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

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

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

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

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

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

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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CBTC im Mischbetrieb

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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

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

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

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

Automatisiertes fahren im NahverkehrATO Wiederverwendung

ATONahverkehr

Fahrer-assistenz-system

ThameslinkProjekt

Autonomfahrende

Straßenbahn

ATO overETCS

Interoperable

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

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

extern © Siemens Mobility GmbH 2018Dezember 2018Seite 21 MO MM

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)

extern © Siemens Mobility GmbH 2018Dezember 2018Seite 22 MO MM

Vielen Dank für Ihre AufmerksamkeitKontakt

Dr. Andreas SteingröverSenior Principal Key Expert Rail Automation SolutionsSiemens Mobility GmbH

Ackerstraße 2238126 Braunschweig

Mobil: +49 173 60 55 157

E-Mail:[email protected]

siemens.com