Bahntechnik Neues Funksystem ermöglicht virtuelles Kuppeln von Zugteilen und Zugverbänden

Um auf dem bestehenden Bahnnetz mehr Personen und Güter zu transportieren, muss der Automatisierungsgrad des Zugbetriebs erhöht werden. Dabei spielt das virtuelle Kuppeln von Zugteilen und Zugverbänden eine wichtige Rolle.

Beim virtuellen Kuppeln von Zugteilen und Zugverbänden sind einzelne Wagen nicht mehr mechanisch mit einer Kupplung verbunden, sondern nur noch digital. Das heißt, sie fahren in einem festgelegten, engen Abstand hintereinander. Damit das funktioniert, müssen die Zugteile ständig miteinander kommunizieren und so präzise Daten wie möglich zur jeweiligen Position und Geschwindigkeit austauschen. Im Projekt R2DATO hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt dafür ein neuartiges Funksystem entwickelt und auf einem abgesperrten Bahngelände getestet. Im Rahmen dessen hat das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation in erster Linie die dezentrale direkte Kommunikation zwischen Zügen untersucht: „Wir sprechen von Distanzen von zwanzig bis zweihundert Metern, die man fürs virtuelle Kuppeln benötigt. Für den Eisenbahnbereich ist das extrem nah. Denn dort hat man, abhängig von der Geschwindigkeit, oft Bremswege, die mehrere hundert Meter bis zu einem Kilometer lang sind“, erklärt Projektleiter Paul Unterhuber.

Ultra-Wideband-Technologie

Das System setzt auf Ultrabreitbandkommunikation (Ultra-Wideband, UWB). Diese ermöglicht die präzise Positionsbestimmung und Übermittlung von Daten über kurze Entfernungen. „Als weiteren Vorteil ermöglicht es UWB, die Distanz zwischen zwei Zügen sehr genau zu errechnen“, betont Unterhuber. „Dazu nutzen wir die Latenzzeit. Damit haben wir alle notwendigen Informationen, um Beschleunigungs- und Bremsvorgänge im fürs virtuelle Kuppeln wichtigen Nahbereich zu regeln.“

Das neue System verfügt zusätzlich über ein laserbasiertes Referenzsystem, das ebenfalls den Abstand zwischen den Zügen ermittelt, um die Genauigkeit der Messungen mit UWB zu bewerten. Batterien liefern den Strom für alle Komponenten.

Erfolgreiche Versuche stimmen positiv

Erste Tests hat man auf einer Technikfläche der Niederländischen Staatsbahn Nederlandse Spoorwegen in Amersfoot durchgeführt. Hier fuhren auf einer Strecke von 350 Metern zwei mit dem DLR-System ausgerüstete Regionalzüge mehrere hundertmal hintereinander auf und ab. Das System befand sich dabei in zwei kompakten Boxen, die auf den mechanischen Kupplungen an den Zugnasen befestigt waren. Eine dritte Box am Boden diente als Basisstation und sammelte zusätzliche Daten.

Die beiden Züge simulierten verschiedene Szenarien bei Geschwindigkeiten von zehn bis 25 Kilometern pro Stunde: Zum Beispiel fuhren die Züge mit Abständen von 15 bis 80 Metern hintereinander. Alternativ fuhr nur ein Zug, während der andere stand. Gesteuert wurden die Züge dabei von Lokführern – ein anstrengendes Manöver aufgrund der geringen Abstände. Zum Vergleich stellte das DLR-Team den Lokführern auf einem separaten Monitor auch die Live-Informationen aus dem DLR-System zur Verfügung. „Die Lokführer haben diese zusätzlichen Informationen sehr gut angenommen, weil sie die Steuerung wesentlich vereinfacht haben. In Zukunft sollen Daten aus solchen Systemen nicht nur Lokführer unterstützen, sondern zu einem weitgehend automatisierten oder autonomen Zugbetrieb beitragen“, so Unterhuber.

Ergebnisse der Tests: Der Abstand zwischen den beiden Zügen konnte bis auf wenige Zentimeter genau bestimmt werden. Mit den im Bahnbereich bisher zum Einsatz kommenden Technologien ist das nicht möglich. „Generell konnten wir mit den Tests grundsätzlich zeigen, dass die Kommunikation zwischen den Zügen und die darauf basierende Distanzberechnung auch in der Praxis in einem bahnnahen Umfeld funktionieren – auf Entfernungen von wenigen Metern bis hin zu 350 Metern. Damit ist uns der Proof-of-Concept gelungen. Wir haben also die Machbarkeit unseres Konzepts in der Praxis gezeigt. Jetzt werten wir die gesammelten Daten weiter aus und können dann weitere Aussagen zur Präzision und zur Zuverlässigkeit des DLR-Systems treffen“, resümierte Paul Unterhuber. (se)

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