Autonome Fahrzeuge im ÖPNV

Die Digitalisierung und Automatisierung hält nicht nur Einzug in Personenkraftfahrzeugen, sondern auch mittlerweile in den öffentlichen Nahverkehr. Es interessiert hier vor allem, wie die digitale Transformation zur Ressourceneffizienz und Verbesserung im Betriebsablauf beitragen kann und das Angebot für Kund*Innen verbessert wird.
Hierzu hat die TU Darmstadt am Fachgebiet Fahrzeugtechnik seit Ende 2017 in Zusammenarbeit mit dem lokalen Nahverkehrsunternehmen HEAG mobilio GmbH am automatisierten und teleoperierten Fahren von Straßenbahnen geforscht.
NetModule liefert mit ihren Routern die dafür notwendigen Geräte zur Konnektivität zwischen dem Schienenfahrzeug der Trambahn und den entsprechenden Cloud-Anwendungen.

Das Forschungsprojekt MAAS

In der Machbarkeitsstudie zur Automatisierung und Assistenzsystemen in Straßenbahn (MAAS) wird unter anderem untersucht, welche Technologien aus anderen Gebieten wie beispielsweise dem Kraftfahrzeugbereich auf den Straßenbahnbetrieb übertragen werden können. Dabei werden sowohl die Möglichkeiten einer automatisierten Fahrt analysiert als auch einer Teleoperation – also der Fernsteuerung der Bahn. Um die Straßenbahnen von einem Rechner fernzusteuern, sind unter anderem unterschiedliche Kameradaten notwendig, die an den Telearbeitsplatz übermittelt werden müssen, sowie Steuerbefehle von diesem wieder zurück zur Straßenbahn. Zur Evaluation der Umgebung wird eine breit gefächerte Umfeld-Erfassung mittels Radar-, Lidar- und Ultraschallsensoren sowie Stereo-Weitwinkel- und IR-Kameras eingesetzt. Diese enormen Datenmengen werden mittels einer Mobilfunkverbindung an die Zentrale übertragen, wobei der Transport nahezu in Echtzeit erfolgen muss. Der derzeitige Mobilfunkstandard LTE (4G) wird hier mittelfristig Grenzen erreichen, da in Ballungszentren zu viele Nutzer auf die Kapazitäten einer Funkzelle zugreifen und dadurch entstehende Latenzen eine Gefahr darstellen können.

NetModule hat der TU Darmstadt ihren 5G Router NB3800 5G zur Verfügung gestellt, um das Forschungsprojekt auch mit dem neuesten Mobilfunkstandard durchführen zu können. Die 5G Technologie erlaubt es, sehr große Datenmengen, in diesem Fall HD-Bildmaterial binnen Millisekunden zu übertragen und dabei die Latenz auf ein Minimum zu begrenzen.

Zukunftssicher mit 5G


Nachdem im Projekt MAAS schon seit mehreren Jahren der NB3800 mit LTE von NetModule erfolgreich verwendet wird, war es naheliegend den NB3800 5G für die Evaluierung einzusetzen.
Der 5G Router wurde, an gleicher Stelle wie der baugleiche 4G Router, im Innenraum der MAASBahn verbaut, und mit einer bereits auf dem Dach angebrachten Antenne (Sencity Rail MIMO) verbunden. Diese Antenne deckt den 3,7 GHz-Frequenzbereich für 5G ab. Sie wurde schon im Zusammenspiel mit dem NB3800 mit LTE verwendet. Hier zeigt sich die Investitionssicherheit der NetModule Einzelkomponenten, wenn sie sowohl mit LTE als auch mit 5G betrieben werden können.
Ein weiteres Plus: Für den NB3800 im LTE-Betrieb wurden bereits zuvor schon einige Skripte erstellt, die es ermöglichen, Informationen wie Signalstärken, Service Typ, genutztes Frequenzband und berechnete Datenraten auszugeben. Diese Skripte konnten ohne weitere Anpassungen auch im NB3800 5G weitergenutzt werden.

Fazit

Wie bereits mit dem NB3800 LTE konnte im Projekt MAAS auch mit dem NB3800 5G eine zuverlässige Verbindung zwischen Versuchsfahrzeug und Zentrale aufgebaut werden. Durch die wiederverwendbaren Skripte in den Routern konnte für beide Netze eine Mobilfunkqualität entlang des Darmstädter Straßenbahnnetzes untersucht werden. Die Messungen zeigten, dass erhebliche örtliche, aber auch zeitliche Unterschiede in den verfügbaren Datenraten zu sehen waren. Da das 5G Netz in Darmstadt auf einem Non-Standalone (NSA) Netz basiert, waren die Upload-Raten zufriedenstellend aber im Vergleich zum LTE-Netz noch zu gering. Hier muss zukünftig auf ein Standalone 5G Netz (SA) gesetzt werden. Der NB3800 5G unterstützt dieses ebenfalls. Grundsätzlich kann man feststellen, dass die aktuellen LTE-Netze in Ausbaugebieten mit guter Netzabdeckung hohe Datenraten bieten, die auch teleoperiertes Fahren ermöglichen. Die Tests haben ebenfalls gezeigt, dass mit NetModule Technik die Investitionssicherheit in einem Schienenfahrzeug gegeben ist. Selbst bei dem Betrieb in unterschiedlichen Netzwerken mussten lediglich die Router aus- bzw. eingebaut werden. Verkabelung, Antennen und somit auch wesentliche Themen im Fahrzeugbau die für die Zulassung und Brandschutz verantwortlich sind, mussten nicht ausgetauscht werden.

Blick in die Zukunft

Automatisierte Straßenbahnen und sonstige Schienenfahrzeuge bieten vielfältige Chancen in der Zukunft. Der praktische Nutzen der Automatisierung und Teleoperation kann in vielen Bereichen liegen. Langfristig ist es denkbar, dass automatisierte Straßenbahnen mit teleoperierten Unterstützung Fahrten in der Nacht übernehmen. So kann auch in Randgebieten das Angebot des öffentlichen Personennahverkehrs wirtschaftlich ausgebaut werden. Ein weiterer Nutzen liegt im vorrausschauenden Fahren. Hier kann mittels intelligenter Fahrsteuerung die Schaltung der Lichtsignale auf dem Weg beeinflusst werden. Der dadurch geringere Brems- und Beschleunigungs-Bedarf wird Verschleiß reduzieren und den Verkehrsfluss verbessern. Kollisionenprävention und Notbremsassistenzsysteme würden ein Plus an Sicherheit bieten. Um all das umsetzen zu können, ist eine extrem schnelle Datenkommunikation notwendig, welche der NB3800 5G bietet.

Für den vollständigen Evaluationsbericht des MAAS-Projekts wenden Sie sich bitte an marketing@groups.netmodule.com

(Quelle: Evaluation des NetModule NB3850 im Projekt MAAS, M.Sc. Patrick Pintscher, FZD, TU Darmstadt)