Autonome Trams auf der Schiene und im Depot

Eine Tram ohne Fahrer? Die Hindernisse erkennt und auch in komplexen Situationen richtig handelt? Die auf Ampelsignale genauso reagiert wie auf Menschen oder Fahrzeuge, die ihren Weg kreuzen? Und zwar nicht in einem geschlossenen Verkehrssystem, wie z.B. bei U-Bahnen mit komplett abgeschotteten Gleiskörpern, sondern in einer offenen Infrastruktur mit weiteren Verkehrsteilnehmern. Die Potsdamer staunten nicht schlecht, als sie 2018 im Streckennetz ihres Verkehrsbetriebs (ViP) eine autonome Straßenbahn gesichtet haben. Unter realen Einsatzbedingungen wurden hier durch Siemens Mobility die technologischen Herausforderungen des autonomen Fahrens getestet. So erfolgreich, dass der erste kommerziell anwendbare Entwicklungsschritt mit AStriD – der autonomen Straßenbahn im Depot – bereits begonnen hat.

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Prototypentest unter echten Verkehrsbedingungen Fahren kann er: der dem Verkehrsbetrieb Potsdam GmbH zur Verfügung gestellte Combino von Siemens hat auf zahlreichen Testfahrten mit über 10.000 zurückgelegten Kilometern bewiesen, dass er selbst mit komplexen Situationen sicher zurechtkommt.

Das Leben ist nicht programmierbar. Die Zukunft der Straßenbahnen schon.

Fußgänger, kreuzende Fahrzeuge, Vorfahrtsituationen: Straßenbahnen müssen auf viele Hindernisse und Situationen schnell und richtig reagieren. Hierfür wird ein System eingesetzt, das eigens für die Erprobung des autonomen Fahrens und der Hinderniserkennung entwickelt wurde. Verschiedene Kameras an der Front und den Seiten erkennen vorher antrainierte Objekte, zum Beispiel Menschen in den verschiedensten Positionen sowie Signale und Signalzustände. Die Informationen der Kameras werden mit den Daten von Radar-Detektoren und Lidar-Scannern ergänzt.

Die Lidar-Scanner erfassen das Umfeld und errechnen ein dreidimensionales Abbild der Umgebung mit exakter Positionierung aller Objekte. Alle Sensor-Informationen werden zu einem hochgenauen Abbild der Umgebung kombiniert, in dem jeder Verkehrsteilnehmer mit seiner genauen Position und seiner Bewegungs-Trajektorie erfasst ist. Auf dieser Basis interpretieren und bewerten komplexe Algorithmen die aktuelle Fahrsituation, prognostizieren den weiteren Fortgang des Geschehens und lösen die notwendige Reaktion der Tram aus.

In vier typischen Szenarien zeigen wir Ihnen, wie das System in der Praxis funktioniert.

Ampelanfahrt

Während der Testfahrten übernahm das System auf einer Teilstrecke des Potsdamer Straßenbahnnetzes die Fahraufgabe. Unter anderem interpretierte es die Straßenbahn-Lichtsignale und stoppte an den Haltestellen.

Haltestellenanfahrt

Hier registrierten die Teilnehmer der Demonstrationsfahrten nur, wie sicher und zuverlässig sie befördert wurden – und wie sanft und präzise die Einfahrt in die regulären Haltestellen erfolgte.

Kreuzende Fußgänger

Der Forschungsprototyp der autonomen Straßenbahn reagierte eigenständig auf mögliche Gefährdungen, etwa an signallosen Kreuzungen, wo jederzeit mit querenden Fahrzeugen, Radlern und Fußgängern zu rechnen ist.

Kreuzende Autos

Sobald das System andere Verkehrsteilnehmer als mögliche Gefährdung eingestuft hatte, wurden diese automatisch gewarnt. Je nach Situation wurde die Fahrgeschwindigkeit angepasst, der Sicherheitsabstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen gewahrt oder automatisch bis zum Stillstand abgebremst.

Erfahren sie mehr über „Teaching Trams to drive“

Broschüre: Autonome Straßenbahn (PDF)

Automatisierung von Betriebshöfen In einem nächsten Schritt wird nunmehr die Automatisierung eines Betriebshofes mit der autonom fahrenden Tram umgesetzt. Es geht darum, bislang zeitintensive Rangier- und Serviceprozesse im Betriebshof zu automatisieren und so das Personal zu entlasten sowie eine hohe Verfügbarkeit der Fahrzeuge zu erreichen.

Bereit für das Depot der Zukunft?

Auf dem Weg zur smarten und autonomen Straßenbahn sind viele Stationen zurückzulegen. Die erste logische Entwicklung ist dabei die Betriebshofautomatisierung mit autonom und fahrerlos fahrenden Trams. Wesentlich hierfür ist neben der Ausrüstung des Fahrzeuges für das autonome Fahren die Installation eines übergeordneten Betriebshof-Managementsystems. Dieses disponiert die anstehenden Depot-Prozesse und steuert zur Umsetzung die angebundenen Systeme, also Fahrzeuge und stationäre Anlagen wie Waschanlage oder Hallentore aus.

Voraussetzung dafür: Es muss die Positionen aller Straßenbahnen, den Ist-Zustand der Infrastruktur sowie die Stellung von Signalen und Weichen kennen. Durch die digitale Vernetzung aller Systemelemente können diese miteinander kommunizieren und genau lokalisiert werden. Damit ist das Betriebshof-Managementsystem auch die Basis für eine umfassende Depotautomatisierung. Das erhöht die Verfügbarkeit der Fahrzeuge, lässt Kapazitäten besser nutzen und sorgt für höhere Transparenz.

So sieht die Depotautomatisierung in der Praxis aus

Durch eine umfassende Depotautomatisierung kann das Fahrzeug selbständig nach dem Linienbetrieb in die Abstellhalle fahren oder beispielsweise die Sand- und Waschanlage durchlaufen, bei Bedarf die Werkstatt besuchen und sich anschließend selbst abstellen und abrüsten. Bei Betriebsbeginn rüstet es sich automatisiert wieder auf.

Mit allen Wassern gewaschen

Wenn die Tram ins Depot einfährt, kann der Fahrer Feierabend machen. Ab jetzt geht alles automatisch. Selbständig durchläuft das autonome Fahrzeug die Sand- und Waschanlage. Basis dafür ist ein Depot-Managementsystem, das die Planung der Prozesse und die Befehlssteuerung übernimmt.

Service nach Fahrplan

Hat das Fahrzeug die Sand- und Waschanlage durchlaufen, kann es gegebenenfalls selbst zur Werkstatt fahren und sich anschließend abstellen und abrüsten. So ist es möglich, die Werkstatt gleichmäßig auszulasten sowie die Fahrt- und Standzeiten der Fahrzeuge zu optimieren.

Die Tram kommt von alleine

Zu Betriebsbeginn rüstet sich das Fahrzeug selbständig auf, stellt sich bereit und kann vom Fahrer ohne Zeitverzug für den Passagierbetrieb übernommen werden. Das Personal spart sich lange Wege und kann direkt in die bereitgestellte Tram einsteigen und losfahren.

Forschungsprojekt Im Oktober 2019 war der Startschuss für die Realisierung eines vollautomatisierten Straßenbahndepots als erste Stufe des autonomen Fahrens. Bei der Entwicklung wurde von Anfang an berücksichtigt, welche rechtlichen Rahmenbedingungen für die Genehmigung und den Betrieb einer autonom fahrenden Straßenbahn zu beachten sind. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Rahmen der Förderrichtlinie Modernitätsfonds („mFUND“) gefördert und gemeinsam mit ViP, KIT, IKEM und Codewerk umgesetzt.

Im Rahmen der InnoTrans 2018 präsentierte Siemens Mobility gemeinsam mit dem Verkehrsbetrieb Potsdam einen Erprobungsträger im realen Straßenverkehr auf einem Teilstück des Potsdamer Tramnetzes.
Ziel des darauf aufbauenden Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines digitalen Betriebshofes auf Basis einer autonom fahrenden Tram.
Die technische Machbarkeit wird bereits 2021 mit autonomen Servicefahrten, beispielsweise durch eine Waschanlage zu einem Abstellgleis demonstriert.

AStriD ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur autonom fahrenden Straßenbahn. Zusammen mit unseren Partnern nutzen wir wertvolle Synergien, um den Betriebshof zu digitalisieren und zeitintensive Rangierprozesse zu reduzieren. Mit der Depotautomatisierung können wir unsere Kunden noch besser dabei unterstützen, eine nachhaltige Wertsteigerung über den gesamten Lebenszyklus sicherzustellen und Verfügbarkeiten zu garantieren.

Albrecht Neumann, CEO Rolling Stock von Siemens Mobility

News, Medien und Veranstaltungen Wie geht es mit dem autonomen Fahren von Straßenbahnen und dem Forschungsprojekt von Siemens weiter? Bleiben Sie auf dem Laufenden und nutzen Sie die Gelegenheit, mit unseren Experten zu sprechen. Hier finden Sie die Links zu den aktuellen News und Veranstaltungen.