Fahrzeugautomatisierung / Automatic Train Operation (ATO)
Die Garantie für einen besonders effizienten Verkehrsfluss
Automatisierte Fahrzeugsysteme sind eine wesentliche Voraussetzung für das hoch- und vollautomatisierte Fahren auf der Schiene. Sie können als Autopilot für den Zugverkehr betrachtet werden. Die Technologie setzt vorgegebene Anweisungen zum Beschleunigen und Bremsen des Zuges um. Die Reaktionszeiten zwischen Übermittlung und Umsetzung der Fahrbefehle sind deutlich geringer und weniger Schwankungen unterworfen als bei der manuellen Steuerung. Automatisch fahrende Stadtbahnen sind dem Auto derzeit noch weit voraus. Bereits in mehr als drei Dutzend Metropolen weltweit sind automatisch fahrende Bahnen unterwegs – unter anderem in Barcelona, Kopenhagen und Paris. Auch in Nürnberg verkehren seit 2008 automatisch fahrende U-Bahnen. Bei diesen Systemen ist das Schienennetz von außen jedoch nicht zugänglich. Im so genannten „Vollbahnbereich“ (Regional-, Fern- und Güterverkehr) werden automatisierte Fahrzeugsysteme in den kommenden Jahren ebenfalls zum Einsatz kommen. Dabei muss die ATO-Technologie reibungslos mit der Infrastruktur (ETCS – European Train Control System) zusammenarbeiten. Nach dem Prinzip „ATO over ETCS“ werden die Vorteile von ETCS, eine automatische Datenübertragung statt Lichtsignale, genutzt, um die Fahrzeugautomatisierung zu ermöglichen. Es gibt vier Stufen der Automatisierung. Ziel der Digitalen Schiene Deutschland ist Stufe 4 (GoA4), das vollautomatisierte, fahrerlose Fahren.
Für das hochautomatisierte Fahren im Automatisierungsgrad GoA2 übernimmt der/die Triebfahrzeugführer:in die reine Streckenbeobachtung und greift nur bei Unregelmäßigkeiten ein. Dazu werden neben der Automatisierung der Fahrfunktionen verlässliche Infrastrukturdaten aus dem „Digital Register“ sowie eine leistungsfähige (Mobilfunk-)Kommunikation zwischen Fahrzeug und Infrastruktur benötigt, z. B. zum Austausch eng getakteter (Fahr-)Anweisungen.
Beim höchsten Automatisierungsgrad GoA4 – dem fahrerlosen Fahren – übernimmt der Zug mittels Sensorik auch die Umfeld- und Objekterkennung und benötigt ein KI-basiertes Störfallmanagement. Durch die notwendige Übermittlung von Bild- und Sensordaten an z. B. ein KI-basiertes Störfallmanagement steigen die Anforderungen an die Konnektivität noch einmal deutlich und macht hochperformanten Mobilfunk auf Basis FRMCS/5G notwendig. Für das fahrerlose Fahren in der Stufe GoA4 müssen weitere Fahrfunktionen wie Auf- und Abrüsten, Hupen etc. müssen ebenfalls automatisiert werden.
Die Vorteile von ATO im Überblick
Durch automatisierte Fahrzeugsysteme werden Geschwindigkeitsvorgaben exakt eingehalten. Die Züge fahren pünktlicher, der Zugbetrieb wird stabilisiert. Dies steigert die Kapazität und trägt zu einer besseren Betriebsqualität und damit auch zu einer höheren Effizienz des Bahnsystems bei. Optimiertes Beschleunigen und Bremsen senkt darüber hinaus deutlich den Energiebedarf und verringert nicht nur den Verschleiß, sondern reduziert auch die Instandhaltungskosten. Außerdem ermöglicht die Technik neue, flexiblere Betriebskonzepte.
Die ATO-Technologien im Einsatz
Als erstes Pilotprojekt der Digitalen Schiene Deutschland wurde das Projekt Digitale S-Bahn Hamburg 2018-2021 umgesetzt. Dort kam zum ersten Mal in Deutschland das hochautomatisierte Fahren auf Basis des europäischen Zugbeeinflussungssystems ETCS zum Einsatz. Die Triebfahrzeugführer:in griff dank der Fahrzeugautomatisierung nur noch bei Störungen oder Unregelmäßigkeiten ein – Anfahren, Beschleunigen, Bremsen und Halten erledigte das Fahrzeug von selbst. Seit Herbst 2022 fahren vier Züge der Linie S21 in Hamburg hochautomatisiert im Fahrgastbetrieb. Im Digitaler Knoten Stuttgart wird erstmal ein Bahnknoten komplett auf automatischen Bahnbetrieb in der Automatisierungsstufe GoA2 umgestellt. Bis Mitte der 20-ger Jahren werden über 400 Fahrzeuge, verteilt auf fünf Baureihen, entsprechend ausgerüstet und auch die streckenseitige Implementierung ist gestartet. Den ersten Aufschlag dafür macht das Projekt „AutomatedTrain“. Dafür werden zwei Regionalzüge bis zum Jahr 2026 mit modernster Sensorik ausgestattet, in welchen dann vollautomatisierte Bereitstellungs- und Abstellungsfahrten durchgeführt werden.
