Seitengang, der gewährleistet, dass Fahrgäste die Bahn im Fall einer Störung gefahrlos verlassen können. Gleichzeitig darf der Fluchtweg zum nächsten Notausgang nicht länger sein als 400 Meter.

 

Fahrzeugtechnik

Eine zentrale Recheneinheit, die die Steuerung des Verkehrs auf dem Streckennetz übernimmt, muss durch spezielle Systeme in den Fahrzeugen selbst ergänzt werden. Bei diesen Systemen handelt es sich hauptsächlich um die automatische Zugsicherung und die automatische Zugsteuerung.

Die automatische Zugsicherung, kurz ATP, errechnet und überwacht die Abstände zwischen den Zügen auf der Strecke und deren Geschwindigkeiten. Die automatische Zugsteuerung, kurz ATO, ist für das autonome Fahren als solches zuständig. Weil die fahrerlosen Bahnen die ganz Zeit über untereinander Daten austauschen und zugleich mit der Leitstelle kommunizieren, wird das System auch Communication Based Train Control genannt.

 

Bahnanlagen

Im Betrieb kommen selbstfahrende Bahnen ohne Personal aus. Allerdings können gefährliche Situationen entstehen, wenn die Fahrgäste ein- und aussteigen. Vor allem beim Schließen der Türen müssen Kontrollsysteme greifen, die gewährleisten, dass unvorsichtige Fahrgäste nicht verletzt werden.

Für die Sicherung von Bahnsteigen können Video- oder Radarüberwachungen eingesetzt werden. Eine andere Möglichkeit sind Bahnsteigtüren, die sich schließen, bevor der Zug abfährt.

 

Hier ein Modell-Projekt: