Automatisiertes Fahren: Was können wir bei der Vollbahn von CBTC lernen? extern Siemens Mobility GmbH 2018

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1 Automatisiertes Fahren: Was können wir bei der Vollbahn von CBTC lernen? extern Siemens Mobility GmbH 2018

2 Inhaltsverzeichnis Einführung CBTC Architektur und Funktionen Vergleich CBTC ETCS Automatisiertes Fahren im Nahverkehr Übertragung der Erfahrungen Zusammenfassung Seite 2

3 Einführung I DB Cargo plant ab 2018 die Erprobung von Güterzug-Autopiloten auf der Betuweroute Hamburgs S-Bahn bald autonom unterwegs SNCF Französische Bahn entwickelt autonome Züge Rio Tinto setzt zum Eisenerztransport in Australien auf fahrerlose Güterzüge Thameslink, die ersten mit ATO über ETCS Seite 3

4 Einführung II Automatisiertes Fahren Stand der Technik im U-Bahn Betrieb Keine oder nur reduzierte Bedienhandlungen durch Fahrzeugführer Streckeneinrichtung und Fahrzeug zusammen sichern und optimieren die Fahrten Zentrale Betriebsführung Permanente Kommunikation zwischen Strecke und Fahrzeug Autonomes Fahren Fahrzeug fährt selbstständig unterstützt mit Sensoren Erkennung von Streckensignalen, Hindernissen und Vermeidung von Kollisionen Studien: DB Cargo Demo, Straßenbahn Potsdam Australien Rio Tinto, fahrerlose Güterzüge CBTC (Communication Based Train Control) Definition gemäß IEEE Kontinuierliche, bi-direktionale Daten-Kommunikation zwischen Fahrzeug und Strecke Zugpositionsbestimmung unabhängig von physikalischen Gleisfreimeldungen Sichere Fahrzeug- und Streckengeräte zur Ausführungen der Funktionen Moving Block Technologie mit hoher Zugfolge möglich Seite 4

5 Einführung III Warum automatisieren? Steigerung der Strecken- und Transportkapazität durch Verringerung der Zugfolgeabstände Verbesserung der Fahrplanstabilität und Pünktlichkeit Energieeinsparung durch optimierte Fahrweise Verringerung von mechanischer Beanspruchung und Verschleiß beim Antriebs- und Bremssystem mit geringeren Wartungskosten Lärmminderung, speziell im Frachtverkehr, durch ein sanftes und gleichmäßiges Fahren mit weniger Bremsvorgängen Erhöhung des Fahrgastkomforts durch ein sanftes und gleichmäßiges Fahren und gleichbleibende Fahrqualität Erhöhung der Flexibilität für einen bedarfsorientierten Zugverkehr (speziell im fahrerlosen Betrieb) Verbesserung der Betriebskosten durch Effektivitätssteigerung des Personals Effektiverer Einsatz vom rollenden Material Seite 5

6 Einführung II Automatisierungsgrade nach IEC (Grade of Automation) Stufe 0 (GoA0) Herkömmlicher Fahrt auf Sicht (on-sight train operation) Z.B.: Straßenbahnbetrieb nach BOStrab Stufe 1 (GoA1) Manuelle Fahrt mit Zugbeeinflussung, wobei der Fahrer die Fahrt regelt, und zuständig für Start, Stopp, Türsteuerungen ist. Der Zugbetrieb ist nicht automatisiert. Z.B.: Nahverkehr Frankfurt, Suttgart, Hannover oder ETCS L1 u. L2 Stufe 2 (GoA2) Halbautomatischer Zugbetrieb mit Fahrer bei der die Fahrt vom Start bis Stopp vollautomatisch durchgeführt wird, jedoch der Fahrer den Start auslöst. Z.B.: München, Wien, Budapest, China, New York Stufe 3 (GoA3) Fahrerloser Zugbetrieb, es gibt nur noch einen Zugbegleiter. Dieser ist für die Türsteuerung zuständig und kann über ein Notfall-Bedienfeld den Zug bewegen. Z.B.: London Docklands LRT Stufe 4 (GoA4) Vollautomatischer fahrerloser Zugbetrieb bei der sich kein Personal im Zug befindet und alle Operationen automatisiert sind. Die Leitstelle kann in den Zugbetrieb eingreifen. Z.B.: Nürnberg, Paris, Budapest, Barcelona, Istanbul, Singapore, Hong Kong Seite 6

7 CBTC Architektur CBTC Betriebsleittechnik (ATS) CBTC Streckengerät (ATP) Stellwerk Daten- Kommunikationssystem CBTC Fahrzeuggerät (ATP/ATO) Physiklische Schnittstelle zur Zugsteuerung Seite 7

8 CBTC im Mischbetrieb Seite 8

9 Automatisiertes Fahren Teilautomatischer Betrieb Geschwindigkeitsüberwachung Abstandshaltung Zwangsbremsen-Behandlung Überwachung der Fahrtrichtung und Rückwärtsrollen Halteposition-Überwachung Türenfreigabe Langsamfahrstellen-Behandlung Seite 9

10 Automatisiertes Fahren Vollautomatischer Betrieb Vollautomatisches Auf- und Abrüsten der Züge entsprechend dem Fahrplan Beginn und Beendigung des fahrerlosen Betriebs im Depot oder auf Abstellgleisen der Hauptstrecke Flexibler Fahrplanwechsel je nach Transportbedarf Sichere Fahrtaufnahmebedingungen und kontinuierliche Überwachung des Zugzustands Situationsgerechte automatische Systemreaktion bei Störungen Einsetzen zusätzlicher Züge je nach Transportbedarf Unterstützungsfunktionen für Notfallsituationen (z. B. dezentraler eingeschränkter Betrieb, bedingter Halt, Evakuierung durch die vordere Tür) Seite 10

11 Comparison CBTC versus ETCS Vergleich CBTC versus ETCS Level 2 Architektur Radio-Übertragung Automatisierungsgra d Zugvollständigkeit Strecken- und Fahrzeuggeräte, funkbasierte Datenübertragung, Betriebsleittechnik, diverse Redundanzen, z.b. Fahrzeug Head-Tail CBTC ETCS Level 2 WLAN im Bereich IEEE (2.4, 5.8 or 5.9 GHz); LTE (Standard in China für neue U-Bahn-Systeme) Hoch: halb-automatischer Betrieb (GoA2 mit ATO) bis zu fahrerlosem Betrieb (GoA4) Sichere Fahrzeugfunktion mit der Zugsteuerung zusammen Strecken- und Fahrzeuggeräte, funkbasierte Datenübertragung Standard GSM-R, ab 2016 GSM-R Baseline 1: Packet Data (GPRS); andere Systeme möglich, z.b. TETRA Manueller Betrieb (GoA1), halb-automatischer Betrieb GoA2; ATO (GoA2-GoA4 in der Standardisierung) Gleisfreimeldung (Achszähler, Gleiskreise) Zugposition Zugbasiert, unabhängig von Gleisfreimeldung Gleiskreis basiert plus auf dem Zug kalkuliert Leistungsfähigkeit Betrieb mit Plattformtüren Interoperability Betriebsleittechnik 30 und mehr Züge die Stunde durch Moving-Block Betrieb Integriert mit hoher Haltepunktgenauigkeit Nur Kundenspezifisch vorhanden, zur Zeit nur in New York und Paris Erweiterte Funktionen integriert in der CBTC Architektur mit automatischer Zugregelung und automatischem Linienbetrieb Limitiert durch Blockteilung und GSM-R (bis zu Züge) Ist im ETCS nicht enthalten; zusätzliches System oder Verfahren notwendig Zugsicherung interoperable, ATO (GoA2-GoA4 in der Standardisierung) Nicht im ETCS Standards; kundenspezifische Lösungen Seite 11

12 Automatisiertes Fahren im Nahverkehr Streckenausrüstung Eurobalise/Achszähler/Weichen/(Signale) CBTC Streckengerät Seite 12

13 Automatisiertes Fahren im Nahverkehr Fahrzeugausrüstung Zugfunkmodul Bedien- und Anzeigegerät (HMI) Balisenantenne Fahrzeuggerät (OBCU) Radar Wegimpulsgeber (WIG) Seite 13

14 Automatisiertes Fahren im Nahverkehr Bahnsteigsicherung Beispiel Paris Seite 14

15 Automatisiertes Fahren im Nahverkehr Bahnsteigsicherung Beispiel Nürnberg Radar-System für Bahngleise und Tunneleingang Kamera-Überwachung Plattform und Gleise Seite 15

16 Automatisiertes Fahren im Nahverkehr Zusätzliche Funktionen für fahrerlosen Betrieb Türüberwachung Seite 16 Notrufsystem

17 Automatisiertes Fahren im Nahverkehr Zusätzliche Funktionen für fahrerlosen Betrieb Entgleisungsdetektor Hinderniserkennung Seite 17

18 Automatisiertes fahren im Nahverkehr ATO Wiederverwendung Autonom fahrende Straßenbahn Fahrerassistenz -system ATO Nahverkehr ATO over ETCS Interoperable Thameslink Projekt Seite 18

19 Automatisiertes fahren im Nahverkehr Vorteile ATO Betrieb ATO reduziert den Zugabstand durch Eliminieren von Fahrstil-Schwankungen Präziseres Fahren Fahren näher an der sicheren Bremskurve ATO bremst präziser Passend für Rollstuhlrampen und Bahnsteigtüren Automatische Türöffnung Verkürzung der Haltezeiten ATO erhöht die Leistungsfähigkeit Verkürzung von Verspätungen mit Hilfe der Zugregelung Verringerung des Energieverbrauchs und des Verschleißes Reduzierung CO2-Emissionen Seite 19

20 Automatisiertes fahren im Nahverkehr Nutzbarkeit bei Vollbahnen Automatisiertes Fahren Vollbahnen Vollautomatischer Betrieb ATO Algorithmen Architektur Bahnsteigsicherung mit Plattform-Türen oder Strecken-Sensoren (Radar) möglich Streckensicherung nicht einfach übertragbar (Tunnel, Zäune). Neue Ansätze notwendig, wie z.b. Fibre Sensing Zusätzliche Sensoren auf dem Zug mit Elementen vom autonomen Fahren Streckenatlas-Ersatz Betriebsleittechnik und ATO im Zusammenspiel unter Berücksichtigung der Interoperabilität Bei Vollbahnen mehr Typenvielfalt bei Zügen Stärkere Verknüpfung von Stellwerk, ETCS und Betriebsleitechnik notwendig Erweitere Funkschnittstelle, um mehr Daten zu übertragen (inkl. Fahrzzeug- Diagnose) extern Siemens Siemens Mobility Mobility GmbH GmbH Seite Page 20 Dezember InnoTrans 2018 Mobility Division Mass Transit Rail Automation

21 Zusammenfassung Reiner ATO Betrieb in der Fläche möglich und schnell umsetzbar Erhöhung Pünktlichkeit und energieeffizientes Fahren Gesamtansatz versus Standardisierung Fahrzeugsteuerung (-typen) vielfältiger als im Nahverkehr Schneller Umstieg auf 4G/5G, um zusätzlichen Nutzen zu generieren Für vollautomatisches Fahren zusätzliche Sensoren auf dem Fahrzeug notwendig Wirtschaftlichkeit: Frachtzüge, homogene Passagierzugflotte (z.b. S-Bahnen) Seite 21

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt Dr. Andreas Steingröver Senior Principal Key Expert Rail Automation Solutions Siemens Mobility GmbH Ackerstraße Braunschweig Mobil: siemens.com Seite 22