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Accessible Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter Oldenbourg November 16, 2012

Autonomously Driving Trains on Open Tracks — Concepts, System Architecture and Implementation Aspects

Autonome Züge auf frei zugänglichen Strecken — Konzepte, Systemarchitektur und Implementierungsaspekte
Oliver Gebauer, Wolfgang Pree and Burkhard Stadlmann
From the journal

Abstract

This paper describes a cyber-physical system that we called autoBAHN as well as some economic and legal aspects for the realization of the vision of a driverless train operating on openly accessible existing railroads, particularly regional branch lines. Existing autonomous trains, e. g., in use on airports, do not need obstacle recognition because they operate on closed tracks that cannot be accessed by humans and have no intersections with roads. The vision is to economically offer a train frequency of about 10 min on regional branch lines. This requires more but smaller trains. As it would not be economically feasible to operate them with human drivers, they need to be autonomous. As it would again not be economically feasible to change the infrastructure (from open to closed tracks), the autonomous trains need to recognize potential obstacles on or near tracks analogous to autonomous cars. First we describe how train intervals of about 10 min can be achieved on single-track railroads. What kind and degree of changes in infrastructural equipment is necessary was validated with the help of a discrete event simulation. The focus of the paper is on the overall system architecture of the prototypical autonomous train that we have implemented and in particular on obstacle recognition. Finally, the current legislation in German speaking countries is surveyed for the assessment of whether an autonomously operating railway system can become reality in the future.

Zusammenfassung

Dieser Aufsatz beschreibt ein autoBAHN genanntes mechatronisches System sowie wirtschaftliche und rechtliche Aspekte der Realisierung eines fahrerlosen Schienenfahrzeuges für frei zugängliche Strecken, insbesondere Regionalbahnen. Bisherige autonom fahrende Züge, die beispielsweise auf Flughäfen verkehren, brauchen keine Hinderniserkennung, weil sie auf abgeschlossenen, nicht zugänglichen und kreuzungsfreien Strecken fahren. Die Idee der autoBAHN ist es, auf Regionalstrecken eine Taktfrequenz für Züge anzubieten, die jener des städtischen öffentlichen Verkehrs entspricht und dennoch wirtschaftlich ist. Dazu sind mehr und kleinere Triebfahrzeuge erforderlich. Da diese beim Betrieb mit menschlichen Fahrern wirtschaftlich nicht zu betreiben wären, sollen sie autonom fahren. Da auch Änderungen an der Schienen-Infrastruktur durch Absperrung der Gleise wirtschaftlich nicht machbar wären, muss ein autonom fahrender Zug ähnlich autonom fahrenden PKWs Hindernisse auf oder nahe am Gleis erkennen können. Wir beschreiben zuerst, wie Ankunftsintervalle von circa 10 Minuten auf eingleisigen Strecken möglich sind. Welche Änderungen an einer bestehenden, eingleisigen Schieneninfrastruktur notwendig sind, wurde anhand einer diskreten Eventsimulation geprüft. Der Schwerpunkt des Aufsatzes liegt auf der gesamten Systemarchitektur des prototypisch implementierten autonomen Fahrzeuges und auf der Hinderniserkennung. Abschließend wird auf die derzeitige rechtliche Situation für autonom fahrende Züge in deutschsprachigen Ländern eingegangen, um die Chancen für die Realisierung einer autonom fahrenden Bahn zu beurteilen.


* Correspondence address: Embedded Software & Systems Research Center, Jakob-Haringer-Str. 2, 5020 Salzburg, Österreich,

Published Online: 2012-11-16
Published in Print: 2012-11

© by Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München, Germany