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Automatisiertes Fahren: Was können wir bei der Vollbahn ...ifev.rz.tu-bs.de/SiT_SafetyinTransportation/SiT2018/Freigegeben_Steing... · PDF file• Stand der Technik im U-Bahn Betrieb

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

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 2 MO MM

    Inhaltsverzeichnis

    • Einführung

    • CBTC Architektur und Funktionen

    • Vergleich CBTC – ETCS

    • Automatisiertes Fahren im Nahverkehr

    • Übertragung der Erfahrungen

    • Zusammenfassung

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 3 MO MM

    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

    Thameslink, die ersten mit ATO über ETCS

    Rio Tinto setzt zum Eisenerztransport in Australien auf fahrerlose Güterzüge

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 4 MO MM

    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-Kommunikation zwischen Fahrzeug und Strecke

    ƒ Zugpositionsbestimmung unabhängig von physikalischen Gleisfreimeldungen

    ƒ Sichere Fahrzeug- und Streckengeräte zur Ausführungen der Funktionen

    ƒ Moving Block Technologie mit hoher Zugfolge möglich

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 5 MO MM

    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

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 6 MO MM

    Einführung II Automatisierungsgrade nach IEC 62267 (Grade of Automation)

    Halbautomatischer Zugbetrieb mit Fahrer bei der die Fahrt vom 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 ein Notfall-Bedienfeld den Zug bewegen.

    Stufe 3 (GoA3)

    Manuelle Fahrt mit Zugbeeinflussung, wobei der Fahrer die Fahrt regelt, und zuständig für Start, Stopp, Türsteuerungen ist. Der Zugbetrieb ist nicht automatisiert.

    Stufe 1 (GoA1)

    Stufe 0 (GoA0)

    Vollautomatischer fahrerloser Zugbetrieb bei der sich kein Personal im Zug befindet und alle Operationen automatisiert sind. 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 ETCS L1 u. L2

    Z.B.: Nürnberg, Paris, Budapest, Barcelona, Istanbul, Singapore, Hong Kong

    Z.B.: Straßenbahnbetrieb nach BOStrab

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 7 MO MM

    CBTC Architektur

    CBTC Betriebsleittechnik (ATS)

    Daten- Kommunikationssystem

    CBTC Fahrzeuggerät (ATP/ATO)

    Stellwerk

    Physiklische Schnittstelle zur Zugsteuerung

    CBTC Streckengerät (ATP)

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 8 MO MM

    CBTC im Mischbetrieb

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 9 MO MM

    Automatisiertes Fahren Teilautomatischer Betrieb

    Geschwindigkeitsüberwachung

    Abstandshaltung

    Zwangsbremsen-Behandlung

    Überwachung der Fahrtrichtung und Rückwärtsrollen

    Halteposition-Überwachung

    Türenfreigabe

    Langsamfahrstellen-Behandlung

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 10 MO MM

    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)

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 11 MO MM

    Comparison CBTC versus ETCSVergleich CBTC versus ETCS Level 2

    CBTC ETCS Level 2

    Architektur Strecken- und Fahrzeuggeräte, funkbasierte Datenübertragung, Betriebsleittechnik, diverse Redundanzen, z.B. Fahrzeug Head-Tail

    Strecken- und Fahrzeuggeräte, funkbasierte Datenübertragung

    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: Packet Data (GPRS); andere Systeme möglich, z.B. TETRA

    Automatisierungsgra d

    Hoch: halb-automatischer Betrieb (GoA2 mit ATO) bis zu fahrerlosem Betrieb (GoA4)

    Manueller Betrieb (GoA1), halb-automatischer Betrieb GoA2; 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 mit Plattformtüren 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 der Standardisierung)

    Betriebsleittechnik Erweiterte Funktionen integriert in der CBTC Architektur mit automatischer Zugregelung und automatischem Linienbetrieb

    Nicht im ETCS Standards; kundenspezifische Lösungen

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 12 MO MM

    Automatisiertes Fahren im Nahverkehr Streckenausrüstung

    Eurobalise/Achszähler/Weichen/(Signale) CBTC Streckengerät

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 13 MO MM

    Automatisiertes Fahren im Nahverkehr Fahrzeugausrüstung

    Balisenantenne

    Radar Wegimpulsgeber (WIG)

    Zugfunkmodul

    Fahrzeuggerät (OBCU)

    Bedien- und Anzeigegerät (HMI)

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 14 MO MM

    Automatisiertes Fahren im Nahverkehr Bahnsteigsicherung Beispiel Paris

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 15 MO MM

    Automatisiertes Fahren im Nahverkehr Bahnsteigsicherung Beispiel Nürnberg

    Kamera-Überwachung Plattform und GleiseRadar-System für Bahngleise und Tunneleingang

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 16 MO MM

    Automatisiertes Fahren im Nahverkehr Zusätzliche Funktionen für fahrerlosen Betrieb

    Türüberwachung Notrufsystem

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 17 MO MM

    Automatisiertes Fahren im Nahverkehr Zusätzliche Funktionen für fahrerlosen Betrieb

    HinderniserkennungEntgleisungsdetektor

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 18 MO MM

    Automatisiertes fahren im Nahverkehr ATO Wiederverwendung

    ATO Nahverkehr

    Fahrer- assistenz -system

    Thameslink Projekt

    Autonom fahrende

    Straßenbahn

    ATO over ETCS

    Interoperable

  • extern © Siemens Mobility GmbH 2018 Dezember 2018Seite 19 MO MM

    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 erhöh

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