Intelligent, innovativ, nachhaltig. Verkehrsforschung für das 21. Jahrhundert. Halbzeitbilanz des 3. Verkehrsforschungsprogramms

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1 Intelligent, innovativ, nachhaltig. Verkehrsforschung für das 21. Jahrhundert. Halbzeitbilanz des 3. Verkehrsforschungsprogramms

2 Impressum Herausgeber Projektträger Mobilität und Verkehrstechnologien für das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie TÜV Rheinland Consulting GmbH Zentralbereich Forschungsmanagement Am Grauen Stein Köln Stand Oktober 2012 Druck viaprinto, Münster Gestaltung und Produktion PRpetuum GmbH, München Bildnachweis RichMan Fotolia (Titel); BMW Forschung und Technik GmbH (S. 10, 11); DB Systemtechnik GmbH (S. 15); Landkarte: TÜV RHEINLAND, die beiden Lkws: Daimler AG (S. 18); Forschungsinitiative Ko-FAS (S. 36); Jürgen Brefort (S. 52); Fachhochschule Köln, Fakultät für Anlagen, Energie- und Maschinensysteme (S. 57, 58); sim TD (S. 61, 62 links); Hessen Mobil Straßen- und Verkehrsmanagement (S. 62 rechts); FOGTEC Brandschutz GmbH & Co. KG (S. 65); UR:BAN Büro (S. 73, 74, 75); HHLA (S. 77); Binkski Fotolia (S. 78); Verband Deutscher Verkehrsunternehmen e. V. (VDV) (S. 79) Redaktion Projektträger Mobilität und Verkehrstechnologien für das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie TÜV Rheinland Consulting GmbH Zentralbereich Forschungsmanagement Am Grauen Stein Köln Diese Broschüre ist Teil der Öffentlichkeitsarbeit des Projektträger Mobilität und Verkehrstechnologien für das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. Sie wird kostenlos abgegeben und ist nicht zum Verkauf bestimmt. Nicht zulässig ist eine Verwendung mit Werbezweck oder das Einlegen, Aufdrucken oder Aufkleben von Informationen oder Werbemitteln.

3 1 Intelligent, innovativ, nachhaltig. Verkehrsforschung für das 21. Jahrhundert. Halbzeitbilanz des 3. Verkehrsforschungsprogramms

4 2 Vorwort Leistungsfähige und sichere Verkehrssysteme sind eine wichtige Voraussetzung für eine arbeitsteilige Wirtschaft und mobile Gesellschaft. Es gilt, diese Systeme möglichst intelligent, innovativ und nachhaltig zu ge stalten. Hier setzt das 3. Verkehrsforschungsprogramm der Bundesregierung Mobilität und Verkehrstechnologien an. Das für dieses Programm verantwort liche Bundesministerium für Wirtschaft und Technolo gie unterstützt in diesem Rahmen seit Anfang 2009 technologieorientierte Forschungsvorhaben. Mit der fachlichen und administrativen Umsetzung hat das BMWi den Projektträger Mobilität und Verkehrstechnologien beim TÜV Rheinland beauftragt. Die vorliegende Broschüre gibt einen Überblick über ausgewählte Projekte und Förderinitiativen und macht das breite Spektrum der vom BMWi finanzierten Verkehrsforschung anschaulich. Das BMWi stellt für die Jahre 2013 und 2014 erneut ca. 120 Mio. Euro zur Verfügung. Damit ist die Förderung zusätzlicher Projekte in der zweiten Programmhalbzeit gesichert. Angetrieben durch das prognostizierte Wachstum im Güterverkehr werden neue Konzepte und Technologien zur Verkehrsvermeidung, Verkehrsverlagerung und Effizienzsteigerung im Güterverkehr entwickelt. Diese Aktivitäten finden ab 2013 mit der Initiative Zukunftsfähige Logistiknetzwerke eine konsequente Fortsetzung. Mit dem Großprojekt sim-td wird aktuell der umfassendste Feldversuch zum Austausch von Informationen zwischen Fahrzeugen untereinander sowie zwischen Fahrzeugen und der Infrastruktur durchgeführt. Hierdurch wird ein wichtiger Impuls zur Erhöhung der Verkehrssicherheit und zur effizienten Nutzung der vorhandenen Verkehrsinfrastruktur geleistet. Für die Mobilität von morgen werden im Rahmen der Forschungsförderung mit der Förderinitiative Von Tür zu Tür innovative Ansätze für die Navigation und Information der Nutzer öffentlicher Verkehrsmittel verfolgt. Im Individualverkehr sind angesichts des immer komplexer werdenden Verkehrsgeschehens höchst anspruchs volle Technologien zu Fahrerassistenz und Verkehrsmanagement erforderlich. Das 2012 gestartete Verbundprojekt UR:BAN widmet sich diesen Herausforderungen mit Fokus auf die Mensch-Technik-Interaktion im städtischen Umfeld und trägt damit zur Erhöhung der Verkehrssicherheit bei. Anlässlich der Konferenz Intelligent, innovativ, nachhaltig Verkehrsforschung für das 21. Jahrhundert am 24. und 25. September 2012 in Berlin wurde sowohl das bisher Erreichte vorgestellt als auch ein Blick in die Zukunft geworfen. Mit den Präsentationen wurden u. a. Impulse für zukünftige Forschungsaktivitäten geliefert. Im Oktober 2012 Magnus Lamp Leiter Projektträger Mobilität und Verkehrstechnologien TÜV Rheinland Consulting GmbH

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6 4 Inhalt Vorwort Projekte... 6 BAIM/BAIMplus Mobilität durch Information...6 PROTON-PLATA Programmable Telematics On-Board Radio STARDAMP Leiser Schienenverkehr durch Schwingungsdämpfung...13 EHR Abgaswärmenutzung für schwere Nutz fahrzeuge (Lkw) sowie für Schienenfahrzeuge und Schiffe unter Nutzung des Rankine-Systems...16 Strategie FreeFloat integriertes Planungs- und Verkehrsmanagement im Schienenverkehr InKoRISK Entwicklung eines unternehmensübergreifenden Risikomanagements in der Automobilindustrie...24 InMoBS Innerstädtische Mobilitätsunter stützung für Blinde und Sehbehinderte...28 IP-KOM-ÖV Einheitliche Kommunikationsplattform für den Öffentlichen Personenverkehr Ko-FAS Wenn Sensoren miteinander kommunizieren Neue Perspektiven der Fahrzeugsicherheit...35 LäGiV Lärmreduzierter Güterverkehr durch innovative Verbundstoff-Bremsklotzsohlen...39 LEISTRA3 Leiser Straßenverkehr 3 Inter diszi pli näre Forschung zur nachhaltigen Reduzierung des Straßenverkehrslärms...43 L Zar G Leiser Zug auf realem Gleis...47 NeGSt Neue Generation Signaltechnik Sektor weite Initiative zur Sicherung der Zukunfts fähig keit der Leit- und Sicherungstechnik...52 PAST Prozesssicherer automatisierter Straßenbau sim TD Vom Einzelgänger zum Partner im Straßen verkehr Fahrzeuge lernen Sprechen und Hören...60 SOLIT² Safety of Life in Tunnels...64 SuSi-Team Sicherheitsempfinden im Öffentlichen Perso nen verkehr Maßnahmen zur Stärkung von Resilienz...68 UR:BAN Urbaner Raum: Benutzergerechte Assistenzsysteme und Netzmanagement...72

7 Inhalt 5 2. Förderinitiativen Die Forschungsinitiative Innovative Seehafen technologien II bereitet die deutsche Seehafen wirt schaft auf die Herausforderungen der Zukunft vor Zukunftsfähige Logistiknetzwerke sichern Deutschlands zentrale Funktion als Logistik drehscheibe...78 Von Tür zu Tür eine Mobilitätsinitiative für den Öffentlichen Personenverkehr der Zukunft...79

8 6 1. Projekte BAIM/BAIMplus Mobilität durch Information Ausgangssituation Die Ergebnisse einer Delphi-Befragung zum Thema Ältere Menschen und ÖPNV aus dem Jahr 2010 machen die hohe Bedeutung der Barrierefreiheit als wesentliche Anforderung der Senioren an den Öffentlichen Personenverkehr (ÖPV) deutlich. Die Mehrheit der Befragten unterstrich die Forderung, die Bemühungen für Barrierefreiheit zu verstärken. Das Thema Barrierefreiheit im ÖPV wurde in den letzten Jahren insbesondere im Rahmen der Forschungsprojekte BAIM und BAIMplus des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) näher beleuchtet. Im Fokus war dabei vor allem die gezielte Information über barrierefreie Reiseketten. Der vorliegende Beitrag hat die wesentlichen Ergebnisse dieser Projekte zum Gegenstand. Projektpartner waren der Rhein-Main-Verkehrsverbund (RMV) mit seiner Tochtergesellschaft Rhein-Main-Verkehrsverbund Servicegesellschaft mbh (rms) als Unterauftragnehmer, der Verkehrsverbund Berlin-Brandenburg (VBB), die HaCon Ingenieurgesellschaft mbh, die IVU Traffic Technologies AG, die SemanticEdge GmbH sowie das Forschungsinstitut Technologie und Behinderung (FTB) der evangelischen Stiftung Volmarstein. Projektziele Ziel der Forschungsprojekte BAIM/BAIMplus war es, die aktive und selbstständige Teilnahme von Menschen mit Behinderungen und Mobilitätseinschränkungen sowie von älteren Menschen am ÖPV zu unterstützen. Hierzu sollten internetbasierte Informationsdienste, die vor der Reise oder reisebegleitend per Personal Computer, mobilem Internet oder Telefon genutzt werden können, konzipiert und umgesetzt werden. Die Zielgruppen waren Menschen mit Behinderungen sowie temporären Mobilitätseinschränkungen, in BAIMplus außerdem ältere Menschen. Die Gruppe der Älteren wurde noch einmal aufgeteilt in Best Ager (ab 55 Jahren) und Senioren (ab 65 Jahren). Die Gruppe der älteren Menschen ist in ihren Anforderungen teilweise mit den Menschen mit Behinderungen und Mobilitätseinschränkungen zu vergleichen. Sie unterscheidet sich aber andererseits in der Handhabung neuer Technologien und stellt besonders hohe Anforderungen an die Einfachheit der Bedienung. Lösungsansatz Zur Bearbeitung wurde eine iterative Vorgehensweise gewählt. Der Zyklus Nutzeranforderungen Daten-/ Dienste-Konzeption Evaluation und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wurde ganz oder teilweise wiederholt durchlaufen. Zur konsequenten Einbindung von Nutzer- und Interessengruppen wurden verschiedene Gremien gebildet, die projektbegleitend zusammenkamen und einen wichtigen Informations- und Wissensaustausch sicherstellten. Projektumsetzung Zu Beginn des Projekts stand eine Nutzerbedarfsanalyse, die in Form einer Marktforschungsstudie durchgeführt wurde. Die Ergebnisse wurden mit den Vertretern der verschiedenen Interessengruppen diskutiert. Darauf aufbauend wurde eine Rahmenkonzeption erarbeitet. Um die konzeptionierten Dienste umsetzen zu können, mussten die notwendigen Daten bereitgestellt und die Software der Dienste angepasst beziehungsweise neu erstellt werden. Die fertiggestellten und von den Entwicklern geprüften Dienste wurden dann entweder vor oder nach der Produktivsetzung auch von den Nutzern getestet. Die Tests wurden in verschiedener Form (z. B. Laborbedingungen, Praxistest) durchgeführt. Die Ergebnisse führten zu einer Überarbeitung der Dienste oder stehen für zukünftige Aktivitäten bereit. Die Entwicklungstätigkeit verteilte sich auf die gesamte Projektlaufzeit. Die Evaluation fand in mehreren Phasen jeweils nach Fertigstellung einer sinnvoll testbaren Anzahl von Diensten statt.

9 1. Projekte 7 Die Zusammenarbeit mit den späteren Nutzern der Informationsdienste, deren Interessenverbänden und Experten war eine wesentliche Komponente des Projekts und hat die Entwicklung maßgeblich beeinflusst. Ergebnisse Daten In BAIM wurden die Soll-Daten betrachtet. Es wurden die grundlegende Modellierung und die Attribute für ein barrierefreies ÖV-Routing definiert. In BAIMplus wurden diese Forschungsergebnisse übernommen und um neue Aspekte ergänzt. Ein Verfahren zum Umgang mit einer unvollständigen Datenbasis wurde entwickelt. So ist es möglich, ein barrierefreies Routing Schritt für Schritt aufzubauen. Um die Datenlücken zu füllen, wurden verschiedene Vorgehensweisen getestet. Insbesondere die Erhebung und Erfassung durch lokale Nahverkehrsorganisationen hat sich bewährt. Aber auch die Erhebung durch Ingenieurbüros und durch die Endnutzer ist möglich. Die Arbeit mit den Datenbanken (Pflege/Verwaltung) wurde in der Hand eines zentralen Datenmanagements belassen. Weitere Ansätze, insbesondere die stationsscharfe Verlinkung auf Zusatzinformationen Dritter, haben sich ebenfalls bewährt. Um Daten aus anderen Datenbanken importieren zu können, wurde eine entsprechende Schnittstelle entwickelt, die auch Attribute für Umsteigebauwerke übertragen kann. Eine Versionisierung von Umsteigebauwerken wurde konzipiert, um auch verschiedene Bauzustände in ihrem Zeitverlauf im Auskunftssystem abbilden zu können und die Datenpflege zu vereinfachen. Abbildung: Iterative Vorgehensweise Begleitung durch Experten Nutzergruppen, Anforderungen, Gesetze, Normen Nutzeranforderungen Kunden der Verbünde Angebote gestalten Technische Machbarkeit, Aufwand Daten/Dienste Erfassung Bewertung Qualitätssicherung Vollständigkeit, Funktionalität, Design, Gesamtbewertung Evaluation Systemtest Bewertung durch Nutzer und PBA Aufwände, Haushaltsrahmen, Nachhaltigkeit, Gesamtnutzen Wirtschaftlichkeit des Betriebs Kosten für Server, Lizenzen, Betrieb

10 8 1. Projekte Die Soll-Daten wurden in BAIMplus auch durch tatsächliche Ist-Daten bzw. Echtzeitdaten ergänzt. Neu ist hierbei das Alternativrouting auf der Grundlage von Ist-Daten: Verspätungen und Störungen werden in das Routing mit einbezogen. Dadurch ergeben sich neue Verbindungen, die aktuell nutzbar sind. Als für die Zielgruppe wichtigste Störungsmeldungen wurden die Aufzugsstörungen identifiziert. Dazu wurde ein dreistufiges Vorgehen umgesetzt. Dieses berücksichtigt einfache Außerbetriebsmeldungen, qualifizierte Störungsmeldungen sowie längerfristige Störungsmeldungen. Die beiden erstgenannten werden automatisch, letztere manuell ins System eingetragen. Dienste In BAIM wurde eine Fahrplanauskunft für eine barrierefreie Reisekette entwickelt. Im Rahmen von BAIMplus wurde diese überarbeitet und speziell mit Fokus auf ältere Menschen erweitert. Ein großer Schritt war die Verbindungsauskunft auf einer unvollständigen Datenbasis. Mit Zustimmung des Nutzers können damit verbundweit Auskünfte gegeben werden, die auch Abschnitte ohne Informationen zur Barrierefreiheit einbeziehen. Solche Abschnitte sind dann klar gekennzeichnet und der Nutzer kann selbst beurteilen, ob sie für ihn nutzbar sind. Im Auskunftssystem werden jeweils Verbindungen auf der Grundlage von Soll- und Ist-Daten dargestellt. Die Verbindung auf der Grundlage von Soll-Daten ermöglicht es dem Nutzer, seine gewohnte Verbindung zu erhalten unter Angabe von Verspätung oder Störung. Dazu gemischt werden Verbindungen auf der Grundlage von Ist-Daten, die nach aktueller Lage, also unter Berücksichtigung von Verspätungen und Störungen, die ideale Verbindung ausgeben. Alle Dienste für das Internet stehen auch als Version für mobile Endgeräte zur Verfügung, welche auf die Anforderungen kleiner Displays optimiert ist. Die Sprachdienste wurden aufbauend auf dem aus BAIM bekannten barrierefreien Routing um mehrere Dienste ergänzt. So kann man sich die Abfahrten an einem Bahnhof oder einer Haltestelle mit Ist-Daten (Verspätungen/Störungen) ansagen lassen. Außerdem stehen Informationen zu Aufzugsstörungen in einem eigenen Dienst zur Verfügung. Eine Verbindung zur Personalisierung im Internet ermöglicht es, genaue Voreinstellungen vorzunehmen, sodass der Nutzer direkt zum bevorzugten Dienst geführt wird. Fazit Als Ergebnis der Projekte stehen Informationsdienste zur Verfügung, die sich sehr gut den individuellen und vielfältigen Anforderungen der Nutzer anpassen. Diese Dienste sind zur Reiseplanung und als Reisebegleitdienste über verschiedene Ausgabemedien aufrufbar und beschreiben neben dem Soll-Zustand auch den Ist-Zustand. Ausblick Der Kern der in den Projekten BAIM und BAIMplus entwickelten Dienste steht den Fahrgästen der beteiligten Verbünde im Rahmen der Online-Verbindungsauskunft zur Verfügung. So ist beim RMV beispielsweise die barrierefreie Verbindungsauskunft seit dem im produktiven Betrieb. Parallel werden sukzessiv weitere Gebiete und Partner angebunden und bestehende Datenlücken geschlossen. Internetdienste sind aber nie fertig, vielmehr müssen diese fortlaufend überdacht und den wandelnden ge sellschaftlichen und technischen Rahmenbedingungen und Anforderungen angepasst werden. Im Rahmen einiger kürzlich gestarteter oder geplanter Forschungsvorhaben werden wesentliche, noch fehlen de Aspekte untersucht: So werden im Rahmen der Initiative des BMBF Mobil bis ins hohe Alter in dem Leitprojekt namo aufbauend auf den bisherigen Ergebnissen die Dienste mit Fokus auf eine nahtlose, barrierefreie Mobilitäts- und Informationskette für ältere Menschen gezielt ausgebaut und ergänzt. Wichtige Themen, die in diesem Projekt adressiert werden, sind die Fußgängernavigation unter Berücksichtigung der Beschaffenheit von Wegen und die Anbindung von seniorenrelevanten Points of Interest (POI) wie z. B. Arztpraxen.

11 1. Projekte 9 Im Rahmen des Förderschwerpunktes Tür zu Tür des BMWi sind ebenfalls einige Vorhaben geplant, welche das Thema Barrierefreiheit im ÖPV zumindest teilweise adressieren. Im Vorhaben m4guide stehen beispielsweise die Anforderungen und die Navigation von blinden und sehbehinderten Menschen im Fokus. Im Vorhaben DYNAMO sollen u. a. wichtige Grundlagen zur Ortung und Navigation von Nutzern innerhalb von Umsteigebauwerken erforscht und erste Dienste entwickelt werden. Hierauf könnte eine differenzierte Betrachtung speziell für die Gruppe der mobilitätseingeschränkten und älteren Personen aufsetzen. Es soll ebenfalls ein Dienst entwickelt werden, der Höhenunterschiede (outdoor) bei dem Fußgängerrouting berücksichtigt. Das Vorhaben DELFIplus (BMVBS) wird versuchen, barrierefreie Informationen im ÖPV zu standardisieren und so für eine deutschlandweite Verbindungsauskunft einheitlich verfügbar zu machen. Ergänzende Informationen Autor Jörg Puzicha, Geschäftsführer, rms GmbH; Marco Gennaro, Bereichsleiter Vertriebs- und Daten management, rms GmbH Akronym BAIM; (BAIMplus) Langtitel Barrierefreie ÖV-Information für mobilitäts- ein geschränkte Personen; (Mobilität durch Information) Projektlaufzeit 1. September 2005 bis 31. Dezember 2010 Projektpartner HaCon Ingenieurgesellschaft mbh IVU Traffic Technologies AG Rhein-Main-Verkehrsverbund (RMV) mit seiner Tochtergesellschaft Rhein-Main-Verkehrsverbund Servicegesellschaft mbh (rms, als Unterauftragnehmer) SemanticEdge GmbH, Forschungsinstitut Technologie und Behinderung (FTB) der evangelischen Stiftung Volmarstein Verkehrsverbund Berlin-Brandenburg (VBB) Ansprechpartner Marco Gennaro Rhein-Main-Verkehrsverbund Servicegesellschaft mbh (rms) GmbH mgennaro@rms-consult.de Peter E. Vollmer Rhein-Main-Verkehrsverbund GmbH (RMV) p_vollmer@rmv.de

12 10 PROTON-PLATA Programmable Telematics On-Board Radio PROTON-PLATA Software Defined Radio Prototyp-Plattform integriert in einem BMW X5 Forschungsfahrzeug. In dem Forschungsprojekt Programmable Telematics On-Board Radio (PROTON-PLATA) entwickeln die Projektpartner, basierend auf Software Defined Radio (SDR), eine flexibel programmierbare Telematikeinheit, die es erlaubt, im Fahrzeug beliebige Funkstandards auch länderübergreifend per Software in das Steuergerät nachzuladen. PROTON-PLATA ist ein Projekt der deutsch-französischen Kooperation in der Verkehrsforschung (DEUFRAKO), welches auf deutscher Seite von der BMW Forschung und Technik GmbH sowie der Technischen Universität München und auf französischer Seite von EURECOM, Thales und dem französischen Verkehrsforschungsinstitut IFSTTAR bearbeitet wird. Das Projekt, welches im September 2008 startete und im Juni 2012 endete, wurde auf der deutschen Seite vom BMWi und auf der französischen Seite von der Agence Nationale de la Recherche (ANR) sowie vom Automobil Cluster Mov eo gefördert. Heute: Viele Funkstandards viele verschiedene Steuergeräte In heutiger Zeit sind wir mit einer stetig wachsenden Zahl an neuen Funkstandards konfrontiert. Dies gilt für den digitalen Rundfunkbereich (z. B. DAB, DAB+, DVB-T ) sowie für den Mobilfunkbereich (z. B. GSM, UMTS, LTE, WLAN ). Dabei haben sich auf den einzelnen Märkten in den verschiedenen Ländern unterschiedliche digitale Standards und Funkfrequenzen etabliert. Für die Fahrzeugarchitektur bedeutet dies, dass sich eine große Anzahl unterschiedlicher Varianten an Steuergeräten und länderabhängigen Sonderausstattungen ergibt. Außerdem zeichnet sich der Bereich digitaler Funkstandards als sehr schnelllebig aus: Beinahe im Zwei-Jahres-Rhythmus werden existierende Funkstandards durch die nächste, verbesserte Generation abgelöst. Der im Gegensatz dazu sehr viel längere Produktlebenszyklus eines Automobils und die momentan noch nicht nachträglich integrierbaren Funkstandards verhindern, dass Autofahrer die Vor

13 1. Projekte 11 teile dieser zusätzlichen Funktionen und Services sofort im Fahrzeug nutzen können. Zukünftig: EIN Steuergerät für ALLE Funkstandards In dem Forschungsprojekt Programmable Telematics On-Board Radio (PROTON-PLATA) stellt Software Defined Radio (SDR) eine Schlüsseltechnologie dar, um zukünftig die Variantenvielfalt bei Steuergeräten ausgelöst u. a. durch die vielen verschiedenen Funkstandards mit Hilfe einer flexibel programmierbaren Hardware-Plattform deutlich zu reduzieren. Ebenso besteht die Möglichkeit, neue Funkstandards schneller in die Fahrzeuge zu bringen. Die Nutzung von SDR ist daher eine attraktive Lösung, welche den Vorteil bringt, dem Autofahrer stets aktuelle Funkstandards durch einfache Software-Updates ganz ohne Werkstattaufenthalt schnell und kostengünstig zur Verfügung stellen zu können. Erhöhung der Verkehrssicherheit durch EINE flexible Telematikeinheit Die Kombination von Software Defined Radio mit Telematik stellt eine Neuheit dar: Basierend auf der SDR-Technologie können Telematiknachrichten sogar länderübergreifend mit nur einem einzigen Steuergerät sowohl über Rundfunkmedien (FM/TMC, DAB/TPEG) als auch über dedizierte Kommunikationskanäle zwischen Fahrzeugen (Car2Car-Kommunikation) empfangen werden. Dies gelingt, indem die spezifischen Funkstandards per Software dynamisch ausgetauscht werden. Ein besonderes Ziel des Projekts ist die Zusammenführung von lokalen Telematikdaten über Car2X-Kommunikation und globalen Verkehrsdaten über digitale Rundfunkmedien. Denn der Zugang zu umfassenden lokalen Telematikdaten durch den Einsatz von Car2X- Kommunikation beispielsweise in Form eines Querverkehrsassistenten oder lokaler Gefahrenwarnungen Realisierung eines Ampelassistenten über SDR-basierte Car2X-Kommunikation.

14 12 1. Projekte würde die Sicherheit im Straßenverkehr zukünftig signifikant erhöhen. Die im Rahmen von PROTON- PLATA erzielten Ergebnisse werden deshalb auch dem Forschungsprojekt Sichere Intelligente Mobilität Testfeld Deutschland (sim TD ) zur Verfügung gestellt. In diesem nationalen Förderprojekt werden in einem Feldversuch in Friedberg/Hessen herstellerübergreifend die Anwendungsszenarien der Car2X-Kommunikation ausgelotet. Koexistenz mehrerer Funkstandards auf einem Steuergerät erlebbar Um die Koexistenz verschiedener Funkstandards zu demonstrieren, wurde eine prototypische Software Defined Radio -Plattform entwickelt und in einem BMW X5 Forschungsfahrzeug integriert (siehe Bild S. 10). Auf dieser SDR-Plattform wurde als Beispiel-Applikation ein Ampelassistent integriert, der den aktuellen Ampelstatus sowie die Länge der einzelnen Ampelphasen über Car2X-Kommunikation ans Fahrzeug übermittelt (siehe Bild S. 11). Der Fahrer kann damit ein Stück weiter in die Zukunft blicken, seine Fahrweise souverän an die Ampeltaktung anpassen und ist dadurch entspannter unterwegs. Zudem stellen die Projektpartner im Fahrzeug exemplarisch den Empfang von regionalen Verkehrsnachrichten über den digitalen Rundfunkstandard DAB dar, welche den Fahrer über die aktuelle Verkehrs- und Stausituation informieren. Untersuchungen zur weiteren Kostenreduktion Um den Anforderungen moderner SDR-Systeme an Komplexität, Stromverbrauch und Flexibilität gerecht zu werden, werden verstärkt konfigurierbare Hardwarebausteine, so genannte FPGAs, eingesetzt. Am Lehrstuhl für Integrierte Systeme an der Technischen Universität München wurde im Rahmen von PRO TON-PLATA ein Verfahren untersucht, welches eine zeitliche Mehrfachnutzung von FPGA-Ressourcen mit Hilfe partieller dynamischer Rekonfiguration erlaubt. Die Untersuchung hat zum Ziel, komplexere Signalverarbeitungsketten mit hohem Ressourcenbedarf auf günstigeren FPGA-Bausteinen zu realisieren. Ergänzende Informationen Autor Dr. Peter Fertl Deutscher Projektleiter PROTON-PLATA BMW Forschung und Technik GmbH Akronym PROTON-PLATA Langtitel Programmable Telematics On-Board Radio Projektlaufzeit September 2008 bis Juni 2012 Projektpartner BMW Forschung und Technik GmbH, München, Deutschland EURECOM (MobCom), Frankreich IFSTTAR (LEOST/LEMCO/LIVIC), Frankreich Technische Universität München, Lehrstuhl für Integrierte Systeme (LIS), Deutschland Thales Communications & Security S. A. (WFD), Frankreich Ansprechpartner Dr. Peter Fertl Deutscher Projektleiter PROTON-PLATA BMW Forschung und Technik GmbH peter.fertl@bmw.de

15 13 STARDAMP Leiser Schienenverkehr durch Schwingungsdämpfung STARDAMP Ein DEUFRAKO-Projekt zur vereinheitlichten Bewertung von Dämpfern für Rad und Schiene Schienenverkehr gilt im Allgemeinen als Transportmittel mit hoher Umweltverträglichkeit. Mit steigendem Transportvolumen und zunehmender Sensibilisierung der Bevölkerung bezüglich Umweltthemen rückt jedoch die Lärmbelastung als Schwachstelle in den Fokus der öffentlichen Diskussion und der Umweltgesetzgebung. Während derzeit überwiegend Schallschutzwände zum Schutz der Anwohner von Eisenbahnstrecken errichtet werden, soll zukünftig innovativen Maßnahmen zur Verminderung des Schienenlärms an der Quelle der Vorzug gegeben werden. Ziele von STARDAMP Rad und Schiene sind die Hauptschallquellen des Schienenverkehrs. Zusätzliche Dämpfungselemente können deren Schwingungen wesentlich reduzieren und damit den abgestrahlten Luftschall effektiv mindern. Dämpfer für Rad und Schiene gewinnen daher zunehmende Bedeutung für die Lärmminderung an der Quelle. Jedoch sind die Schritte während der Entwicklungsphase bis hin zur Serienanwendung für innovative Produkte derzeit sehr zeit- und kostenintensiv, da es keine einheitlichen Bewertungsverfahren gibt. Bisher muss die Wirksamkeit direkt auf Basis von aufwendigen Feldversuchen ermittelt werden. Dazu werden Schienendämpfer in ein Betriebsgleis eingebaut bzw. Raddämpfer in einen Versuchszug, der Schall pegel während der Vorbeifahrt von Versuchszug oder Regelzügen gemessen und anschließend die mit bzw. ohne Dämpfer gemessenen Schallpegel verglichen. Größter Schwachpunkt dieser Vorgehensweise ist, dass in der Regel Sondergenehmigungen für den Einbau von Komponenten benötigt werden, die noch keine allgemeine Zulassung besitzen. Außerdem liefern Feldversuche immer nur Ergebnisse für die jeweilige Einbausituation, die nur schwer zu verallgemeinern sind. Zur Beschleunigung der Entwicklungszyklen und zur Vereinfachung von Zulassungsverfahren hat sich im Rahmen eines DEUFRAKO-Projekts unter dem Namen STARDAMP Standardization of damping technologies for the reduction of rolling noise ein Konsortium aus neun Partnern unter Führung von DB und SNCF gebildet mit dem Ziel, bis Ende 2012 ein umfassendes, praxistaugliches Bewertungsverfahren für die Einsatzfähigkeit und Wirksamkeit von Dämpfern für Rad und Schiene zur Minderung des Rollgeräuschs zu erarbeiten. Auf deutscher Seite sind beteiligt DB Systemtechnik, GHH Radsatz, Schrey & Veit und die TU Berlin und auf französischer Seite Alstom, SNCF, Tata Steel, Valdunes und Vibratec. Das STARDAMP Bewertungsverfahren Grundlage des Bewertungsverfahrens ist die Kombination von standardisierten Laborversuchen und einer darauf abgestimmten Computersimulation. Dazu wird eine Software auf Basis des bewährten Programms TWINS (Track-Wheel Interaction Noise Software) erstellt, die nach Projektende allen interessierten Endnutzern zur Verfügung stehen soll. Zunächst sind die physikalischen Parameter festgelegt worden, die Grundlage der Bewertung sein sollen. Für die akustische Bewertung von Schienendämpfern ist dies die Gleisabklingrate (TDR), da sie ein Maß für die Länge der Schiene ist, die zur Schallabstrahlung bei Anregung im Rad-Schiene-Kontakt beiträgt. Unter weitgehendem Bezug auf bestehende Normen wurde ein Verfahren definiert ( Kurze Schiene ), mit dem die TDR eines 6 Meter langen Schienenstücks ermittelt wird, das mit den zu untersuchenden Dämpfern bestückt ist. Ein entsprechender Prüfaufbau ist ohne großen Aufwand von möglichen Interessenten leicht aufzubauen. Das Verfahren ist in einer ausführlichen Prüfanweisung beschrieben, um sicherzustellen, dass die weitere Bearbeitung der gemessenen TDR durch eine nachgeschaltete Computersimulation ( STARDAMP Bewertungs-Tool ) erfolgen kann. Das Verfahren der Kurzen Schiene wurde in einem Ringversuch, an dem sowohl deutsche als auch französische STARDAMP Partner teilgenommen haben, ausführlich auf seine Praxistauglichkeit hin untersucht und validiert.

16 14 1. Projekte Die Bewertung der akustischen Eigenschaften von Raddämpfern basiert auf einer experimentellen Modalanalyse (EMA). Dazu werden im ersten Schritt zunächst die Modalparameter eines Rades ohne Dämpfer mittels Anschlagversuchen bestimmt. Ein einzelnes Rad (oder auch ein ganzer Radsatz) wird in einem geeigneten Gestell so gelagert, dass es möglichst frei schwingen kann. Das Rad wird mit einem Hammer angeschlagen und an festgelegten Positionen auf der Radscheibe wird die resultierende Beschleunigung gemessen, woraus sich die Frequenzen der Eigenschwingungen des Rades und deren Dämpfung berechnen lassen. Alternativ zur EMA können die Modalparameter durch Computersimulation über Finite-Element-Verfahren bestimmt werden. Im nächsten Schritt wird das Rad mit dem zu untersuchenden Dämpfer bestückt und die Modalparameter des bedämpften Rades werden mittels EMA ermittelt. Dieser zweite Schritt lässt sich in der Regel nicht durch Computersimulation ersetzen, da die Ankopplung eines Dämpfers an das Rad in Finite-Element-Modellen nicht mit der erforderlichen Genauigkeit modelliert werden kann. Das STARDAMP Bewertungstool berechnet aus den Modalparametern die Minderung des Luftschallpegels, die vom Einsatz eines Raddämpfers erwartet werden kann. Das STARDAMP Bewertungstool Zentraler Bestandteil des STARDAMP Bewertungsverfahrens ist das STARDAMP Bewertungstool. Bei diesem Bewertungstool handelt es sich um eine Software, die im Rahmen von STARDAMP erstellt wurde und auf einem vereinfachten TWINS-Kern basiert. TWINS ( Track-Wheel Interaction Noise Software ) ist ein leistungsfähiges, validiertes und international etabliertes Programmpaket, das Entstehung und Abstrahlung des Rollgeräuschs simulieren kann und den Beitrag der einzelnen Komponenten (Rad, Schiene, Schwelle) berechnet. Jedoch erfordert die Anwendung von TWINS eine erhebliche Einarbeitungszeit und einen einschlägigen wissenschaftlichen Hintergrund vom Benutzer. Daher wurde eine speziell auf die Anforderungen des STARDAMP Bewertungsverfahrens zugeschnittene Software erstellt und mit einer benutzerfreundlichen Anwenderoberfläche versehen, auf welcher der Nutzer die für seinen speziellen Anwendungsfall relevanten Parameter setzen kann. Dazu gehören z. B. Oberbauform, Zugtyp und Geschwindigkeit. Zusätzlich werden über entsprechende Schnittstellen die aus Laborversuchen ermittelten Daten für die jeweiligen Dämpfer (TDR, EMA; s. oben) eingelesen. Das STARDAMP Bewertungstool ermittelt dann die Minderungen des Schallpegels, die durch einen bestimmten Rad- bzw. Schienendämpfer oder auch Kombinationen von beidem zu erwarten sind. Die Ergebnisse werden als Spektrum und als Summenpegel ausgegeben. Potenzielle Nutzer der Software sind Hersteller und Anwender von Rad- und Schienendämpfern sowie Planer von Schallschutzmaßnahmen. Abbildung: Aufbau des STARDAMP Bewertungsverfahrens Dokumentation, Leitfäden etc. (WP 3) Prüfanweisungen für Eingangsdaten, Messungen etc. Definition von Verfahren (WP 1) Laborversuche STARDAMP Bewertungstool (TWINS-Basis) (WP 2) Feldversuche Akustische Wirksamkeit Nicht-akustische Parameter: Dauerhaftigkeit, Systemverträglichkeit, LCC etc. Bewertung von Dämpfern Vergleichbarkeit unterschiedlicher Lösungsansätze Optimale Auswahl für gegebenen Anwendungsfall

17 1. Projekte 15 Beispiele Schienen- und Raddämpfer Messungen an Rollprüfständen Eine interessante Alternative sowohl zu Feldversuchen als auch zu reinen Laborversuchen können Untersuchungen der Wirksamkeit von Raddämpfern an Rollprüfständen sein. Bei diesen wird an einem ortsfesten Prüfstand die Schiene durch ein Rad ( Schienenrolle ) mit entsprechendem Profil simuliert, welches den Test radsatz antreibt. Im Rahmen von STARDAMP wurden unterschiedliche Kombinationen von Rädern und Dämpfern am Rollprüfstand der DB Systemtechnik getestet und jeweils das Rollgeräusch gemessen. Aus dem Abgleich mit entsprechenden Messungen im Feldversuch wird ein Prüfverfahren entwickelt, das es gestattet, parallel zu anderen Untersuchungen (z. B. zu Dauerfestigkeit von Rädern) an Rollprüfständen auch akustische Eigenschaften zu testen. Nächste Schritte Die Validierung des gesamten STARDAMP Bewertungsverfahrens wird auf Basis existierender Datensätze erfolgen, ergänzt durch die Ergebnisse eines umfangreichen Feldversuchs, den die SNCR mit einem Fahrzeug, das mit Raddämpfern ausgerüstet ist, auf einem Gleis mit Schienen dämpfern durchführen wird. Die Dokumentation des STARDAMP Bewertungsverfahrens einschließlich des Leitfadens für die Bedienung des Softwaretools wird so gestaltet werden, dass es vom potenziellen Nutzerkreis (Hersteller, Betreiber von Schienenfahrzeugen und Schieneninfrastruktur, Fachplaner) ohne einschlägigen wissenschaftlichen Hintergrund angewendet werden kann. Ergänzende Informationen: Autor Dr. Bernd Asmussen, DB Systemtechnik GmbH, München; Koordinator des deutschen Teils von STARDAMP sowie Projektleiter für die Arbeiten der DB in STARDAMP Akronym STARDAMP Langtitel Standardization of damping technologies for the reduction of rolling noise Projektlaufzeit 1. Oktober Dezember 2012 Projektpartner Alstom Deutsche Bahn GHH Radsatz SNCF Schrey & Veit Tata Steel TU Berlin Valdunes Vibratec Ansprechpartner Dr. Bernd Asmussen DB Systemtechnik, München bernd.asmussen@deutschebahn.com Die Ergebnisse von STARDAMP werden am im Rahmen eines Workshops unter dem Titel Assessing Dampers for Railway Noise Reduction in München der interessierten Öffentlichkeit vorgestellt.

18 16 EHR Abgaswärmenutzung für schwere Nutzfahrzeuge (Lkw) sowie für Schienenfahrzeuge und Schiffe unter Nutzung des Rankine-Systems 1. Ausgangssituation/Motivation des Vorhabens Die hohen Leistungsbedarfe im On-Road- und Non- Road-Bereich sind durch einen kostenintensiven Einsatz von Kraftstoff gekennzeichnet. Die Reduktion des spezifischen Brennstoffverbrauchs steht deshalb seit jeher im Fokus der Weiterentwicklung der eingesetzten Dieselmotoren. Mit der Reduktion der Schadstoffemissionen Stickoxide (NO x ) bzw. Partikeln mussten dabei beim Wirkungsgrad in den letzten Jahren meistens Einbußen in Kauf genommen werden. Die Teilprojekte im Verbund greifen dazu die technologische Möglichkeit zur Nutzung der Abgaswärme auf, die sonst verloren geht. Nahezu zwei Drittel der im Kraftstoff gespeicherten Wärmeleistung gehen als Abwärme durch den Motorkühler und das Abgas verloren (siehe Abbildung 1). Die Nutzung der Abwärme durch das EHR-System führt dazu, dass die im Kraftstoff enthaltene Energie noch besser genutzt wird. Das Abgaswärmenutzungs- System könnte in einem Nutzfahrzeug mit elektrischer Hybridarchitektur sein gesamtes Potenzial erschließen. Dabei soll das Arbeitsmedium während des Motorbetriebs erhalten bleiben und der Austausch sich an die Service-Intervalle anlehnen. 1.1 On-Road: Der schwere Nutzfahrzeugeinsatz im Speditionsgewerbe ist geprägt durch ein hohes Kostenbewusstsein. Deshalb gibt es seit dem Beginn der Nutzfahrzeug- Industrialisie rung einen harten Wettbewerb um Motorenwirkungsgrade. Der neue Fokus mit der Abgaswär Abbildung 1: ca. 30 Prozent der im Diesel gespeicherten Energie gehen über Abwärme verloren (Bsp.: Fernverkehrs-Lkw) 33,7 % Exhaust heat 19,9 % Wall heat 2,9 % Friction 0,6 % Gas exchange 100 % Fuel Energy 57,1 % Engine losses Total effiency (Tank to Wheel) η = 40% 11,4 % Air resistance η max 45 %* 42,9 % Effective Power 11,8 % Rolling resistance 0,3 % Acceleration * Engine efficiency in best point 0,35 % Generator 1,33 % Accessories 0,21 % Ventilator 0,08 % A/C compressor 0,49 % Air compressor 0,19 % Steering pump 1,61 % Mech. losses 0,56 % Gearbox 1,05 % Differential 16,5 % Climbing resistance

19 1. Projekte 17 menutzung ist auf die Reduktion des CO 2 -Ausstoßes und damit direkt auf die Reduktion des Kraftstoffverbrauchs gelegt. Aus thermodynamischer Sicht ist ein höheres Kraftstoff-Einsparpotenzial durch die Nutzung der Abwärme möglich. Es wird erstmals die gesamte Wertschöpfungskette von der Einzelkomponente bis zur Integration des Systems in einem Nutzfahrzeug betrachtet. 1.2 Non-Road: Das Rankine-System könnte insbesondere bei dieselelektrischen Non-Road-Anwendungen sein gesamtes Potenzial erschließen. Dies beinhaltet sowohl Schienenfahrzeuge als auch Arbeitsschiffe in der Binnenschifffahrt. Für Non-Road-Anwendungen werden derzeit Hybridtechnologien entwickelt, beispielsweise für Unterflurantriebe bei Triebzügen oder bei Schiffsfähren und Passagier schiffen für eine geräusch- und emissionsarme Fahrt in Häfen. Die im Projektverbund teilnehmenden Forschungsstellen (RUB Bochum, TU Dortmund) untersuchen anwendungsbezogen die thermodynamischen Eigenschaften und bestimmen für den Leistungsbereich die geeigneten Expansionsmaschinen inklusive der Auslegung neuartiger Komponenten. Sie begleiten den Funktions- und Robustheitsnachweis der eingesetzten Hardware und entwickeln Optimierungsmaßnahmen und Regelungsstrategien. 2. Projektziele Das gemeinsame Ziel der Partner mit Daimler als Konsortialführer ist es, ein zweistufiges Abgaswärmenutzungssystem in einem Hybrid-Nutzfahrzeug sowie parallel an einem Erprobungsträger für Schienenfahrzeuge und Schiffe zu untersuchen. Auf dieser Grundlage werden deren Potenzial für Straße, Schiene und Schiff ermittelt. Die Kerndaten beruhen auf begleitenden, iterativ wachsenden Simulationsrechnungen und wesentlich auf Untersuchungen auf Prüfständen und in zwei Nutzfahrzeugen. Aus thermodynamischer Sicht ist ein höheres Kraftstoff-Einsparpotenzial durch die Nutzung der Abwärme möglich. Durch die Motorkühlung und das Abgas gehen nahezu zwei Drittel der im Kraftstoff gespeicherten Wärmeleistung verloren. Zusätzlich führt die Nutzung der Abwärme dazu, die im Kraftstoff enthaltene Energie noch besser zu nutzen. Angestrebt und für realistisch gehalten wird eine Re duktion des spezifischen Verbrauchs beim Nutzfahrzeug von ca. 5 %. Um die Wirtschaftlichkeit für den Einsatz bei Schienenfahrzeugen und Schiffen zu bewerten, werden neben dem Funktionsnachweis Optimierungsmaßnahmen und Regelungsstrategien entwickelt. Verbrauchsreduktionen bei Lkw und Großdiesel-Mo toren steigern die Konkurrenzfähigkeit von Unternehmen mit modernen Fahrzeugflotten, verbessern die Marktposition technologisch führender Anbieter und tragen ganz wesentlich zur Erreichung von Klimaschutzzielen und zur Reduktion der Dieselnachfrage bei. 3. (Zwischen-)Ergebnisse In den ersten 11 Monaten des Projekts wurden wie im Folgenden aufgeführt bereits erste Ergebnisse erzielt. On-Road Für die On-Road-Anwendung wurden umfangreiche Systemanalysen durchgeführt. Diese Systemanalysen führten zu einer Bewertung von Abwärmenutzungstechnologien, wie z. B. Joule-, Stirling- und Rankine- Prozess sowie Turbo-Compound-Maschinen oder thermoelektrischen Generatoren. In einem weiteren Schritt wurden typische Fernverkehrseinsatzprofile in Deutschland untersucht. Auf Basis dieser Profile wurden optimale Betriebspunkte für ein Nutzfahrzeug-Rankine-System ermittelt. Um den thermodynamischen Prozess optimal auszulegen, wurde eine Simulationsumgebung geschaffen, mit welcher die Dimensionierung der wesentlichen Komponenten des Rankine-Prozesses, wie z. B. Expander, Kondensator, Verdampfer und Medienpumpe, ermittelt werden kann. Gleichzeitig wurde die Systemintegration und Neudimensionierung der Fahrzeug-Kondensatkühlung

20 18 1. Projekte Abbildung 2: Referenzstrecke Stuttgart-Hamburg-Stuttgart für On-Road-Demonstrationsfahrzeug Stuttgart Hamburg Stuttgart Strecke: 1517 km Fahrzeit: ca. 20 h Max. Höhendifferenz: ca. 700 m Durchschnittsgeschw.: ca 75 km/h Demonstrationsfahrzeuge Euro V, 40t Euro Vl, 40t

21 1. Projekte 19 erarbeitet und eine Regelstrategie für die Hybrid- Hochvolt-Komponenten erstellt. Ferner wurde ein Sicherheitskonzept ausgearbeitet, um die Zulassungsfähigkeit von Fahrzeugen mit Rankine- Systemen zu gewährleisten. Momentan läuft die Validierung der ersten Prototypen am Prüfstand. Diese Validierungen umfassen auch den Auswahlprozess des Arbeitsmediums mit verschiedenen Zusätzen. Universitäten Bei der TU Dortmund wurde die Simulation und Auslegung einer Expansionsmaschine für On-Road- und Non-Road-Anwendungen erarbeitet. Die Ruhr-Universität Bochum hat eine Methodik erarbeitet, um eine Präzisionssimulation von Rankine- Fluiden unter Berücksichtigung der Phasenübergänge bei Verdampfung und Kondensation durchführen zu können. Non-Road Für Non-Road-Anwedungen wurden Lastprofile bei Bahn- und Schiffsanwendungen analysiert. Daneben wurde geprüft, ob eine Carry-Over-Strategie bei Simulation, Komponenten und Gesamtsystem von der On-Road-Anwendung zielführend ist. Dazu laufen momentan Integrationsuntersuchungen für dieselelektrisch angetriebene Lokomotiven und Schiffsanwendungen, insbesondere für Binnenschiffe und Fähren. 4. Ausblick/weitere Arbeiten On-Road Einer der nächsten Schritte ist die Validierung der Abwärmenutzungspotenziale mittels eines Technologieträgerfahrzeuges auf der Referenzstrecke Stuttgart- Hamburg-Stuttgart in Q4/2012 (siehe Abbildung 2). Non-Road Für die Non-Road- Anwendung ist der Aufbau eines Prüfstandes zur Verifikation der Treibstoffeinsparpotenziale geplant. Ergänzende Informationen Autor Roland Dold Konsortialführer und Teilprojektleiter On-Road-Anwendung Daimler AG, TP/VEP Akronym EHR (Exhaust Heat Recovery) Langtitel Abgaswärmenutzung für schwere Nutzfahrzeuge (Lkw) sowie für Schienenfahrzeuge und Schiffe unter Nutzung des Rankine-Systems Projektlaufzeit 1. Oktober 2011 bis 30. September 2014 Projektpartner Daimler AG, Stuttgart MTU, Friedrichshafen RUB, Bochum TU Dortmund, Dortmund Ansprechpartner Roland Dold Daimler AG, TP/VEP

22 20 Strategie FreeFloat integriertes Planungs- und Verkehrsmanagement im Schienenverkehr Ausgangssituation und Ziele Transportkapazität pro Zug vergrößern Die Verkehrsleistung in Deutschland wird in den kommenden Jahren sowohl im Personen- als auch im Güterverkehr weiter wachsen. Gleichzeitig wird der Verkehrsträger Schiene Marktanteile hinzugewinnen. Aufgrund der Struktur des Schienennetzes sowie des Nutzungsverhaltens der Eisenbahnverkehrsunternehmen ist diese Verkehrszunahme allerdings nicht gleichmäßig verteilt, sondern insbesondere auf den bereits heute besonders hoch belasteten Relationen zu erwarten. Um diesen Mehrverkehr auf der Schiene ökonomisch effizient und ökologisch verträglich zu bewältigen, sind neben einem gezielten Streckenneuund -ausbau insbesondere Maßnahmen erforderlich, die Kapazität und Qualität des bestehenden Schienennetzes nachhaltig steigern. Die DB Netz AG stellt sich dieser Herausforderung mit ihrer Strategie FreeFloat. Ziel von FreeFloat ist es, durch die Innovation der Verfahren (Prozesse, Methoden, Algorithmen u. a.) eine intensivere Nutzung des vorhandenen Netzes zu ermöglichen und so Kapazität und Qualität ohne größere Investitionen in die Infrastruktur zu steigern. Erreicht wird dies durch folgende Ansätze: Kapazitätsverbrauch je Trasse reduzieren Kapazitätsverbrauch im Gesamtnetz optimieren Steigerung der Attraktivität Durch FreeFloat sollen damit Leistungsfähigkeit, Qualität und Effizienz des Systems Bahn erhöht werden, wovon sowohl die DB Netz AG als auch die Transporteure und Endkunden profitieren. Durch die Schaffung einer leistungsfähigen und modernen Infrastruktur unterstützt FreeFloat darüber hinaus die verkehrspolitischen Ziele der Bundesregierung. Forschungsvorhaben FreeFloat1 Als wesentlicher Schritt zur Realisierung der Gesamtstrategie FreeFloat dient das durch das BMWi geförderte Forschungsvorhaben FreeFloat 1: Intelligentes Schienennetz Intensivere Nutzung der Ressource Schiene durch ein integriertes Planungs- und Verkehrsmanagement Schiene. FreeFloat 1 bearbeitet den aktuell dringendsten Handlungsbedarf zur Steigerung Abbildung 1: Gegenüberstellung verkehrspolitischer Ziele der Bundesregierung und Ziele der Strategie FreeFloat. verkehrspolitische Ziele der Bundesregierung Ziele FreeFloat

23 1. Projekte 21 Abbildung 2: Übersicht der Teilprojekte und Arbeitspakete des Förderprojekts FreeFloat1 Teilprojekt Kurzbeschreibung Arbeitspakete NetCap Integrierte Modellierung der Leistungsfähigkeit von Strecken und Bahnhöfen N 1: Verspätungen in Bahnhofsköpfen N 2: Verspätungen in Bahnhofsgleisen N 3: Netzwirkungen N 4: Taktfahrpläne KosiDispo Konsistente Disposition in Planung und Betrieb K 1: Algorithmierung Dispositionsregeln K 2: Algorithmen zur Deadlock-Vermeidung K 3: Integration in Netzplanung und Vertrieb K 4: Integration in die teilautomatische Disposition Regler Zuglaufregelung Phase 1: Spezifikation Phase 2: Überprüfung der Algorithmen und Implementierung Phase 3: Einführungs- und Umsetzungsphase Evalinfra Bewertung der Angebotsqualität E 1: Empirie Güterverkehr E 2: Empirie Personenverkehr E 3: Modellentwicklung E 4: Implementierung und exemplarische Anwendung RePlan Erfahrungsrückkopplung in die Planung P 1: Optimale Anordnung von Zuschlägen P 2: Modellierung von Verspätungen P 3: Validierung der Fahrzeitrechnung P 4: Bahnhofskapazität von Leistung, Qualität und Nachhaltigkeit und behandelt daraus diejenigen Themenbereiche, die umfangreiche wissenschaftliche Arbeiten erfordern. Das Forschungsvorhaben FreeFloat 1 liefert für die in Abb. 2 dargestellten, in fünf Teilprojekte gegliederten Themenbereiche die entsprechenden wissenschaftlich fundierten Lösungen sowie die Vereinheitlichung der entsprechenden Modellansätze entlang der gesamten Wertschöpfungskette. NetCap Integrierte Modellierung der Leistungsfähigkeit von Strecken und Bahnhöfen Im Rahmen der Netzplanung ist es erforderlich, für prognostizierte, zukünftige Trassenanforderungen und ohne Kenntnis eines detaillierten Fahrplans Infrastrukturvarianten hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit zu beurteilen. Ein wichtiges Werkzeug dafür ist die Anwendung analytischer Berechnungsverfahren. Im Teilprojekt NetCap wurden die vorhandenen analytischen Modellansätze für die Netzplanung mit dem Ziel weiterentwickelt Gesamtfahrstraßenknoten von Bahnhöfen, Gleisgruppen und Teilgleisgruppen in Bahnhöfen, die Verknüpfung von Strecken und Bahnhöfen sowie den Einfluss von Taktverkehren auf die Wartezeiten im Netz in ihrer Komplexität abbilden zu können. Die entwickelten Algorithmen werden zurzeit in ausgewählte Software-Werkzeuge implementiert. KosiDispo Konsistente Disposition in Planung und Betrieb In KosiDispo wurden die Kenntnisse und Erfahrungen der Disponenten in Algorithmen abgebildet. Dazu wurden in Netzplanung, Vertrieb und Betrieb vorhandene Algorithmen zur Disposition u. a. anhand von Praxiserfahrungen weiterentwickelt, parametrisiert und validiert. Diese Neu- und Weiterentwicklungen wurden einerseits in dem Simulationswerkzeug RailSys um gesetzt, das sich seit Jahren bei der DB Netz AG und zahlreichen Ingenieurbüros im In- und Ausland im Einsatz befindet. Andererseits fließen die Forschungsergebnisse langfristig in die Dispositionswerkzeuge der Betriebszentrale ein. Die Algorithmen für Konflikterkennung und -lösung in der Disposition wurden komplett neu erstellt und in

24 22 1. Projekte einem Prototyp implementiert. Dieser wurde mit einer Echtdatenversorgung aus der BZ versehen und wird derzeit in den Betriebszentralen Karlsruhe, Duisburg und Leipzig getestet. Bei der Algorithmenentwicklung wurden Vertreter der Disposition von DB Netz beteiligt. Algorithmentests fanden in einer Betriebszentrale statt. Dadurch konnten Erfahrungen gesammelt werden, die eine realistische und konsistente Abbildung der Disposition in Simulationswerkzeugen und für die Dispositionsunterstützung ermöglichten. Regler Zuglaufregelung Das Teilprojekt Regler soll die Realisierung der Grünen Welle im Schienenverkehr ermöglichen. Aufbauend auf in den Betriebszentralen getroffenen Dispositionsentscheidungen sollen zugbezogene Fahrempfehlungen berechnet und automatisiert auf das Triebfahrzeug übertragen werden. Dort soll die Fahrempfehlung im EBuLa-Bordgerät rekonstruiert und als Geschwindigkeitsangabe angezeigt werden. Derzeit werden Triebfahrzeugführern geschwindigkeitsregelnde Vorgaben lediglich fallweise und abschnittsbezogen mündlich durch den Disponenten per Funk übermittelt. Durch einen flüssigeren Betriebsablauf soll der Regler Nutzen für die teilnehmenden EVU und das EIU generieren, indem Halte vor Signalen vermieden werden. Damit sollen der Energieverbrauch reduziert, Folgeverspätungen verringert und die Fahrwegkapazität erhöht werden. Im Projekt wurden Algorithmen für die Bestimmung der zulässigen Toleranzen des einzelnen Zuges und die Identifikation der Engpässe entwickelt. Die Berechnungen der optimalen Zeit-Wege-Linie in der Betriebszentrale und die triebfahrzeugseitige Rekonstruktion der Zeit-Wege-Linie und Generierung der Anzeige wurden spezifiziert. Die Algorithmen wurden im prototypischen System implementiert und in Praxistests überprüft. Eine Vielzahl von Anforderungen, die an ein produktives System gestellt werden, wurde zusammengetragen und mit allen Beteiligten abgestimmt. Evalinfra Bewertung der Angebotsqualität Im Teilprojekt Evalinfra konnte die Wirkung qualitätsbeeinflussender Infrastrukturmaßnahmen auf die Nachfrage in die Maßnahmenbewertung integriert werden. Die qualitativen Wirkungen von Infrastrukturmaßnahmen können somit umfassend bewertet werden. Darüber hinaus wird hierdurch eine vergleichende Bewertung von unterschiedlichen Maßnahmen sowohl hinsichtlich ihrer kapazitiven als auch ihrer qualitativen Wirkungen ermöglicht. Auf dieser Basis können im Rahmen der Maßnahmenpriorisierung die optimalen Maßnahmen ausgewählt und das Maßnahmenbündel definiert werden, mit dem die größte Attraktivitätssteigerung des Systems Schiene erreicht werden kann. Die Bewertung der Qualität wird in der Realität durch den Endkunden vorgenommen, der als Fahrgast bzw. Verlader auf die Qualität des Angebots des Systems Schiene reagiert. Im Teilprojekt Evalinfra wurde der Einfluss der Qualität (insb. Verspätungen) auf die Transportmittel- bzw. Routenwahl der Endkunden anhand von Befragungen im Personen- und Güterverkehr ermittelt. Weiterhin erfolgte die Entwicklung geeigneter Modelle zur Bewertung von Verspätungen für die Nachfragereaktionen im Güter- und Personenverkehr sowie die programmtechnische Umsetzung in ein erstes bei der DB Netz AG eingesetztes Verfahren und die exemplarische Anwendung dieser Modelle. RePlan Erfahrungsrückkopplung in die Planung Im Teilprojekt RePlan wurden verschiedene Aspekte der Betriebsführung analysiert und betriebliche Erfahrungen systematisch in die Planungsprozesse zurückgekoppelt. Die daraus gewonnenen Erfahrungen werden den Mitarbeitern in Planung und Disposition zur Verfügung gestellt. Das Arbeitspaket P.1 lieferte neue Erkenntnisse zur verbesserten Anordnung der Fahrzeitzuschläge im Fahrplan. Auf der Basis einer umfassenden Bewertung der Auswirkungen auf Pünktlichkeit, Energieverbrauch und Kapazität wurden Handlungsempfehlungen abgeleitet.