Autonomes Fahren (Header)
© DB Systel GmbH (David Just)

Pilotprojekt Automatisiertes Fahren

Die Zukunft des Rangierens

01/2017 - Automatisiertes Fahren liegt voll im Trend, nicht nur im Automobilbereich. Bei der Deutschen Bahn wird das fahrerlose Fahren auf der Schiene in einem Pilotprojekt im Instandhaltungswerk Paderborn getestet.

Wenn man von selbstständig fahrenden Autos auf der Straße hört, stolpert man dabei immer wieder über zwei Begriffe: automatisiertes und autonomes Fahren. Im Mobilitätswesen ist das ein absolutes Trendthema ­– sowohl für Straßen-, Schienen- und Luftverkehr. Doch was ist das eigentlich? Und gibt es einen Unterschied zwischen autonom und automatisiert?

Autonomes Fahren

Autonom fährt ein Fahrzeug, wenn es eine Fahraufgabe ohne steuernden Eingriff von außen ausführt. Dabei kann es Hilfsmittel wie Sensoren zur Außenwelt oder GPS benutzen. Es trifft die Fahrentscheidungen aber selbst.

Automatisiertes Fahren

Automatisiert fährt ein Fahrzeug, wenn es einzelne Schritte einer Fahraufgabe immer wieder selbstständig ausführt. Die übergeordnete Fahraufgabe wird dabei aber von einem System ausgeführt, das von außen immer wieder steuernd auf das Fahrzeug einwirkt.

„Es gibt Prognosen, nach denen die ersten autonom fahrenden Autos spätestens 2030 auf Deutschlands Straßen fahren“, sagt Sandra Schmitt von DB Systel, die dort das Solution Center Vehicle IT & Operating Center leitet. Das hat natürlich Auswirkungen auf den Gesamtverkehr, die Infrastruktur – aber auch direkt auf die Deutsche Bahn. „Wir als Bahn müssen uns die Frage stellen: Womit werden wir künftig Geld verdienen, wenn auf der Straße autonome Fahrzeuge unterwegs sind?“ Darum betrachtet die Bahn das Thema auch als Konzernprojekt. „Wir überlegen dabei auch, wie man die letzte Meile anbindet, also zum Beispiel den Weg vom Bahnhof zur Schule oder zum Schwimmbad“, sagt Sandra Schmitt. „Das können möglicherweise autonome Kleinbusse sein.“

Schnellere Abläufe, bessere Ergebnisse

Doch es gibt noch naheliegendere Gründe für automatisierte Abläufe. So könnte eine automatisierte Geschwindigkeitsregulierung zum Beispiel die Energieeffizienz steigern. Automatisierter Verkehr würde zudem in vielen Bereichen für mehr Pünktlichkeit sorgen, vor allem könnte die Netzkapazität durch optimierte Zugfolgen und verkürzte Blockabstände erhöht werden. Auch Thomas Schnitzmeier von der DB Fahrzeuginstandhaltung sieht großes Potenzial in dieser Technologie – und stellt für ein Pilotprojekt einen Testbereich im Werk Paderborn zur Verfügung.

Aus gutem Grund: Das Fahrzeuginstandhaltungswerk hat einen eigenen Rangierbahnhof, in den täglich 15 bis 20 Fahrzeuge hinein- und herausfahren. Weil die erste Befundung und die darauffolgende Instandhaltungsplanung ein paar Tage dauern kann, stehen permanent mehr als 100 Fahrzeuge auf dem Gelände. Sie müssen ständig umgesetzt werden, damit die Fahrzeuge in der richtigen Reihenfolge auf die richtigen Produktionsgleise fahren. Das ist ein erheblicher Rangieraufwand innerhalb eines relativ kurzen Zeitfensters.

Wir suchen nach Möglichkeiten, um die Abläufe im Werk und die Disposition der Wagen zu optimieren und rund um die Uhr rangieren zu können.

Thomas Schnitzmeier, DB Fahrzeuginstandhaltung

„Wir würden das gerne automatisieren und dafür die sogenannten Zweiwegefahrzeuge nutzen, die uns schon zur Verfügung stehen.“ Ein Zweiwegefahrzeug ist ein Fahrzeug, das sowohl auf der Straße als auch auf Schienen fahren kann. Aktuell wird es per Fernbedienung vor Ort gesteuert. Das Werk nutzt die Zweiwegefahrzeuge für kleinere Rangieraufgaben und das Vor- und Zurückschieben der Güterwagen. Für die großen Rangierbewegungen kommt jeden Tag für ein paar Stunden eine Diesellok von DB Cargo zum Einsatz.

Von der Idee zum Pilotprojekt

Mit dem Pilotprojekt will DB Systel den Nachweis dafür erbringen, dass es mit den schon im Einsatz befindlichen Systemen und Technologien möglich ist, innovative Ideen wie automatisiertes Fahren aufzugreifen und schnell umzusetzen. Und die Zuversicht, dass dies gelingt, ist groß. „Bereits die bestehende Infrastruktur der Bahn sorgt dafür, dass jederzeit bekannt ist, wo sich die Verkehrsteilnehmer befinden. Es gibt eine Zentralinstanz, die eine Übersicht hat – und daher zentral das automatisierte Fahren steuern kann“, sagt Florian Eßer vom Institut für Schienenfahrzeuge der RWTH Aachen. DB Systel hat sich für das Pilotprojekt in Paderborn die Unterstützung der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen gesichert, da diese schon seit Jahren in diesem Themengebiet forscht.

Video: „Automatisiertes Fahren“
© DB Systel GmbH

Umsetzung mit Bordmitteln

Auch viele aktuelle Schienenfahrzeuge sind schon vorbereitet für automatisiertes Fahren. „Das war unser Anliegen: Wir wollten zeigen, dass wir auf der bestehenden Basis aufbauen können“, sagt Sandra Schmitt. Bei den Zweiwegefahrzeugen in Paderborn wurde daher Technik wie Funkempfänger und Sensoren verbaut, die bereits anderweitig genutzt werden. „Wir waren darüber hinaus bei dem Hersteller des Fahrzeugs vor Ort, haben uns schulen lassen und die nötige Software gekauft“, erklärt Sandra Schmitt die Vorbereitung. „Wir mussten nur noch die Schnittstelle zum Fahrzeug ergänzen.“ So lässt sich das Zweiwegefahrzeug jetzt mit der DB-Technik koppeln und über Funk von einem auf einem Notebook installierten zentralen Steuersystem ansprechen – während es bisher per Fernbedienung gesteuert wird.

Ziel ist es, dass der Disponent in ein IT-System eingibt, welche Fahrzeuge auf den Produktionsgleisen bereitgestellt werden sollen, damit das Zweiwegefahrzeug dann mittels Algorithmus die Güterwagen dementsprechend rangiert und bereitstellt. Bis dahin wird auch das Thema Sicherheit geklärt sein, denn natürlich hat ein Regelbetrieb andere Voraussetzungen als ein Pilotprojekt unter Laborbedingungen. Beispielsweise ist es in den nächsten Schritten angedacht, das Gelände, auf dem automatisierter Verkehr stattfindet, zu überwachen – oder eine Lichtraumüberwachung auf dem Fahrzeug zu installieren, um Unfälle zu verhindern.

Das Pilotprojekt ist der erste Baustein für das automatisierte Fahren auf der Schiene. Später soll von der Betriebszentrale über den Zuglaufregler auf die Fahrzeugsteuerung (TCMS=Train Control Management System) zugegriffen werden, um Fahrzeuge zu rangieren. Stationäre Leit- und Sicherheitstechnik sowie Lichtraumüberwachung und ein Radarsystem auf dem Zug unterstützen darüber hinaus das automatisierte Fahren.

© DB Systel GmbH

Der Ende 2016 abgeschlossene Test ist ein erster Erfolg, das Fahrzeug reagiert auf die Befehle und fährt das vorgegebene Geschwindigkeitsprofil ab. „Wir haben erst einmal im Kleinen getestet, um es dann später im Großen anzuwenden“, sagt Sandra Schmitt. Das automatische Rangieren im Werk muss dann aber erst noch realisiert werden. Ganz klar: Die Weichen sind dafür auf jeden Fall gestellt.