Autonomes Fahren im ÖPNV

Autonome U-Bahnen bieten heute schon zahlreiche Vorteile. Sie ermöglichen eine höhere Kapazität, indem Züge in kürzeren Abständen fahren. Beispielsweise sind in Nürnberg seit der Automatisierung Zugfolgen im 100-Sekunden-Takt möglich. Damit fahren die U-Bahnen doppelt so häufig wie früher. Durch die optimierte Fahrweise werden eine hohe Pünktlichkeit erreicht, Energiekosten gesenkt sowie Wartungs- und Verschleißkosten reduziert. Außerdem bieten autonome U-Bahnen eine Lösung für den zunehmenden Personalmangel im Fahrbetrieb (kein Fahrpersonal notwendig, Lenk- und Ruhezeiten müssen nicht eingehalten werden). Die Systeme können schnell und bedarfsgerecht auf zu- und abnehmendes Fahrgastaufkommen reagieren (z. B. bei Großveranstaltungen), ohne dass in die Personalplanung eingegriffen werden muss. Demgegenüber stehen im autonomen Betrieb aber auch höhere Investitionskosten in Fahrzeuge, Infrastruktur entlang der Strecke und Leitzentralen als im Betrieb mit Fahrpersonal. Außerdem sind die Herausforderungen hoch, die mit der Umsetzung eines hochkomplexen, digitalen Systems einhergehen. 

Nach der bereits vor mehr als 15 Jahren in Betrieb gegangenen ersten fahrerlosen U-Bahn in Nürnberg wird aktuell mit der neuen U-Bahn-Linie U5 in Hamburg das zweite autonome U-Bahn-Projekt in Deutschland nach GoA 4 realisiert. Auf einer Gesamtstrecke von 29 Kilometern entstehen 24 neue Haltestellen. Vollautomatisch und im bis zu 90-Sekunden-Takt soll die fahrerlose U-Bahn verkehren. Die U-Bahn-Linie wird abschnittweise in Betrieb genommen. Nach dem geplanten Start des Probebetriebs im Jahr 2027 soll der erste Streckenabschnitt Ende 2029 für Fahrgäste öffnen. 

Aber auch niedrigere Automatisierungsstufen bringen bereits Vorteile hinsichtlich der Energieeffizienz und Taktung der Fahrzeuge. In Hamburg wird die Teilautomatisierung (Stufe GoA 2) der U-Bahn-Linien U2 und U4 im Osten der Stadt aktuell realisiert. Die Fahrer*innen sind weiterhin für den Fahrgastwechsel verantwortlich und können im Bedarfsfall eingreifen. Die Fahrt selbst wird vollautomatisch über Rechner gesteuert erfolgen. Zusammen mit einer neuen Zugsicherungstechnologie, bei dem die U-Bahn-Fahrzeuge miteinander kommunizieren, ist der 100-Sekunden-Takt erreichbar. Im heutigen Betrieb liegt der kürzeste mögliche Regeltakt bei 2,5-Minuten (150 Sekunden). Auch in Frankfurt und Berlin wird an der Umrüstung erster Stadtbahnlinien im Tunnel bzw. U-Bahnstrecken für den teilautomatisierten Betrieb (Stufe GoA 2) gearbeitet.

Für einen autonomen Betrieb im SPNV bestehen hohe Anforderungen aufgrund des offenen Systems. Bislang fahren weltweit keine autonomen Regional- und Fernzüge. Das Ziel im Schienenverkehr muss es sein, einen möglichst hohen Automatisierungsgrad zu erreichen, der für eine effiziente Zugfolge sorgt und wirtschaftliche Rentabilität fördert. Dabei bestehen in Deutschland große Herausforderungen. Moderne, mit dem europäischen Zugbeeinflussungssystem ETCS ausgerüstete Strecken werden die Basis für den zukünftigen automatisierten Fahrbetrieb darstellen. Es dürfte aber noch Jahrzehnte dauern, bis eine Streckenausrüstung mit ETCS flächendeckend im deutschen Bahnnetz verfügbar ist.

Im Forschungsprojekt „Automatisiert fahrende Regionalzüge in Niedersachsen - ARTE“ wird daher eine Möglichkeit erprobt, nur durch die fahrzeugseitige Umrüstung (also ohne eine Streckenausrüstung mit ETCS) einen begleiteten, automatisierten Fahrbetrieb zu realisieren. Dabei werden Kamerasysteme im Fahrzeug für die Hindernis- und Signalerkennung eingesetzt und mit einem Verfahren zur Bilderkennung ausgewertet. Der Probebetrieb findet mit zwei Alstom Coradia LINT auf dem Alstom-Betriebsgelände in Salzgitter statt. Die Erkenntnisse aus der Entwicklung und dem Betrieb helfen dabei, die spätere Zulassung voll automatisierter Züge vorzubereiten und den Regionalverkehr weiter zu automatisieren. Der Ansatz scheint insbesondere für schwach frequentierte Nebenstrecken interessant, die nachrangig mit ETCS ausgestattet werden. 

Für Straßenbahnen auf straßenbündigem Bahnkörper bestehen aufgrund der komplexen Verkehrssituation noch höhere Herausforderungen als im SPNV. Hier sind autonome Rangierfahrten im Betriebshof oder Wendefahrten am Linienende ein erster Schritt zum autonomen Fahrbetrieb . 

Für das autonome Fahren im Straßenverkehr auf Level 4 und 5 sind die ersten rechtlichen Grundlagen in Deutschland geschaffen worden. Bis auf weiteres ist das autonome Fahren mit Begleitperson allerdings nur mit Ausnahmegenehmigung in festgelegten und genehmigten Betriebsbereichen erlaubt (Level 4). Bislang kommen hier Kleinbusse oder Pkw zum Einsatz. Die grundlegenden Funktionen der Umgebungswahrnehmung, Lokalisierung und Fahrzeugführung werden dabei zwar ausgeführt, erfordern aber ideale Umgebungsbedingungen und sind nicht resilient gegenüber temporären Änderungen. Außerdem ist es für die meisten der aktuell verfügbaren Technologien vor Betriebsbeginn erforderlich, die Fahrzeuge auf zuvor ausgewählten Strecken anzulernen.

Ähnlich wie U-Bahnen lassen auch autonome Busse im Regelbetrieb langfristig geringere Betriebskosten als konventionelle ÖV-Angebote mit Fahrpersonal erwarten. Eine optimierte Fahrweise führt zu ruhigerem Fahrverhalten ohne abrupte Beschleunigung-, Brems- oder Lenkmanöver sowie zu geringerem Verschleiß. Einsparungen beim Fahrbetrieb ergeben sich aber vor allem durch Wegfall der Kosten für das Fahrpersonal. Ob sie die Mehrkosten für Fahrzeugbeschaffung und notwendige Technik ausgleichen können, muss sich zeigen. Forscher gehen außerdem davon aus, dass autonomes Fahren zu einem flüssigeren Verkehr und zu einer erhöhten Sicherheit im Straßenverkehr beiträgt, da die Fahrzeuge miteinander verknüpft agieren. 

Entscheidend für die Mobilitätswende ist ein hochfrequenter, attraktiver und flächendeckender ÖPNV. Autonome Fahrzeuge können das Problem des Fahrpersonalmangels lösen und ein engmaschigeres ÖPNV-Angebot auch außerhalb der Hauptverkehrszeiten ermöglichen. Bis es so weit ist, werden vermutlich noch viele Jahre vergehen. Erste Anwendungen sind auf Betriebsgeländen, Messen oder an Hochschulstandorten zu erwarten. In den kommenden 5-15 Jahren ist autonomes Busfahren auch im Regelbetrieb wahrscheinlich, aber nur in hierfür geeigneten Bedienungsgebieten mit geringen Störeinflüssen wie z. B. in verkehrsarmen Wohngebieten. Zum Einsatz werden hier Pkw und Kleinbusse kommen, die den kapazitätsstarken ÖPNV mit Bussen, Straßenbahnen und Zügen ergänzen.

Hochautomatisierte Systeme im Verkehr müssen in offenen, dynamischen Umgebungen auf eine Vielzahl möglicher Situationen sicher reagieren können, auch auf seltene und unvorhersehbare Ereignisse. Bisherige Verfahren stoßen gerade in komplexen, wenig berechenbaren Betriebsbereichen an ihre Grenzen. Das Forschungsprojekt CONTROL entwickelt dafür einen branchenübergreifenden, systemischen Ansatz. Das Projekt fokussiert auf das hochautomatisierte Fahrzeug in Form von Pkw, Lkw, Bus und Bahn als Gesamtsystem zur Bewertung und Beherrschung von Unsicherheiten.

Der VDV sieht neben der Erprobung von autonomem Fahren im täglichen Betrieb auch die Entwicklung von Angebotskonzepten als wesentlich an, die sich wirtschaftlich tragen. Der VDV fordert deshalb im Straßenverkehr Level-4-ÖPNV in klar definierten Einsatzräumen, also ein integriertes System aus Linienverkehr, Linienbedarfsverkehr und öffentlicher Steuerung. Er warnt vor unkoordinierten Robotaxi-Flotten, die zusätzlichen Verkehr erzeugen.

Gleichzeitig weist der VDV auf das Fehlen technischer Anforderungen an fahrerlose Fahrzeugsysteme hin. Die Prüforganisationen und die Länder haben zwar eine erste Genehmigungspraxis für neue automatisierte Fahrzeugkonzepte entwickelt. Diese ist jedoch weiterhin auf Erprobungen und Ausnahmen beschränkt und ermöglicht keinen echten Regelbetrieb mit vollautomatisierten und vor allem fahrerlosen Fahrzeugen. Um den Betreibern und insbesondere den zuständigen Behörden und Kommunen ausreichend Planungs- und Rechtssicherheit zu geben, bedarf es dringend weiterer Harmonisierung durch verbindliche technische Anforderungen an fahrerlose Fahrzeugsysteme. Um das volle Potential des autonomen Fahrens auszuschöpfen, hat der VDV gemeinsam mit seinen Mitgliedsunternehmen Eckpunkte für einen Rechtsrahmen für einen vollautomatisierten und fahrerlosen Level 4 Betrieb im ÖPNV entwickelt (Link). Außerdem braucht es eine verlässliche Finanzierung für Modellregionen, Markthochlauf und betriebliche Umsetzung.

Neben dem autonomen Verkehr auf der Straße muss auch die kommunale Schiene stärker ins Blickfeld rücken. Für Straßen- und Stadtbahnen fehlen bislang klare rechtliche Grundlagen. Der VDV fordert deshalb eine zügige BOStrab-Novelle, bundesweit harmonisierte Nachweis- und Bewertungslogiken sowie Förderregionen für autonome Stadt- und Straßenbahnen. Mit dem Positionspapier Die Tram der Zukunft fährt autonom hat der VDV eine Strategie für autonome Stadt- und Straßenbahnen verfasst.