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Automatisiertes Fahren:Was können wir bei derVollbahn von CBTC lernen?extern© Siemens Mobility GmbH 2018
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Inhaltsverzeichnis
• Einführung
• CBTC Architektur und Funktionen
• Vergleich CBTC – ETCS
• Automatisiertes Fahren im Nahverkehr
• Übertragung der Erfahrungen
• Zusammenfassung
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Einführung I
DB Cargo plant ab 2018 die Erprobungvon Güterzug-Autopiloten auf der Betuweroute
Hamburgs S-Bahn bald autonom unterwegs
SNCF Französische Bahn entwickelt autonome Züge
Thameslink, die ersten mit ATO über ETCS
Rio Tinto setzt zum Eisenerztransport inAustralien auf fahrerlose Güterzüge
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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)
ƒ Definition gemäß IEEE 1474.1
ƒ Kontinuierliche, bi-direktionale Daten-Kommunikationzwischen Fahrzeug und Strecke
ƒ Zugpositionsbestimmung unabhängig von physikalischenGleisfreimeldungen
ƒ Sichere Fahrzeug- und Streckengeräte zur Ausführungender Funktionen
ƒ Moving Block Technologie mit hoher Zugfolge möglich
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Einführung IIIWarum 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 Bremssystemmit geringeren Wartungskosten
⋅ Lärmminderung, speziell im Frachtverkehr, durch ein sanftes und gleichmäßiges Fahren mitweniger Bremsvorgängen
⋅ Erhöhung des Fahrgastkomforts durch ein sanftes und gleichmäßiges Fahren und gleichbleibendeFahrqualität
⋅ Erhöhung der Flexibilität für einen bedarfsorientierten Zugverkehr (speziell im fahrerlosen Betrieb)
⋅ Verbesserung der Betriebskosten durch Effektivitätssteigerung des Personals
⋅ Effektiverer Einsatz vom rollenden Material
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Einführung IIAutomatisierungsgrade nach IEC 62267 (Grade of Automation)
Halbautomatischer Zugbetrieb mit Fahrer bei der die Fahrtvom Start bis Stopp vollautomatisch durchgeführt wird,jedoch der Fahrer den Start auslöst.
Stufe 2 (GoA2)
Fahrerloser Zugbetrieb, es gibt nur noch einen Zugbegleiter.Dieser ist für die Türsteuerung zuständig und kann über einNotfall-Bedienfeld den Zug bewegen.
Stufe 3 (GoA3)
Manuelle Fahrt mit Zugbeeinflussung, wobei der Fahrer dieFahrt regelt, und zuständig für Start, Stopp, Türsteuerungenist. Der Zugbetrieb ist nicht automatisiert.
Stufe 1 (GoA1)
Stufe 0 (GoA0)
Vollautomatischer fahrerloser Zugbetrieb bei der sich keinPersonal im Zug befindet und alle Operationen automatisiertsind. Die Leitstelle kann in den Zugbetrieb eingreifen.
Stufe 4 (GoA4)
Herkömmlicher Fahrt auf Sicht (on-sight train operation)
Z.B.: München, Wien, Budapest,China, New York
Z.B.: London Docklands LRT
Z.B.: Nahverkehr Frankfurt,Suttgart, Hannover oder ETCSL1 u. L2
Z.B.: Nürnberg, Paris, Budapest,Barcelona, Istanbul, Singapore,Hong Kong
Z.B.: Straßenbahnbetrieb nachBOStrab
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CBTC Architektur
CBTC Betriebsleittechnik (ATS)
Daten-Kommunikationssystem
CBTCFahrzeuggerät(ATP/ATO)
Stellwerk
PhysiklischeSchnittstelle zurZugsteuerung
CBTC Streckengerät(ATP)
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Automatisiertes FahrenTeilautomatischer Betrieb
Geschwindigkeitsüberwachung
Abstandshaltung
Zwangsbremsen-Behandlung
Überwachung der Fahrtrichtung und Rückwärtsrollen
Halteposition-Überwachung
Türenfreigabe
Langsamfahrstellen-Behandlung
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Automatisiertes FahrenVollautomatischer Betrieb
Vollautomatisches Auf- und Abrüsten der Züge entsprechend dem Fahrplan
Beginn und Beendigung des fahrerlosen Betriebs im Depot oder auf Abstellgleisen derHauptstrecke
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)
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Comparison CBTC versus ETCSVergleichCBTC versus ETCS Level 2
CBTC ETCS Level 2
ArchitekturStrecken- und Fahrzeuggeräte, funkbasierteDatenübertragung, Betriebsleittechnik, diverseRedundanzen, z.B. Fahrzeug Head-Tail
Strecken- und Fahrzeuggeräte, funkbasierteDatenübertragung
Radio-Übertragung WLAN im Bereich IEEE 802.11 (2.4, 5.8 or 5.9 GHz);LTE (Standard in China für neue U-Bahn-Systeme)
Standard GSM-R, ab 2016 GSM-R Baseline 1: PacketData (GPRS); andere Systeme möglich, z.B. TETRA
Automatisierungsgrad
Hoch: halb-automatischer Betrieb (GoA2 mit ATO)bis zu fahrerlosem Betrieb (GoA4)
Manueller Betrieb (GoA1), halb-automatischer BetriebGoA2; ATO (GoA2-GoA4 in der Standardisierung)
Zugvollständigkeit Sichere Fahrzeugfunktion mit der Zugsteuerungzusammen Gleisfreimeldung (Achszähler, Gleiskreise)
Zugposition Zugbasiert, unabhängig von Gleisfreimeldung Gleiskreis basiert plus auf dem Zug kalkuliert
Leistungsfähigkeit 30 und mehr Züge die Stunde durch Moving-BlockBetrieb
Limitiert durch Blockteilung und GSM-R(bis zu 22 – 24 Züge)
Betrieb mitPlattformtüren Integriert mit hoher Haltepunktgenauigkeit Ist im ETCS nicht enthalten; zusätzliches System oder
Verfahren notwendig
Interoperability Nur Kundenspezifisch vorhanden, zur Zeit nur in NewYork und Paris
Zugsicherung interoperable, ATO (GoA2-GoA4 in derStandardisierung)
BetriebsleittechnikErweiterte Funktionen integriert in der CBTCArchitektur mit automatischer Zugregelung undautomatischem Linienbetrieb
Nicht im ETCS Standards; kundenspezifische Lösungen
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Automatisiertes Fahren im NahverkehrStreckenausrüstung
Eurobalise/Achszähler/Weichen/(Signale) CBTC Streckengerät
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Automatisiertes Fahren im NahverkehrFahrzeugausrüstung
Balisenantenne
Radar Wegimpulsgeber (WIG)
Zugfunkmodul
Fahrzeuggerät (OBCU)
Bedien- und Anzeigegerät (HMI)
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Automatisiertes Fahren im NahverkehrBahnsteigsicherung Beispiel Paris
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Automatisiertes Fahren im NahverkehrBahnsteigsicherung Beispiel Nürnberg
Kamera-Überwachung Plattform und GleiseRadar-System für Bahngleise undTunneleingang
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Automatisiertes Fahren im NahverkehrZusätzliche Funktionen für fahrerlosen Betrieb
Türüberwachung Notrufsystem
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Automatisiertes Fahren im NahverkehrZusätzliche Funktionen für fahrerlosen Betrieb
HinderniserkennungEntgleisungsdetektor
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Automatisiertes fahren im NahverkehrATO Wiederverwendung
ATONahverkehr
Fahrer-assistenz-system
ThameslinkProjekt
Autonomfahrende
Straßenbahn
ATO overETCS
Interoperable
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Automatisiertes fahren im NahverkehrVorteile 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
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Automatisiertes fahren im NahverkehrNutzbarkeit bei Vollbahnen
• Bahnsteigsicherung mit Plattform-Türen oder Strecken-Sensoren (Radar)möglich
• Streckensicherung nicht einfach übertragbar (Tunnel, Zäune). Neue Ansätzenotwendig, wie z.B. Fibre Sensing
• Zusätzliche Sensoren auf dem Zug mit Elementen vom autonomen Fahren
• Streckenatlas-Ersatz
• Betriebsleittechnik und ATO im Zusammenspiel unter Berücksichtigung derInteroperabilität
• Bei Vollbahnen mehr Typenvielfalt bei Zügen
• Stärkere Verknüpfung von Stellwerk, ETCS und Betriebsleitechnik notwendig• Erweitere Funkschnittstelle, um mehr Daten zu übertragen (inkl. Fahrzzeug-
Diagnose)
© Siemens Mobility GmbH 2018InnoTrans 2018 Mobility Division | Mass Transit Rail AutomationPage 20 Mobility Division | Mass Transit Rail Automation
Aut
omat
isie
rtes
Fahr
enVo
llbah
nen Voll-
automatischerBetrieb
ATOAlgorithmen
Architektur
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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)
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Dr. Andreas SteingröverSenior Principal Key Expert Rail Automation SolutionsSiemens Mobility GmbH
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