Deutsches Zentrum für Schienenverkehrsforschung beim Eisenbahn-Bundesamt

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Thema: Digitalisierung, Stand: 21.04.2022

Automatic Train Operation-Forschung

Die Informationstechnik ist einer der stärksten Treiber der heutigen Forschung und Entwicklung im Bahnsektor. Neben aktuellen Entwicklungen zu Vernetzung, Big Data und künstlicher Intelligenz steht hierbei die Automatisierung im Mittelpunkt. Dass das automatische Fahren im Schienenverkehr möglich ist, beweisen heute schon Beispiele im Regional- und U-Bahn-Verkehr. Der große Vorteil der Bahnen ist, dass aufgrund der Spurführung deutlich weniger Entscheidungsoptionen geprüft werden müssen als z.B. auf der Straße. Dennoch stellen die sehr hohen Sicherheitsanforderungen im Schienenverkehr eine Hürde dar, die zunächst genommen werden muss. Technische Systeme werden im Schienenverkehr sehr stark reglementiert, wodurch die benötigte Sicherheit erreicht werden kann. Wenn technische Systeme Entscheidungen für den Menschen übernehmen sollen, muss geklärt werden, welche Nachweise, Vergleiche oder welche Referenzen für die Entscheidungsqualität anzunehmen sind.

Der Grundsatz des Nachweises gleicher Sicherheit für neue Technologien ist dabei ein gutes Mittel, dafür zu sorgen, dass der technische Fortschritt sich nicht zu Lasten der Sicherheit auswirkt. Allerdings fehlen oft die Möglichkeiten, neue und alte Technologien quantitativ zu vergleichen. Sollen, wie beim automatisierten Fahren, bisher vom Menschen übernommene Funktionen durch Technik abgedeckt werden, so ist die Vergleichsbasis oft noch weniger belastbar. Der Zugang zu diesen Fragestellungen soll einerseits über den Status quo erfolgen, wobei die Leistungsfähigkeit des Fahrers, aber auch die Risiken im heutigen Schienenverkehr quantifiziert und in Szenarien formalisiert werden. Um in Zukunft ATO-Systeme mit steigendem Automatisierungsgrad herstellen, betreiben und nicht zuletzt zulassen zu können, benötigt der Sektor verlässliche Grundlagen zur Prüfung, Erprobung und Bewertung der Systeme. Hierfür sollen die Projektergebnisse einen essentiellen Beitrag darstellen. Neben der tatsächlichen Sicherheit ist zudem die gesellschaftliche Akzeptanz entscheidend für den Erfolg von ATO-Verkehr. Sicherheits- und Risikobetrachtungen berücksichtigen daher auch immer die gesellschaftlichen Vorstellungen und Erwartungen an die Technologien.

Ein Begleitkreis mit Mitgliedern aus Industrie, Verwaltung und Wissenschaft wird die Projekte, die einen Rahmen für das automatisierte Fahren definieren sollen, im Verlauf verfolgen und aktiv beeinflussen. So soll sichergestellt werden, dass die Ergebnisse einen Nutzen für ganzen Sektor entfalten können.

Projekt A: Funktionale Anforderungen an Sensorik und Logik einer ATO-Einheit

Ziel des Projektes ist die Ermittlung eines Ansatzes zum Vergleich der menschlichen Leistungsfähigkeit und der zu erwartenden Fehler, als Definitionsgrundlage der Anforderungen an ein technisches ATO-System.

In diesem Projekt soll vorrangig definiert werden:

  • welche Sinne des Menschen für den Fahrvorgang genutzt werden
  • was die Grenzen der Auflösung (Wahrnehmungsgrenze) der Sinne sind
  • wie schnell der Mensch daraus die richtige Entscheidung ableitet und reagiert
  • welche Fehleinschätzungen zu erwarten sind
  • welche Rolle Aufmerksamkeits- und Ermüdungseffekte dabei spielen
  • welche Bandbreite in den zu ermittelnden Ergebnissen zu erwarten ist

Dazu werden die Aufgaben des Triebfahrzeugführers aus den Regelwerken und den Betriebserfahrungen extrahiert. Durch Anreicherung mit Ausführungs- und Umgebungsparametern entstehen Szenarien, an denen sowohl menschliche als auch technische Funktionen gemessen werden können. Die Bandbreite der menschlichen Leistungsfähigkeit wird erfasst. Hier werden Wahrnehmung, Erkennung der relevanten Information und das Initiieren der richtigen Handlungen systematisch betrachtet und daraus ein Modell der Leistungsfähigkeit entwickelt. Sowohl die Modellparametrierung als auch dessen Validierung werden durch Fahrsimulator-Studien unterstützt.

Laufzeit, Auftragnehmer

Projektdauer: 30 Monate
Projektabschluss: Oktober 2023
Auftragnehmer: TU Berlin in Zusammenarbeit mit dem DLR Braunschweig, Siemens Mobility, DB Systemtechnik.

Projekt B: Risikoakzeptanzkriterien für den automatisierten Fahrbetrieb

Ziel des Projektes ist die Ermittlung der Risikoakzeptanz für das automatisierte und autonome Fahren im Schienenwesen. Mit dieser Untersuchung soll definiert werden, welche Fehlerquote bei welchem Schadensausmaß den automatisierten Systemen zugestanden werden kann. Dabei ist zu erwarten, dass durch die Fortentwicklung der Technologie große Gewinne in der Sicherheit erarbeitet werden können. Um die ATO-Technologie entwickeln zu können, wird im ersten Schritt eine Definition der Mindestanforderungen für ein akzeptables Sicherheitsniveau benötigt. Im zweiten Schritt muss ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Sicherheit und Innovationsoffenheit gefunden werden, um die ATO-Technologie nutzen zu können, wobei die folgenden Extreme nicht gesetzt werden dürfen. Eine zu hohe Risikoakzeptanz führt zu nicht vertretbaren Risiken, was in der Folge zur Ablehnung der Technologie führen wird. Ein zu niedriger Ansatz führt dazu, dass die geforderten Funktionen nicht erfüllt werden können und selbst Sicherheitsgewinne unmöglich werden.

Laufzeit, Auftragnehmer

Projektdauer: 30 Monate
Projektabschluss: November 2023
Auftragnehmer: Siemens Mobility in Zusammenarbeit mit der TU Berlin und dem TÜV Rheinland.

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