Der Weg zum autonomen Fahren auf Schienen

17.03.2021

Im Gespräch mit Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Schindler erklärt er, wie sich das autonome Fahren auf Schienen in den kommenden fünf Jahren entwickeln wird, welche Probleme und Herausforderungen es zu bewältigen gilt, welche Chancen sich ergeben und was eigentlich der Unterschied zwischen autonomem und automatischem Schienenverkehr ist.

Vertreter des Schienenverkehrssektors betrachten das autonome Fahren aus einer anderen Perspektive als die Vertreter aus der Automobilbranche. Beim Schienenverkehr spricht man überwiegend von einer automatischen Fortbewegung, nicht von einer autonomen. Beim automatischen Verkehr handelt es sich nicht etwa um eine Vorstufe des autonomen Fahrens. Die Idee ist zwar verwandt, aber die Herangehensweisen unterscheiden sich grundlegend. Das Prinzip eines autonom fahrenden Autos ist, dass die Technik des Fahrzeugs, also die Sensorik, die künstliche Intelligenz und die Aktorik im Fahrzeug integriert sind und von außen keine Hilfe mehr nötig ist. Beim automatischen Verkehr der Eisenbahn gibt es eine Steuerung von außen. Dieses Konzept ist damit vergleichbar mit einer Modelleisenbahn. Verkehrssituationen werden nicht nur aus der Sicht des Lokführers interpretiert, sondern der Lokführer muss zusätzlich Signale von außen befolgen. Ein Beispiel dafür ist das Halt-Signal. Überfährt ein Schienenfahrzeug ein solches, so erfolgt eine Zwangsbremsung. Für solche Fälle sind Sensoren im Gleisbett angebracht.

European Train Control System soll grenzüberschreitenden Verkehr ermöglichen

Weltweit gibt es bereits über 60 U-Bahnsysteme, die vollautomatisch (also fahrerlos) betrieben, aber von einer zentralen Leitstelle gesteuert werden. Losfahren, beschleunigen, in der Kurve abbremsen, beim nächsten Haltepunkt zum Stehen kommen - sämtliche Befehle können ohne Probleme von außen übertragen werden. Bei der Deutschen Bahn fahren Langstreckenzüge seit langem quasi-automatisiert. In ICEs oder ICs sitzen trotzdem noch Lokführer im Führerraum, die den Zug auf der freien Strecke aber nicht mehr wirklich steuern. Theoretisch sind diese Fahrzeuge technisch so ausgestattet, dass sie fahrerlos fahren könnten, da die Leitstelle ausreichend Kontakt zum Fahrzeug hat. Das Problem dabei: die juristische Hürde. Die Gesetze der Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung (EBO) lassen es derzeit noch nicht zu, dass Personenzüge in Deutschland fahrerlos unterwegs sind. Auch die flächendeckende Streckenausrüstung mit kontinuiertichen Überwachungssystemen ist noch längst nicht erfolgt. Europaweit arbeiten Verantwortliche seit Jahren an einem neuen Signal- und Steuerungssystem. Das European Train Control System (ETCS) soll technisch auf dem neuesten Stand sein und zusätzlich langfristig kostengünstiger als die Technik, die aktuell verwendet wird. Ein einheitliches System wäre ein enormer Vorteil für den (fahrerlosen) grenzüberschreitenden Schienenverkehr. Ein Zug, der heute durch mehrere Länder fährt, muss auf alle einzelnen Strom- und Signalsysteme eingestellt sein. Ein solcher Zug hat also enorm viele Sensoren, um im jeweiligen fahren zu können.   

Automatische Güterzüge in Australien fahren mehrere 100 Kilometer

Auch das Thema Datenschutz spielt beim fahrerlosen Schienenverkehr eine essenzielle Rolle. „Überall, wo Experten Abläufe intelligenter und digitaler gestalten wollen, macht man sich für Cyberkriminalität angreifbar“, erklärt Schindler. „Hacker können in Rechensysteme eindringen und sensible Daten abfangen. Cyberkriminalität ist ein hoch angesiedeltes Thema in dem Sektor. Hier muss es eine gewisse Resilienz geben.“

Branchenvertreter möchten das fahrerlose Fahren in vielen Anwendungsgebieten vorantreiben. Der Bergbaukonzern Rio Tinto in Australien lässt seit 2018 bereits automatisierte und fahrerlose Güterzüge mit Eisenerz durch das Outback fahren. Zwischen Seehafen und Miene legt der Zug automatisch jeden Tag mehrere 100 Kilometer zurück. Trotzdem ist sich Schindler sicher: „Der Lokführer hierzulande muss sich keine Sorgen um seine Zukunft machen. Zum einen haben wir im Moment sowieso viel zu wenige und zum anderen würde man deren Tätigkeitsfeld schlichtweg nur verlagern.“ Gemeint sind damit beispielsweise neue Stellen in einer Leitstelle oder auch bei einem Störkommando: „Es wird immer mal vorkommen, dass ein Zug liegenbleibt und von außen nicht mehr repariert werden kann. Dann muss jemand dort hinfahren. Solche Teams werden dann dringend gebraucht.“ Auch jetzt haben Triebfahrzeugführer noch Aufgaben, die sich nicht ersetzen lassen. Insbesondere die Hinderniserkennung – sowohl auf der eigenen als auch auf dem entgegenkommenden Gleis – kann bis heute noch nicht zur Gänze durch Technik ersetzt werden.

Europa führend im Bereich der Zulieferer

Nach Schindlers Auffassung gibt es zum jetzigen Zeitpunkt keinen weltweiten Marktführer, was die technische Entwicklung angeht. Seiner Meinung nach scheitert der technische Fortschritt häufig an bürokratischen oder juristischen Hürden. „Natürlich sind wir in Europa nicht der Weltmarktführer was die Stückzahlen betrifft. Da produzieren wir deutlich weniger Schienenfahrzeugtechnik als China. Trotzdem haben wir in Europa renommierte Firmen, die nach wie vor Technologieführer sind. Dies gilt nicht nur im Bereich der Schienenfahrzeughersteller, sondern insbesondere für die Zulieferer.“

Fazit: Fahrerlose Züge in Deutschland in fünf Jahren denkbar

Langfristig soll der automatische Schienenverkehr eine höhere Zuverlässigkeit und Pünktlichkeit sicherstellen, denn der menschliche Faktor würde wegfallen. Schindlers Prognose: „Die Entwicklung hin zum automatischen und, wo sinnvoll, auch zum autonomen Verkehr wird definitiv kommen. Wahrscheinlich kann im Bereich der Eisenbahn schneller ein automatischer Betrieb aufgenommen werden, als bei den Autos. Beim Schienenverkehr gibt es zum Beispiel den Vorteil, dass man nicht lenken muss. Die Grundtechnik steht also schon. Das muss jetzt noch modernisiert und vervollständigt werden. Ich denke, dass wir in fünf Jahren schon einen fahrerlosen Zug haben könnten, der Personen befördert.“ Schindler selbst arbeitet seit 2009 zusammen mit seinem Forschungsteam an einem fahrerlosen, energieautarken Schienenbus ARS (Aachener Rail Shuttle).  Das Schienenfahrzeug für Personen, das eine Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h erreichen soll, hat die Größe eines Standardlinienbusses und fährt fahrerlos autonom. Das heißt, es kommt größtenteils ohne herkömmliche Leit- und Sicherungstechnik von außen aus. Angetrieben wird der ARS (lat. Kunst) von Batterie gespeisten, unweltfreundlichen Elektromotoren.

 

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Schindler absolvierte ein Maschinenbau-Diplomstudium mit Vertiefung Kraftfahrwesen an der Rheinisch-Westfälische Technischen Hochschule (RWTH) Aachen. Dort promovierte er anschließend im Bereich Schienenfahrzeugtechnik. Danach arbeitete er in verschiedenen Funktionen in der Schienenfahrzeugindustrie. Aktuell leitet Schindler das Institut für Schienenfahrzeuge und Transportsysteme IFS an der RWTH Aachen und ist geschäftsführender Direktor des dortigen Research Centers Railways. Zudem ist er Sprecher der Vereinigung der Universitätsprofessuren des Eisenbahnwesens.